close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000102703

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Сулейманов Марат Агзамович
РАЗРАБОТКА А П П А Р А Т У Р Ы И М Е Т О Д И К И
КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОВЫХ
С К В А Ж И Н НА ОСНОВЕ М Н О Г О Э Л Е М Е Н Т Н Ы Х
А К У С Т И Ч Е С К И Х ЗОНДОВ
25.00.10 - Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
УФА-2005
Работа выполнена в О А О Н П Ф «Геофизика»
Н а у ч н ы й руководитель:
Официальные оппоненты:
доктор технических наук,
старший научный сотрудник
Кнеллер Леонид Ефимович
доктор технических наук,
профессор
Валиуллин Рим Абдуллович
кандидат технических наук
Жуланов Иван Николаевич
Ведущая организация:
О А О «Татнефтегеофизика», г. Бугульма
Защита диссертации состоится «25» ноября 2005 г. в 16 часов на [Заседании
диссертационного совета Д520.020.01 при открытом акционерном обществе
научно-производственой фирмы «Геофизика» по адресу:
Республика
Башкортостан, 450005, г. Уфа, ул. 8-е Марта,12.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке О А О Н П Ф «Геофизика»
Автореферат разослан «24» октября 2005 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор химических наук
Д.А. Хисаева
зм&^
^ f)C\^0
'ГГ101ь\
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность
работы. Огромное значение при строительстве
и
эксплуатации нефтегазовых скважин уделяется качеству их цементирования.
Низкое качество цементирования может привести к нарушению изоляции
продуктивного
интервала,
непредусмотренному
поступлению
вод,
поступлению углеводородов в водонасыщенные горизонты и т.п. Острота
проблемы возросла в последние годы в связи с тем, что крупнейшие
месторождения
(Самоотлорское,
Арланское,
Туймазинское
и
др.)
эксплуатируются по 30-50 лет и необходим тщательный экологический
контроль за эксплуатацией скважин.
Одним из эффективных средств оценки качества цементироваЕгая
скважин является акустический метод, который получил развитие в нашей
стране в середине 60-х прошлого столетия.
В период внедрения метода акустической цементометрии технология
строительства
нефтегазовых
скважин
предусматривала
наличие
незацементированных интервалов обсадных колонн, поэтому успешно
применялись двухэлементные акустические цементомеры.
Однако в последующие годы в связи с повышением требований по
экологической безопасности окружающей среды обсадные колонны
нефтегазовых скважин стали цементироваться от забоя до устья. Отсутствие
незацементированных интервалов, на которых выполнялась калибровка
двухэлементных цеменгомеров, сделало их применение малоэффективным.
К моменту постановки данной темы актуальной стала задача разработки
многоэлементных интегральных акустических цементомеров, которые
позволяют перейти к количественной оценке состояния цементирования
скважин.
Акустические цементомеры с зондами интегрального типа позволяют
определять средние по периметру обсадной колонны характеристики
цементного
кольца
за
обсадной
колонной,
но
не
позволяют
идентифицировать тип дефектов цементирования, определять размеры
дефектов и их ориентацию в пространстве. Эта информация необходима при
ремонтно-изоляционных работах в скважине, поэтому в интервалах с
дефектами
цементирования
выполняют
дополнительные
детальные
исследования с применением различных геофизических методов (гаммагамма цементометрии, термометрии и т.д.).
В
связи с этим для детальных исследований скважин велика
актуальность разработки сканирующего акустического цементомера с
зондами секторного типа и использования его в комплексе с гамма-гамма
цементомерами типа СГДТ, которые позволяют выполнять контроль
качества цементирования скважин, как в интегральном так и селективном
(секторном) режимах.
Цель
работы. Разработка
аппаратуры
и
методики
акустической
цементометрии на основе многоэлемерщых зондов интегрального и
СПе«^,
^ 1 ( 3 'Л
секторного типа и повышение эффективности комплекса геофизических
методов контроля качества цементирования нефтегазовых скважин.
Основные задачи исследований
- изучение на физических моделях обсаженных скважин количественных
связей между состоянием цементирования скважин и регистрируемыми
характеристиками упругих волн для трехэлементных акустических зондов
интегрального типа различных типоразмеров;
обоснование
выбора
оптимальных
технических
параметров
трехэлементного интегрального акустического цементомера и методики его
применения для количественной оценки состояния цементирования скважин;
- изучение возможностей акустических зондов секторного типа по
определению качества цементирования скважин но периметру обсадной
колонны;
- разработка сканирующего акустического цементомера секторного типа
и методики его применения для определения дефектов цементирования,
оценки их размеров и пространственной орисЕггации в скважине;
- разработка аппаратурного комплекса и методики комплексной
интерпретации данных, получаемых акустическими
цементомерами
интегрального и секторного типа и селективно-интегральными гамма-гамма
цементомерами.
Методы исследования. Анализ и обобщение возможностей существующей
аппаратуры и методики контроля качества цементрфовання скважин,
теоретические расчеты и экспериментальные исследования на моделях
обсаженных скважин, проведение опытно-методических работ на скважинах,
обобщение и анализ полученных скважинных материалов, апробация
разработанной аппаратуры и методики в производственных условиях и
оценка эффективности найденных рещений путем сопоставления с данными
других геофизических методов.
Н а у ч н а я новизна.
1. Эксперимсрггально установлены критерии количественной оценки
состояния цементирования скважин для типовых тампонажных материалов,
основанные на измерении упругих волн, регистрируемых трехэлементным
интегральным акустическим зондом на средней частоте зондирования 20
кГц.
2. Обоснованы оптимальные технические параметры трехэлементного
интегрального
акустического
цементомера,
необходимые
для
количественного контроля состояния цементирования скважин в различных
геолого-технических условиях.
3. Предложены методика и средства калибровки трехэлемеггттюго
акустического цементомера, обеспечивающие одновременно с контролем
метрологических
характеристик
аппаратуры
контроль
идентичности
параметров приемно-передающих трактов зонда.
