ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТОМЕТРИИ ОБСАДНЫХ КОЛОНН

Несмотря на совпадение технических и метрологических характеристик скважинных приборов АК-цементометрии, зарубежные и отечественные фирмы несколько разными способами ведут обработку и интерпретацию первичных данных. Зарубежные фирмы обычно используют для интерпретации амплитуды (пиковые или суммарные), измеренные в фиксированном временном окне, начало которого соответствует первому вступлению распространяющейся в колонне волны Лэмба, а также ФКД полного волнового пакета. Иногда амплитуды измеряют в "плавающем" окне, которое открывается амплитудным дискриминатором при определенном уровне сигнала. Примеры практической реализации таких измерений немногочисленны. Отношение измеренных амплитуд к амплитуде сигнала в свободной (незацементированной) колонне является количественным показателем связи цемента с колонной - индексом цементирования (bond index). Отличному качеству цементирования соответствует значение индекса, равное 0,8 (80 %).

Для количественных расчетов индексов цементирования измерения амплитуд производят при избыточном давлении на устье, равном 7 МПа [129, 130]. Такого давления достаточно, чтобы устранить микрозазор между внешней стенкой колонны и цементом, который образуется вследствие периодических расширений и сужений колонны под воздействием механических и тепловых нагрузок. Кстати, саму процедуру цементирования зарубежные фирмы ведут при небольшом расхаживании колонны с целью лучшего уплотнения цементной смеси и ее затекания в неровности стенки скважины. По статистике микрозазор между колонной и цементным камнем наблюдается у 90 % скважин [101]. Расчет индекса цементирования выполняют по специальным программам или палеткам с учетом диаметров прибора, колонны и скважины, типа и плотности жидкости в скважине, типа и плотности цементного раствора.

Наличие или отсутствие сцепления цемента с горными породами определяется на качественном уровне фиксацией на ФКД фазовых линий, принадлежащих упругим волнам, распространяющимся в горных породах, и их корреляцией с материалами ГИС открытого ствола.

Последний этап заключения включает определение расстояния между соседними пластами с различной насыщенностью, которое обеспечит герметичность затрубного пространства при вычисленном индексе цементирования и заданных диаметре колонны, толщине кольцевого зазора, градиенте пластового давления и вязкости фильтрующихся жидкостей. С учетом тиксотропных свойств жидкостей их движение в тонких каналах определяется сечением и длиной каналов и градиентами прилагаемых давлений. Расчетные значения расстояний между пластами с разными пластовыми давлениями оказываются небольшими. При наличии кольцевого зазора в 30-100 мкм и обычно применяемых обсадных колонн диаметром 146-168 мм жидкость не будет фильтроваться в затрубном пространстве на расстояниях, больших нескольких метров. Эффективность (достоверность) заключений с применением изложенной методики достигает 90 % [129]. Дальнейшее повышение эффективности невозможно вследствие влияния тонких (сечением в несколько десятков квадратных миллиметров) вертикальных каналов в цементном камне, что предполагается фиксировать с помощью сканеров АК-цементометрии, и растущего количества случаев исследований тонких (менее 20 мм) цементных колец. Последнее связано с прогрессом в бурении и заканчивании скважин малого диаметра.

Многочисленные зарубежные публикации о методических возможностях сканеров АК-цементометрии свидетельствуют о регистрации в цементном камне вертикальных каналов, угловая раскрытость которых составляет 45° [81, 139, 140]. Такое значение угла соответствует характеристике направленности преобразователей "излучатель-приемник". Можно предположить, что реальная раскрытость фиксируемых каналов находится вблизи существенно меньших углов, равных примерно 30°. Принципиально возможны измерения с помощью всех сканеров внутреннего диаметра обсадной колонны с погрешностью ±(0,1 - 0,5) мм. По материалам сканера USI фирмы Schlumberger толщина обсадной колонны определяется по времени ее реверберации на резонансной частоте с погрешностью ± 0,1 мм. В рекламе отечественного сканера АРКЦ-Т-1 указаны возможности решения тех же задач [68]. Публикации, раскрывающие эти возможности, авторами обзора не встречены.

В отечественных приборах АК-цементометрии до сих пор применяется преимущественно аналоговая регистрация первичной информации. Обычно регистрируют 3 кривых: амплитуды (пиковые) А_цк или эффективное затухание a_цк волны по колонне (волны Лэмба) в фиксированном временном окне, положение которого определяется значением Dt_L = 183-187 мкс/м в обсадной трубе; интервальное время Dt_п и амплитуды А_п или затухание a_п первых вступлений упругих волн, распространяющихся в породах. Обычно это колебания наиболее высокоскоростной волны, превосходящие по амплитуде минимальный порог регистрации для данного типа скважинного прибора. Подразумевается, что в интервалах залегания пород, в которых v_L><V_p, эти колебания принадлежат Р волне.

Регистрацией кривых Dt_n и a_п возмещалась невозможность повсеместной регистрации полномасштабных ФКД из-за отсутствия общедоступней цифровой вычислительной техники. С начала 70-х годов, когда началось освоение методики, на основе перечисленных сведений выдавались на качественном уровне заключения о сцеплении цемента с обсадной колонной и горными породами. Они (заключения) включали три градации: отсутствие сцепления цемента с колонной (свободная колонна), частичное сцепление цемента с колонной, хорошее сцепление цемента с колонной. Последняя градация предусматривает (особенно в последнее время после многих упрощений) вовсе необязательное заключение о сцеплении цемента с горными породами. Особенно велика доля заключений о частичном сцеплении, которое может включать в себя, в том числе, невысокое качество материалов АК-цементометрии и, как противоположность, неудовлетворительное качество тампонажных работ.

Оцифровка в каротажной лаборатории первичных данных АК-цементометрии (кривых a_цк, Dt_п , a_п) и появление многочисленных отечественных цифровых программ обработки и интерпретации этих кривых закрепляют положение, достигнутое в прошедшие годы, и не предоставляют новых методических решений.