Секторная акустическая цементометрия Оглавление Введение ............................................................................................................................................... 3 Радиальный цементомер Western Atlas ............................................................................................... 4 Описание прибора............................................................................................................................. 7 Segmented Bond Tool (Baker Hughes)................................................................................................... 10 Модуль сканирующего акустического цементомера МАК-СК для программно-управляемого комплекса АМК-2000........................................................................................................................... 12 Оценка типа дефекта цементного камня. Цементомер МАЦ с секционированными приемниками, ООО «Нефтегазгеофизика». ....................................................................................... 22 UltraWare™ Radial Bond Tool, Sondex .................................................................................................. 25 Функциональное описание ............................................................................................................. 25 Идеальная ситуация: ....................................................................................................................... 25 Возможные проблемы: ................................................................................................................... 25 Каналы в цементном кольце ....................................................................................................... 27 Цемент пониженной прочности.................................................................................................. 27 Конструкция UltraWare™ Radial Bond Tool ...................................................................................... 27 Приборы RBT для высокотемпературных сред........................................................................... 29 Теория измерений RBT ................................................................................................................ 29 Измеряемые параметры ................................................................................................................. 30 Амплитуда.................................................................................................................................... 30 Время прихода волны ................................................................................................................. 31 VDL (Variable Density Log) ............................................................................................................. 31 Дополнительные кривые отображаемые при обработке RBT ................................................... 32 Спецификация.............................................................................................................................. 32 Калибровка прибора ................................................................................................................... 34 Примеры записей прибором RBT.................................................................................................... 34 Хорошее качество цементирования со свободной колонной наверху...................................... 34 Хорошее сцепление с колонной, плохое сцепление с породой ................................................ 35 Плохое качество сцепления с колонной, хорошее качество сцепления с породой (возможно наличие кольцевых микрозазоров) ............................................................................................ 35 Каналы ......................................................................................................................................... 36 Правила интерпретации данных..................................................................................................... 36 Время пробега ............................................................................................................................. 36 Амплитуда.................................................................................................................................... 36 Карта цементирования ................................................................................................................ 37 Индекс цементирования ............................................................................................................. 37 Прочность на сжатие ................................................................................................................... 37 VDL................................................................................................................................................ 37 Возможные проблемы .................................................................................................................... 38 Децентрация прибора ................................................................................................................. 38 Высокоскоростная порода........................................................................................................... 38 Микрозазоры ............................................................................................................................... 38 Низкопрочный цемент ................................................................................................................ 39 Облегченные цементы ................................................................................................................ 39 Нефтяной буровой раствор ......................................................................................................... 39 Эксцентриситет обсадной колонны ............................................................................................ 39 Сравнительные характеристики секторных приборов АКЦ ............................................................... 40 Обработка данных секторной акустической цементометрии в системе «Соната» ........................... 41 Возможные проблемы .................................................................................................................... 44 Калибровка прибора ................................................................................................................... 44 Децентрация прибора ................................................................................................................. 44 Высокоскоростная порода........................................................................................................... 44 Список литературы .............................................................................................................................. 45 Введение Стандартные приборы акустического каротажа интегрального типа, использующиеся для оценки качества цементирования, содержат один или несколько кольцевых источников и несколько кольцевых акустических приемников. Такие приборы позволяют определять средние по периметру обсадной колонны характеристики сцепления цементного камня с обсадной колонной и породой, но не позволяют определять тип дефекта цементирования объемный или контактный (за исключением разночастотной аппаратуры), оценивать его размеры и пространственную ориентацию. Кроме того интегральные акустические цементомеры имеют ограниченную чувствительность к объемным дефектам цементирования малых размеров таким как вертикальный канал, трещина или разрывы сплошности в цементном кольце. Разрешающая способность интегральных акустических приборов к таким дефектам зависит от размеров зондов, динамического диапазона, рабочих частот, предела допустимой погрешности аппаратуры. Проведенные модельные измерения для большого количества различной аппаратуры стандартного АКЦ показали, что вертикальные каналы раскрытостью меньше 45 градусов не определяются. Для повышения чувствительности акустического метода на головных волнах к дефектам цементирования малых размеров зарубежными, а с недавнего времени и отечественными компаниями разработаны акустические приборы секторного (сегментного) типа. Результатом обработки данных таких приборов является построенная карта цементирования, определение типа дефекта цементирования на границе «цемент-колонна», оценка размера дефектов и их пространственной ориентации относительно апсидальной плоскости скважины. Сами приборы секторной акустической цементометрии отличаются количеством акустических излучателей ( от 1 до 9) и групп приемников ( от 6 до 10), которые к тому же могут быть разнесены по глубине, рабочей частотой излучателей (от 18 до 100 кГц), размерами зондов и количеством секторов, в которых определяется качество цементирования скважины. В приборе используется либо один кольцевой источник и группа секторных приемников расположенных по периметру прибора, либо набор пар «излучатель-приемник», расположенных по периметру. Для эффективной оценки качества цементирования в высокоскоростных породах длина зонда секторных акустических цементомеров устанавливается в диапазоне 0.3 – 0.6 м. Приборы, обладающие только одной группой приемников по периметру прибора, обычно, совмещаются со стандартными интегральными зондами для возможности калибровки данных секторного зонда с целью учета влияния промывочной жидкости. Приборы с большей рабочей частотой излучателей обладают лучшей чувствительностью к небольшим дефектам, но с другой стороны и предъявляют более высокие требования к центрации прибора в обсадной колонне. Т.