Основы акустического метода контроля за цементированием и реализующая его аппаратура

Метод акустического контроля за цементированием сква­жин основан на зависимости параметров акустических коле­баний (амплитуды, скорости, частоты, и др.) от упругих и поглощающих свойств окружающей среды, в том числе и от характера связи цементного кольца с колонной и породой в скважине [29, 77].

Основными узлами скважинного прибора аппаратуры аку­стического контроля за цементированием скважин являются излучатель (И) акустических колебаний и приемник (П). По­падающие после прохождения от излучателя через буровой раствор, колонну и породу в приемник акустические колеба­ния (волновые сигналы) преобразуются в электрические сиг­налы, которые передаются по каротажному кабелю к назем­ной панели управления. С помощью каротажного регистри­рующего устройства, подсоединяемого к панели управления АКЦ, непрерывно по стволу скважины записываются в ана­логовой форме кривые изменения значений трех параметров акустических колебаний: амплитуды продольной акустичес­кой волны, распространяющейся по колонне — А_к, амплиту­ды акустической волны, превышающей в первых вступлени­ях некоторый заданный уровень — А_п (при наличии контак­та цементного камня с колонной и породой А_п может яв­ляться амплитудой волны, распространяющейся по породе); времени распространения (пробега) продольной акустической волны от излучателя до приемника — Т (при прохождении волны по незацементированной колонне это время равно Т_к, при прохождении по породе — Г_п).

Регистрация этих параметров производится одновременно,

126

при движении в колонне скважинного прибора со скоростью около 1200 Ï/˜.

В свободной (незацементированной) колонне, так же как при отсутствии контакта цементного камня с колонной, зна­чения Aj. максимальны, значения Т минимальны и равны Т_к (для АКЦ-4 около 550 мкс), а кривая А_п повторяет по конфи­гурации кривую А_к и не несет никакой информации о состо­янии контакта цементного камня с породой.

Наличие контакта цементного камня с колонной отмеча­ется на акустической цементограмме нулевыми или близкими к нулю значениями А_к, обусловленными демпфированием ко­лебаний колонны цементным кольцом. Промежуточные меж-ДУ А< max ^и A* ⁼ 0 значения А_к характеризуют частичность (или неопределенность) такого контакта.

Только при наличии или иногда частичности контакта це­ментного камня с колонной возможна оценка состояния контакта его с породой, который наиболее уверенно опреде­ляется по соответствию конфигураций кривых А_п цементо-граммы и амплитуды продольной волны, распространяющей­ся по породе — Ад акустического каротажа в необсаженном стволе данной скважины, а также по близости значений Т на цементограмме к V акустического каротажа.

В интервалах ствола скважины против вскрытых в ее раз­резе плотных ("высокоскоростных" с Т < Т_к) пластов и, на­оборот, против рыхлых и кавернозных пород (Г_п >> Г_к) ин­терпретация акустических цементограмм усложняется.

На рис. 42 представлена схема комплексной интерпрета­ции кривых А_к, Т и А_п цементограммы совместно с диаграм­мой акустического каротажа в необсаженной скважине (АК) и кавернограмой, которые существенно уточняют данные акустической цементограммы. Так, против плотных, "высокоскоростных" пород (характеризующихся максималь­ными значениями амплитуды А'_и и минимальными значения­ми времени Т'_п на диаграмме акустического каротажа, а так­же — отсутствием каверн на кавернограмме) контакт це­ментного камня с колонной и породой имеет место при зна­чениях параметров цементограммы А_к > 0 и Т s T_K. Наобо­рот, против глубоких каверн, характеризующихся неполным замещением бурового раствора цементным, как правило, от­сутствует контакт цементного камня не только с породой, но и с колонной. Необходимо также учитывать, что в незаце-ментированных участках колонны (в отличие от зацементи-

127

10

11

12

 

Рис. 42. Схема интерпретации цементограммы АКЦ совместно с диаграммой АК и кавернограммой:

1 — кавернограмма; 2 — номинальный диаметр скважины; 3, 4 — соответ­ственно Д, и Г_п диаграммы АК; 5, 6, 7, 8 — соответственно А^., Т, Г_к и \ цементограммы АКЦ; 9 — местоположение муфтовых соединений; 10 — отсутствие цементного камня или контакта его с колонной; 11 — наличие контакта цементного камня с колонной и частичное с породой; 12 — от­сутствие контакта цементного камня с колонной; 13 — контакт цементного камня с колонной и отсутствие контакта его с породой; 14 — контакт це­ментного камня с колонной и неопределенное состояние контакта его с породой

рованных), или при отсутствии контакта цементного камня с колонной, на кривых А_к, А„иГ цементограммы обычно от­мечаются места муфтовых соединений.

