Определение дополнительных косвенных показателей качества цементирования скважин

В целях изучения возможности повышения информатив­ности данных термометрии в направлении определения до­полнительных, кроме высоты подъема тампонажного рас­твора, косвенных показателей качества цементирования была проведена комплексная (совместно с другими геолого-техническими и промысловыми материалами) интерпретация нескольких термограмм, зарегистрированных последователь­но в период ОЗЦ в скважинах Краснодарского и Ставро­польского краев и Оренбургской области [33, 59, 74].

В качестве примера приведены результаты комплексной интерпретации последовательно зарегистрированных в про­цессе ОЗЦ термограмм скв. 14 Юбилейной площади (рис. 27), в которую спущены 377-мм кондуктор до глубины 250 м и 299-мм колонна до глубины 1450 м.

При цементировании колонны в эту скважину было зака­чано 42 м³ цементно-бентонитовой смеси при соотношении цемент — глина 6:1 и 11 м³ портландцементного раствора с

79

35

40

45   50  55   60 t,° C

Рис. 27. Результаты исследования скв. 14 Юбилейная:

/ — интервал спуска кондуктора; II — зоны частичного контакта цементно­го кольца с колонной; III — зоны наличия контакта цементного кольца с колонной; 1 — кривая КС; 2 — кривая ПС; 3 — линия, соответствующая номинальному диаметру скважины; 4 — кавернограмма; 5 — профилеграм-ма; 6, 7 — соответственно Д. и Т_п АКЦ; 8—13 — термограммы соответст­венно через 2; 5,5; 9; 12; 16 и 18 ч после окончания цементирования скважи­ны

В/Ц = 0,5 и плотностью 1800 кг/м³. В соответствии с проек­том колонну цементировали до устья.

С помощью аппаратуры акустического контроля за це­ментированием скважин (АКЦ) цементное кольцо обнаруже­но ниже глубины 370 м.

Первое измерение электротермометром изменения темпе­ратуры по стволу скважины было проведено через 2 ч после цементирования. Результаты этого измерения отражают ха­рактер изменения температуры закачанных в скважину це­ментного и бурового растворов и лишь в небольшой степе­ни — литологии разреза, поэтому термограмма слабо диф-

80

ференцирована. Кривые последующих двух непрерывных измерений температуры, выполненные через 5,5 и 9 ч, пере­секаются с кривой первого измерения в точке А на глубине 560 м. Следовательно, к моменту первого измерения значения температуры растворов в колонне и за колонной на этой глубине выравнялись.

На термограмме, зарегистрированной через 9 ч после це­ментирования, не отмечается приращения температуры в точке А, что свидетельствует об отсутствии процесса гидра­тации цемента на глубине 560 м и выше в этот период.

Следующее измерение электротермометром через 12 ч по­сле цементирования показывает положительное приращение температуры (около 2,5 °С) в этой точке, свидетельствующее о том, что на глубине 560 м имеется цементный раствор, схватывание которого началось между 9 и 12 ч после за­качки.

Необходимо отметить, что для рассматриваемого диапазо­на температуры, согласно лабораторным анализам, схваты­вание цементно-бентонитовой смеси указанного состава должно происходить через 4, а цементного раствора — через 4,5 ч, что противоречит значениям времени схватывания, оп­ределенным в результате проведенных температурных изме­рений в скважине. Следовательно, условия протекания экзо­термической рекции при гидратации тампонажного раствора в лабораторных условиях и условиях скважины отличаются весьма существенно.

По данным последующих (после четвертого) измерений электротермометром наблюдается повышение температуры в интервале 0 — 370 м, связанное с гидратацией цемента в этом интервале, что свидетельствует о наличии в нем за колонной цементно-бентонитовой смеси с замедленным схватыванием. Следовательно, по данным временных замеров электротер­мометром в период ОЗЦ скважины возможно уточнение зна­чения высоты подъема тампонажного раствора за колонной, определенного с помощью акустического метода контроля за цементированием.

С целью изучения возможности оценки по данным вре­менной термометрии в период ОЗЦ степени вытеснения в кавернах и желобах ствола скважины бурового раствора це­ментным был проведен анализ геолого-технических данных по ряду выборочных интервалов скв. 14, результаты которо­го приведены в табл. 5.