4. Экспериментально установлены зависимости параметров головных
упругих волн, регистрируемых 8-секторным акустическим зондом на средней
частоте зондирования 100 кГц, от состояния цементирования обсадной
колонны по сё периметру и от размеров дефектов цементирования
различного типа, и разработаны критерии интерпретации получаемых
данных.
5. Показана возможность определения типа и размеров дефектов
цементирования скважин на основе комплексирования акустического
цементомера интегрального и секторного типа и селективно-интегрального
гамма-гамма цементомера.
Основные защищаемые положения.
- трехэлементный интегральный акустический цементомер, средства его
метрологического обеспечения и методика применения для количественного
определения состояния цементирования скважин;
- 8-секторный сканирующий акустический цементомер и методика его
применения для определения дефектов цементирования по периметру
обсадной колонны, оценки их размеров и пространственной ориентации
относительно апсидальной плоскости скважины;
- аппара1урный комплекс и методика комплексной интерпретации
данных, получаемых акустическими цементомерами интегрального и
секторного типа и селективно-интегральными гамма-гамма цементомерами.
Практическая ценность и реализация работы. Разработанная
аппаратура и методика позволяет повысить эффективность геофизического
контроля качества цементирования нефтегазовых скважин за счет
повышения достоверности (количественная оценка) и информативности
(определение типа дефектов, их размеров и пространственной ориентации)
заключений о состоянии цементирования заколонного пространства
скважины.
Результаты диссертационной работы внедрены на многих геофизических
предприятиях России, а также в некоторых странах ближнего (Белоруссия,
ЬСазахстан, Узбекистан) и дальнего зарубежья (Китай).
Объем серийно выпущенной аппаратуры МАК-2 и её различных
модификаций составляет более 800 приборов, аппаратурно-методического
комплекса АМК-2000 - 17 комплектов, программного обеспечения
автоматизированной интерпретации данных, получаемых разработанной
аппаратурой - более 70 комплектов. Экспериментальный образец
сканирующего 8-секторного акустического цементомера М А К - С К прошел
опробование на производственных скважинах Башкирии, Татарии и
Пермской области. По результатам скважинных испытаний составлено
техническое задание на опытно-конструкторские работы для подготовки
серийного производства М А К - С К .
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на
Всесоюзном семинаре «Геоакустические методы поисков и разведки
месторождений полезных ископаемых» (Москва, 1985 г.), на научнопрактическом
семинаре
«Новые
сейсмоакустические
технологии
исследования нефтегазовых скважин» (г. Тверь, 1997 г.), на научных
симпозиумах по геофизическим технологиям (г. Уфа, 1998 - 2005 г.г.),
которые проводились в рамках ежегодной Международной Уфимской
выставки
«Нефть.
Газ»,
на
международном
Российско-Китайском
симпозиуме по промысловой геофизике «Уфа-2000», на П КитайскоРоссийском научном симпозиуме по геофизическим исследованиям скважин
(г. Шанхай, 2002 г.), на Ш Российско-Китайском симпозиуме
«Новые
технологии в геологии и геофизике» (г.Уфа, 2004 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе
получено 6 авторских свидетельств и 1 патент на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав
и заключения. Текст изложен на 205 страницах, включая 46 рисунков,
17 таблиц, список литературы из 111 наименований.
В диссертации представлены результаты исследований, выполненные
лично автором, а также под его руководством и при непосредственном
участии в соавторстве с коллегами.
Диссертационная работа выполнена в О А О Н П Ф «Геофизика». Работа
подготовлена под научным руководством д.т.н. Кнеллера Л.Е., которому
автор выражает глубокую благодарность.
Автор
также
выражает
признательность
и
благодарность
руководителям и специалистам О А О Н П Ф «Геофизика» за помощь в
проведении исследований и обсуждении результатов: к.т.н. Лаптеву В.В.,
|к.т.н. Прямову П.А.| , к.т.н. Труфанову В.В., к.т.н. Семенову Е.В., к.т.н.
Служаеву В.Н., к.т.н. Иванову В.Я., к.т.н. Ахметсафину Р.Д., Маломожнову
A . M . , Чернышевой Т.А., Батыровой Д.Р., Перцеву Г.М., Исламгулову В.И.,
Баязитову Р.Р, Тарасову С И . , Стрелкову В.И.; руководителям и
специалистам производственных геофизических предприятий за помощь в
проведении скважинных испытаний разработанной аппаратуры: к.т.н.
Шилову А.А., K.T.H. Коровину В.М., к.г.-м.н. Булгакову Р.Б. ( О А О
«Башнефтегеофизика»), к.т.н. Нуретдинову Я.К., Горгуну В.А., Мухамадиеву
Р.С. ( О А О «Татнефтегеофизика»), а также директору Г У П «Центр
метрологических исследований «Урал-Гео» к.т.н. Лобанкову В . М . за помощь
в проведении модельных работ.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В о введении показана актуальность работы, сформулированы цель,
задачи исследования, научная новизна, защищаемые положения и
пракгическая ценность.
В первой главе выполнен обзор современного состояния в области
контроля качества цементирования нефтегазовых скважин.
В настоящее время в большинстве нефтегазодобывающих районов
России обсадные колонны цементируют двумя типовыми тампонажными
материалакш. Нижнюю часть скважины в интервале продуктивных пластов
цементируют портландцементным раствором нормальной плотности (1,8-1,9)
г/см', а верхнюю часть - облегченным гельцементным раствором плотностью
(1,5-1,6) г/см'.
Для контроля качества цементирования скважин ( К Ц С ) используют
следующие геофизические методы: термометрический, метод радиоактивных
изотопов, радиометрический, акустический.
Наиболее широкое распространение для контроля К Ц С в нашей стране и
за рубежом получил акустический метод, основанный на возбуждении в
скважине импульсов упругих колебаний и регистрации параметров головных
упругих волн, распространяющихся вдоль оси скважины по обсадной
колонне и горным породам.
