РД 39-0147009-534-87
Технология контроля цементирования скважин с применением регистраторов фазокорреляционных диаграмм ("Волна", БФКА…)

МИНИСТЕРСТВО НЕФТЯНОЙ промышленности

технология контроля цементирования скважин С ПРИМЕ НЕКЕМ регистраторов фазокорреляционшх диаграмм

("ВОЛНА", БФКА...)

РД 39-0147009-534-87

1986

МИНИСТЕРСТВО НЕТТЯКОл ПРОМ1ШЛВШОСТЙ

УТВЕРЖДАЮ

Главного технического я

__■    .    -__Г'.-И.ГпГгоращенко

^of___^I98i-^r-

ТЕХНОЛОГИЯ КОНТРОЛЯ UE ME НТЙРОВА НИ Я ОЗЗАГИН С ПРИМЕНЕНИЕМ РЕГИСТРА ТО РОЗ §А КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ДИАГРАММ ("ВОЛНА¹*, ША...)

РД 39-0147009-534-87

НАСТОЯЩЕЙ ДОКУМЕНТ РАЗРАБОТАН*.

Всесоюзным научно-исследовательским институтом по креплению скважин и буровым растворам (ВНИЖРнефть)

Директор

Ответственная исполнитель

Заведующий Лабораторией оценки качества* заканчиза-ния скважин

СОГЛАСОВАНО Директор ВНИИБТ

Директор ВНИйнвфтепромгео-    И.Г,Жувагин

физики fam ли //• 33-М~0/6/*}}~£Г)/;₆    07    М/лЪ-М/бс    ³

Начальник Главного производственного у правле промысловой и полевош-Физики

Начальник Управление.

ЕЮ'надзору ь нефтяной и газовой иромышгенности Госгортехнадзора СССР Со-гтюсоЬочо

письмо от IS.01 87    ф/3-2!

10

7*к - время распространения первого вступления, измеренное по фазовой линии в свободной колонне (рис.1);

Z - длина зонда в метрах;

П.(Тфп-Тфк) “ время, (длительность), связанное с пропуском; исло- циклов (периодов) колебаний волны, распространяющейся по породе, относительно первой фазовой линии волны, распространяющейся по колонне.

1.7. %фтовые соединения обсадных труб по равно как и по па растрам Ак, Ап, T[j, A'Tn и (X к, отбиваются только в интервалах незацементирозанной колонны (рис.1), а также при неплотном контакте (микрозазоры) цементного кольца с колонной и при наличии каналов, размеры которых по углу раскрытия £ достигают 120-180 ⁰ .

В ряде случаев на Лэ'К (рис.2) отмечаются аномалии, обусловленные волнами, отраженными от муфтовых соединений обсадных труб. Наиболее ярко они проявляются в интервалах не зацементированной колонны. Указанные аномалии обладают характерным наклоном (рис.5), тангенс угла которого, определяемый отношением ЛИ/ ДТ (где АН - линейный интервал в метрах, дТ - временной интервал в микро секунд ах)₍ есть не что иное как половинное значение скорости распространения продольной волны по обсадной трубе.

Следует отметить, что подобные аномалии на полученные при исследовании разрезов необсаженных скважин, являются указателями резкой границы раздела между пластами или они будут связаны, вероятнее всего, с открытыми горизонтальными трещинами. В обоих случаях по углу наклона этих аномалий можно оценить величину скорости ( \/п) в вышележащем пласте по отношению к скорости нижележащего.

II

Пример регистрации параметров АКЦ (УЗБА-21) и фазокорреляционных диаграмм с широтной модуляцией с аномалиями от муфтовых соединений обсадных труб

Рис. 5

12

1.8.    Наличие на диаграмме ЗЕ?К по колонне и по породе зависит от ряда факторов, которые могут привести к несоответствию с аналоговыми параметрами и следовательно, к противоречивым выводам о состоянии герметичности цементного кольца. В частности, при большом коэффициенте усиления (рис.ба) будут превалировать Щ, связанные с волнами, распространяющимися по колонне, которые затушевывают БгК волн, распространяющихся по породе. Наоборот, при малом коэффициенте усиления (рис.66) не исключена полная или частичная потеря в интервалах, где <Ук — 30 дБ/м (Ак=0) и при 0( к ^ 30 дБ/м (Ак>0). Аналогичные результаты модно получить и при правильной настройке блока "Волна" в условиях, когда промывочные жидкости, заполняющие колонну, имеют большую концентрацию газовоздушных пузырьков.