Интервал 550 — 570 м характеризуется номинальным диа­метром ствола, интервал 620 — 700 м — симметричной каверной,

81

а интервалы 1080-1110 Ï, 1160-1180 Ï, 1310-1330 Ï, 1350-1370 м — желобообразны.

Сравнение отношений удельных объемов соседних интер­валов заколонного пространства (на 1 п. м ствола) и отноше­ний приращений их температуры в процессе схватывания цементного раствора (см. рис. 27, кривые 10 и 11 темпера­турных измерений) показывает, что в случае 1 (см. табл. 5) их значения почти одинаковы. Исходя из положения, что приращение температуры пропорционально количеству це­ментной массы в заколонном пространстве, можно считать, что в этом случае промывочная жидкость в каверне полно­стью замещена цементным раствором. В то же время резуль­таты интерпретации акустической цементограммы в этих интервалах подтверждают вывод об ухудшении состояния контакта цементного камня с колонной в размытых глинах (кавернах), несмотря на то что толщина цементного кольца в них больше, чем в интервалах с номинальным диаметром.

Ствол скв. 14 в интервалах 800 — 950 м, 1000—1110 м и ни­же 1150 м желобообразен и вскрывает литологически одно­родные породы. Термограммы, начиная с третьей, сильно дифференцированы, а контакт цементного камня с колонной по данным АКЦ либо отсутствует, либо частичный, за ис­ключением небольших интервалов.

Сопоставление отношений удельных объемов заколонного пространства и температурных приращений для случаев 2 и 3 (см. табл. 5) показывает практическое совпадение величин К^ и К₂. Вытекающий отсюда вывод о полном замещении про­мывочной жидкости цементным раствором в желобе под­тверждается наличием контакта цементного камня с колон­ной по данным АКЦ. В случае 4 (см. табл. 5) значения коэф­фициентов К^ и К₂ различаются в 1,5 раза, несмотря на ра­венство удельных объемов затрубного пространства в рас­сматриваемых интервалах. Следовательно, в интервале 1310 — 1330 м произошло неполное вытеснение бурового раствора цементным, что подтверждается ухудшением состояния кон­такта (до частичного) цементного камня с колонной по дан­ным АКЦ.

В интервале 1120 —1150 м по данным электрокаротажа вы­деляется проницаемый пласт с хорошими коллекторскими свойствами. Нижняя часть пласта имеет небольшую корку. Так как плотность тампонажного раствора выше плотности бурового раствора на 220 кг/м³, то при цементировании на пласт было создано значительное избыточное гидростатичес­кое давление. На кривой, зарегистрированной в процессе

83

второго измерения электротермометром (см. рис. 27, кривая 9), в этом интервале отмечается четко выраженное пониже­ние температуры, обусловленное не только меньшим, чем в кавернозных участках, количеством цементного раствора в заколонном пространстве. На диаграммах последующих из­мерений в этом интервале наблюдается опережающее нарас­тание температуры относительно других интервалов, на ос­новании которого можно судить, что схватывание цементной массы произошло между 5,5 и 9 ч. Вероятно, вследствие фильтрации в пласт более холодного тампонажного раствора температура в стволе скважины сначала понизилась, а затем из-за уменьшения значения В/Ц более раннее схватывание раствора обусловило ее аномальное повышение (см. 2.2).

По результатам аналогичных исследований скв. 412 Боб­ровской площади в Оренбургской области определены более высокий уровень подъема тампонажного раствора, чем по диаграмме АКЦ, изменение сроков его схватывания по глу­бине скважины и неполное замещение бурового раствора цементным в кавернах [59].

Для более полной реализации возможностей временной термометрии скважин в период ОЗЦ, как эффективного ме­тода определения дополнительных косвенных показателей качества цементирования скважин, необходимо регистриро­вать не меньше трех термограм: первую — сразу после це­ментирования колонны (практически через 1—2 ч), вторую — в момент времени, когда по данным лабораторного анали­за ожидается схватывание цементного раствора, третью — через 10— 15 ч после цементирования скважины.