Акустический метод контроля К Ц С на головных волнах начал
развиваться в нашей стране в середине 60-х годов прошлого столетия
благодаря работам П.А.Прямова, Д.В.Белоконя (Волго-Уральский филиал
ВНИИгеофизики), а в 70-х годах получил дальнейшее развитие в работах
Д.А.Крылова, К.А.Шишина (Мангышлакнефть), О.Л.Кузнецова, И.П.Дзебаня
( В Н И И Я Г Г ) , Б.И.Кирпиченко, Ю.А.Гугорова, В.Д.Кучернюк ( В Н И И Г И С ) .
В последующие годы в совершенствование аппаратуры и методики
акустической
цементометрии
значительный
вклад
внесли
работы
А.Ф.Девятова, В.Г.Рафикова ( В Н И И Г И С ) , В.Х-М.Дулаева, В.В.Беспалова,
В.М.Сугака,
Я.М.Леонтовича
(ВНИИКРнефть),
В.И.Антоненко,
Е.П.Ломачева (Краснодарский филиал ВНИИморгеофизики), А.Я.Петерсона
(СевКавНИИгаза),
П.А.Прямова,
М.Г.Гуфранова,
В.М.Коровина,
В.Н.Служаева (ВНИИнефтепромгеофизика).
На протяжении многих лег в период внедрения метода акустической
цементомерии
технология
строительства
нефтегазовых
скважин
предусматривала наличие незацементированных интервалов обсадных
колонн, поэтому успешно применялись двухэлементные акустические
цементомеры типа А К Ц ( А К Ц - 1 , АКЦ-4 и др.), содержащие акустические
зонды с одним излучателем и одним приемником упругих волн.
Двухэлементные акустические цементомеры типа А К Ц не имеют
нормированных
акустических
характеристик,
относятся
к
классу
индикаторных устройств и требуют обязательного наличия в скважине
заранее
известных
интервалов
незацементированной
КОЛОЕШЫ Д Л Я
вьшолнения операций калибровки аппаратуры.
Однако в последующие годы в связи с повышением требований по
экологической безопасности окружающей среды обсадные колонны
нефтегазовых скважин стали цементироваться от забоя до устья. Отсутствие
незацементированных интервалов сделало применение двухэлементных
акустических цементомеров малоэффективным.
Для повышения эффективности метода акустической цементометрии в
условиях отсутствия интервалов незацементированной колонны требовалось
разработать многоэлементные акустические цементомеры с несколькими
излучателями и приемниками упругих волн, позволяющими перейти к
количественным измерениям состояния цементирования скважин.
Для количественной оценки состояния цементирования скважин
потребовалось
решить
следующие
задачи:
установить
критерии
количественной оценки состояния цементирования скважин; разработать
трехэлементный
акустический
цементомер
с
нормироваиньпии
метрологическими характеристиками и методику его применения в
различных геолого-технических условиях.
Акустические цементомеры с зондами интегрального типа определяют
средние по периметру обсадной колонны характеристики цементного кольца
за обсадной колонной, но не позволяют определять тип дефектов
цементирования (объемный или контактный), оценивать размеры дефектов и
их ориентацию в пространстве. Эта информация необходима для оценки
возможности ликвидации дефектов цементирования при ремоитноИ30Л5ЩИ0ННЫХ работах в скважине.
За рубежом для детальных исследований состояния цеметггного кольца
используют акустические цементомеры секторного (сегментного) типа со
сканирующим режимом измерений, которые позволяют определять качество
цементирования обсадной колонны по её периметру через (45-60)° в
радиальном направлении.
Потребность в аппаратуре данного типа очевидна, поэтому разработка
отечественного сканирующего многосекторного акустического цементомера
для детальных исследований скважин является актуальной задачей.
Для получения наиболее полной
и достоверной информации о
состоянии цементирования скважин акустические цементомеры как
интегрального, так и секторного типа целесообразно комплексировать с
гамма-гамма цементомерами сканирующего (селективно-интегрального)
типа СГДТ-СК, СГДТ-100, которые разработаны в О А О Н П Ф «Геофизика»
под руководством Семёнова Е.В.
Поэтому, актуальной задачей также является разработка комплексной
аппаратуры, позволяющей выполнять контроль цементирования скважин
одновременно акустическим и радиоактивным методом за 1 спускоподъемную операцию, а также разработка методики комплексной
интерпретации получаемых данных.
В о второй главе приведены результаты физического моделирования
различных состояний цементирования скважин для типовых тампонажньгх
материалов с целью установления для трехэлементных интегральных
акустических
зондов критериев
количественной
оценки
состояния
цементрфования скважин, обоснованы и выбраны технические параметры
трехэлементного акустического цементомера М А К - 2 , а также средств его
метрологического обеспечения, описана разработанная методика применения
МАК-2 для количественного контроля К Ц С .
Моделирование
различных
состояний
цементирования
скважин
выполнялось на физических моделях обсаженных скважин в масштабе 1:1.
Модель обсаженной скважины ( М О С ) содержала отрезок обсадной
трубы заданного типового диаметра (146 мм) и толщины (8 мм), цементное
кольцо заданной толщины и плотности и имитатор горной породы ( И Г П ) .
В качестве И Г П использовались блоки из бетона или винипластовые
трубы
для
имитации
терригенных
пород
с
низкой
скоростью
распространения упругих волн (Уп<Ук), либо блоки из мрамора для имитации
8
карбонатных пород с высокой скоростью распространения упругих волн
(Vn>Vx, где V „ и V,c - соответственно скорости распространевия упругих волн
в породе и обсадной колонне).
Исследования на моделях обсаженных скважин выполнялись с помощью
зонда переменной длины на средней частоте зондирования 20 кГц как в
процессе формирования цементного камня, так и при сформировавшемся
цементном кольце при дефектах цементирования объемного и контактного
типа для типовых тампонажных материалов (портландцемент плотностью
1,85 г/см' и облегченный гельцемент плотностью 1,6 г/см').
Одновременно с регистрацией параметров упругих волн в моделях в
процессе формирования цементного кольца контролировались также
прочностные характеристики образцов цементных балочек по Г О С Т 1581-96
и измерялась скорость распространения упругих волн в этих образцах при
различных сроках формирования цемента.
