СПОСОБ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН
METHOD FOR ASSESSMENT OF CEMENTATION QUALITY OF OIL AND GAS WELLS

Изобретение относится к области геофизических исследований и может быть использовано для контроля технического состояния нефтяных и газовых скважин.
Контроль качества цементирования обсадных колонн на этапе строительства и в процессе эксплуатации скважин является одной из важнейших задач промысловой геофизики. Основными дефектами цементирования, обуславливающими негерметичность заколонного пространства, являются продольные каналы и кольцевые зазоры на границе контакта цемента и колонны. Для выявления таких дефектов цементирования скважин эффективными являются геофизические методы, основанные на использовании сканирующей аппаратуры.
Из современного технического уровня известен способ оценки качества цементирования обсадных колонн нефтегазовых скважин с использованием секторных зондов, работающих в сканирующем режиме [1]. В программно-управляемом комплексе АМК-2000М используется модуль акустического каротажа МАК-СК на преломленных волнах, содержащий 8-секторный акустический зонд. Этот модуль обеспечивает исследование заколонного пространства в радиальных направлениях через 45° с разрешением по глубине, равным длине рабочей части зондовой установки 40 см. Результаты исследования предоставляются в виде цветовой карты, отображающей уровни сигналов, соответствующие характерным состояниям дефектов цементирования и колонки графического заключения с поинтервальным отображением состояния цементирования.
Недостатком этого способа является то, что результаты исследований обеспечивают уверенное выделение только видимых дефектов цементирования - продольных и кольцевых каналов. При ограниченном количестве секторов сканирования и большом шаге дискретизации по глубине разрешающая способность аппаратуры низка и поэтому при исследовании качества цементирования возможны пропуски каналов вероятных перетоков жидкости и газа за обсадной колонной.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ оценки качества цементирования обсадных колонн, при котором осуществляется выделение дефектов цементного камня с использованием метода акустического сканирования, основанного на измерении параметров отраженного сигнала от внутренней стенки обсадной трубы по 30 секторам [2]. Такой способ обеспечивает высокое разрешение выделяемых дефектов цементирования по периметру и вдоль обсадной колонны. Основными параметрами, используемыми для определения плотности контакта цемента с обсадной колонной, является относительное изменение амплитуды сигнала реверберации по секторам, нормированной по значениям при плотном контакте колонны с цементом и в свободной колонне от 0 до 1 усл. ед. Предлагаются градации состояния контакта по 4 уровням сигнала: плотный контакт 0-0.2 усл. ед., кавернозный цемент (частичный контакт) 0.2-0.9 усл. ед., отсутствие контакта 0.9-1.0 усл. ед. и канал в цементе, если 3-10 секторов подряд имеют значение 0.8-1.0 усл. ед. (Методическое руководство по применению аппаратуры акустического каротажа АСТ-К-80. МИ 41-17-1405-2011). Для визуализации результатов оценки качества цементирования служит объемная модель цементирования, колонка заключения в графическим виде и среднее значение индекса цементирования в виде кривой.
Недостатком этого способа является то, что представляемые результаты исследований обеспечивают уверенное выделение только явно выраженных дефектов цементирования. Наличие канала в цементе в 3-10 секторах подряд соответствует его раскрытости по периметру 36-120°, поэтому такая градация качества цементирования является завышенной, так как переток жидкости и газа в заколонном пространстве может происходить по каналу, соизмеримая с одним сектором.
Общими недостатками известных способов оценки качества цементирования обсадных колонн с использованием методов акустического сканирования являются низкая достоверность и точность выделения сообщающихся дефектов цементирования в заколонном пространстве. С применением этих способов выделяются наиболее простые состояния цементирования: участки со сплошным отсутствием и плотным контактом и явно выраженные каналы плохого цементирования.
Технической задачей изобретения является повышение достоверности и точности оценки качества цементирования обсадных колонн нефтегазовых скважин.
