СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРОЦЕСС КОНСОЛИДАЦИИ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА ЗА ОБСАДНОЙ КОЛОННОЙ В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИНАХ
METHOD OF INFLUENCING PROCESS OF CONSOLIDATING CEMENT SLURRY BEHIND CASING IN HORIZONTAL WELL

Предлагаемое изобретение относится к области промыслово-геофизических методов контроля качества цементирования обсадных колонн нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при цементировании горизонтальных скважин.
При креплении обсадных колонн (ОК) в горизонтальных скважинах путем закачки тампонажного раствора в заколонное пространство на горизонтальных участках ствола образуются места касания ОК с открытым стволом скважины, либо в местах прогиба ОК создается малый зазор, из которого не всегда удается вытеснить промывочную жидкость с помощью тампонажного раствора. В результате возникают участки или интервалы «защемления» смеси промывочной жидкости с тампонажным раствором, которые обладают низкими изолирующими свойствами из-за более длительного набора необходимой прочности, что может служить причиной нарушения изоляции заколонного пространства и вызвать образование заколонных перетоков, не подверженных ремонтным исправлениям.
Известно, что повысить изолирующие свойства цементного кольца из указанной смеси в скважинах можно путем ускорения ее консолидации-твердения с помощью возбуждения в колонне упругих колебаний, генерируемых внутри колонны с помощью разных виброисточников, доставляемых с поверхности (Гуторов Ю.А., Гильманова A.M. и др. «Виброакустический геофизико-технологический комплекс «Крепь-1» для повышения качества крепления обсадных колонн в сложных геолого-технологических условиях» / НТВ «Каротажник», АИС, Тверь, 1999 г., вып. 62, стр. 78-80).
Известен также геофизико-технологический комплекс «Забой» для обработки призабойной зоны пласта виброакустическим воздействием и контроля режима обработки по изменениям, которые возникают в заколонном пространстве и пласте (Гуторов Ю.А., Моисеев Ю.Н., Филиди Г.Н. и др. «Геофизико-технологический комплекс «Забой» для обработки призабойной зоны пласта и ее оптимизации в процессе воздействия» / НТВ «Каротажник», АИС, Тверь, 1999 г., стр. 74-76).
Технология применения указанного комплекса включает: доставку геофизико-технологического комплекса в составе акустического цементомера и вибратора в интервал воздействия для проведения фонового замера в режимах шумомера и акустического цементомера, последующее вибрационное воздействие с одновременным контролем интенсивности и частоты вибрационного поля шумомером, контроль амплитудно-временных параметров упругой преломленной волны по колонне при остановках воздействия и дальнейшее извлечение комплекса на поверхность, в случае достижения необходимого результата.
Применительно к горизонтальным скважинам известный метод можно применить в случае установления местоположения участков «защемления» указанной смеси в проблемных местах прогиба или касания ОК стенки открытого ствола.
Известен метод для установления участков расположения за колонной неконсолидированной тампонажной смеси путем регистрации амплитуды волны Лэмба-Стоунли при проведении измерений с помощью аппаратуры широкополосного акустического каротажа (Гуторов Ю.А. «Метод широкополосного акустического каротажа для контроля технического состояния обсаженных скважин нефтяных и газовых месторождений», БГУ, г. Уфа, 1995 г.).
Известный метод предусматривает возможность отслеживать процесс консолидации тампонажной смеси при переходе из жидкой в твердую фазу по степени ослабления (затухания) амплитуды волны Лэмба-Стоунли, при этом, чем медленнее идет консолидация тампонажной смеси, тем медленнее происходит ослабление амплитуды волны Лэмба-Стоунли.
Известен способ оценки качества цементирования обсадных колонн, включающий в себя проведение каротажа в скважинах прибором акустического контроля качества цементирования, регистрацию амплитуд волн Лэмба-Стоунли, интерпретацию результатов измерений, в результате которой судят о хорошем качестве цементирования по отсутствию или сильному ослаблению волн Стоунли (Пат. РФ №2312376, опубл. 10.12.2007 г.).