Регистрация амплитуд упругих волн выполнялась в логарифмическом
масштабе в виде их пространственного декремента затухания d^ = 20\%-^[дБ\
А
где А„ и AL -амплитуды волн по незацементированной и зацементированной
трубе. Это позволило значительно увеличить динамический диапазон
регистрируемых
амплитуд, нормировать параметр CIL относительно
коэффициента затзгхания упр5тих волн а, и осуществлять настройку
акустического цементомера (авт. свид. №724707).
Полученные
экспериментальные
данные
позволили
установить
граничные значения динамических параметров (см. таблицу 1) упругих волн,
распространяющихся по обсадной колонне при бездефектном цементном
кольце, для различных сроков его формирования при использовании типовых
тампонажных материалов.
Таблица 1
Граничные значения динамических параметров упругих волн, полученные
в моделях обсаженных скважин при различных сроках формирования
бездефектного цементного камня
Плотность
цементного
камня, г/см'
1,85
1,6
Регистрируемые
параметры
Ок, дБ/м
do. 5, дБ
<ii,o, дБ
di,5, дБ
Й2.о,дБ
ак,дБ/м
<1о„5,дБ
di,o, дБ
di.5, дБ
d2.o, дБ
Сроки формирования цементного камня, c y i
2
1
7
14
0
3,4
1,7
3,4
5,1
6,8
3,6
1,8
3,6
5,4
7,2
Индекс параметра d равен длине зонда L.
24
16
28
40
52
9
5,5
10
14,5
19
30
18
33
48
63
И
7,5
13
18,5
24
35
20,5
38
55,5
71
15
10,5
18
25,5
33
30
40
22
42
62
44
23
45
67
20
13
23
33
38
24
15
27
39
51
-
-
Показано, что состояние контакта цементного камня на границах с
обсадной колонной и породой целесообразно оценивать по комплексу из 6-ти
параметров упругих волн (Ок. d],o, di,5, AT, Ti, T2).
На моделях установлено, что сравнение кинематических параметров Ti,
Т2, AT, зарегистрированных с помощью трехэлементных акустических
зондов, с параметрами, рассчитанными по предложенным эмпирическим
формулам, позволяет определить их принадлежность к волнам по колонне
или породе и оценить состояние контакта цементного камня на границе с
колонной и породой. Для незацементированной колонны ДТ = (184 ± 2)
мкс/м.
Из таблицы 1 видно, что если в яезацементирюванной колонне параметр
—Ь2- установлен равным о^, то эти параметры изменяются синхронно в
зависимости от состояния цементирования обсадной колонны, а разница
между ними не превышает нескольких дБ/м. Установлено, что при хорошем
контакте цементного камня с колонной и высокоскоростной породой ( V , ^ V K )
и интерференции первых вступлений упругих волн по породе и колонне
указанная синхронность нарушается и выполняется следующее соотношение:
-^-а^ >10дБ/м.
Для количественной оценки состояния цементирования скважины
предложено использовать коэффициент качества цементирования Кщ,
который рассчитывается по следующей формуле:
^v■ ^ « , - а.о
-
а:-а^'
где а^ - измеренное значение коэффициента затухания амплитуды
упругих волн; ак(,=3,5 дБ/м - значение коэффициента затухания в
незацементированной обсадной колонне; а^ - граничное значение сс^ при
заданном сроке формирования цементного камня (выбирается из табл. 1).
Коэффициент качества цементирования Ккц изменяется от О (при
дефектах цементирования максимальных размеров) до 1 (при бездефектном
качестве цементирования).
На рис. 1 приведены графики зависимости динамических параметров
упругих волн по обсадной трубе от размеров дефектов цементирования
объемного (вертикальные каналы) и контактного (микрозазоры на границе с
колонной) типа при 2-х суточном сроке формирования портландцементного
камня.
Приведенные графики позволяют определить размеры дефектов
цементирования различного типа с помощью количественного параметра а».
10
фад.
AR, мкм
Рис.1. Графики зависимости параметров а», di,o, di_s от раскрытости
микрозазора между трубой и цементным кольцом (
) и о» от раскрытости
вертикального канала (
).
Результаты модельных исследований позволили обосновать технические
параметры
трёхэлементного
акустического
цементомера
МАК-2,
необходимые для количественного контроля состояния цементирования
скважин, обсаженных колоннами с внешним диаметром от 127 до 324 мм (от
4" до 12").
Согласно требованиям руководящих документов по креплению
нефтегазовых скважин и Г О С Т 1581-96 контроль К Ц С должен выполняться
через (1-2) суток после окончания цеме1ггирования обсадной колонны.
Поэтому, пользуясь табл. 1, для аппаратуры МАК-2 был установлен диапазон
изменений коэффициента затухания о^ от 3 до 30 дБ/м (для портландцемента
нормальной плотности) с поддиапазоном от 3 до 15 дБ/м (для облегчённого
гельцемевта).
Для измерений коэффициента качества цементирования скважин с
одинаковой приведённой погрешностью (не более ±10%) для обоих типов
тампонажных материалов для аппаратуры МАК-2 в диапазоне измерений о^
от 3 до 15 дБ/м установлен предел допускаемой абсолютной погрешности
±1,5 дБ/м, а в диапазоне от 15 до 30 дБ/м - предел допускаемой погрешности
±3,0дБ/м.
,
^ , , , „ „ f-
11
Модельные работы показали, что для применяемых зондов достижимое
соотношение максимального уровня полезных сигналов над уровнем
акустических и электронных помех составляет 66 дБ, а минимальный
уровень полезных сигналов должен превышать уровень помех на 20 дБ.
Поэтому максимально допустимая длина дальнего зонда аппаратуры МАК-2
была найдена из соотношения:
где «4=30 дБ/м. Для работы МАК-2 в колоннах до 12" длина ближнего
зонда аппаратуры, согласно выполненным расчётам, должна превышать
0,86м.
Исходя из вышеизложенного выбраны оптимальные размеры ближнего
Lg = 1 м и дальнего Ьд = 1,5 м зонда аппаратуры МАК-2, которые
обеспечивают измерение динамических и кинематических параметров
упругих волн в требуемом диапазоне.
