СПОСОБ ОЦЕНКИ ПЛОТНОСТИ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ В СКВАЖИНАХ ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩ ГАЗА БЕЗ ПОДЪЕМА НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ
EVALUATION OF CEMENT STONE DENSITY IN WELLS OF UNDERGROUND GAS STORAGES WITHOUT LIFTING OF OIL-WELL TUBING

Изобретение относится к области ядерной геофизики и служит для оценки плотности цементного камня скважин подземных хранилищ газа (ПХГ) в процессе их эксплуатации без подъема насосно-компрессорных труб (НКТ).
Известен способ оценки плотности цементного камня в оборудованных эксплуатационной колонной (ЭК) скважинах с помощью аппаратуры СГДТ (Скважинная ядерная геофизика. - М.: Недра, 1990).
Однако определение плотности цементного камня по этому способу без подъема НКТ невозможно, что практически исключает определение плотности цементного камня в эксплуатационных скважинах ПХГ с НКТ, проводить мониторинг которых необходимо, чтобы исключить опасность разгерметизации этих скважин, вследствие разрушения цементного камня в ходе эксплуатации ПХГ.
Известен способ оценки плотности цементного камня в скважинах без подъема НКТ, который осуществляется в процессе измерений аппаратурой широкодиапазонного спектрометрического нейтронного гамма-каротажа (СНГК-Ш) (А.В. Гулимов, Л.К. Борисова, В.Н. Даниленко. Возможности комплекса широкодиапазонного спектрометрического нейтронного гамма-каротажа для контроля герметичности скважин // НТВ «Каротажник». - Тверь: Изд. АИС, 2012. - Вып.2(121). - С.42-48).
В известном способе оценку плотности цементного камня предлагается осуществлять по результатам измерений аппаратурой СНГК-Ш с имитатором НКТ на моделях для калибровки аппаратуры СГДТ.
В способе для оценки состояния заколонного пространства по результатам измерений СНГК-Ш рассчитывают аналитические двойные разностные параметры (ДРП):
ДРП - отношений водорода и бора (H/B), кальция и кремния (Ca/Si) Transf-C спектра высокоэнергетического диапазона на малом зонде (МЗ);
ДРП(α) - коэффициента α МЗ, характеризующего скорость спада комптоновского рассеяния (равный показателю степени интенсивности фона комптоновского рассеяния текущего спектра от энергетических каналов).
ДРП рассчитываются по стандартной формуле:
;
где:
ДРП(А) - аналитический двойной разностной параметр, величина безразмерная;
A - текущее значение отношения Ca/Si, измеренное по всему разрезу исследуемой скважины с помощью аппаратуры типа СНГК-Ш, величина безразмерная;
min
A - минимальное значение отношения Ca/Si, выбранное из A, величина безразмерная;
max
A - максимальное значение отношения Ca/Si, выбранное из A, величина безразмерная.
Между плотностью цементного камня и содержанием в нем кальция и кремния существует тесная корреляционная зависимость, что позволяет оценивать плотность цементного камня по соотношению линий ГИРЗ Ca/Si (соотношение линий гамма-излучения радиационного захвата кальция и кремния) на МЗ СНГК-Ш.
снгк
Плотность гамма-излучения (γ) по результатам измерений СНГК-Ш обусловлена плотностью цементного камня и оценивается по данным измерений на МЗ согласно уравнению:
;
снгк
Чем больше γ, тем выше плотность цементного камня заколонного пространства (А.В. Гулимов, Л.К. Борисова, В.Н. Даниленко. Возможности комплекса широкодиапазонного спектрометрического нейтронного гамма-каротажа для контроля герметичности скважин // НТВ «Каротажник». - Тверь: Изд. АИС, 2012. - Вып.2(121). - С.44).
Недостатком данного способа является его большая трудоемкость.
Известный способ предусматривает вычисление аналитических параметров СНГК по регистрируемым нейтронно-радиационным спектрам, подвергнутым трансформации после энергетической калибровки по двум алгоритмам. Один из этих алгоритмов Transf-C реализует метод внутреннего стандарта-фона путем нормировки программно выделяемых аналитических линий на интенсивность фона комптоновского рассеяния под ними. В основе этого способа трансформации аппаратурных спектров лежит степенная зависимость интенсивности комптоновского рассеяния аналитических линий ГИРЗ от энергетических дискретов (каналов). Таким образом, в известном способе каждый раз необходимо проводить энергетическую калибровку СНГК-Ш с имитатором НКТ на моделях для калибровки аппаратуры СГДТ, а затем рассчитывать аналитические параметры и производить оценку плотности цементного камня.