1.9.    Наличие или отсутствие на диаграмме связано но только с волнами по колонне или по породе, но и с дефектами (каналы, зазорл, разрывы) в цементном кольце. Однако в общем cJty-чае выделить по конкретный вид дефекта затруднительно. С некоторой степенью вероятности тип дефекта модно определить по комплексу Л?К и кривым АКЦ. Так, например (рис.7), аномалии

, отмеченные цифрой "3", с большей вероятностью можно отнести к каналам в цементном кольце, размеры которых по углу раскрытия " jb " находятся в зоне малой чувствительности зонда CJ5« 40°град) прибора АКЦ-4, чем аномалии, отмеченные цифрами "I", "2". Последние, очевидно, связаны с зазорами между колонной и цементным кольцом.

1.10.    Зазоры между цементным кольцом и стенками скважины (рис.8) отмечаются полкой потерей во всем регистрируемом временном интервале. Однако это определение не является однозначным, так как аналогичные аномалии J$K присущи и имеют место

13

Пример регистрации параметров АКЦ (УЗБА-21) и фазокорреляционинх диаграмм при различной настройте индикатора "Волна" (BIKA)

а - при -коэффициенте усиления 1:4; б - при -коэффициенте усиления 1:1

Рис. б

14

Пример выделения дефектов в цементном кольце

I - канал с j6 - 180 °; Z - зазор;

3 - канал с Jh< 40 ⁰

Рис.7

15

;для интервалов пород с большим затуханием при жестком контакте цементного но льна с колонной- и стенками скважины.

1.11.    1ък имеют достаточно тесные связи с аналоговыми параметрами /йс, Ап, Тп, регистрируемыми двухэлементными зондами. Как правило, при Ак^О данные линии располагаются во временном интервале, характеризующем свободную колонну (рис.1,6). При этом параметр Тп равен или несколько больше времени *йс. 3 интервалах "высокоскоростных" пород (рис. 4) четко, выделяемых по

ЗЩ{_;на параметр Ак (>0) оказывают влияние волны, распространяющиеся по породе, что говорит о жесткой'связи цементного кольца с колонной и стенками скважины. С другой стороны, в интервалах терркгекного разреза, когда Лк/0, а Л$К отмечают золнн из породы (рис.З), герутинность цементного кольца следует считать нарушенной, равно как и при Ак = 0 (см. рис. 4), когда по регистрируются волны, распространяющиеся по колонне.

1.12.    Расхождение меяду показаниями аналоговых параметров иЛ$К' зозмо:зо в том случае, когда нарушено соответствие настро? ки блока "Волна" по отношению к настройке наземного прибора (пульта) АКЦ. В частности, если загрублена "чувствительность" блока "Волна", то наФКД*, при наличии дефектов (Ак>0) будут пропущены линии волн, распространяющихся по колонне. Так, например, на рис.9 в интервале 1877-1836 м ДНК четко отмечают волны, распространяющиеся только по породе. В то же время отклонение параметра Ак от нулевого уровня указывает на наличие волны по колонне, что связано с дефектами (несплошные зазоры, каналы) в цементном кольце. Обратная картина наблюдается на рис.4 в кктерзалз 1698-1709 м. 3 этом случае Ак=0 и указывает на отсутствие дефектов, а Л5К четко отмечают волны по колонне, что связано с наличием дефектов. Однако этот пример более всего от-

Г7

Пример регистрации комплексной диаграммы параметров АКЦ (АгЩ-4) и фазокоррело-граммы

Рис.9

18

вечает на вопрос о недостаточной чувствительности индикаторных параметров к каналам в цементном кольце при Jb ^40 °, что говорит о несоответствии настройки блока "Волна" и наземной панели АКЦ.

1.13. Регистрация МД с применением комбинированной развертки (длительность растянутого диапазона 2 мс, сжатого -2,5 мс, общая длительность развертки 4,5 мс) дает возможность определить положение башмака внешней колонны (рис.10). Характерным признаком входа колонны в колонну является появление на фазокоррелограмие в области сжатой развертки дополнительного сигнала от внешней колонны (более сильная затемненность поля записи).