Метод акустического контроля за цементированием сква­жин с регистрацией в аналоговой форме кривых А_к, А_п и Т реализуется с помощью аппаратуры АКЦ-4, СПАК-6 в режи­ме АКЦ, АКЦ-36 и др. В целях повышения информативности и достоверности данных о качестве цементирования приме­няется акустическая аппаратура с трех- или четырех-, пяти-элементными зондами: двумя излучателями и одним прием-

128

ником (разработанная в ВНИИнефтепромгеофизике акусти­ческая аппаратура для комплекса ЦМГА-2, немецкая аппара­тура USBA и др.) или двумя — четырьмя приемниками и од­ним излучателем (выпускаемая Краснодарской фирмой "Нефте-геофизприбор" аппаратура АК-4, АК-5, АК-6).

Применение такой аппаратуры позволяет регистрировать, кроме кривых А_к1, А_к2,..., А_К4, А_п1; А_п2,.„, А_п4 и Т\, Т2,..., ТА (где 1 — 4 — приемники или излучатели):

кривую изменения интервального времени распростране­ния акустических колебаний между двумя приемниками (излучателями) — Т, характеризующую скорость распростра­нения акустических колебаний по колонне или горной по­роде;

кривую изменения коэффициента затухания акустических колебаний, распространяющихся по колонне, характеризу­ющую изменение прочностных свойств цементного кольца и его связи с колонной:

‡_Í = 1/51пА_к1/А_к2,                                                                (27)

где S — база акустического зонда, равная расстоянию между двумя приемниками (излучателями) большого и малого зон­дов;

кривую изменения коэффициента затухания акустических колебаний, характеризующую изменение поглощающих свойств горных пород при наличии контакта цементного кольца с колонной и стенками скважины:

‡_Ô = 1/51п А_п1/А_п2.                                                              (28)

В связи с возможностью определения с помощью метода акустического контроля за цементированием не только ха­рактера распределения за колонной цементного камня, но и состояния его контакта с колонной (а иногда и с породой), этот метод считается в настоящее время наиболее информа­тивным, а следовательно, и наиболее эффективным.

С целью сравнения эффективности методов контроля за цементированием скважин были совместно рассмотрены термограммы, гамма-гамма- и акустические цементограммы, зарегистрированные в скв. 67, 72, 78, пробуренных на Ленин­градском месторождении Краснодарского краям, и в скв. 24 площади Канибадам Таджикистана. На основе сопоставления и анализа этих диаграмм с учетом данных проводки и креп­ления скважин сделаны следующие выводы [62].

На термограмме скв. 72 Ленинградской площади наличие цемента за колонной в большинстве случаев отмечается в ка-

129

2020

2100

 

Рис. 43. Результаты ГИС в скв. 72 Ленинградской площади:

1 — КС; 2 — ПС; 3 — кавернограмма; 4 — термограмма; 5, 6 — гамма-гамма-цементограмма; 7 — АК; 8 — Г_п; 9 — Г_к; 10 — Д,; 11 — отсутствие контакта цементного камня с колонной

вернозной части скважины (рис. 43). Однако на гамма-гамма-цементограмме и в зацементированном интервале против больших каверн наблюдается уменьшение плотности зако-лонной среды (см. рис. 43, 2010 — 2030 м), а акустическая це-ментограмма показывает отсутствие контакта цементного камня с обсадной колонной. Это обусловлено тем, что там-понажный раствор в кавернах либо перемешан с буровым, либо замещен им и, следовательно, не может надежно ра­зобщать выше- и нижележащие пласты.

Термограмма и гамма-гамма-цементограмма этой же сква­жины свидетельствуют о несомненном наличии цемента в интервале 2010 — 2110 м, причем распределение его за колон­ной сравнительно равномерное. Но их показания не могут служить гарантией надежной разобщенности в заколонном пространстве пластов-коллекторов, тем более часто череду­ющихся. Согласно акустической цементограмме (см. рис. 43), контакт цементного камня с колонной в этом интервале ме­няется от плотного до полного его отсутствия против кавер­нозных глинистых пластов.