Задача, поставленная предлагаемым способом, заключается в снижении трудоемкости проведения измерений, за счет исключения затрат на проведение калибровки аппаратуры на моделях с имитатором НКТ.
Поставленная задача решается тем, что в способе оценки плотности цементного камня в скважинах подземных хранилищ газа без подъема насосно-компрессорных труб проводят измерения значений отношений Ca/Si в скважинах аппаратурой типа широкодиапазонного спектрометрического нейтронного гамма-каротажа (СНГК-Ш), по результатам измерений рассчитывают двойной разностной параметр по формуле:
;
где:
ДРП(Ca/Si) - аналитический двойной разностной параметр, величина безразмерная;
A - текущее значение отношения Ca/Si, измеренное по всему разрезу исследуемой скважины с помощью аппаратуры типа СНГК-Ш, величина безразмерная;
min
A - минимальное значение отношения Ca/Si, выбранное из A, величина безразмерная;
max
A - максимальное значение отношения Ca/Si, выбранное из A, величина безразмерная;
ca/si
ca/si
ca/si
снгк
3
3
далее, по результатам измерений осуществляют калибровку спектрометра статическим методом, основанным на соотношениях двойного разностного параметра (ДРП) к величинам границ плотности нормального цементного камня, которые выбирают из условия: максимальному значению 1 ДРП соответствует значение плотности цементного камня -1,95 г/см - верхней границе плотности нормального цементного камня, а среднему значению 0,57 ДРП соответствует текущее значение плотности цементного камня -1,65 г/см - нижней границе плотности цементного камня, затем рассчитывают плотность гамма-излучения (γ) по формуле:
;
где:
снгк
3
γ - плотность гамма-излучения, г/см;
1,25 и 0,7 - постоянные коэффициенты, не зависящие от характеристик исследуемых скважин;
ca/si
ДРП - аналитический двойной разностной параметр отношений Ca/Si, величина безразмерная.
На фигуре 1 представлено сопоставление результатов записи данных спектрометрического каротажа в скважине 198 ПХГ 1 с помощью аппаратуры СНГК-Ш - кривая 1 и с помощью аппаратуры СГДТ - кривая 2.
На фигуре 2 дана запись градиента температуры в этой же скважине.
На фигуре 3 дана запись диаграммы состояния НКТ по данным ДРПНГКСНГК и ДРПНГКСНГК К на большом зонде (БЗ) и на железо ДРП(Fe) на малом зонде (МЗ) в указанной скважине.
Заявляемый способ содержит следующие известные операции.
(Ca/Si)
В исследуемых скважинах проводят измерения значений отношений Ca/Si аппаратурой типа широкодиапазонного спектрометрического нейтронного гамма-каротажа (СНГК-Ш). Для оценки состояния заколонного пространства по результатам измерений СНГК-Ш рассчитывают аналитический двойной разностной параметр (ДРП) по стандартной формуле:
;
где:
(Ca/Si)
ДРП - аналитический двойной разностной параметр, величина безразмерная;
A - текущее значение отношения Ca/Si, измеренное по всему разрезу исследуемой скважины с помощью аппаратуры типа СНГК-Ш, величина безразмерная;
min
A - минимальное значение отношения Ca/Si, выбранное из A, величина безразмерная;
max
A - максимальное значение отношения Ca/Si, выбранное из А, величина безразмерная.