Технический результат достигается за счет того, что согласно предлагаемому изобретению по результатам акустического секторного сканирования заколонного пространства выявляют сообщающиеся дефекты цементирования среди множества хаотически распределенных участков с различным состоянием цементирования и количественно оценивают их протяженность вдоль колонны и величину их раскрытости по периметру.
Техническая задача решается следующим образом. Выполняют измерение амплитуд акустического сигнала отраженного сигнала от стенок обсадной колонны в условных единицах от 0 до 1.0 усл. ед, характеризующих состояние механического контакта цемента со стенками обсадной колонны по периметру колонны по секторам (например, 30 секторов для аппаратуры АСТ-К-80), причем хорошему качеству цементирования (плотному контакту) соответствуют низкие значения амплитуд от 0 до 0.2 усл. ед, а плохому качеству цементирования (частичному контакту и его отсутствию) соответствуют значения амплитуд от 0.2 до 1.0 усл. ед. При заданном граничном уровне сигнала 0.2 усл. ед., характеризующем хорошее и плохое качество цементирования, по секторам на каждом кванте глубины амплитудам придают соответствующие значения: 0 и 1 усл. ед. Таким образом, формируют электронную таблицу качества цементирования по секторам и глубине, включающую числовые значения амплитуд сигналов по секторам в функции глубины (квантов глубины) в заданном интервале исследований. На основе электронной таблицы качества цементирования выделяют сообщающиеся дефекты цементирования вдоль колонны, обуславливающих возможные заколонные перетоки жидкости и газа, среди множества хаотически распределенных зон с различным состоянием цементирования. Идентификацию сквозных сообщающихся секторов с дефектами цементирования осуществляют с применением алгоритма графических преобразований. Для этого применяют один из методов растрового графического преобразования примитивов - алгоритм заполнения с затравкой, который изложен в (Роджерс Д. - Алгоритмические основы машинной графики: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 512 с., на стр. 110). Сущность этого алгоритма заключается в выполнении последовательного анализа данных по секторам на каждом кванте глубины, выделении секторов с дефектами цементирования (значения амплитуд равных «1 усл. ед.») по периметру и вдоль заколонного пространства и в случае совпадения секторов с дефектами цементирования последующего и предыдущего квантов глубины сектора последующего кванта приобщают к секторам предыдущим кванта.
Таким образом, по длительности совпадения секторов с таким качеством цементирования судят о протяженности сквозных каналов с дефектами цементирования в заданном интервале исследований, а по количеству секторов на каждом кванте оценивают их раскрытости по периметру (в градусах). Также оценивают раскрытость (в градусах) изолированных секторов с дефектами цементирования по периметру на отдельных квантах глубины, не примыкающих к выделенным сквозным каналам.
Технический результат заявляемого технического решения иллюстрируется фигурой, где приведен фрагмент геофизического планшета с данными по оценке качества цементирования обсадной 7'' эксплуатационной колонны газовой скважины по предлагаемому способу. Результаты анализа визуализируются в графическом виде цветовой карты с разверткой 360° и в виде параметров дефектов цементирования по секторам (в градусах) с заданным шагом квантования по глубине скважины:
- раскрытость сквозных продольных каналов,
- раскрытость изолированных дефектов цементирования, не сообщающихся со сквозными каналами,
- суммарная раскрытость дефектов цементирования.
Экономическая эффективность предлагаемого способа оценки качества цементирования нефтегазовых скважин обусловлена высокой достоверностью и точностью выделения дефектов цементирования при оценке качества изоляции заколонного пространства, обуславливающих техническую и экологическую безопасность эксплуатации нефтегазовых скважин.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Сулейманов М.А., Исламгулов В.И., Батырова Д.Р. и др. Модуль сканирующего акустического цементомера МАК-СК для программно-управляемого комплекса АМК-2000 // НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. 2005. Вып. 10-11 (137-138). С. 47-60.
2. Смирнов Н.А., Варыхалов А.С., Рыбаков В.В. и др. Технико-технологические особенности оценки качества цементирования обсадных колонн методом акустического сканирования // НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. 2009. Вып. 4 (181). С. 98-108.