При двухколонной конструкции скважин наличие или от-

130

2370-

2390-

g 2410 -

2430-

2450 -

2470-

 

Рис. 44. Результат исследования в скв. 24 на площади Канибадам:

1 — промежуточная колонна; 2 — эксплуатационная колонна; 3 — термо­грамма; 4 — гамма-гамма-цементограмма; 5 — цементный камень; 6 — А^ 7 - Ä_Ô; 8 - í_Í; 9 - í

сутствие цементного камня между колоннами часто не опре­деляется с помощью термометрии и гамма-гамма-метода (рис. 44 и 45). Этот факт наиболее вероятно обусловлен сравни­тельно небольшой толщиной цементного камня между ко­лоннами и экранным влиянием наружной колонны. Напри­мер, на наличие цементного камня между 146- и 245-мм ко­лоннами в интервале 2395 — 2440 м скв. 24 площади Каниба­дам указывает лишь акустическая цементограмма (см. рис. 44). По кривым же термометра и гамма-гамма-метода в этом случае цементный камень не обнаруживается.

В скв. 67 Ленинградской площади цементный камень над башмаком 219-мм кондуктора за 146-мм колонной отмечает­ся тоже лишь на акустической цементограмме (см. рис. 45).

Вышеизложенные факты подтверждают существенные преимущества акустического метода перед термометрией и гамма-гамма-метода при контроле за цементированием сква­жин.

131

5?

a

«о

 

470-			1
490-	(		\ с
510-	1 Л Г 3 К XX		i
530-			г
550-	-2V% 1
570-
590

Г

I

 

Рис. 45. Результаты исследований в скв. 67 Ленинградской площади:

1 — кондуктор; 2 — колонна; 3 — термограмма; 4 — гамма-гамма-це-ментограмма; 5 — í_Í; 6 — í; 7 — кривая Д,

Рис. 46. Схема остова моделей за­цементированных скважин:

1 — внутренняя труба; 2 — наруж­ная труба; 3 — обратный клапан; 4 — отверстия

Однако в большинстве случаев и по акустической цемен-тограмме невозможно правильно оценить проницаемость контакта цементного камня с колонной. Об этом свидетель­ствуют данные отечественных и зарубежных исследователей, которые изучали соотношения между проницаемостью "сцеп­ления" (контакта) цементного камня с обсадными трубами и затуханием акустических сигналов. Ими показано, что не­проницаемостью контакта обсадная колонна — цементный

132

камень достигается при сопротивлении его сдвигу более 1,5 МПа, тогда как затухание акустического сигнала в преде­лах 90 % имеет место при сопротивлении этого контакта сдвигу, равном 0,3 — 0,4 МПа. Отсюда следует, что почти пол­ное затухание акустических колебаний возможно и при про­ницаемом контакте цементного камня с колонной. По мне­нию этих исследователей, прочность "сцепления" цементного камня с колонной в 1,5 МПа может быть вообще не достиг­нута, если поверхность обсадной колонны недостаточно хо­рошо очищена от промывочной жидкости [62].

Оценка характера контакта цементного камня со стенка­ми скважины (с породой) по акустическим данным, интер­претируемым даже в комплексе с другими геолого-гео­физическими материалами, еще менее однозначна, чем оцен­ка характера контакта его с колонной. Исходя из существу­ющих представлений о взаимодействии цементного раствора с глинистыми пластами и глинистыми корками, образующи­мися на стенках скважин, можно лишь полагать, что прони­цаемость контакта сформировавшегося цементного камня с породой еще больше, чем контакта его с колонной.

Следует отметить, что рассмотренные результаты исследо­ваний степени проницаемости контактов цементного камня с колонной и породой, и ее отражении на акустической це-ментограмме в практических целях пока не используются.

Некоторыми путями изучения эффективности любого ме­тода контроля за цементированием скважин являются их мо­делирование в виде зацементированных обсадных колонн (труб) и детальное исследование таких моделей зацементиро­ванных скважин этим методом. Методика и результаты части проведенных с помощью АКЦ в этом направлении работ из­ложены ниже [38].

Остовы трех изготовленных моделей, схема и размеры которых показаны на рис. 46, представляли собой две коак-сиально расположенные 245- и 146-мм обсадные трубы с общим днищем. Во внутренней трубе непосредственно над днищем имелись четыре равномерно расположенные по пе­риметру отверстия, а над ними — обратный клапан и кольцо "стоп".