Между плотностью цементного камня и содержанием в нем кальция и кремния существует тесная корреляционная зависимость, что позволяет оценивать плотность цементного камня по соотношению линий ГИРЗ Ca/Si (соотношение линий гамма-излучения радиационного захвата кальция и кремния) на МЗ СНГК-Ш (А.В. Гулимов, Л.К. Борисова, В.Н. Даниленко. Возможности комплекса широкодиапазонного спектрометрического нейтронного гамма-каротажа для контроля герметичности скважин // НТВ «Каротажник». - Тверь: Изд. АИС, 2012. - Вып.2(121). - С.44).
ca/si
са/si
ca/si
снгк
3
3
В отличие от известных операций в заявляемом способе по результатам измерений осуществляют калибровку спектрометра статическим методом, основанным на соотношениях двойного разностного параметра (ДРП) к величинам границ плотности нормального цементного камня, которые выбирают из условия: максимальному значению 1 ДРП соответствует значение плотности цементного камня -1,95 г/см - верхней границы плотности нормального цементного камня, а среднему значению 0,57 ДРП соответствует значение плотности цементного камня -1,65 г/см - нижней границы плотности нормального цементного теста, а плотность гамма-излучения (γ) рассчитывают по формуле:
;
где:
снгк
3
γ - плотность гамма-излучения, г/см;
1,25 и 0,7 - постоянные коэффициенты, не зависящие от характеристик исследуемых скважин, установленные опытным путем;
ca/si
ДРП - аналитический двойной разностной параметр отношений Ca/Si, величина безразмерная.
Реализация способа осуществляется с помощью аппаратуры типа СНГК-Ш, которая предназначена для оценки содержаний радиационно-активных элементов горных пород в скважинах (H, Fe, Ca, Si и др.) и дополнительно к стандартным «интегральным» аналитическим параметрам (АП) ННК и НТК позволяет применять «спектральные» АП СНГК, что значительно повышает ее возможности при исследовании газонаполненных скважин.
Аналитические параметры (A) вычисляются по регистрируемым нейтронно-радиационным спектрам (Ca/Si) в спектральных окнах МЗ согласно стандартной методике измерений.
(Ca/Si)
Далее, по формуле (1) рассчитывают ДРП - аналитический двойной разностной параметр, величина безразмерная;
;
где:
A - текущее значение отношения Ca/Si, измеренное по всему разрезу исследуемой скважины с помощью аппаратуры типа СНГК-Ш, величина безразмерная;
min
A - минимальное значение отношения Ca/Si, выбранное из A, величина безразмерная;
max
A - максимальное значение отношения Ca/Si, выбранное из A, величина безразмерная.
(Ca/Si)
ca/si
са/si
3
3
Из полученных значений ДРП выбирают максимальное значение 1 ДРП, которое соответствует значению плотности цементного камня -1,95 г/см - верхней границы плотности нормального цементного камня, среднее значение 0,57 ДРП, которое соответствует значению плотности цементного камня -1,65 г/см - нижней границы плотности нормального цементного камня, и производят калибровку аппаратуры по этим параметрам.
снгк
Плотность гамма-излучения (γ) рассчитывают по формуле:
;
где:
снгк
3
γ - плотность гамма-излучения, г/см;
1,25 и 0,7 - постоянные коэффициенты, не зависящие от характеристик исследуемых скважин, установленные опытным путем.
снгк
Чем больше γ, тем выше плотность цементного камня заколонного пространства (А.В. Гулимов, Л.К. Борисова, В.Н. Даниленко. Возможности комплекса широкодиапазонного спектрометрического нейтронного гамма-каротажа для контроля герметичности скважин // НТВ «Каротажник». - Тверь: Изд. АИС, 2012. Вып.2(121). - С.44).
снгк
Поскольку калибровка аппаратуры произведена по известным параметрам, то измеряемые значения γ будут соответствовать текущим значениям плотности цементного камня заколонного пространства.
Пример практической реализации способа приведен на Фиг.1. На этой фигуре приведено сопоставление оценок плотности цементного камня по предлагаемому способу с оценками плотности цементного камня по данным проведенного до спуска НКТ с помощью СГДТ.
Из приведенных результатов видно, что при хорошей, в целом, сходимости результатов оценок цементного камня по результатам согласно предлагаемому способу (диаграмма 1) и СГДТ (диаграмма 2) фиксируются интервалы, по которым плотность цементного камня по СГДТ выше, чем по предлагаемому способу, что объясняется разрушением цементного камня.
Справедливость оценок плотности по предлагаемому способу согласуется с данными каротажа по градиенту температуры (фиг.2) и состоянию НКТ по данным НГКСНГК - ДРП(Fe) на железо (фиг.3).