Данные размеры зонда позволяют также использовать аппаратуру М А К 2 для исследований необсаженных скважин диаметром от 100 до 400 мм.
Для обеспечения требуемого соотношения уровня полезных сигналов к
уровню элекгронных помех (66 дБ) в аппаратуре МАК-2 реализованы
оригинальные
технические
решения,
защищенные
авторскими
свидетельствами (№724707, 786830) и патентом (№1651258) на изобретения.
Для метрологического обеспечения аппаратуры МАК-2 разработаны
установки У1ТАК-1 и У11АК-2, позволяющие вьтолнять калибровку
аппаратуры, а также осуществлять проверку идентичности приёмнопередающих
трактов
зонда
с
использованием
контрольного
электроакустического
преобразователя, установленного на нарз'жной
поверхности образцовой трубы (авт. свид. № № 1018075, 1278746).
На установке У11АК-2, работающей при избыточном гидростатическом
давлении до 10 МПа, показано, что акустические преобразователи закрытого
типа, разработанные для аппаратуры МАК-2, при изменении давления
значительно стабильнее по сравнению с преобразователями открытого типа,
используемыми в ранее применяемых цементомерах (АКЦ-4, УЗБА-21А и
т.п.).
Разработанная методика применения МАК-2 по сравнению с ранее
применяемой методикой для двухэлементных акустических цементомеров
имеет следующие преимущества:
- оценка состояния цементирования скважины выполняется на
количественном уровне за счёт измерений параметров о.^, AT и Кщ с
нормированными погрешностями;
устранена
неоднозначность
заключений
в
интервалах
высокоскоростных горных пород (при V , ^ V „ ) за счбт использования новых
критериев по 6 регистрируемым параметрам (а^, di^, dik, ДТ, T i , Т2);
12
устранена необходимость поиска в
скважине интервала
незацементированной колонны за счёт возможности настройки аппаратуры
путём нормирования параметра duc относительно а»;
- предложенные количественные критерии позволили разработать
программное обеспечение автоматизированной интерпретации получаемых
данных,
которюе
значительно
повысило
производительность
интерпретационных работ и уменьшило вероятность субъективных ошибок
интерпретатора.
На рис. 2 приведён пример результатов автоматизированной
интерпретации данных МАК-2 в интервале терригенных и карбонатных
пород.
100
00
300
мкс/м
';оо
(
500
001)
7006
3aiyMioie
18
100
500
900
г^оо 6
1300-6
42
U2k
МКС
Т1
дБ/и
18
ДЬ
Dlk
_dt_
42
io
661
ФКД-1
I024JD
ФКД-2
Условные обозначения
Рис. 2. Пример автоматизированной интерпретации данных МАК-2
13
I
в интервале терригенных и карбонатных пород
Данный пример показывает, что во всём диапазоне скоростей упругих
волн в горных породах и динамическом диапазоне регистрации амплитуд до
66 дБ, разработанное программно-методическое обеспечение позволяет
выполнять интерпретацию получаемых данных.
Третья глава посвящена разработке аппаратуры и методики
акустического
контроля
цементирования
скважин
на
основе
многоэлементных зондов секторного типа, возможности которых изучены на
моделях обсаженных скважин.
В результате моделирования обоснованы конструкция и размеры 8секторного акустического зонда, определён требуемый диапазон регистрации
динамических и кинематических параметров упругих волн, установлены
зависимости между регистрируемыми параметрами и состоянием
цементирования скважин, определена разрешающая способность зонда к
дефектам цементирования различного типа.
В качестве излучателей и приемников 8-секторного зонда опробованы
различные варианты пьезокерамических элементов (цилиндров, пластин,
дисков), выпускаемых отечественной промышленностью, при их работе на
частотах 20 и 100 кГц. Установлено, что наилучшим соотношением уровня
полезных сигналов к уровню помех и наибольшей разрешающей
способностью к дефектам в цементном кольце обладает зонд диаметром 100
мм, работающий на частоте 100 кГц, при излучателях из материала ЦТСНВ в
форме цилиндра с внешним диаметром 18,5 мм и приёмниках из этого же
материала в форме пластины с размерами 29,5x15мм, размещённых к оси
зонда
под
критическим
углом
образования
головной волны,
распространяющейся по обсадной колонне.
В моделях обсаженной скважины установлено, что коэффициент
затухания головных упругих волн на частоте 100 кГц изменяется от значения
16,6 дБ/м в незацементированной трубе до значений 35,1 дБ/м и 44,2 дБ/м
соответственно в незацементированном и зацементированном секторах
модели с вертикальным каналом 45° в цементном камне.
На рис. 3 приведена диаграмма распределения амплитуд упругих волн,
зарегистрированных 8-секторным зондом при длинах зонда L| = 0,5 м и Ц =
0,75 м в модели с вертикальным каналом раскрьггостью 45° в цементном
кольце.
14
,,*;^7^-',;Л|77!^Г»Г
-«-Ряд1
• Ряд2
\1§^
А^
®/С
^^У? ^^v\
\Х'
\|;Щ.
\/
eVl.
HiiJS^^
^^
1
^^;|'i/
Чх,—^_-«.
•iSii^iiiiSРис.3. Диаграмма распределения амплитуд упругих волн,
зарегистрированных 8-секторным акустическим зондом в модели
обсаженной скважины с вертикальным каналом 45° в цементном камне
(1 - 8) - номер сектора зонда (ряд 1 - L = 0,5 м, ряд 2 - L = 0,75 м).
Показано, что амплитудные параметры упругих волн в каждом секторе
зонда целесообразно регистрировать в виде пространственного декремента
затухания амплитуды D L , которых аналогичен параметру dj, для
интегрального акустического цементомера.
Установлено, что отношение максимального уровня полезных сигналов
к уровню электронных и акустических помех составляет 40 дБ, поэтому для
измерений амплитуды полезных сигналов в каждом секторе зонда с
допустимой погрешностью ±10% необходимо, чтобы длина зонда не
превышала 0,5 м.