После спуска в скважину на бурильном инструменте меж­трубное пространство остовов моделей через отверстия и обратный клапан подвергалось предварительной промывке глинистым раствором в течение 45 мин, а затем заполнялось раствором портландцемента плотностью 1,75 г/см³.

Промывка производилась с целью покрытия поверхности

133

труб модели глинистой пленкой, аналогичной образующейся на спущенной в скважину обсадной колонне.

Качество цементирования моделей исследовалось с помо­щью каротажной акустической аппаратуры ЛАК-2 и изготов­ленного двухэлементного малого зонда ПО.5И. Для получения более полной и точной информации замеры проводились не с обычной панелью АКЦ, а с кинорегистратором АКР (разработанным в КФВНИИгеофизике), которым через каж­дые 20 см длины модели фотографировались волновые кар­тины (ВК) полных акустических сигналов. По полученным фотографиям ВК были построены кривые изменения ампли­туд первого вступления акустических колебаний (А), аналогов амплитуд волны, распространяющейся по колонне (А_к), пока­занные на рис. 47.

Анализ результатов сопоставления этих кривых позволил установить следующее:

10 L, м

 

Рис. 47. Сопоставление кривых изменения амплитуд первого вступления акустических колебаний А по длине (L) 1, 11 и 111 моделей

134

уровень подъема цементной массы в межтрубном прост­ранстве во всех трех моделях четко отмечается наиболее резким подъемом кривых изменения амплитуд; в первой мо­дели цементная масса недоподнята до верха трубы на 2 м, во второй — более чем на 3 м и в третьей — более чем на 2 м;

сравнительно высокий общий уровень амплитуд первого вступления в зацементированной части моделей скважин ука­зывает на недостаточную плотность или частичность контакта цементного камня с внутренней трубой во всех трех моделях;

наименьшим отношением амплитуд в зацементированной и незацементированной частях модели и, следовательно, наи­большей плотностью контакта цементного камня с внутрен­ней трубой характеризуется первая модель, а наибольшим отношением, т.е. наименьшей плотностью контакта — тре­тья.

Для дальнейших исследований были вырезаны из верхней, средней и нижней частей зацементированных участков моде­лей по два полуметровых патрубка (см. рис. 47). Вторые пат­рубки каждой пары предназначались для дублирования иссле­дований в случае получения аномальных результатов в пер­вых.

С целью обнаружения дефектов в цементном камне и де­тального изучения изменения состояния его контакта с на­ружной трубой вырезанные зацементированные патрубки с помощью специальных щупов и прибора УКБ-1 "прозву-чивались" через каждые 10 см как по образующим, так и по окружности наружной трубы. Полученные результаты свиде­тельствуют о том, что патрубки первой модели характеризу­ются наименьшими амплитудами акустических колебаний, зарегистрированных на наружной трубе, а патрубки из тре­тьей модели — наибольшими, что еще раз подтвердило луч­шее качество цементирования первой модели.

Дефекты и каналы в цементном камне с помощью такой методики акустических исследований зацементированных патрубков из моделей скважин не были обнаружены.

Чтобы проверить возможность прорыва газа, в межтруб­ное пространство патрубков с помощью компрессора пода­вался под давлением воздух через штуцер, ввернутый в от­верстие, просверленное в средней точке наружной трубы. Прорыв воздуха в патрубке первой модели произошел при давлении 5,5 МПа, а в патрубке третьей — при 2,5 МПа, в основном между цементным камнем и поверхностью труб. Это также свидетельствует о более плотном контакте це­ментного камня с трубами в первой модели.

135

Для исследования характера связи между цементными кольцами и трубами, а также для визуального изучения и от­бора образцов цементного камня наружные трубы зацемен­тированных патрубков разрезались на фрезерном станке по образующим. При этом предпринимались возможные меры для сведения к минимуму нарушения их контакта с цемент­ными кольцами и разрушения самого камня. В результате оказалось:

трубы без усилий отделялись от цементного камня, а сам он при разрезании сползал с внутренней трубы, следователь­но, "сцепления" цементного камня с поверхностью внутрен­ней и наружной труб моделей не было;

на поверхности и разломах цементных колец имелись за­полненные глинистым раствором каналы диаметром 1—7 мм и длиной более 1 м, а также раковины (рис. 48);

одинаковая плотность высушенного камня во всех моде­лях (1600 кг/м³) указывает на то, что изменение амплитуды акустических колебаний обусловливается, в основном, изме­нением состояния его контакта с металлической трубой.