Кроме этого, впервые появилась возможность отбивки сварных соединений в трубах и места соединения сварной колонны с муфтовой.

X.14. Регистрация на §КД отраженных от муфтовых или сварных соединений сигналов, расположенных в области сжатой развертки, дает возможность определения высоты подъема тампонажных материалов за колонной. Участок колонны (pvic.Il), за которым имеется тампонажный материал,наблюдается на диаграмме светлым фоном (отраженные волны отсутствуют), а участок свободно:': колонны - более темным (на записи видны отраженные сигналы в виде текших пересекающихся полос).

Отсутствие отраженных волн на ранней стадии формирования цементного камня (после начала схватывания) объясняется тем, что тампонажный материал с этого к»мента начинает демпфиро -вать колонну и волны, отраженные от-муфтовых или сварных соединений, энергия которых незначительна, затухают. В то время, как прямая волка по колонне будет существовать до тех пор,

19

Пример записи фазокорреляционных диаграмм в ■комбинированной колонне (сварная колонна 0 140 мм нике 710 м, колонна на муфтах 0 146 мм выше 710 м). Внешняя колонна 0 219 мм

1    - отбивка муфтовых соединений;

2    - отбивка сварных соединений;

3    - место положения башмака внешней колонны;

4    - место соединения сварной части колонны с

муфтовой

Рис.10

АННОТАЦИЯ

Изложена технология контроля цементирования скважин с применением регистраторов фазокорреляционных диаграмм ("Волна", БФКА...). Она является дополнением к "Руководству по применению акустических и радиометрических методов контроля качества цементирования нефтяных и газовых скважин" и РД 39--4-1024-84 "Технология исследований и интерпретации данных> полученных аппаратурой ЦМГА-2 и УЗБА-21 в различных геологотехнических условиях в обсаженных скважинах".

Ка промысловых примерах показаны приемы комплексной интерпретации цементограмм к фазокоррелограмм.

В работе по подготовке материалов и составлению настоящей методики принимали участие коллективы ВНИИКРнефти, Ш НИИ-моргеофизики, ВНИИНПГ, СевХавНИИгаза.

Составители: В.П.Ильясов, З.Х-М.Дулаез, В.В.Беспалов, В.М.Су-гак, А.Ф.Калиенко (ВНШКРнефть);

П.А.Прямов, К.А.Сулейманов, Т. А. Чернышева (ВККИНПГ);

В.И.Антоненко, Е.П.Ломачев (К$ НИИморгеофизики); А.Я.Петерсон (КО &зКав'ШИгаза).

20

Пример ваписи фазокорреляционных диаграмм с комбинированной разверткой в колонне 0 146 мм по истечении 2 часов после заливки портландцементом

I - высота подъема тампонажного материала за колоннэо-,

А - участок колонны с опережающим схватыванием цемента;

Б - участок колонны запаздывающего схватывания цемента

Рис.11

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

ТЕХНОЛОГИЯ КОНТРОЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН С ПРИМЕНЕНИЕМ РЕГИСТРАТОРОВ ФАЗОКОРРЕЛЯЦИОННЫХ ДИАГРАММ ("ВОЛНА", БйСА...)

РД 39-0147009- 534-87

Вводится впервые

Срок введения установлен с 19.01.87 Срок действия до 10.01.90

Технология предназначена для практического использования производственными нефтегазодобывающими объединениями и геофизическими трестами Миннефтепрома, контролирующими цементирование скважин и оценивающими его качество.

В настоящее время качество цементирования скважин оценивают в основном по данным акустического контроля цементирования (АКЦ) с использованием приборов АКЦ-4 (двухэлементный зонд), УЗБА-21 и ЦМГА-2 (трехэлементные зонды), позволяющих на законченной стадии формирования цементного теста определять высоту его подъет (АКЦ-4 только с приставкой ЙПАК) и состояние контакта цементного камня с колонной, а иногда с породой (кроме АКЦ-²*), изучать процессы его формирования в скважинных условиях, оценивать влияние механических, химических и других воздействий на состояние контакта обсадной колонны с цементной оболочкой, а также выявлять в благоприятных условиях дефекты цементирования.