На
основе
результатов
модельных
исследований
обоснованы
технические параметры модуля сканирующего 8-секторного акустического
цементомера М А К - С К , предназначенного для работы в комплексе с
модулями сканирующего 8-секторного гамма-гамма цементомера СГДТ-100
и интегрального акустического цементомера МАК-9, входящими в состав
аппч)атурно-методического комплекса АМК-2000.
Наличие в составе этого комплекса модуля МАК-9, который по
структуре зонда и основным техническим параметрам является аналогом
апп^атуры МАК-2, позволяет использовать количественные параметры а, и
ДТ интегрального цементомера при обработке и интерпретации данных
М А К - С К . Поэтому для модуля М А К - С К выбрана однозондовая система
измерений, состоящая из 8-ми пар «излучатель-приёмнию>, работающих при
фиксированной длине зонда L в сканирующем режиме с «привязкой»
15
показании 1саждои пары к апсидальнои плоскости скважины с помощью
датчика их ориентации.
Длина зонда L выбиралась расчётным путём таким образом, чтобы
исключить интерференцию первого периода колебаний упругих волн с
волнами, распространяющимися по высокоскоростным породам. При
типовых скважинных условиях и Vn < 7000 м/с длина зонда L должна бьггь
не больше 0,42 м. Исходя из этого зонд МАК-СК выполнен по следующей
формуле И(1-8) 0,4 П(1-8).
Разработанный экспериментальный образец модуля МАК-СК имеет
следующие основные технические характеристики:
- средняя рабочая частота зонда
- диапазон регистрации амплитуды упругих волн
- диапазон регистрации времени распространения
упругих волн
- диапазон измерений установочного угла между 1
сектором зонда и апсидальнои плоскостью скважины
- нелинейность каналов регистрации амплитуд
- нелинейность каналов регистрации времен
- пределы допускаемой основной погрешности при
измерении установочного угла
- диапазон регулировки программно-устанавливаемого
коэффициента усиления приемного тракта
- диапазон рабочих температур
- максимальное гидростатическое давление
- габаритные размеры модуля:
длина
диаметр
100 кГц
40 дБ
(100-500) мкс
(3-360)°
не более 5%
не более 3%
±3"
24 дБ
(5-120)°С
80 МПа
3,5 м
100 мм
Кшшбровку модуля МАК-СК предложено вьшолнять в образцовой трубе
установки УПАК-2 при гидростатическом давлении 10 МПа. При этом
осуществляют стандартизацию параметров 8-ми приёмо-передающих
трактов акустического зонда с допуском ±5%, а среднее значение декремента
затухания амплитуды упругих волн устанавливают равным 3,5 дБ
(аналогично калибровке интегрального цементомера МАК-2).
Методика применения МАК-СК для контроля КЦС разработана на
основе опытно-методических работ, выполненных на контрольных
скважинах и аттестованных моделях обсаженных скважин МОС-1 - МОС-7,
изготовленных в Г У Л «Центр метрологических исследований «Урал-Гео».
На основе результатов модельных работ установлены границы значений
декрементов затухания амплитуды упругих волн, используемые для
построения цветовой карты состояния контакта (сцепления) цементного
камня с обсадной колонной. Показано, что для выбранной цветовой
палитры на карте сцепления чётко выделяются вертикальные каналы в
16
цементном кольце раскрытостью более 15° и микрозазоры между цементным
камнем и колонной раскрытостью от О до 60 мкм.
Установлена зависимость между средним значением Dcp декремента
затухания, регистрируемым М А К - С К , и декрементом затухания d^,
регистрируемым ближним зондом МАК-2, которая подчиняется следующему
соотношению:
Dq, = 2,l+0,4d„.
Эта зависимость позволяет выполнять «привязку» показаний М А К - С К к
показаниям аппаратуры МАК-2 (МАК-9) при отсутствии в скважине
интервалов незацементированной колонны.
Коэффициент качества цементирования скважины по данным М А К - С К
предложено рассчитывать по следующей формуле:
К„=где D^ и D J
D_-3^
к-^у
средние значения декремента затухания амплитуды в
исследуемой скважине и в модели обсаженной скважины при бездефектном
цементном кольце.
Разработанное программное обеспечение обработки данных М А К - С К
позволяет формировать планшет с результатами интерпретации, форма
которого приведена на рис. 4.
I
пт
««сд-з
1
1и2Я1
«ци
1
1ЮШ
Рис. 4. Форма планшета, формируемого при обработке
данных модуля М А К - С К
Испытания модуля М А К - С К в производственных скважинах показали
его высокую эффективность при детальных исследования скважин с целью
17
определения состояния цементирования обсадной колонны по её периметру,
выделения
дефектов
цементирования
малых
размерюв
(каналов
раскрытостью от 15°, разрывов сплошности и каверн протяжённостью менее
0,4 м и т.п.), оценки размеров дефектов и их пространственной ориентации
относительно апсидальной плоскости скважины.
В четвёртой главе приведены результаты внедрения разработанной
аппаратуры
и
методики её применения для контроля
качества
цементирования нефтегазовых скважин.
Аппаратура МАК-2 серийно выпускается О А О Н П Ф «Геофизика» с
1992г. Методика её применения регламентирована
в
отраслевом
руководящем документе «Методическое руководство по компьютерной
технологии контроля технического состояния и качества цементирования
обсадных колонн нефтегазовых скважин», утверждённом Управлением
геологоразведочных и геофизических работ Минтопэнерго Р Ф в 1997 г.
На основе аппаратуры МАК-2 под руководством автора разработан и
серийно выпускается параметрический ряд аппаратуры серии М А К (МАК-3,
МАК-4, МАК-6, МАК-7, МАК-9, МАК-42), который применяется для
исследований как обсаженных, так и не обсаженных скважин в различных
геолого-технических условиях.
Объём серийно выпущенной аппаратуры МАК-2 составляет более 700
приборов, а её различных модификаций - более 100 приборов. Аппаратура
серии М А К нашла широкое применение во многих геофизических
предприятиях России, а также внедрена в некоторых странах ближнего
(Беларусь, Казахстан, Узбекистан) и дальнего зарубежья (Китай).