Таким образом, на основе проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

подтверждается отсутствие "сцепления" между цементным камнем и покрытыми глинистой коркой трубами в скважин-ных условиях;

подтверждается возможность образования в цементном камне раковин и каналов, способных быть проводниками пластовых флюидов, но не обнаруживаемых акустическими исследованиями;

по данным акустических исследований возможно качест­венно дифференцировать состояние контакта цементного камня с колонной, которое является одним из основных факторов, определяющих степень герметичности заколонно-го пространства или возможность образования межпласто-вых перетоков (особенно газа) в нем.

На практике эффективность применения АКЦ ограничи­вается следующими основными факторами:

недостаточной информативностью регистрируемых в ана­логовой форме параметров акустического сигнала А_к, Т и особенно А_п, не позволяющей в большинстве случаев доста­точно уверенно определять состояние контакта цементного камня с породой, а иногда — и с колонной;

невозможностью выявления нарушений цементной обо­лочки с утлом раскрытия относительно оси скважины менее 60°, а также разрывов ее сплошности, не превышающих рас-

136

Рис. 48. Каналы и раковины в цементном кольце

стояние от излучателя до приемника вследствие невысокой разрешающей способности АКЦ;

искажениями значений регистрируемых АКЦ параметров при наличии в буровом растворе газа, эксцентриситете и пе­рекосе скважинного прибора в колонне и др.;

невысокой точностью количественной интерпретации и сопоставимостью параметров А_к, А_ц и Т вследствие неста­бильности и неидентичности работы преобразователей, не­линейности измерительного тракта и различия "порогов" чувствительности АКЦ.

Влиянием одного или нескольких из этих факторов мож-

137

но объяснить нередкие случаи несоответствия сделанных на основе интерпретации акустических цементограмм заключе­ний о качестве цементирования скважин результатам их ос­воения. Поэтому в общем случае по данным одного АКЦ за­труднительно однозначно судить о прямом показателе каче­ства цементирования скважин — герметичности заколонного пространства.

3.2.4.2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА АКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН

О качестве цементирования скважин судят в основном по определяемым с помощью метода акустического контроля за цементированием косвенным показателям: состоянию кон­такта (или "сцепления") с колонной (лишь иногда с породой) цементного камня и высоте подъема (или наличию) в зако-лонном пространстве превратившегося в камень тампонаж-ного раствора.

Однако сопоставление результатов интерпретации диа­грамм АКЦ с промысловыми данными по скважинам различ­ных нефтегазодобывающих районов страны и СНГ (Краснодарского и Ставропольского краев, Северо-Западной Сибири, Мангышлака, Узбекистана и др.) показывает, что нередко состояние контакта цементного камня с колонной и высота подъема тампонажного раствора определяются неод­нозначно, а результаты испытаний скважин свидетельствуют о недостаточной достоверности оценки качества их цементи­рования только по этим показателям.

С целью выяснения причин неоднозначности определения косвенных показателей качества цементирования и недоста­точной достоверности его оценки только по этим показате­лям были проведены теоретические и экспериментальные ис­следования, результаты которых и вытекающие из них направ­ления проведенных усовершенствования метода акустическо­го контроля за цементированием скважин изложены ниже.

3.2.4.3. ПОВЫШЕНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ АКЦ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ
СОСТОЯНИЯ КОНТАКТА ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ С КОЛОННОЙ

Из литературных источников, подтвержденных результа­тами проведенных исследований макетов зацементированных скважин, известно, что с помощью применяемой акустичес­кой аппаратуры типов АКЦ-4, СПАК-6 в режиме АКЦ, АК1-841 и др. каналы в цементном кольце или зазоры между ним и обсадной колонной в секторе с углом к оси скважины ме-

138

нее 60° не обнаруживаются. Это обусловлено тем, что акус­тические колебания, создаваемые круговым излучателем АКЦ, попадают в ее приемник со всех радиальных образую­щих периметра скважины, в том числе проходящих через дефект цементирования, а затем суммируются и осредняются (рис. 49, ‡).