Недостаток известного способа заключается в отсутствии критериев поведения амплитуд волны Лэмба-Стоунли, при которых наблюдается замедленная консолидация тампонажной смеси за обсадной колонной в горизонтальных скважинах, так как известный способ предусматривает проведение акустического каротажа после завершения цементирования скважин, по истечении большого промежутка времени, необходимого для процесса затвердевания тампонажного раствора и служит лишь для оценки конечного его качества. Из-за длительного промежутка времени, прошедшего после завершения тампонажа уже не целесообразно по результатам измерений воздействовать на процесс цементирования, с целью его ускорения, поскольку он уже завершился и амплитуды волны Лэмба-Стоунли равны нулю.
Как указывалось выше, в горизонтальных скважинах возникают участки или интервалы «защемления» смеси промывочной жидкости с тампонажным раствором, которые обладают низкими изолирующими свойствами из-за более длительного набора необходимой прочности тампонажного камня, что может служить причиной нарушения изоляции заколонного пространства и вызвать образование заколонных перетоков, не подверженных ремонтным исправлениям.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение своевременного обнаружения мест «защемления» смеси промывочной жидкости и тампонажного раствора за ОК с замедленной консолидацией и возможности воздействия на ускорение процесса ее консолидации для повышения качества цементирования горизонтальных скважин в местах с неполным вытеснением промывочной жидкости.
Указанная задача достигается тем, что в предлагаемом способе воздействия на процесс консолидации цементного раствора за обсадной колонной (ОК) в горизонтальных скважинах, включающем проведение каротажа в скважинах прибором акустического контроля качества цементирования ОК, регистрацию амплитуд волн Лэмба-Стоунли, интерпретацию результатов измерений, в отличие от известного, акустический контроль качества цементирования ОК проводят на ранних временах сразу после окончания закачки цементного раствора в скважину в течение 30-180 минут, при этом выделяют интервалы за ОК по регистрации амплитуд волн Лэмба-Стоунли с наиболее низкой динамикой их уменьшения, характеризующей наличие локальных участков «защемления» смеси промывочной жидкости и цементного раствора, и осуществляют их локальную обработку упругими колебаниями на частоте радиального резонанса обсадной колонны, определяемой по формуле:
f=V/π·D,
где:
f - частота радиального резонанса обсадной колонны, 1/сек;
V - скорость звука в металле свободной колонны, м/сек;
π - 3, 14, постоянное число;
D - диаметр колонны, м.
На фиг. 1 представлена таблица 1 «Динамика амплитуды волны Лэмба-Стоунли за колонной в процессе твердения тампонажной смеси, mV», показывающая изменения амплитуды волны Лэмба-Стоунли в зависимости от плотности цементной смеси за ОК, регистрируемой сразу после цементирования горизонтальной скважины.
На фиг. 2 представлена таблица 2 «Динамика амплитуды волны Лэмба-Стоунли за колонной в тампонажной смеси после ее обработки виброисточником, mV», показывающая изменения амплитуды волны Лэмба-Стоунли, регистрируемой после обработки участков «защемления» смеси промывочной жидкости и цементного раствора упругими колебаниями.
Исследования показали, что на реологические свойства тампонажной смеси значительное влияние оказывает степень ее перемешивания с промывочной жидкостью, которую она вытесняет при продавке в заколонное пространство при цементировании. Очевидно, что на участках «защемления» смеси промывочной жидкости и тампонажного раствора основное реологическое свойство - плотность тампонажного раствора, будет значительно отличаться в меньшую сторону от оптимальной величины. Соответственно, здесь процесс консолидации тампонажной смеси протекает более медленно, что и отражается на динамике ослабления амплитуды волн Лэмба-Стоунли, напротив указанных участков.