Информативность мзтода АКЦ в сложных геолого - техничес-

ч

ких условиях, в том число, б наклонных скважинах и колоннах большого диаметра (тем.колонны, кондуктора) можно существенно повысить посредством введения регистрации наравне с аналоговыми параметрами фазскоррелограмм, реализованных в аппаратуре "Волш", рассчитанной на подключение к наземному прибору любой существующей на производстве аппаратуры акустического каротажа или контроля цементирования с использованием каротажных фоторегистраторов типа H0-I5 и Н0-28А.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Индикатор записи фазокорреляционных диаграмм и визуального контроля "Волна" (в дальнейшем индикатор) состоит из двух частей: блока управления и блока визуального контроля и записи. Блок управления снабжен необходимыми элементами для настройки, выбора масштаба записи и уровня модуляции. Блок визуального контроля и записи содержит две малогабаритные электронно-лучевые трубки и устанавливается на специально подготовленное место на корпусе фоторзгистратора.

1.2.    Индикатор предназначен для записи фазокоррелограммы (ФКД) на фото ленте каротажного регистра тара одноврешнно с аналоговыми кривыми АКЦ, а также для настройки и визуального контроля аппаратуры в процессе ее работа на скважинах.

1.3.    Фазокоррелограммы (ФКД) представляют собой темные на белом или светлые на темном фоне линии фазовой корреляции (15К), расстояние между которыми определяется периодами колебаний регистрируемого сигнала. В однородных по скоростям распространения упругих волн средах, когда их мощность (Н) больше или равна длине зонда, ЗШ обладают параллельностью. В не зацементированной колонне (рисЛ) параллельность JF&K наблюдается во времен-

5

Характерный пример регистрации фазокорреляционных диаграмм зондом АКЦ-4 ( -j- изл = 25 кГц) (волны по породе прослеживаются слабо и на больших временах)

1    - волна по породе;

2    - интерференционная картина колебаний

Рис Л

6

ном интервале, в котором умещается до 10-12 линий периодов ■колебаний. Искажение параллельности линий, соответствующих последующим периодам колебаний, обусловлено интерференцией волн, распространяющихся по колонне и по породе и, очевидно, будет зависеть от скорости последних, эксцентричности колонны и расстояния между колонной и стенками скважины.

1.4.    В режиме регистрации с широтной модуляцией ширина ЛЙС определяется амплитудами регистрируемых колебаний (рис.2), чем больше амплитуда, тем шире затемненность линии.

1.5.    В качественно зацементированной скважине (жесткий, контакт, цемента с колонкой и породой, отсутствие дефектов) упругие волны, распространяющиеся по колонне, быстро затухают (^к^ЗО дБ/м), амплитуды колебаний выходят на уровень аппаратурных шумов и Л1К отражают периоды колебании продольных и поперечных волн, распространяющихся по горным породам (рис.З). При этом разрэиенкость Ш\ по типам волн зависит от амплитудно-частотной характеристики приемко-передающего тракта акустического зонда, в частности, от ее широкополосности.

1.6.    В случае четко выраженных по породе (рис.2,4)

и при наличии Л$К по свободной колонне представляется возможность расчета по Формуле интервального времени д,'Тп распространения продольной дли поперечной волны по породе:

лТп.₃ - Т {[(^Т" - Л) - ft * П i(Т*п - Ток)]} И 85,    (J)

где Та- время распространения первого вступления, измеренное по фазовой линии в хорошо зацементированной колонне (рис.4);

7

Пример регистрации параметров АКЦ (ЦМГА-2) и фазокорреляционной диаграммы с широтной модуляцией в интервале свободной и хорошо зацементированной колонны

Рис. 2

8

Примар записи фазокоррзляционных диаграмм в интервале качественного цементирования скважин (терригенный разрез)

Рис.З

9

Пример регистрации фазонорреляп.иокшх диаграмм при плотном контакте цементного-камня с колонной и высокоскоростной породой (интервалы А,

В при Ц_& > 0)

1    - ЗШ соответствуют показаниям L,, ?_п» А_п;

2    - Я$К указывают на волну из породы при

А^> 0;

3,4 - Язл отмечают фазы последующих колебаний по колонне при Ак > 0 и при Ак-0

Рис. 4