Разрешающая способность аппаратуры акустического контроля за цементированием скважин к дефектам цементи­рования повышается при приеме акустических колебаний последовательно от каждого сектора периметра скважины, т.е. при сканировании, которое осуществляется либо враще­нием однонаправленного излучателя или приемника, либо того и другого вместе.

На основе возможности повышения разрешающей спо­собности АКЦ путем "прослушивания" заколонного прост­ранства скважины не одновременно по всему периметру, а последовательно по ее секторам, было разработано скани­рующее устройство для аппаратуры акустического контроля за цементированием скважин [6, 94]. В разработанном ска­нирующем устройстве применен вращающийся вокруг при­емника от электропривода с известным числом оборотов аку­стический экран, в котором имеется коллимационное окно.

При нахождении в секторе "прослушивания" дефекта це­ментирования в приемник АКЦ будут попадать акустические сигналы, прошедшие в основном через этот дефект с мини­мальными помехами (рис. 49, б).

Если угол раскрытия коллимационного окна сканирующе­го устройства будет меньше какого-то определенного значе­ния для данной скорости вращения акустического экрана, то за один оборот акустического экрана часть периметра сква­жины остается неисследованной при постоянной для данной аппаратуры частоте следования акустических импульсов. Для исключения этого явления и повышения разрешающей спо­собности устройства угол раскрытия а коллимационного ок­на должен определяться из выражения

а = w / f,                                                                                 (29)

где w — угловая скорость вращения акустического экрана, рад/с; / — частота следования акустических импульсов, Гц.

При скорости вращения акустического экрана, например, 60 об/мин и частоте следования акустических импульсов 25 Гц минимальный угол раскрытия коллимационного окна

а = w/f = яп/(60/) = 3,14-60/(30-25) = 0,25 рад.

139

 

 

в				г
(к) Ак1 Тп1				(к)(п) ФКД
2400
	Ч					i	1
	Ч							j
	Ч Ч Ч					.'ill	m
	Ч ч	{
	ч					J	'I'M
	ч ч ч ч				1	к	;' i/
	ч					I1)	■лL				—-—— "^
	ч					II	'.I'M
2425	ч	"л				1 ll	'■ 1
	ч ч	■4				1	. '"л
	ч						lira
	ч				i		i!"'h
	ч				1	j ' 1 1		.
	ч					) 1
	ч	J			jj	1  1
	ч	ч				!"'!	'; \w
	ч					'\\
	ч ч	J				IIм II '	Щ
	ч					'll
7Л$П	ч	1				111	■in

0 oth. ед. 1800 mkc

 /2в9 1800 икс

в в,/отн. ед. 699 /999 1400 пах

Рис. 49. Определение с помощью АКЦ без (:■;......) и со сканирующим уст­ройством (■,%) зазора (канала) между колонной и цементным камнем с а < <60°:

I — наличие контакта цементного камня с колонной (к), породой (п); II — частичный контакт цементного камня с колонной, породой; III — зазор (канал) между цементным камнем и породой

148

Полученное значение угла раскрытия коллимационного окна при скорости вращения экрана 60 об/мин обеспечит исследование всего периметра скважины.

На рис. 50 в двух проекциях схематически изображено разработанное сканирующее устройство для аппаратуры аку­стического контроля за цементированием скважин.

Устройство состоит из приемника 1 акустических колеба­ний, закрытого с торцов акустическим экраном 2, и акусти­ческого экрана 3 с коллимационным окном, вращающегося вокруг приемника 1 от электропривода 4.

Все устройство помещено в масляную камеру. Материалом для акустических экранов служила маслостойкая резина.

При определенной частоте следования запускающих им­пульсов излучатель акустических сигналов с такой же часто­той повторения посылает акустические волны в окружающее его пространство. Дойдя до приемника акустических колеба­ний, только часть этих акустических волн проходит через коллимационное окно в акустическом экране и преобразует­ся в электрические колебания, которые после усиления пере­даются по кабелю в наземную панель и фиксируются в реги­стрирующем устройстве.

Были созданы и опробованы в моделях зацементирован­ных скважин и в промысловых условиях два макета скани­рующего устройства для акустической аппаратуры контроля за цементированием скважин (рис. 51). В качестве приемника был использован пьезокерамический преобразователь АКЦ. Преобразователь установлен на опоре, имеющей центральное отверстие для прохода вала электропривода. Опора крепится фторопластовым фланцем к корпусу 4 сканирующего уст­ройства. На валу, проходящем через опору, находится акус­тический экран 6 с коллимационным окном, приводимым во вращение электроприводом, состоящим из электродвигателя 3 типа УАД и редуктора 5 от электродвигателя СД-2.