Экспериментально установлено время - до 180 мин. после окончания цементирования ОК, в течение которого происходит консолидация тампонажной смеси на участках за ОК, где не образуются зоны «защемления» смеси промывочной жидкости и тампонажного раствора, поэтому акустический каротаж целесообразно проводить сразу после завершения цементирования ОК.
3
3
Из таблицы 1 видно, что динамика ослабления амплитуды волны Лэмба-Стоунли напротив участков тампонажной смеси с плотностью 1,9-2,0 г/см протекает значительно интенсивнее, чем напротив участков тампонажной смеси с плотностью 1,35-1,4 г/см, где регистрируется низкая динамика уменьшения амплитуды волны, соответственно, характеризующая наличие участков «защемления» смеси промывочной жидкости и цементного раствора.
По результатам акустического каротажа выделяют интервалы, где регистрируется низкая динамика уменьшения амплитуды волны Лэмба-Стоунли, характеризующая наличие за ОК локальных участков «защемления» смеси промывочной жидкости и цементного раствора, и далее осуществляют локальную обработку этих участков с помощью виброакустического комплекса «Крепь-1» либо с помощью виброисточника, сочлененного с прибором акустического широкополосного каротажа (Гуторов Ю.А., Филиди Г.Н. и др. Геофизико-технологический комплекс «Забой» для обработки призабойной зоны пласта и ее оптимизации в процессе воздействия. НТВ «Каротажник», АИС, г. Тверь, 1999 г. Вып. 64, стр. 74-76). При этом для повышения эффективности вибровоздействия, с целью максимального ускорения процесса консолидации тампонажной смеси, проводят вибровоздействие на частоте радиального резонанса ОК, зависящей от ее диаметра и скорости звука в ней, которую определяют по формуле: f=V/π·D,
где:
f - частота радиального резонанса ОК, 1/сек;
V - скорость звука в металле свободной ОК, м/сек;
π - 3,14, постоянное число;
D - диаметр ОК, м.
Экспериментально установлено, что скорость звука в металле свободной ОК находится в диапазоне 5200-5500 м/сек.
Примером осуществления способа могут служить данные, представленные в таблицах 1 и 2.
3
3
В процессе измерений с помощью аппаратуры широкополосного акустического каротажа типа СПАК-6Д (Аппаратура акустического каротажа. Краткий каталог. «Технические средства, методические разработки, технологии, услуги в области геофизических исследованиях скважин», ОАО НПП ВНИИГИС, г. Октябрьский, Республика Башкортостан, стр. 71. www.vniigis.bashnet/ru) установлен локальный участок «защемления» смеси промывочной жидкости и цементного раствора с плотностью 1,35-1,4 г/см, где регистрируется низкая динамика уменьшения амплитуды волны Лэмба-Стоунли по сравнению с динамикой изменения амплитуды волны Лэмба-Стоунли на участке с нормальной консолидацией тампонажной смеси - 1,9-2,0 г/см. Расхождение динамики изменений волн зафиксировано на ранних стадиях после завершения цементирования на 60-90 минутах (таблица 1).
3
С помощью виброакустического комплекса «Крепь-1» произведена виброобработка выделенного участка с плотностью 1,35-1,4 г/см на частоте, которая соответствует частоте радиального резонанса обсадной колонны, определяемой по формуле: f=V/π·D,
где:
f - частота радиального резонанса ОК, 1/сек;
V - скорость звука в металле свободной ОК, м/сек;
π - 3,14, постоянное число;
D - диаметр колонны, м.
На практике диаметр ОК априори известен, а скорость звука измеряют стандартным прибором акустического каротажа в свободной ОК.
3
Из таблицы 2 видно, что динамика ослабления амплитуды волны Лэмба-Стоунли напротив участков «защемления» смеси промывочной жидкости и цементного раствора с плотностью 1,35-1,4* г/см протекает значительно интенсивнее после обработки их виброисточником на 120 минуте после начала цементирования. При этом на 390 минуте процесс консолидации тампонажной смеси завершился.