Установки УПАК-1 и УПАК-2, предназначенные для калибровки
аппаратуры серии М А К , изготовлены в О А О Н П Ф «Геофизика» в количестве
45 штук и поставлеш.1 отечественным геофизическим предприятиям, а также
в Германию, Венгрию и Китай.
Программно-методическое
обеспечение
интерпретации
данных,
получаемых приборами серии М А К при контроле К Ц С , внедрено в объеме
более 70 комплектов.
Экспериментальный образец сканирующего акустического цементомера
М А К - С К прошёл испытания в скважинах Башкирии, TaiapHH и Пермской
области и показал высокую эффективность при детальных исследованиях
качества цементирования обсадных колонн.
В 2000 году в О А О Н П Ф «Геофизика» под руководством автора
разработан цифровой програмшю-управляемый аппаратурно-методический
комплекс АМК-2000, предназначенный для контроля технического состояния
и качества цементирювания нефтегазовых скважин комплексом методов
акустической и радиоактивной цементомерии, термометрии, акустической
шумометрии, электромагниттюй локации муфт обсадной колонны за 1-2
спуско-подъемные операции.
Комплекс АМК-2000 выпускается серийно О А О Н П Ф «Геофизика»
начиная с 2002 г. и состоит из 5-ти скважинных модулей, которые могут
эксш1уатироваться как отдельно, так и в составе комплексной сборки
18
модулей. К настоящему времени выпущено 17 комплексов и его отдельных
модулей, которые внедрены геофизическими предприятиями Башкирии,
Татарии, Пермской, Оренбургской и Тюменской области, а также Белоруссии
и Казахстана.
Под
руководством
автора разработана методика
комплексной
интерпрютации данных, получаемых модулями сканирзтощего гамма-гамма
дефектомера-толщиномера СГДТ-100 и акустического трёхэлементного
интефального цементомера МАК-9, входящими в состав комплекса А М К 2000.
В результате комплексной интерпретации данньпс СГДТ-100 и МАК-9 в
исследуемой скважине определяют интервалы с бездефектным состоянием
цементирования, выделяют интервалы с дефектами цементирования
объёмного, контактного и смешанного типа, оценивают размеры дефектов и
их пространственную ориентацию относительно апсидальной плоскости
скважины.
Программное обеспечение «АМК-2000-БАШГИС», разработанное на
основе предложенных критериев интерпретации, позволяет выдавать в
автоматизированном режиме комплексные заключения о состоянии
цементирования
скважины.
Размеры
дефектов
цементирования
количественно определяют по данным МАК-9 с помощью коэффициента К щ
и графиков зависимости о^ от размеров дефектов (рис. 1).
На рис. 5 показан пример результатов комплексной интерпретации
даттых СГДТ-100 и МАК-9.
19
Палитра отображениия характеристик цементного кольца при комплексной интерпретации
Бездефектное портландцемектное юльцо
^
Бездефектное лоргланчементное кольцо эксцентричное
Бездефектное портландцементное кольцо при неопределенном контакте с лородой
Портландцементное кольцо с зазором на границе с колонной < 60 мкм
Портланаиеиенгноё кольцо при отсутствии контакта^ колонной
Портландцементное кольцо с объемным дефектом < 45 град
nc^naHfmfifurrun» ыпиш |п со смешэнным (контакгноч)бъемныи) дефектом
Портландцементное кольцо с объемным дефектом раскрытостью > 45 град
Отсутствие цементного камня
|
Цитоаые палитры отобрюпния римрпж толщины етт
юлонны, ллолюсти цемента и состояния контакта
Рис. 5. Пример выделения дефектов цементирования контактного
и контактно-объемного типа при комплексной интерпретации данных
СГДТ-100 и МАК-9 (CKB.2371S Абдрахмановской площади)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенный научный анализ состояния развития аппаратуры и
методики контроля качества цементирования скважин, теоруетические
расчеты, экспериментальные исследования на моделях обсаженных скважин
и опытно-методические работы на скважинах позволили автору получить
следующие результаты:
1. Обоснованы технические параметры трехэлементного акустического
цементомера интегрального типа, разработана и серийно выпускается
20
аппаратура
МАК-2
и
её
программно-методическое
обеспечение,
позволяющие
на
кохшчественном
уровне
определять
состояние
цементирования скважин в различных геолого-технических условиях.
2. Обоснованы технические параметры 8-секторного акустического
цементомера сканирующего типа, разработан модуль М А К - С К и его
программно-методическое обеспечение, позволяющие определять состояние
цементирования скважины по периметру обсадной колонны, определять
размеры дефектов цементирования и их пространственную ориентацию
относительно апсидальной плоскости скважины.
3. Разработан
и
серийно-выпускается
программно-управляемый
аппаратурно-методический комплекс АМК-2000, позволяющий выполнять
контроль технического состояния и качества цементирования скважин
комплексом методов акустического, радиоактивного каротажа, термометрии,
электромагнитной локации муфт обсадной колонны и акустической
шумометрии за 1-2 спуско-подъемные операции.
4. Разработана
методика
комплексной
интерпретации
данных
интегральной акустической и селективно-интегральной
гамма-гамма
цементометрии, позволяющая вьтолнять идетификацию типа дефектов
цеме1ггирования, определение размеров дефектов и их пространственной
ориентации относительно апсидальной плоскости скважины.
Основные публикации по теме
1. Прямое П.Д., Сулейманов М.А., Чернышева Т.А. Стационарная
поверочная установка для аппаратуры акустического каротажа УПАК-1// В
кн.: Техника и технология геофизических исследований нефтяных скважин.Уфа,-1979. В ы п . 9.- С. 65-71.- (Тр. ВНИИнефтепромгеофизики).
2. А.с. 724707 СССР, М. Кл.^ Е21В47/00 Способ настройки
акустических цементомеров/ П.А.Прямов, М.А.Сулейманов, В.Н.Служаев и
др.// Бюл. Открытия. Изобретения. - 1980. - № 12.