Электродвигатель, редуктор и вал соединены друг с другом кулачковыми муфтами. Электропривод и конденсатор элект­родвигателя находятся внутри корпуса 4, крепящегося через фторопластовый фланец к мосту 1 с резиновым уплотнением 2. Фторопластовые фланцы применены для уменьшения уровня акустического шума, хорошо распространяющегося по металлу.

Все сканирующее устройство помещено в герметичный стальной кожух (на рисунке не показан) с обрезиненной по­верхностью. Акустический контакт рабочей поверхности при­емника с окружающей средой создается жидкостью в кожухе.

149

Рис. 50. Схема сканирующего уст­ройства для АКЦ

Рис. 51. Сканирующее устройство для АКЦ: 1 — мост; 2 — резиновые кольца; 3 — электродвигатель; 4 — корпус сканирующего устройства; 5 — ре­дуктор; 6 — вращающийся акустиче­ский экран; 7 — приемник акустиче­ских колебаний

 

Сравнительные испытания на моделях колонна — цемент­ное кольцо, имеющих искусственно созданные дефекты в цементном камне, показали, что разрешающая способность аппаратуры со сканирующим устройством увеличилась более чем в 2 раза. Кроме того, появилась возможность уточнять

150

изменение характера контакта цементного камня с колонной по периметру ствола скважины.

Результаты промысловых испытаний подтвердили повы­шение разрешающей способности АКЦ со сканирующим устройством к дефектам цементирования скважин.

В интервале 2400 — 2450 м скв. 320 Калужской площа­ди (см. рис. 49) сопоставлены кривая А_к акустической це-ментограммы (,), фазокорреляционная диаграмма — ФКД („ — см. 3.2.4.4) и круговая акустическая цементограмма (%)* зарегистрированная с помощью сканирующего устрой­ства.

По близкой к нулю кривой Ад цементограммы (см. рис. 49,,) во всем интервале определяется наличие контакта це­ментного камня с колонной.

На фазокоррелограмме (см. рис. 49, „) прерЕЗвистость ли­ний волн по колонне и по породе свидетельствует о частич­ном контакте цементного камня с колонной и породой, что не отмечалось на цементограмме вследствие малых значений амплитуд волн.

Периодические небольшие изменения А,^ на круговой аку­стической цементограмме от 0 до 0,1 отн. ед. (см. рис. 49, Щ> свидетельствуют об ухудшении состояния контакта цемент­ного камня с колонной в одном и том же секторе ствола скважины, так как увеличение в этом секторе \₂ до 0,1 отн. ед. и уменьшение i _п2 до 600 мкс указывают на частичность контакта цементного камня с колонной. В большем же сек­торе сечения ствола рассматриваемого интервала, в котором А_к2 близко к нулю, a i _п2 равно 1300 мкс (см. рис. 49, %}, мож­но с уверенностью определить наличие контакта цементного камня с колонной.

Таким образом, применение АКЦ со сканирующим уст­ройством позволило выявить сектор ствола скважины, на протяжении которого отмечается плохое качество цементи­рования, т.е. обнаружить потенциальный канал для межплас-товых перетоков за колонной, не выделяемый с помощью АКЦ без сканирующего устройства.

С целью повышения эффективности подавления волн-помех при одновременном уменьшении размеров акустичес­кого экрана сканирующего устройства было разработано техническое решение его усовершенствования [7].

Усовершенствование заключается в том, что звукоизоли­рующий корпус акустического экрана выполнен в виде двух-коаксиально расположенных цилиндров, ограниченных с торцов дисками и кольцом, герметичная полость между ко-

151

торыми заполнена веществом, имеющим волновое сопротив­ление не более 42 г/(см²-с), например воздухом.

На рис. 52 показан разработанный акустический экран в разрезе.

Акустический экран содержит звукоизолирующий корпус, образованный коаксиально расположенными внешним 1 и внутренним 2 цилиндрами. С нижнего торца они герметично закрыты соответственно внешним 3 и внутренним 4 дисками. Верхний торец герметично закрыт кольцом 5. Внешний 1 и в