е. влияние децентрации прибора на регистрируемые амплитуды гораздо выше для высокочастотных приборов (100 кГц) по сравнению с низкочастотными (20 кГц) секторными приборами. Среди секторных акустических цементомеров выделяется семейство, так называемых PAD систем, когда источник и приемник(и) расположены на выносных лапах, которые прижимаются к стенкам обсадной колонны. Несомненным преимуществом таких приборов является отсутствие децентрации, высокая вертикальная разрешающая способность, однако такие приборы более дорогие в использовании и менее надёжны. Далее приводятся материалы по нескольким известным типам секторных приборов акустической цементометрии и в заключении описаны возможности системы «Соната» и некоторые нюансы обработки данных секторной акустической цементометрии. Классический CBL каротаж измеряет амплитуды или затухание акустического импульса на частотах от 20 до 30 кГц, распространяющегося вдоль оси колонны между источником и приемником. Существует три вида «сканирующих» приборов акустической цементометрии. Первый тип – это секторные приборы с аналогичными принципами работы, что и CBL, но использующие направленные акустические приемники принимающие сигнал от 4 до 10 радиальных направлений. Они могут использовать один общий источник или один источник для каждого приемника. Некоторые из них, так называемые PAD системы, используют выдвижные лапы, на которых расположены источники и приемники. Второй тип, так называемые CET приборы, используют отраженный ультразвуковой акустический импульс и проводят измерения в радиальном направлении, а не вдоль оси колонны. Третий тип – приборы с вращающейся головкой или акустические имиджеры (USI). Далее рассматривается только первый тип секторных акустических цементомеров. Принцип обработки и интерпретации осредненных кривых амплитуд или затухания, индекса цементирования такой же, как и для обычных приборов CBL. Карта цементирования строится по амплитудам, ослаблениям, затуханиям или индексу цементирования для каждого приемника, определяя каналы и разрушения в цементе. Пример обработки секторного и интегрального прибора АКЦ Радиальный цементомер Western Atlas Одна из первых разработок секторных приборов акустической цементометрии конца 1980-х гг. велась в Western Atlas (сейчас Baker Atlas). Далее приводятся выдержки из описания одного из первых секторных приборов. «Радиальный» акустический цементомер разработан для оценки качества сцепления цемента с колонной. Прибор может оценивать качество сцепления цемента как вертикально так и по окружности. Четыре набора секторных приемников и излучателей расположены вдоль поверхности прибора и предоставляют компенсированную радиальную оценку качества сцепления с «высокоазимутальным» разрешением. Прибор возбуждает как продольную, так и поперечную волну по обсадной колонне направленным секторным источником, сфокусированном в радиальном направлении. Секторный приемник предоставляет дополнительную направленность для повышения чувствительности к выделению каналов в цементе. «Радиальный» прибор предоставляет измерения качества сцепления в восьми радиальных сегментах. Разрешение секторов предоставляет от 5 до 10% перекрытия, что гарантирует полное покрытие периметра скважины. Амплитудная информация записывается от секторной пары источник-приемник длиной 5 футов. Геофизические методы оценки качества цементирования предоставляют информацию относительно присутствия и качества распределения цемента вокруг колонны в скважине. Целью исследований является оценка, достаточно ли цемента присутствует для поддержания колонны и главное убедиться, что интервалы исследований имеют гидравлическую изоляцию. Механическая поддержка колонны не требует 100% заполнение цемента по окружности колонны. Однако для гидравлической изоляции необходимо 100% заполнение затрубного пространства непроницаемыми материалами. Акустический каротаж используется уже много лет для оценки качества сцепления. Первые приборы и методы основывались на измерении амплитуды первых вступлений продольной волны по колонне, распространяющихся от источника к приемнику. Излучатель и приемник(и) были всенаправленными с частотой примерно 20 кГц. Была установлена связь между прочностью цемента на сжатие и амплитудой продольной волны по колонне. Комбинация источник-приемник использовалась для оценки ослабления сигнала распространяющегося по колонне. Обычные приборы CBL имели длину зондов 3 фута и 5 футов. 3-х футовый зонд использовался для оценки амплитуды первых вступлений. 5-футовый зонд использовался для представления сигнала в виде VDL (Variable density log). VDL представление использовалось для качественной оценки сцепления цемента с породой. Хотя амплитуды сигнала между источником и приемником зависели не только от ослабления волны по колонне, но также и от ряда других факторов, которые влияли на амплитуду принятого сигнала: Калибровка. Обычно чувствительность приемника регулировалась в свободной колонне некоторой толщины, марки, заполненной некоторой скважинной жидкостью и заданным давлением. Такая калибровка не может исключить все скважинные условия. Децентрация прибора. Всенаправленные характеристики приемников требовали хорошей центрации прибора для гарантии одновременного прихода первых вступлений волны со всех азимутальных направлений. Смещение прибора более ¼ дюйма приводит к сильным искажениям амплитуды сигнала. Влияние температуры и давления. На керамические и магнитострикционные датчики значимый эффект могли оказывать высокие температуры и высокое давление в скважине. Амплитуда сигнала меняется от 20 до 40% при изменении температуры от 10 до 200 градусов и давления от 0 до 140 МПа. Акустическая связь. Акустическая связь между приемником и колонной влияет на акустический импеданс приемника, колонны и скважинной жидкости. Акустический импеданс материала есть функция плотности и акустической скорости. Поэтому амплитуда сигнала чувствительна к плотности жидкости, заполняющей скважину, вязкости, давлению и температуре. Микрозазоры. Недостаточная связь между цементом и колонной приводит к микрозазорам, которые в свою очередь оказывают влияние на амплитуды волны по колонне. При наличии микрозазоров амплитуда волны по колонне может быть соизмерима с амплитудой сигнала в свободной колонне. Наличие каналов. Использование всенаправленных приемников делало затруднительным различие высокопрочного цемента с вертикальными каналами (потенциально гидравлическая связь) от кольцевого 100% заполнения низкопрочного цемента (зональная изоляция, нет гидравлической связи). Высокоскоростная порода. В породах со скоростями выше чем скорость в стали, возможна интерференция первых вступлений продольной волны по колонне и породе. В этих случаях использование амплитуд некорректно. Для решения некоторых из этих проблем был разработан компенсированный прибор акустического каротажа. Этот прибор содержал пару всенаправленных излучателей, расположенных вдоль оси прибора и пару всенаправленных приемников, расположенных вдоль оси прибора между двумя источниками. Затухание волны по колонне оценивалось по формуле: AlpaK = 10/d log((A12 * A21) / (A11 * A22)), где: A12 – амплитуда сигнала между 1-ым приемником и 2-м источником, A21 - амплитуда сигнала между 2-ым приемником и 1-м источником, A11 – амплитуда сигнала между 1-ым приемником и 1-м источником, A22 - амплитуда сигнала между 2-ым приемником и 2-м источником, d – расстояние между приемниками. Однако, эти приборы также использовали всенаправленные источники и приемники и осредняли сигнал по окружности скважины, не позволяя таким образом разделять цемент малой прочности от каналов в цементном кольце. Другой класс радиальных цементомеров использует акустический метод на отраженных волнах (pulse-echo tool, PET), в котором 8 ультра-звуковых датчиков расположены через 45 градусов по спирали, охватывая весь диапазон (360 градусов) для сканирования. Ултра-звуковые датчики являются одновременно источниками и приемниками, каждый датчик излучает короткий импульс ультразвуковой энергии и затем получает отражение от колонны. Такие приборы предоставляют 8 фокусированных измерений с прекрасным разрешением. Присутствие цемента за колонной определяется по быстрому спаду резонанса колонны, тогда как отсутствие цемента дает длительный резонансный спад. Однако некоторые недостатки присущи и данной технике исследований, которые усложняют интерпретацию: Акустические границы. Приборы на отраженных волнах реагируют не только на границу цемент-колонна, но в определенных случаях могут и реагировать на другие границы как внутри цемента так и за его пределами. Чувствительность к газу. Присутствие пузырьков газа внутри цементного кольца или газонаполненного микрозазора влияют на измерения также как и отсутствие сцепления цемента с колонной. Чувствительность к буровому раствору. Уровень спада резонансного сигнала от колонны есть функция акустического импеданса на границе двух сред внутри колонны и снаружи. Обычно контраст акустического импеданса за колонной с высокопрочным цементом превышает импеданс внутри колонны с раствором и влияние раствора не значительное. Однако при увеличении плотности бурового раствора контраст между свободной колонной и хорошо зацементированной колонной быстро снижается. Особенно этот эффект будет выражен для облегченных цементов. Децентрация прибора. Когда ультразвуковые датчики смещены от центра оси скважины, так что излучаемый импульс не перпендикулярен стенке колонны, то отраженный сигнал может не вернуться к приемнику. Диаметр колонны. Размер покрытия участков колонны по окружности уменьшается с увеличением диаметра колонны. В 7-дюймовой колонне, размер такого покрытия составляет примерно 42%, а для 9-дюймовой составляет уже 30% (оценка сделана при размере исследуемого пятна в 1 дюйм и частоте 500 кГц). Описание прибора Прибор состоит из двух наборов секторных направленных излучателей, разнесенных по длине прибора, при этом каждому излучателю в первом наборе соответствует выровненный вдоль оси прибора излучатель из второго набора. Между двумя наборами излучателей расположены два набора секторных приемников, каждый из которых выровнен вдоль оси с соответствующей парой излучателей для возможности проводить компенсированную оценку затухания. Каждый набор излучателей и приемников состоит из 8 расположенных через 45 градусов направленных датчиков (излучателей или приемников). Расстояние между группами источников до ближайшей группы приемников сверху и снизу одинаковые. Схема управления прибором заключается в поочередном возбуждении импульса парой излучателей, расположенных на одной оси прибора и с последующим возбуждением импульсов поочередно остальными парами по окружности. После возбуждения каждого импульса от излучателя происходит активация расположенных на той же оси пары приемников, которые регистрируют принятый сигнал от излучателя. Также прибор включает кольцевой всенаправленный источник, расположенный ниже второго набора излучателей и кольцевой всенаправленный приемник, расположенный выше первого набора излучателей. Эта схема источник-приемник используется для регистрации стандартного сигнала VDL. Ниже на рисунке представлен принимаемый сигнал для свободной колонны(сверху) и зацементированной (снизу). В общем случае сигнал в зацементированной колонне затухает намного сильнее, чем в незацементированной части. При этом для оценки качества сцепления оцениваются первые вступления волны. В незацементированной колонне перед первыми вступлениями возможно появление, так называемого «предвестника волны» с небольшими амплитудами. Ослабление сигнала есть функция, зависящая от прочности цемента в контакте с колонной. Таким образом, измеряется амплитуда сигнала в 8 секторах размером 45 градусов. Затем полученная амплитуда может быть использована для построения карты цементирования, нормализованной амплитуды, и определения среднего затухания. Для каждого сектора рассчитывается компенсированная оценка качества сцепления по формуле: CATn = 20 * log( (A12n * A21n) / (A11n * A22n)) / d – DBSPRD, где CATn – радиальный компенсированный коэффициент затухания A12n – амплитуда измеренная между приемником 1n и излучателем 2n A21n – амплитуда измеренная между приемником 2n и излучателем 1n A11n – амплитуда измеренная между приемником 1n и излучателем 1n A22n – амплитуда измеренная между приемником 2n и излучателем 2n n – номер сектора от 1 до 8, d – расстояние между приемником 1n и приемником 2n DBSPRD – потери при расходимости луча в дБ/м Возможности прибора были проверены на тестовых скважинах с искусственными каналами. Результаты исследований приведены на рисунке: В колонке слева представлены ГК и локатор муфт. В двух крайних справа колонках показаны данные полученные радиальным цементомером. AVG AMP – средняя амплитуда по восьми секторам, кривая получена из рассчитанных компенсированных затуханий в дБ/фут. В самой правой колонке показана карта цементирования сгенерированная по восьми затуханиям, которая является разверткой качества сцепления цемента с колонной. По горизонтали представлена развертка колонны от 0 до 360 градусов. Качество сцепления изображается в серых оттенках. Черный цвет представляет сцепление более 80% от максимума, белый цвет сцепление менее 20% от максимума. Также в третей колонке справа представлены измерения стандартного CBL, которые хорошо коррелируются с кривой AVG AMP, полученной радиальным цементомером. Наличие искусственных каналов показано в колонке глубины, эти каналы отлично идентифицируются по карте цементирования. Segmented Bond Tool (Baker Hughes) Segmented Bond Tool (SBTSM) предоставляет детальную оценку качества сцепления цемента с колонной и породой для большого диапазона диаметра колонн и различных скважинных жидкостей. Такая оценка уменьшает неопределенность относительно качества гидравлической изоляции продуктивных зон, позволяя более эффективно завершать операции, сокращая стоимость работ. Прибор SBT использует так называемую PAD систему (выносных лап) акустических преобразователей для расчета компенсированного затухания в 6 секторах расположенных через 60 градусов, охватывая таким образом весь периметр колонны. Такая конструкция позволяет идентифицировать плохое сцепление, каналы и пустоты за колонной, устранять неопределенности, возникающие при исследовании традиционным интегральным прибором АКЦ. Использование прибора SBT сохраняет время и деньги, необходимые для ремонтных работ точно идентифицируя интервалы хорошего сцепления и адекватной гидравлической изоляции. Также, используя SBT, сохраняется время каротажа, так как SBT позволяет регистрировать все необходимые данные, включая полный волновой пакет за один спуско-подъем. Ключевые преимущества: Предоставляет лучшие акустические измерения по сравнению с традиционными приборами CBL и приборами на отраженных волнах (PET) Предоставляет количественный анализ качества сцепления в 6 секторах по 60 градусов. Отсутствие влияния высокоскоростной породы и тяжелых буровых растворов Эффективное выявление интервалов равномерного сцепления и дефектов в цементном кольце (каналов, пустот) для колонн диаметром от 114 до 406 мм. за один спуско-подъем. Нечувствительность к небольшой децентрации прибора Независимость от изменения температуры и давления Независимость от чувствительности приемников и излучателей Простая интерпретация Ориентация каналов и пустот в цементном кольце Все измерения полностью компенсированы Защита качества исходных данных путем полной оцифровки волновых сигналов Прибор SBT проводит количественную оценку качества сцепления в 6 секторах по периметру колонны. Акустические приемники и излучатели расположены на 6 выносных лапах, которые прижимаются к внутренней стороне колонны и предоставляют измерение компенсированного затухания. Измерения этим прибором нечувствительны к тяжелым растворам и газированным скважинным флюидам, отсутствует влияние высокоскоростной породы и небольшого децентрирования прибора. Все эти факторы оказывают значимое влияние на традиционные методы CBL и PET. Прибор SBT также предоставляет улучшенные измерения VDL и ориентацию прибора. Развернутое изображение 6-лаповой конфигурации прибора показывает последовательность секторных измерений. Специальная технология управления акустическим лучом используется для увеличения энергии от излучателей и контроля характеристик направленности как для PAD элементов так и для кольцевых VDL элементов. Элемент дальний от приемника излучает первым. Уровень звука увеличивается в заданном направлении, когда второй элемент излучает в точное время задержки. В результате эффективная акустическая энергия увеличивается в четыре раза. Измерение ослабления сигнала для каждого сегмента делается в двух направлениях, используя расположение двух излучателей и двух приемников на 4 соседних лапах. Два измерения комбинируются для получения компенсированного значения, которое не зависит от чувствительности приемников и мощности излучателей. Такой процесс измерения повторяется для каждого из 6 сегментов. Затухание измеряется в диапазоне от 0 до 75 дБ/м. На рисунке показана методика измерения SBT. Геометрия расположения элементов прибора такова, что акустическая энергия, приходящая к ближнему приемнику будет выше, чем энергия приходящая к дальнему, даже когда нет потери этой энергии во внешнюю среду. Этот эффект рассеяния не связан с качеством цементирования и удаляется перед оценкой ослабления сигнала. Прибор SBT управляется электронным блоком, содержащим скважинный микропроцессор и цифровую телеметрическую систему. Скважинные данные обрабатываются и оцифровываются телеметрией, исключая искажения, которые присущи аналоговой передаче сигнала. Любой из волновых сигналов может быть оцифрован в скважине и отображен на поверхности. Прибор SBT нечувствителен к тяжелым и газированным растворам, потому что выдвижные лапы прижимаются к внутренней стенке колонны, где и проводятся измерения, поэтому достоверные результаты получаются в любых скважинных буровых растворах от разгазированных до тяжелых. Также прибор SBT лишен проблемы прихода волны по буровому раствору, поэтому возможны исследования в колоннах достаточно большого диаметра и в колоннах разного диаметра за один спуско-подъем. В высокоскоростных породах оба традиционных метода на преломленных и отраженных волнах могут приводить к неправильным результатам. Короткий размер зонда на лапах не позволяют волнам по породе прийти раньше волны по колонне даже в высокоскоростных породах, таких как доломиты. Изменение температуры и давления – методика компенсированных измерений устраняет эффект изменения температуры и давления в скважине, которые оказывают влияние на амплитуды сигнала в CBL и PET системах. Центрация прибора – SBT требует адекватной центрации для хорошего контакта лап с внутренней поверхностью колонны. Стандартные центраторы обеспечивают удовлетворительную центрацию прибора в скважинах до 60 градусов. Жесткие и/или роликовые центраторы рекомендуются для скважин с углом более 60 градусов. Измерения прибором SBT могут быть представлены в двух видах. Первичные данные – минимальное и среднее ослабление, локатор муфт, ГК, VDL. Две каротажных кривых выводятся для оценки качества записи, смещения лап и контакта прижимных лап. Качество цементирования представлено кривой с минимальными значениями ослабления по 6 секторам и кривой со средним значением ослабления по 6 секторам. Заливкой показывается различие между средней и минимальной кривой ослабления на каждой глубине. Ширина заливки показывает объем каналов в цементном кольце. Второй вид представления включает: две кривых DTMN и DTMX – минимальное и максимальное интервальное время по 6 секторам, расхождение между кривыми не более 10 мкс/м соответствует хорошей центрации прибора; карту цементирования, построенную по 6 кривым ослабления и кривую относительного азимута. Карта цементирования выводится с учетом поправки за кривую азимута. На карте цементирования используется 5 уровней заливки для представления качества цементирования. Белый цвет соответствует отсутствию цемента. Светлые градации соответствуют уровням ослабления от 20 до 40% от максимума. Черный цвет соответствует более 80% от максимума ослабления или качественному цементированию. Модуль сканирующего акустического цементомера МАК-СК для программно-управляемого комплекса АМК-2000 В геофизических предприятиях России, Белоруссии и Казахстана используется разработанный в ОАО НПФ "Геофизика" программно-управляемый аппаратурно-методический комплекс АМК2000, предназначенный для контроля технического состояния и качества цементирования обсадных колонн в нефтегазовых скважинах за 1-2 спускоподъемные операции методами акустического, радиоактивного каротажа, электромагнитной локации муфт обсадной колонны, термометрии и акустической шумометрии. В состав комплекса АМК-2000 входят: модуль сканирующего гамма-гамма-дефектомера-толщиномера СГДТ-100; модуль акустического каротажа МАК-9; модуль многозондового нейтронного каротажа МНК; модуль гамма-каротажа - локатора муфт ГКЛ; модуль термометра-шумомера ТШ. Программно-методическое обеспечение позволяет выполнять комплексную интерпретацию данных, получаемых АМК-2000, при этом заключение о качестве цементирования скважины содержит сведения об интервалах с бездефектным и дефектным состоянием цементного кольца, а также типах дефектов цементирования (контактных и объемных) и их размерах. Модуль сканирующего типа СГДТ-100 имеет 8 детекторов (через 45° в радиальном направлении) для измерений плотности цементного кольца в заколонном пространстве, в то время как модуль МАК-9 имеет акустический зонд интегрального типа, который позволяет определять усредненное (по периметру обсадной колонны) состояние цементного кольца. Данные модули имеют различную чувствительность к дефектам цементирования обсадной колонны, что осложняет комплексную интерпретацию данных, получаемых модулем СГДТ-100 и МАК-9. Для повышения информативности акустического метода контроля качества цементирования скважин в дополнение к комплексу АМК-2000 разработан модуль сканирующего акустического цементомера МАК-СК, который может эксплуатироваться в составе этого комплекса. Общий вид модуля МАК-СК приведен на рис. 1. Модуль содержит 8-секторный акустический зонд, который позволяет определять качество цементирования обсадной колонны по 8 радиальным направлениям через 45°. Рис . 1. О бщий вид мод уля МАК-СК: 1 - головка прибора; 2 - верхний центратор; 3 - блок электронный генераторный; 4 - блок излучателей; 5 звукоизолятор; б - блок приемников; 7 - блок электронный приемный; 8 - нижний центратор; 9 - стыковочный узел; 10 - заглушка Блок излучателей (4) МАК-СК содержит 8 пьезокерамических излучателей, размещенных через 45° в радиальном направлении, которые поочередно возбуждают в скважине импульсы упругих колебаний частотой 100 кГц. В блоке приемников (6) размещены 8 пьезокерамических приемников, которые включаются синхронно с соответствующими излучателями и позволяют регистрировать 8 волновых пакетов головных упругих волн, распространяющихся вдоль стенки скважины. Блок электронный приемный (7) обеспечивает усиление сигналов волновых картин, снижение частоты сигналов в 4 раза и их передачу по каротажному кабелю в наземную регистрирующую систему (например, "Гектор"), которая осуществляет "оцифровку" волновых картин и передачу цифровых данных на бортовой компьютер каротажной станции. Блок электронный генераторный (3) содержит телеметрическую систему (на базе кода "Манчестер-2"), которая обеспечивает программно-управляемый режим работы модуля МАК-СК. Программа регистрации данных, получаемых модулем МАК-СК, работает в оболочке Windows и обеспечивает: управление режимами МАК-СК; прием информации от скважинного прибора после ее преобразования в цифровой код в регистраторе "Гектор"; визуализацию в режиме реального времени 8 волновых картин в процессе регистрации и отображения информации о текущей скорости каротажа, глубине, дате и времени исследований; регистрацию данных, привязанных по глубине скважины на долговременных носителях. Программа обработки и интерпретации данных, получаемых модулем МАК-СК, позволяет: вычислять амплитудные и временные параметры волновых картин, зарегистрированных в каждом секторе обсадной колонны; получать цветовую карту сцепления цементного камня с обсадной колонной с привязкой регистрируемых данных к апсидальной плоскости скважины; вычислять для каждого сектора обсадной колонны декремент затухания Diks амплитуды головных волн; вычислять среднее значение Dср декремента затухания по 8 секторам зонда; вычислять коэффициент качества цементирования скважины Ккц, который изменяется от 0 при незацементированной обсадной колонне до 1 при бездефектном качестве цементирования. Калибровка модуля МАК-СК выполняется в моделях обсаженных скважин МОС-1 - МОС-7, основные характеристики которых приведены в табл. Характеристика Внешний диаметр Модель МОС-1 МОС-2 МОС-3 МОС-4 МОС-5 МОС-6 МОС-7 146 146 146 146 146 146 146 8,2 7,9 8,2 8,2 7,9 7,9 7,9 40 40 35 40 40 - 30 1,85 1,6 1,84 1,84 1,6 - 1,85 Бетон Бетон Бетон Бетон - - Мрамор - 60 60 Мрамор 360 Винипласт 15 и 45 обсадной колонны, мм Толщина стенки обсадной колонны, мм Толщина цементного го кольца, мм Плотность цемент3 кольца, г/см Материал имитатора горной породы Раскрытость вертикального канала, град Основные характеристики моделей обсаженных скважин Модели обсаженных скважин содержат отрезок обсадной трубы длиной 4 м, цементное кольцо и имитатор горной породы (ИГП) и воспроизводят типовые состояния цементирования скважин. Первые три модели (МОС-1 - МОС-З) имитируют бездефектное состояние цементирования скважины, следующие две (МОС-4 - МОС-5) воспроизводят дефекты цементирования типа "вертикальный канал" раскрытостью 60°, МОС-7 воспроизводит такие же дефекты раскрытостью 15 и 45°, расположенные напротив (через 180°). Модель МОС-6 является универсальной и с помощью сменных блоков позволяет воспроизводить различные состояния цементирования. При калибровке МАК-СК в модель МОС-6 устанавливалась незацементированная обсадная труба с внешним диаметром 146 мм. В моделях МОС-1, МОС-2, МОС-4, МОС-5, МОС-7 имитатор горной породы выполнен из бетона или винипласта и воспроизводит упругие параметры, характерные для терригенного разреза (Vn < VK), а в моделях МОС-3, МОС-6 имитатор выполнен из мрамора и воспроизводит упругие параметры, характерные для карбонатного разреза (Vn> VK). Vn и VK - соответственно скорости распространения упругих волн в горной породе и обсадной колонне. В моделях МОС-1, МОС-3, МОС-4, МОС-7 цементное кольцо выполнено из портландцемента нормальной плотности (1,84-1,85) г/см3, а в моделях МОС-2, МОС-5 - из облегченного гельцемента плотностью 1,6 г/см3. На рис. 2 приведены результаты измерений модулем МАК-СК декрементов затухания амплитуд упругих волн в моделях обсаженных скважин. Измерение декремента затухания Dlks выполняется по следующей формуле: где Uo – максимальное значение диапазона измерений амплитуд регистратора "Гектор"; Aik измеренное значение амплитуды упругих волн в i-м секторе зонда. При настройке МАК-СК в незацементированной (свободной) обсадной трубе среднее значение Dср декрементов затухания устанавливается равным 3,5 дБ аналогично настройке интегрального акустического цементомера МАК-9 комплекса АМК-2000. При калибровке МАК-СК в моделях МОС-1 и МОС-2 установлены граничные значения Dсрц для бездефектного портландцементного и гельцементного кольца. Для портландцемента плотностью 1,85 г/см3 Dсрц = 18,5 дБ, а для облегченного гельцемента плотностью 1,6 г/см3 Dcpц = 13,9 дБ. По результатам измерений на моделях установлена цветовая палитра декрементов затухания, характеризующая различное состояние цементирования скважины. Белый цвет отражает незацементированное состояние обсадной колонны, коричневый - бездефектное состояние цементирования или сплошной контакт портландцементного камня с обсадной колонной (по терминологии, принятой для интегральных акустических цементомеров), промежуточные цвета (голубой, желтый, розовый) - дефекты в цементном кольце (или частичный контакт цементного камня с обсадной колонной по ранее принятой терминологии). Для гельцементного кольца бездефектное состояние отражается розовым цветом, остальные цвета аналогично отражают дефекты цементирования. Из рис. 2 видно, что на цветовой карте четко выделяются дефекты цементирования типа "вертикальный канал" в цементном кольце раскрытостью 15, 45, 60 град. На рис. 3 приведена зависимость декрементов затухания от величины микрозазора между цементным камнем и обсадной колонной, полученная модулем МАК-СК в модели обсаженной скважины с регулируемым микрозазором, используемой для калибровки интегральных цементомеров. Из рис. видно, что декременты затухания Diks, регистрируемые МАК-СК, также чувствительны к величине микрозазора, как и динамические параметры упругих волн, регистрируемые интегральными акустическими цементомерами. Микрозазоры раскрытостью 50 мкм и более на цветовой карте МАК-СК отражаются белым цветом, соответствующим отсутствию контакта цементного камня с обсадной колонной при интерпретации данных интегральных акустических цементомеров. В зависимости от величины раскрытости микрозазора цветовая карта МАК-СК изменяется от белого цвета до коричневого (при отсутствии микрозазора). Рис. 2. Результаты измерений модулем МАК-СК декрементов затухания амплитуды упругих волн в моделях обсаженных скважин Рис. 3. Зависимость декрементов затухания, регистрируемых МАК-СК, от величины микрозазора между цементным камнем и обсадной колонной На рис. 4 приведен график зависимости между средним значением Dср декремента затухания по 8 секторам зонда МАК-СК и декрементом затухания d1K ближнего зонда МАК-9, полученный при измерениях в моделях обсаженных скважин обоими типами аппаратуры. Эта зависимость подчиняется следующему соотношению: Из этого соотношения следует, что при известном d1K можно определить Dсрпо следующей формуле: Dcp = 2,1 + 0,4 dlK. Рис. 4. График зависимости между средним значением Dcp декремента затухания МАК-СК и декрементом затухания d1к ближнего зонда МАК-9 при измерениях в моделях обсаженных скважин обоими типами аппаратуры Зависимость позволяет выполнять настройку МАК-СК при отсутствии в скважине интервалов незацементированной колонны при работе в комплексе с модулем МАК-9. Так как при настройке интегрального акустического цементомера типа МАК-9 параметр dlK устанавливается равным αк, то Dср МАК-СК также получает "привязку" к коэффициенту затухания αк, измеряемому модулем МАК-9. Количественная оценка состояния цементирования скважины по данным МАК-СК выполняется с помощью коэффициента качества цементирования Ккц, вычисляемого по следующей формуле: Коэффициент качества цементирования изменяется от 0 при отсутствии контакта цементного камня с обсадной колонной до 1 при бездефектном цементном кольце и сплошном контакте его с обсадной колонной. На рис. 5 приведена форма планшета, формируемого при обработке данных модуля МАК-СК. Цветовая карта отражает состояние контакта цементного кольца с обсадной колонной по ее периметру и позволяет определять размеры дефектов цементирования, а также их пространственную ориентацию относительно апсидальной плоскости скважины. Левый и правый края цветовой карты "привязаны" к нижней части обсадной колонны, а середина карты отражает состояние контакта цементного камня с верхней частью колонны. Рис. 5. Форма планшета, формируемого при обработке данных модуля МАК-СК Коэффициент качества цементирования Ккц, определяемый по формуле (4), позволяет количественно оценивать состояние цементирования скважины в терригенных и карбонатных разрезах, в которых скорость Vn распространения упругих волн в горных породах превышает скорость распространения упругих волн VK по обсадной колонне. Длина зонда МАК-СК выбрана такой, чтобы исключить интерференцию первых вступлений упругих волн, распространяющихся по горным породам при скоростях Vn до 7000 м/с. На рис. 6 приведен пример комплексной обработки и интерпретации данных сканирующего гамма-гамма-дефектомера-толщиномера СГДТ-100, интегрального акустического цементомера МАК-9 и сканирующего акустического цементомера МАК-СК. Интегральный цементомер МАК-9 в терригенной части разреза (520-575) м выделяет только крупные дефекты цементирования (530-537, 540-542, 560-563, 570-572 м). Сканирующий модуль МАК-СК на цветовой карте показывает значительно большее количество дефектов цементного кольца, так как обладает большей разрешающей способностью к дефектам малых размеров (вертикальным каналам раскрытостью меньше 45°, разрывам сплошности и кавернам длиной менее 0,4 м и т. д.). В карбонатной части разреза (ниже 575 м) интегральный цементомер МАК-9 показывает сплошной контакт цементного камня с обсадной колонной и горной породой, так как в фиксированных временных "окнах" регистрируются упругие волны, распространяющиеся по горным породам, поскольку Vn > VK. При этом регистрируемые параметры МАК-9 αк < αко, a ΔT < Δ к, где αко и Δ к значения коэффициента затухания и интервального времени распространения упругих волн в незацементированной колонне. На показания сканирующего модуля МАК-СК не влияют упругие волны, распространяющиеся по горным породам, поэтому в этом интервале четко выделяются дефекты цементирования спиралевидный "вертикальный канал" в интервале (595-627) м, каверны в цементном камне в интервале (582-588) м и разрывы сплошности в интервале (532-542) м. Указанные дефекты на цветовой карте МАК-СК хорошо коррелируются с дефектами пониженной плотности на цветовой развертке плотности цементного камня, построенной по данным СГДТ-100. Рис. 6 Пример комплексной обработки и интерпретации данных модулей СГДТ-100, МАК-9, МАК-СК На рис. 7 приведен пример выделения дефекта цементирования типа "вертикальный канал" в цементном камне по результатам комплексной обработки и интерпретации данных МАК-СК, МАК9 и СГДТ-100. Приведенные примеры показывают, что применение модуля сканирующего акустического цементомера МАК-СК в комплексе с модулями АМК-2000 позволяет значительно повысить эффективность контроля качества цементирования скважин за счет: повышения разрешающей способности акустического метода к дефектам цементирования малых размеров; повышения достоверности идентификации типа дефектов цементирования посредством совмещения цветовых карт акустической и гамма-цементометрии к апсидальной плоскости скважины; обеспечения возможности количественной оценки состояния цементирования скважин в высокоскоростных разрезах со скоростью распространения упругих волн в горных породах до 7000 м/с. Оценка типа дефекта цементного камня. Цементомер МАЦ с секционированными приемниками, ООО «Нефтегазгеофизика». Цементомер МАЦ с секционированными приемниками - прибор акустического каротажа с коротким секционированным измерительным зондом, предназначенный для определения характера дефектов цементного кольца (кольцевые зазоры, продольные каналы, каверны), которые в заключениях стандартной акустической цементометрии (АКЦ) даются в одной градации как частичный контакт цементного камня с колонной. Измерительный зонд МАЦ содержит компенсированный зонд, включающий в себя два цилиндрических излучателя (основная частота излучения 20 кГц) и два набора приемников по четыре приемника в каждом наборе, установленных в одном поперечном сечении и сдвинутых на 90° друг относительно друга. Таким образом, в файле регистрации содержатся сигналы волны по обсадной колонне, распространяющиеся от излучателя в четырех секторах, соответствующих положениям приемников. Основными измеряемыми параметрами являются коэффициенты затухания волны по колонне ВАТi (i = 1, …, 4). Кроме того, вычисляется средний коэффициент затухания волны по колонне по суммированным волновым картинам ВАТ5, аналогичный параметру к стандартного цементомера типа УЗБА. При оценке качества цементирования использована методика, основанная на линейной зависимости коэффициента затухания волны по колонне от площади соприкосновения цемента с колонной. С учетом наличия ВАТi (i - 1,4) дополнительных параметров ВАТi введено пять градаций контакта цементного камня с колонной: 1 -свободная колонна; 2 - плотный контакт; 3 кавернозный цементный камень; 4 - наличие вертикальных каналов в цементном камне; 5 наличие кольцевого зазора между колонной и цементным камнем небольшой толщины. Тип дефекта цементного камня определяется по соотношениям измеренных значений коэффициентов затухания между собой и априорно заданных: коэффициента затухания волны по свободной колонне ВАТ0 и при плотном контакте ВАТМ. Критерии оценки приняты следующие: свободная колонна, если ВАТ5 < 2 ВАТ0; плотный контакт, если ВАТ5 > 0,8 ВАТМ и все коэффициенты в секторах больше ВАТМ; кавернозный цемент, если 2ВАТ0 < ВАТ5 и среднее отклонение коэффициентов затухания в четырех секторах от ВАТ5 более 5; вертикальный канал, если 2ВАТ0 < ВАТ5 и не менее двух коэффициентов затухания в секторах имеют значения больше 0,8 ВАТМ; кольцевой зазор, если 2ВАТ0 < ВАТ5 и среднее отклонение коэффициентов затухания в четырех секторах от ВАТ5 менее 5. В качестве примера на рис. 1 приведен планшет результатов формализованного анализа. Первая колонка содержит текущие глубины, вторая - значения измеренных параметров: четыре коэффициента затухания волны по колонне, измеренные в четырех секторах BAT1 -ВАТ4 и коэффициент затухания волны по колонне, определенный по сумме сигналов четырех секторов ВАТ5. Третья - сопоставление коэффициентов затухания, измеренного МАЦ (ВАТ5) и стандартным прибором АК с центрально расположенными одноэлементными приемниками ВАТ9. Четвертая колонку цементирования, построенную по параметрам прибора МАЦ в соответствии с вышеприведенными критериями оценки состояния цементного камня. Пятая (объемная модель/МАЦ) - цветное изображение состояния контакта колонны с цементным камнем по образующей, плотность контакта пропорциональна изменению светового спектра. Шестая - колонку цементирования по данным АК. Сопоставление коэффициентов затухания волны по колонне ВАТ5 и ВАТ9 позволяет сделать вывод о достоверности измерений МАЦ, поскольку значения его параметра, вычисленного по сумме сигналов четырех секторов с точностью до погрешности измерений, совпадают с аналогичным параметром стандартного цементомера. Колонка 5 "объемная модель/МАЦ" наглядно показывает распределение дефектов цементного камня. Естественно, использование при анализе только одного метода не исключает ошибок. В частности, отсутствие данных о марке цемента может привести к неверным оценкам граничных значений коэффициента затухания. Рис. 1. МАЦ и АК-42 Сравнение результатов оценки качества цементирования по данным Последняя модификация секторного «Нефтегазгеофизика» приводится ниже. прибора АКЦ, разработанного ООО Цементомер акустический секционированный АКЦС Прибор выпускается в следующих модификациях по максимальной рабочей температуре T max и верхнему значению гидростатического давления в скважине Pmax : по температуре: 120°С, по давлению: 80 МПа. Шифр прибора АКЦС-К-73-Tmax/Pmax Предназначен для измерения коэффициентов затухания и интервальных времен волны по обсадной колонне, регистрируемой вдоль образующей в четырёх секторах, равномерно распределённых по окружности. Применяется в скважинах обсаженных, заполненных жидкостью на водной или нефтяной основе. Решаемые задачи: определение качества цементирования обсадной колонны путём оценки равномерности сцепления цементного камня с поверхностью колонны. Измерительный зонд содержит один излучатель и два набора приёмников упругих колебаний по четыре элемента в каждом; приёмные элементы в каждом наборе акустически изолированы друг от друга и ориентированы с соответствующими элементами другого набора; измерительные базы находятся между соответствующими элементами наборов приёмников; излучатель и наборы приёмников разделены акустическими изоляторами. Излучатель и наборы приёмников образуют четыре трёхэлементных измерительных зонда (A, B, C, D). Излучатель магнитострикционный цилиндрический, основная частота излучения – 20 кГц. Приёмники – пьезокерамические полусферы диаметром 20 мм, собственная частота – 90 кГц. Прибор работает с трёхжильным геофизическим кабелем длиной до 8000 метров. Формула зонда.(4)П2 0.2(4)П1 0.3 И. Измеряемые параметры Интервальное время волны по колонне Зонд А Зонд В Зонд С Зонд D Коэффициент затухания волны по колонне Зонд А Зонд В Зонд С Зонд D Диапазон Погрешность 0÷500 мкс/м 0÷500 мкс/м 0÷500 мкс/м 0÷500 мкс/м ±5 мкс/м ±5 мкс/м ±5 мкс/м ±5 мкс/м 0÷30 дБ/м 0÷30 дБ/м 0÷30 дБ/м 0÷30 дБ/м ±6 дБ/м ±6 дБ/м ±6 дБ/м ±6 дБ/м Общие технические данные Общая длина прибора, мм 3500 не более Диаметр прибора, мм 73 не более Общая масса прибора, кг 60 не более Питание: напряжение питания, В частота питания, Гц 220 50 10% 1% Диаметр скважины, мм 146÷245 Скорость каротажа,м/ч 500 Комбинируемость Положение в скважине концевой центрируется UltraWare™ Radial Bond Tool, Sondex Функциональное описание Основное назначение прибора RBT - обеспечение оценки качества гидравлической изоляции продуктивных и непродуктивных зон, целостности скважины, распределения цемента между колонной и породой. Плохое цементирование может приводить к водо- и газопроявлениям, перетоку жидкости в затрубном пространстве, и недостаточной поддержке колонны. Идеальная ситуация: В идеальной ситуации цемент хорошего качества (высокопрочный) имеет высокую степень сцепления с колонной и породой, и цементное кольцо имеет достаточную длину для гидравлической изоляции. Возможные проблемы: Если колонна в скважине не достаточно хорошо зацементирована, то это может сказаться на целостности скважины, вести к перетоку жидкости и гидравлической связи между зонами. Правильный диагноз – ключ к решению проблемы. Приборы акустического каротажа, такие как RBT, предоставляют ответ на вопрос: хорошее или плохое качество цементирования, хотя для правильной оценки могут потребоваться данные других методов ГИС. Ниже показаны потенциальные проблемы, в случае плохого качества цементирования A. Давление на колонну B. Загрязнение грунтовых вод С. Хорошая изоляция зон D. Переток жидкости за трубой Плохое сцепление цемента с породой позволяет газу из газовых зон проникать в затрубное пространство, являясь причиной высокого давления на колонну, которое в свою очередь угрожает целостности скважины Плохое цементирование позволяет пластовым соленым водам попадать в грунтовые пресные воды через заколонное пространство. Это также приводит к коррозии колонны. Зона изолирована и цемент имеет хорошее сцепление, когда жидкость из зоны не может перетекать за колонной. В среднем количество цемента необходимого для хорошей изоляции можно вычислить по формуле: [2 x диаметр колонны в дюймах - 5] = толщина цемента в футах. Для 7 дюймовой колонны толщина цементного кольца д.б. 3 метра. Плохое цементирование позволяет пластовой воде из нижних пород попадать в скважину и выходить на поверхность. Промысловый каротаж используется для выявления точки попадания пластовой воды в скважину, а акустический каротаж для подтверждения качества цементирования в этой точке. Цементирование нефтегазовых скважин с научной точки зрения является технологически проработанной. Однако эта проблема может встречаться особенно в наклонных скважинах, и в скважинах с низким пластовым давлением. Естественно, что в случае плохого цементирования возможно наличие каналов в цементном кольце, по которым осуществляется движение жидкости. Поэтому геофизические исследования должны быть направлены на выявление таких каналов. Традиционные системы интегрального АКЦ могут оценивать качество контакта на границах цемент-колонна и цемент-порода, однако они не могут надежно выделять каналы в затрубном пространстве. Секторные приборы АКЦ позволяют строить «карту цементирования», характеризуя качество сцепления по окружности колонны, лучше выявляя, таким образом, наличие каналов. В дополнении к каналам известны случаи наличия спиралевидного изгиба колонны вместе с выносом песка, что приводит к недостаточно прочной поддержке колонны цементом. Тем не менее, в настоящее время нет замены акустическому каротажу для оценки условий цементирования при строительстве критических скважин. Раньше многие скважины были построены без проведения АКЦ, поэтому сейчас возможно необходимо проведение АКЦ в этих скважинах. Каналы в цементном кольце Каналы в цементном кольце – это продольные полости с отсутствием цемента. Каналы могут образоваться в результате недостаточного вытеснения бурового раствора в процессе цементажа (особенно часто это проявляется, если колонна не центрирована). Также причинами каналообразования могут быть движение газа и воды во время схватывания цемента или в наклонных скважинах, когда тяжелый цемент опускается вниз, и вверху остаются каналы с отсутствием или небольшим количеством цемента. Стандартные приборы АКЦ осредняют качество сцепления по периметру колонны и не могут выявлять места изменения качества цементирования по периметру трубы и в случае наличия каналов показывают промежуточное сцепление или цемент низкой прочности. Цемент пониженной прочности Если цемент низкого качества или не соответствует скважине, то прочность цемента может уменьшится. Также такая ситуация может возникнуть когда происходит преждевременное схватывание цемента вверху ствола скважины, при этом нет гидростатического давления на нижнюю часть несхватившегося цемента, что приводит к снижению давления в цементе до уровня пластового давления. Когда это происходит цемент перемешивается с пластовым флюидом и становится поровым и проницаемым. Например, тесты показывают, что при попадании газа в цемент его проницаемость может стать выше 5 мд. RBT выводит карту цементирования, которая предоставляет нефтяным компаниям различать каналы от низкопрочного цемента и идентифицировать их местоположение, относительно верхней или нижней стороны трубы. В обоих перечисленных выше ситуациях цементирование не выполняет своей основной функции – гидравлической изоляции пластов. Конструкция UltraWare™ Radial Bond Tool Всенаправленный пьезоэлектрический излучатель возбуждает акустическую энергию в ответ на электрический сигнал, посылаемый от электронного блока прибора. Частота акустического сигнала составляет 18 кГц (для прибора диаметром 80 мм ) или 22 кГц (для прибор диаметром 43 мм). Акустическая энергия распространяется через различные среды: промывочную жидкость, колонну, цемент и породу. В течение этого времени сигнал затухает. Акустические изоляторы, расположенные внутри прибора предотвращают распространение сигнала по корпусу прибора от излучателя к приемникам. На расстоянии 3 футов(1 метра) от излучателя расположены сегментированные пьезоэлектрические радиальные приемники. Каждый сегмент захватывает возвращающуюся акустическую энергию и конвертирует ее в электрический сигнал. Каждый сегмент распознает часть акустической энергии приходящей из скважины в заданном направлении, что позволяет строить в дальнейшем карту цементирования. Внутри прибора отдельные сигналы от сегментов электронно комбинируются для получения всенаправленной амплитуды, которая эквивалентна стандартному 3-х футовому сигналу от несегментированных приборов АКЦ. В 5-ти футах (1.5 метра) от излучателя находится кольцевой всенаправленный пьезоэлектрический приемник. Такое расположение позволяет увеличить глубину исследования и использовать данный приемник для записи картины VDL. В основном представление VDL используется для оценки сцепления цемента с породой, а данные по коротким зондам для оценки сцепления цемента с колонной. Акустические сигналы принимаются в аналоговой форме, а затем оцифровываются в виде волновых картин. Сигналы, принимаемые 3-футовыми сегментированными приемниками оцифровываются в интервале 170 – 370 мкс, а от 5-футового приемника сигналы оцифровываются в интервале 200 - 1200 мкс. Оцифрованные волновые картины сохраняются во временную память и по команде от UltraWare™ контроллера передаются на поверхность. Дополнительно при каротаже регистрируются 2 канала: ГК и локатор муфт для привязки по глубине. RBT может быть также выполнен в связке с UltraWare™ термометром. RBT выполняется с жесткими центраторами; если прибор не будет хорошо центрирован, то данные получаются с высокой погрешностью. Так децентрация прибора на четверть дюйма приводит к уменьшению амплитуд сигнала до 2/3 от реальных значений. Другие приборы Sondex UltraWare™ могут быть скомбинированы с RBT. Приборы RBT для высокотемпературных сред Для каротажа в скважинах с очень высокой температурой прибор RBT может быть помещен в защитный кожух. При этом исследования могут быть проведены в скважинах с температурой до 204° С и давлением до 207 МПа. Прибор состоит из двух модулей – UltraLink телеметрия, канал ГК, локатор муфт – в одном кожухе и RBT – в другом. При этом RBT полностью совместим с другими приборами, использующими аналогичную телеметрию. Теория измерений RBT Приборы АКЦ (CBL) используют акустическую энергию для оценки качества цементирования. Пьезоэлектрический кристалл используется для преобразования энергии электрического импульса в акустическую энергию. Кристаллы пьезоэлектрических приемников используются для преобразования приходящей акустической энергии в электрическую. Высокочастотный акустический импульс излучается в колонне с постоянными временными интервалами. Звук распространяется через скважинную жидкость, контактирует с колонной распространяется вдоль нее до возвращения обратно через скважинную жидкость в приемник и Часть сигнала передаются через колонну в цемент и далее в породу, перед тем как он вернется обратно. 3-футовые сегментированные приемники принимают раннюю часть возвращающегося сигнала для определения сцепления цемента с колонной 5-футовый интегральный приемник принимает позднюю часть сигнала, который приходит от цемента и породы и используется для создания VDL, которая в свою очередь используется для оценки сцепления цемента с породой. Возвращаемые сигналы содержат компоненты от нескольких источников – продольные волны возвращаются от колонны и флюида и также продольные/поперечные волны возвращаются от цемента и породы Оцифрованные волновые картины используются для интерпретации качества сцепления. Рисунок выше показывает различные компоненты принимаемого сигнала. Принимаемая запись сложного сигнала включает в себя волны по колонне, флюиду, цементу, породе. Обычно волна по колонне имеет максимальную скорость из всех типов волн, поэтому она приходит первой до вступления волн по породе. В высокоскоростных разрезах волна по породе может приходить первой и интерферировать с колонной. Акустическая энергия реверберирует внутри колонны Если колонна не зацементирована амплитуда волны по колонне будет высокой. Если колонна зацементирована (сцеплена с цементом) амплитуда волны по колонне будет низкой. Измеряемые параметры Амплитуда Измерение амплитуды вступлений волны по колонне – основной путь для оценки качества сцепления цемента с колонной. Можно представить аналогию в виде удара молотом по колоколу. Если колокол чем-то зажать во время удара молотом то звук получается низким и глухим – или еще говорят, что звук затухающий; это равносильно зацементированной колонне. Если же колокол отпустить во время удара молотом, то звук получается громкий и сильный, звук не затухает; это равносильно свободной незацементированной колонне. Для оценки сцепления на границе цемент-колонна используется сигнал, принимаемый 3футовыми приемниками. Обычно, на этой длине сигнал по колонне разделяется от сигнала по породе Измерения амплитуды делаются внутри специального фиксированного временного окна «Gate». Это соответствует времени приходу волны по колонне или E1. Значение максимальной точки в окне «Gate» - и есть измеряемая амплитуда. Значения амплитуды обычно представляются на планшете в виде кривой в милливольтах. Время прихода волны Также измеряется время между излучением источника и принимаемым сигналом приемника, состоящим из набора амплитуд. Время прихода – время между срабатыванием излучателя и первой точкой, которую сигнал встречает в фиксированном окне. Измеренное время пробега будет увеличиваться при уменьшении амплитуды E1 Если амплитуда E1 уменьшается ниже уровня порога, то происходит «проскок фазы» на амплитуду E3. Время пробега используется для взаимного контроля сигнала: Изменение времени пробега в интервале скважины свидетельствует о хорошем качестве сцепления. Время пробега служит индикатором хорошей центрации прибора в интервалах, где E1 может быть оценено. По времени пробега можно идентифицировать высокоскоростную породу, когда время пробега соответствует не волне по колонне а волне по породе. В быстрых породах измеряемая амплитуда E1 в фиксированном окне может показывать ошибочное плохое качество сцепления цемента с колонной. В этом случае измеряемое время пробега меньше чем ожидаемое время пробега волны по колонне. Дополнительно проверить наличие волны по породе от высокоскоростной породы можно, сравнив измеряемое время от 3-футового и 5-футового приемника, разница между ними должна быть меньше 114 мкс (для высокоскоростной породы). Можно проконтролировать время пробега сравнив его с известными временами пробега от известных литологических пород. VDL (Variable Density Log) VDL используется для иллюстрации полного волнового пакета. Представление VDL позволяет качественно оценить качество сцепления на границе «цемент-колонна» и «цемент-порода». VDL – отображение амплитуд сигнала сверху вниз (по оси Z) полного волнового пакета в градациях серого. На рисунке ниже показан волновой сигнал в 3-й колонке и его эквивалент VDL во 2-ой. Дополнительные кривые отображаемые при обработке RBT Стандартные приборы АКЦ (CBL) имеют только 3-футовый и 5-футовый приемники, что обычно не позволяет идентифицировать каналы в цементном кольце. RBT получает дополнительные данные от каждого 3-футового сегментированного приемника, которые отображаются на диаграмме в виде 3-х кривых показывающих минимум, максимум и среднее значение амплитуды по всем секторам. Также по сегментированным амплитудам отображается карта цементирования, когда амплитуды каждого сектора преобразуются в некоторый цвет или градации серого (см рисунок ниже). Спецификация Прибор RBT выпускается в 2-х конфигурациях (на 2006 г.) диаметрами 43 и 80 мм. 43 мм прибор содержит шесть 3-х футовых сегментированных приемников, а 80 мм прибор – восемь. Выбор прибора зависит от диаметра колонны. Диапазон исследуемых колонн составляет от 2” до 13”. Стандартные приборы RBT с телеметрией UltraWare могут использоваться в скважинах с температурой до 177° С и давлением до 138 МПа. Приборы с не UltraWare версией телеметрии могут использоваться в скважинах с темепратурой до 200° С. Первичная калибровка осуществляется под давлением в калибровочной трубе 5,5”. В скважине калибровка осуществляется в известном интервале свободной колонны. Основные количественные измерения проводятся для 3-х футовых радиальных амплитуд, а качественные по записи 5-футовым приемником. Допустимые скважинные жидкости: нефть, пресная и соленая вода. Флюид должен быть неподвижным; прибор не работает в скважинах с газированными жидкостями или подвижными флюидами, потому что сигнал быстро рассеивается до прихода в приемники. Спецификация 43 мм RBT 80 мм RBT Диаметр исследуемых колонн, мм Длина прибора,м Основные извлекаемые параметры 50,8 – 191 3,03 Амплитуды (3ft, радиальные 1 -6), амплитудная карта, время пробега (3ft), VDL (5ft), вращение прибора ГК, локатор муфт, термометр 18 6 95 – 340 2,89 Амплитуды (3ft, радиальные 1 - 8), амплитудная карта, время пробега (3ft), VDL (5ft), вращение прибора ГК, локатор муфт, термометр 22 8 Да (комбинация радиальных) Да Да (комбинация радиальных) Да < 1 мВ 18,1 Да 1200 м/ч Да < 1 мВ 63,5 Да 1200 м/ч 1800 м/ч 1800 м/ч 550 м/ч 550 м/ч Дополнительные параметры Частота излучателя, кГц Количество радиальных приемников 3 футовый приемник (пьезоэлектрический) 5 футовый всенаправленный приемник (пьезоэлектрический) Датчик вращения прибора Погрешность Вес, кг Центрация прибора Скорость каротажа, телеметрия 50 кбит/c UltraLink Скорость каротажа, телеметрия 100 кбит/c UltraLink Скорость каротажа (память) Да Примечание: Прибор RBT может комбинироваться со всеми другими приборами UltraWare, такими как MTT (дефектоскоп) и MIT (многорычажный каверномер). Режимы регистрации могут быть либо в память либо с оцифровкой на поверхности через UltraLink. Прибор должен центрироваться во время каротажа. В скважинах с большим углом наклона другие каналы (ГК, локатор муфт) могут быть отсоединены, что позволяет лучше центрировать прибор RBT. Высокоскоростная цифровая телеметрия позволяет увеличить скорость каротажа Калибровка прибора Для калибровки RBT используются 2 основных вида калибровок: 1) с помощью специального калибровочного устройства (трубы), 2) свободная незацементированная колонна. Приборы RBT калибруются во время их изготовления, также рекомендуется осуществлять плановую калибровку прибора и калибровать прибор после его обслуживания или ремонта. Такая калибровка делается в специальной калибровочной установке (трубе), которая заполнена водой, электронная часть находится снаружи трубы, а излучатели и приемники внутри, зонд внутри трубы центрируется. В трубе создается давление 500-700 psi. Такая калибровка проводится при изготовлении прибора на базе Sondex и может быть при необходимости выполнена на территории клиента. Другим видом калибровки может служить участок свободной колонны (трубы), заполненной водой и находящейся под давлением 500 psi. Примеры записей прибором RBT Хорошее качество цементирования со свободной колонной наверху В этом примере сверху находится свободная колонна. В интервале свободной колонны наблюдаются высокие амплитуды волны по колонне, время пробега соответствует времени прихода волны по колонне, реверберация волны по колонне видна на VDL, карта цементирования показывает 0% сцепления цемента с колонной. Внизу диаграммы колонна зацементирована хорошо, амплитуды сигнала очень низкие, время пробега увеличено по сравнению с временем вступления волны по колонне, карта цементирования показывает 100% сцепление. На VDL видна волна по породе, что свидетельствует о хорошем сцеплении цемента с породой, также заметна хорошая корреляция волны по породе и ГК. Хорошее сцепление с колонной, плохое сцепление с породой В этом примере цемент имеет сцепление с колонной и отсутствует сцепление цемента с породой. Амплитуды сигнала низкие, время прихода увеличено, карта цементирования показывает 100% сцепление. Однако на качественном уровне можно сказать, что сцепление цемента с породой плохое, т.к. на VDL не видно волны по породе. Колонна может иметь тонкое цементное кольцо. Заметим, что сигнал в рыхлых породах может выглядеть аналогично. Плохое качество сцепления с колонной, хорошее качество сцепления с породой (возможно наличие кольцевых микрозазоров) В этом примере регистрируются высокие амплитуды волны по колонне, время пробега соответствует времени прихода волны по колонне и карта цементирования показывает относительно низкое качество сцепления. VDL показывает слабый сигнал волны по породе. Такая ситуация может быть связана с микрозазорами. Каротаж должен быть выполнен повторно под давлением. Если микрозазоры существуют, то при записи под давлением амплитуды волны по колонне будут меньше, чем до этого. Каналы Пример каналов в цементном кольце. Сцепление показывается как частичное на CBL, но на радиальных сегментах показывается, что примерно 30% цемента имеет сцепление цемента с колонной, а остальная часть либо имеет плохое сцепление, либо сцепление отсутствует. Выше и ниже интервала с каналом качество сцепления хорошее. Правила интерпретации данных Интерпретация радиального АКЦ является часто качественной визуальной оценкой по каротажным диаграммам. Время пробега При хорошем качестве сцепления регистрируемое время пробега должно увеличиваться до значения амплитуды E3 или еще более поздних вступлений сигнала. Для свободной колонны время пробега должно соответствовать ожидаемому времени вступления волны по колонне. Если время пробега меньше ожидаемого времени вступления волны по колонне и значения амплитуды уменьшается, то возможно прибор был децентрирован. Если время пробега ожидаемого времени вступления волны по колонне и значения амплитуды увеличиваются, то вероятно время пробега соответствует времени вступления волны по породе в высокоскоростном разрезе. Различие времени пробега между 3-футовым и 5-футовыми приемниками должно быть 114 мкс. Если реальное значение меньше, то вероятно параметры отражают высокоскоростную породу Амплитуда При хорошем качестве сцепления амплитуда должна быть низкой. В свободной колонне амплитуда будет высокой. Если амплитуда принимают промежуточные значения, то сравнив с картой цементирования, можно определить, что проблема цементирования связана либо с наличием каналов, либо с цементом пониженной прочности. Карта цементирования При хорошем качестве сцепления карта цементирования должна показывать равномерно низкие значения амплитуд. При плохом качестве сцепления карта цементирования должна показывать равномерно высокие значения амплитуд. При наличии каналов в цементном кольце отдельные сектора на карте цементирования будут показывать высокие амплитуды. В случае цемента пониженной прочности амплитуды на всех сегментах будут показывать промежуточные значения. Если прибор был децентрирован, значения амплитуд соседних сегментов в карте цементирования будут различными. Индекс цементирования Индекс цементирования – это коэффициент, отношение измеренного ослабления сигнала к максимальному. В свободной колонне – ослабление сигнала будет стремиться к нулю, а в зацементированной колонне – к максимальному значению. Индекс цементирования больше 0.8 принимается в качестве критерия хорошего качества сцепления. Минимальный интервал хорошего качества сцепления необходимый для гидравлической изоляции пластов в футах можно приблизительно вычислить по формуле: Длина интервала = 2 X Диаметр колонны в дюймах – 5. Например, для 6” колонны минимальный интервал составляет приблизительно 2 метра. Прочность на сжатие Прочность на сжатие – оценка прочности цемента, поддерживающего колонну и его сопротивление к смятию колонны. Единицы измерения прочности psi. Расчет прочности является нелинейной зависимостью между амплитудой, толщиной колонны и диаметром колонны. Для ручной интерпретации зависимости могут быть найдены в виде палеток в литературе. Высокие амплитуды соответствуют низкой прочности цемента и наоборот низкие амплитуды говорят о его высокой прочности. Стандартными интегральными приборами АКЦ практически невозможно разделить низкопрочный цемент и каналы в цементном кольце. VDL Представление VDL служит для качественной интерпретации полного волнового пакета. В идеальной ситуации при хорошем качестве сцепления амплитуды волны по колонне очень низкие и на VDL можно видеть сигнал от породы. Возможные проблемы Децентрация прибора Центрация прибора RBT критична для правильной оценки. Если прибор децентрирован, то акустический сигнал проходит 2 различных пути до приемника и получаемый волновой сигнал, приходящий в приемник становится «размытым». Время пробега уменьшается по сравнению с ожидаемым временем прихода волны и амплитуда сигнала также уменьшается, показывая улучшение качества сцепления, что не соответствует действительности. Таким образом уменьшение амплитуды сигнала и уменьшение времени прихода волны может свидетельствовать об децентрации прибора. Кроме того карта цементирования будет показывать неравномерное сцепление. Высокоскоростная порода В карбонатных разрезах акустическая скорость в породе может быть выше, чем скорость волны по колонне, поэтому в 3-х футовый приемник сигнал от «быстрой» породы может приходить раньше чем сигнал от колонны. Когда это происходит, то в фиксированное окно может попадать сигнал с высокой амплитудой волны по породе, что может интерпретироваться как плохое сцепление цемента с колонной. Поэтому необходимо дополнительно проверять измеренное время пробега волны. Если зарегистрированное время меньше ожидаемого времени прихода волны по колонне (для заданного диаметра колонны), то возможно амплитуда сигнала соответствует высокоскоростной породе. Таким образом, уменьшение времени пробега относительно ожидаемого и одновременно высокие амплитуды сигнала могут говорить о наличии высокоскоростной породы. С другой стороны наличие сигнала от высокоскоростной породы может быть только при условии хорошего сцепления цемента, как с колонной, так и с породой, поэтому если на VDL видна высокоскоростная порода, то качество сцепления хорошее. Микрозазоры Микрозазоры – микроскопические промежутки между цементом и колонной, которые имеют плохую акустическую связь. Они могут возникать из-за снижения давления в скважине после цементировочных работ или теплового воздействия. Кольцевой микрозазор может находится в диапазоне (0,12 мм – 0,25 мм). Предполагается, что микрозазоры не нарушают гидравлической изоляции пластов, но влияют на акустический сигнал, в котором присутствуют как средние по величине амплитуды волны по колонне, так и сигнал от породы. При этом может возникать ошибка в интерпретации, говорящая о плохом качестве сцепления, в то время как качество цементирования хорошее. Определить наличие микрозазоров можно выполнив повторный каротаж в скважине с повышенным давлением. В случае кольцевых микрозазоров при записи в скважине под давлением, амплитуды сигнала по колонне заметно уменьшатся, а сигнал по породе увеличится, что может говорить о хорошем качестве сцепления. Низкопрочный цемент Цемент низкой прочности на сжатие будет отражаться как промежуточный уровень амплитуд сигнала волны по колонне. Оценивая карту цементирования можно определить, характеризуют ли средние значения амплитуд наличие каналов в цементном кольце. Если на карте цементирования визуально каналы не наблюдаются, то увеличение амплитуд возможно связано с понижением прочности цемента и тогда можно воспользоваться зависимостью для расчета прочности цемента на сжатие от амплитуды сигнала. Одной из причин низкопрочного цемента может быть недостаточное время для его схватывания. В этом случае повторный каротаж АКЦ может быть выполнен через достаточное для схватывания цемента время, чтобы убедиться в характеристиках прочности цемента. Облегченные цементы В условиях низких пластовых давлений в рыхлых породах не всегда возможно выполнить цементирование стандартными цементами, ввиду их высокого поглощения. В этом случае используют облегченные цементы с различными добавками (микрогранулы, пеноцементы и т.д.). Такие цементы предоставляют изоляцию, но имеют аномально низкую прочность на сжатие и соответственно уменьшают ослабление акустического сигнала. Это означает, что даже в идеально зацементированной колонне, амплитуды сигнала не будут стремиться к нулю. В этом случае необходимо найти участок с хорошим качеством сцепления и выбрать амплитуды на этом участке за опорные для построения карты цементирования. Граничные значения в свободной колонне не будут зависеть от типа цемента и остаются одинаковыми для всех типов цемента. Например, если для обычного цемента карта цементирования строилась в диапазоне амплитуд от 0 до 100, то для облегченного цемента может строиться в диапазоне от 20 до 100. Нефтяной буровой раствор Нефтяной буровой раствор имеет отличные акустические свойства от водного бурового раствора. Время прихода волны по колонне будет больше, а амплитуды сигнала в свободной колонне ниже. Прибор должен быть перекалиброван в зонах с нефтяным буровым раствором. Проблемы могут возникнуть также в скважинах с давлением больше 70 МПа. В идеале каротаж RBT должен быть проведен в скважинах с водным раствором с низким содержанием макрочастиц. Эксцентриситет обсадной колонны В наклонных скважинах обсадная колонна может прилегать к породе, поэтому на диаграмме VDL классический сигнал по свободной колонне может быть не виден. На VDL будет видна как высокоамплитудная волна по колонне, так и средне-амплитудная волна по породе. Карта цементирования может показывать заниженные амплитуды напротив мест, где колонна прилегает к породе. В этой ситуации может выдаваться неправильное заключение о наличии каналов в цементном кольце, которые простираются вдоль колонны свыше 3 метров. Сравнительные характеристики секторных приборов АКЦ Производитель Наименование Кол-во излучателей Кол-во приемников Weatherford Sector Bond Tool (Slim) Segmented Bond Tool Radial Bond Tool USBAsegment RCBL АКЦС 8 (6) 8 (6) Рабочая частота, кГц 80 - 120 6 6 100 8 (6) 8(6) 22 (18) 2 4 1 1 МАК-СК АКЦ-8С Baker Atlas Sondex Geosys Halliburton ООО Нефтегазгеофи зика, Тверь НПФ Геофизика, Уфа ТНГ-Групп, Бугульма Вес, кг Диаметр, мм Длина ,м 40 (35) 70 (43) 85,7 3,4 (5,3) 10,1 63 (18) 80 (43) 3 18 67 80 4 8 2X4 20 34(98) 60 43(80) 73 4,5 (4) 3,5 8 8 100 70 100 3 1 16(*) 5- 25 75 90 3,6 (5,6) Производитель Наименование Макс. Т, °С Weatherford Sector Bond Tool(Slim) 175 (215) Макс P, МПа 138 Baker Atlas Segmented Bond Tool 177 138 Sondex Radial Bond Tool 177 138 Geosys Halliburton Нефтегазгеофи зика, Тверь НПФ Геофизика, Уфа ТНГ-Групп, Бугульма USBA-segment RCBL АКЦС 150 204 (180) 120 100 МАК-СК 120 80 АКЦ-8С 120 60 Геометрия прибора АКЦ-8С, «ТНГ-Групп» Доп. каналы ГК, локатор муфт ГК, локатор муфт Примечание Излучатель и приемник расположены на выносных лапах, возможна компенсированная оценка ГК, локатор муфт 80 (*) – геометрия прибора см. картину внизу таблицы, длина разная в зависимости от типа центраторов Обработка данных секторной акустической цементометрии в системе «Соната» При наблюдениях секторными приборами АКЦ формируются данные в несколько раз большего размера, чем при использовании стандартных приборов. Для обработки таких данных в системе «Соната» есть специальный модуль «АКЦ-С». В модуле реализована обработка и интерпретация данных только однозондовых приборов, имеющих 6 и более направленных акустических приемников (источников). Порядок работы в модуле «АКЦ-С» нескольких шагов: аналогичен работе с данными АКЦ и состоит из 1) выбор наблюдения; 2) выбор прибора; 3) выбор каналов акустического сигнала; 4) определение интервала обработки по глубине; 5) настройка временного окна для выделения волны по колонне; 6) расчет смещения прибора и амплитуды волны по колонне; 7) определение интервала настройки для расчёта ослаблений и нормированных амплитуд; 8) расчёт ослаблений и нормированных амплитуд; 9) выбор параметров для расчёта индекса цементирования; 10) расчёт индекса цементирования; 11) выбор параметров для расчёта типа контакта колонна-цемент; 12) расчёт типа контакта колонна-цемент; 13) выбор параметров для расчёта герметичности; 14) расчёт герметичности. Рассмотрим отличия обработки данных в модуле «АКЦ-С». Настройка свойств прибора АКЦ-С дополнительно включает указание количества секторов источника и приемника. Так в приборе МАК-СК и источник и приемник имеют по 8 секторов, прибор RBT содержит кольцевой источник (0 секторов) и приемник из 6 или 8-ми секторов. При выборе каналов акустического сигнала добавлена возможность указать масштаб данных по времени. Это необходимо для правильной работы с данными приборов МАК-СК, МАК-9-СК, в которых шаг квантования по времени указан в 4 раза больше реального. Основной этап, влияющий на правильность полученных результатов, - настройка окна волны по колонне. Предполагается, что волна по колонне приходит в первых вступлениях. Однако, точному выделению волны на записях от всех датчиков мешают сдвиги по времени, вызванные эксцентриситетом прибора. Поэтому, лучше контролировать результат выделения волны по колонне по кривой «Ошибка ТК» и сигналу волны по колонне «AsK». Для этого в контекстном меню задачи АКЦ-С «Настройки навигатора» необходимо установить флажок «Данные задачи», затем отобразить необходимые данные на планшете. Если ошибка ТК превышает +-2 мкс и искажается форма сигнала волны по колонне «AsK», значит выделение волны сделано не верно. Для устойчивой работы алгоритма, необходимо левую границу окна располагать левее вступлений волны по колонне, а правую так, чтобы окно охватывало не менее 1.5 периода волны, но не захватывало вступления последующих волн. На рисунке 1 показано правильное выделение волны, а на рисунке 2 - окно выбрано недостаточного размера, что привело к значительным ошибкам определения амплитуды и других параметров. Рис. 1. Правильный выбор временного интервала волны по колонне. Рис. 2. Не правильный выбор временного интервала волны по колонне. Однозондовые приборы не позволяют непосредственно измерять коэффициент затухания волны (далее – затухание). Для оценки величины затухания используется ослабление - логарифм отношения амплитуды волны при нулевом затухании к измеренной амплитуде волны Dk = 20 * log ( Ak0 / Ak ). Использование ослабления для интерпретации возможно при правильном выборе величины Аk0. В Модуле «АКЦ-С» определение величины Аk0 выполняется в интервале настройки по данным стандартного АКЦ или в свободной колонне на шаге «Определение интервала настройки». В случае использования данных АКЦ лучше использовать интервал, где производилась настройка в задаче АКЦ. Данные АКЦ могут быть использованы для калибровки при условии одновременной или почти одновременной (т.е. при тех же скважинных условиях) регистрации с данными АКЦ-С. Тип контакта колонна-цемент определяется по величине затухания волны по колонне. В зависимости от принятой на предприятии схемы интерпретации оценка затухания может выполняться по разным данным: собственно затухание, амплитуда (нормированная амплитуда), ослабление (отрицательный логарифм амплитуды) и индекс цементирования (нормированное затухание или ослабление). Выбор способа расчета задается на шаге «Выбор параметров для расчёта типа контакта колонна-цемент». Для каждого способа задаётся своя шкала классификации, которая может быть настроена на этом шаге. Граничные значения в шкале устанавливаются в зависимости от плотности цемента, что позволяет учесть изменение свойств цемента при наличии дополнительных данных (информация о закачке, данные ГГЦ). Визуальный контроль качества цементирования лучше делать по индексу цементирования. Параметрами расчета индекса цементирования являются значения затухания в свободной колонне и при хорошем цементировании. Возможны два способа задания граничных значений по затуханию и по ослаблению с помощью соответствующих кнопок. Значения по затуханию не зависят от длины прибора. Значения по ослаблению должны устанавливаться для каждого типа прибора. Расчет индекса цементирования выполняется по формуле: Кц = Dki - Dkсв.к. / Dkц - Dkсв.к., где Dki - текущее ослабление волны по колонне, Dkсв.к. - ослабление волны в свободной колонне, Dkц - ослабление волны по колонне при качественном цементировании. Оценка герметичности (правильнее – равномерности качества цементирования по окружности колонны) выполняется сравнением величины разброса данного относительно среднего по окружности значения, то есть выявлением каналов в цементном камне. Оценка герметичности также может выполняться по разным данным: затухание, нормированная амплитуда, ослабление и индекс цементирования. Для каждого параметра настраивается своя шкала классификации. В результате работы получаются следующие данные: эксцентриситет прибора, среднее по окружности ослабление (Dk), средний коэффициент качества цементирования (Кц), карта цементирования (развертка Кц по окружности), колонка качества цементирования, колонка герметичности. Возможные проблемы Калибровка прибора Различие в чувствительности датчиков приводит к появлению ложных аномалий на карте цементирования, поэтому необходимо контролировать работу прибора в установке УПАК. Если амплитуды сигнала от разных датчиков отклоняются более чем на 15%, то прибор необходимо регулировать. Децентрация прибора Секторные датчики меньше искажают сигнал при децентрации прибора в колонне. Однако при больших смещениях также наблюдается искажение формы и амплитуды сигнала, что приводит к появлению на карте цементирования ложных каналов в цементе. Высокочастотные приборы (МАК-СК) более чувствительны к точности центрирования, чем низкочастотные (RBT). Высокоскоростная порода Если скорость волны в породе равна или больше скорости волны по колонне, то измерение амплитуд волны по колонне становится затруднительным или невозможным. Однако использование короткого зонда (L < 0.6м) и повышение частоты излучателя позволяют за счет задержки волны по породе на время пробега по цементу и колонне регистрировать 1-2 периода волны по колонне без искажений. Поэтому в условиях высокоскоростного разреза необходимо применять короткий высокочастотный прибор (МАК-СК). Покрытие обсадной колонны Антикоррозионное покрытие некоторых типов обсадных колонн нарушает акустический контакт цемента с колонной. Высокочастотные приборы более чувствительны к наличию промежуточного слоя между колонной и цементом. Если такое покрытие не удалять, то оценка качества цементирования по АК будет искажена, тем сильнее, чем выше частота излучателя прибора. Микрозазоры Влияние кольцевого микрозазора на показания приборов зависит от частоты излучателя. Стандартные приборы АКЦ не чувствительны к микрозазорам менее 10 мкм. Амплитуды волны по колонне, зарегистрированные высокочастотным прибором МАК-СК при микрозазоре 10 мкм и более, близки к амплитудам в свободной колонне. Сравнивая замеры высокочастотным и стандартным приборами, можно сделать вывод о наличии микрозазоров. Облегченные цементы В случае применения облегченных цементов необходимо в диалоге «Настройки обработки АКЦ-С» (вызывается через контекстное меню задачи АКЦ-С «Параметры/Настройки обработки») задать «Параметры расчета индекса цементирования» и «Параметры определения типа контакта», соответствующие характеристикам примененного цемента. Например, если для обычного цемента диапазон затухания составляет 3,5-40 дБ/м, то для облегченного гельцемента используется диапазон от 3,5 до 21 дБ/м. Изменение свойств бурового раствора Если акустические свойства жидкости в скважине значительно изменяются по глубине, то это может привести к ошибкам интерпретации. Знак ошибки (завышение или занижение качества цементирования) зависит от скважинных условий в интервале настройки для задачи АКЦ-С. Если за пределами интервала настройки происходит повышение затухания акустического сигнала в жидкости, то качество цементирования в таких интервалах будет завышено. И наоборот, если ошибочно выбрать интервал настройки в интервале повышенного затухания сигнала в жидкости, то качество цементирования в целом будет занижено. Список литературы 1. Mathew G. Schmidt, Peter C. Masak, Paul R. Rhodes, Western Atlas. Method and apparatus for measuring the quality of a cement to a casing bond. U.S. Patent, 1990г. 2. Н.А. Смирнов, Н.Е. Пивоварова, А.С. Варыхалов, В.А. Пантюхин, В.А. Вылежанин ООО «Нефтегазгеофизика» Повышение достоверности оценки герметизации затрубного пространства акустическим методом. НТВ Каротажник №143-145, 2006 3. М.А. Сулейманов, В.И. Исламгулов, Д.Р. Батырова, Г.М. Перцев, Т.А. Чернышева Модуль сканирующего акустического цементомера МАК-СК для программно-управляемого комплекса АМК-2000. НТВ Каротажник № 137-138, 2005 4. Сайт компании Halliburton www.halliburton.com 5. Сайт компании Baker Atlas www.bakeratals.com 6. Сайт компании Weatherford www.weatherford.com 7. Сайт ОАО НПФ Геофизика www.npf-geofizika.ru 8. Сайт ООО «Нефтегазгеофизика» www.karotazh.ru 9. Сайт ООО «ТНГ-Групп» www.tng.ru 10. Сайт компании Geosys www.geosys-germany.com 11. UltraWare™ Radial Bond Tool. User Guide v 1.0 2005.