3. A.C. 786830 СССР, M.кл.^ H04R15/00, G01V1/40. Приемник
скважинный акустический / А.Ф. Морозович , А . И . Старков , П.А Прямов ,
М.А. Сулейманов // Не подлежит опубликованию в открытой печати,
приоритет от 03.05.1979 г.
4. A.C. 890849 СССР, М. ЮI.^ G01V1/40. Скважинный акустический
приемник / А.Ф. Морозович, А. И. Старков, П. А. Прямов, М.А. Сулейманов
// Не подлежит опубликованию в открытой печати, приоритет от 07.05.1980 г.
5. Прямов П.А., Сулейманов М.А., Чернышева Т.А. Установка У П А П 1 для подбора и отбраковки акустических преобразователей// В кн.:
Повышение качества геофизических измерений.- Уфа, 1981.- В ь т . П.- С.4451.- (Тр. ВНИИнефтепромгеофизики).
6. А.с. 894646 СССР, М.Кл.^ G01V1/40 Поверочно-калибровочное
устройство
аппаратуры
акустического
каротажа/
М.А.Сулейманов,
П.А.Прямов, Т.А.Чернышева и др.// Бюл. Открыли. Изобретения.-1981.-№
48.
21
7. А.с. 1018075 S U GOlVl/40 Поверочное устройство для аппаратуры
акустического каротажа/ М.А.Сулейманов, В.М.Лобанков, П.А.Прямов и
др.// Бюл. Открытия. Р1зобретения. -1983. - № 18.
8. А.с. 1278746 А 1 S U G01V1/40 Способ поверки аппаратуры
акустического
каротажа/
М.А.Сулейманов,
Т.А.Чернышева,
П.А.Прямов//Бюл. Открытия. Изобретения. - 1986. - № 47.
9. Сулейманов М.А., Прямое П.А., Чернышева Т.А. Метрологические
аспекты акустических методов контроля цементирования нефтяных и
газовых скважин// В кн.: Методы Г И С в поисковых и разведочных
скважинах. -Уфа, 1986.- В ы п . 16.- С.60-75.- (Тр. ВНИИнефтепромгеофизики).
10. Сулейманов М.А., Чернышева Т.А. Маломожнов A . M . , Перцев Г.М.
Технико-методические возможности аппаратуры акустического каротажа
МАК-2 для контроля качества цементирования скважин // В кн.:
Геофизические исследования в нефтяных скважинах. - Уфа, 1990. — В ы п . 20.С. 109-122.- (Тр. ВНИИнефтепромгеофизики).
11. Патент
1651258
A1SU,
G01V1/40.
Скважинный
прибор
акустического
каротажа
/М.А.
Сулейманов,
О.И.
Тарасов//
Бюл.Открьггия.Изобретения.-1191.-№ 19.
12. Сулейманов М.А., Чернышева Т.А., Юмвин P.M. Количественная
оценка состояния цементирования скважин аппаратурой МАК-2// В кн.:
Технология строительства и эксплуатации нефтяных скважин.- Уфа, 1992.Вып. 86.- С. 159-171.- (Тр. БашНИПИнефть).
13. Методическое руководство по компьютерной технологии контроля
технического состояния и качества цементирования обсадных колонн
нефтегазовых скважин. М.А. Сулейманов, В.Н. Служаев , Е.В. Семенов и др.
-Уфа: ВНИИнефтепромгеофизика, 1997.- 176с.
14. Сулейманов М.А. Новые разработки ВНИИнефтехфомгеофизики в
области акустических методов исследований нефтегазовых скважин// Н Т В
Каротажник.- Тверь: Г Е Р С , 1998.- Вып.47.- С.67-73.
15. Сулейманов М.А., Чернышева Т.А., Батырова Д.Р. О методике
акустического контроля качества цементирования скважин с применением
трехэлементных зондов. //Научно-технический журнал Е А Г О «Геофизика»,
специальный выпуск к 30-летию А О Н П Ф «Геофизика»» - Тверь: Изд. Г Е Р С ,
2000.- С. 39-44.
16. Сулейманов М.А., Семенов Е.В., Стрелков В.И. и др. Перспективы
развития акустических и радиоактивных методов исследований бурящихся
нсфте1азовых скважин // Научно-технический журнал Е А Г О «Геофизика»,
специальный выпуск к 30-летию А О Н П Ф «Геофизика» - Тверь: Изд. Г Е Р С ,
2000.- С. 25-32.
17. Лаптев В.В., Сулейманов М.А., Семенов Е.В. и др. Программноуправляемый аппаратурно-методический комплекс АМК-2000 для контроля
технического состояния и качества цементирования скважин// Н Т В
Каротажник.- 2001.- В ы п . 86.- С. 79-85.
22
18. Сулейманов М.А., Семенов Е.В., Иванов В.Я. и др. Комплекс А М К 2000 для контроля технического состояния и качества цементирования
скважин // Н Т В Каротажник.- 2003.- В ы п . 111-112.- С. 39-51.
19. Сулейманов М.А., Семенов Е.В. Новая программно-управляемая
аппаратура для контроля технического состояния и качества цементирования
скважин. Тезисы докладов научного симпозиума «Высокие технологии в
промысловой геофизике», (19-20) мая 2004.- Уфа:- О А О Н П Ф «Геофизика»,
2004.- С. 9-12.
20. Сулейманов М.А., Исламгулов В.И., Чернышева Т.А. и др. Техникометодические
возможности
модуля
сканирующего
акустического
цементомера М А К - С К . Тезисы докладов ГУ научного симпозиума
«Геоинформационные технологии в нефтепромысловом сервисе», (25-26) мая
2005.- Уфа: ОАО Н П Ф «Геофизика».- С. 43-47.
23
1#5»"?;ач
1120485
РНБ Русский фонд
2006-4
22930
Отп. в тип. «Информреклама»,
450078, РБ, г. Уфа, ул. Ветошникова, 97. Тел. (3472) 533-777.
Тир. 100. Зак. 361-И. E-mail: informreklama@ufanet.ru.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 105 Кб
Теги
bd000102703
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа