Изучение влияния литологии и коллекторских свойств пластов на процесс формирования цементного кольца

На основе установленной тесной связи между состоянием контакта с колонной цементного кольца и его прочностью возможно проведение исследований процесса формирования тампонажного камня в скважинных условиях путем проведе­ния неоднократных замеров АКЦ в период ОЗЦ. На рис. 77 показаны изменения кривых А_к, т.е. состояния контакта с колонной цементной массы во времени, обусловленные по­степенным (начинающимся снизу) схватыванием тампонажно­го раствора и набором прочности цементного кольца. Следо­вательно, по акустическим цементограммам, неоднократно зарегистрированным в период ОЗЦ, возможно поинтерваль-ное изучение процесса твердения тампонажного раствора в конкретных геолого-технических условиях. В частности, та­ким путем было установлено опережающее схватывание тампонажного раствора против проницаемых пластов, обус­ловленное отфильтровыванием в них воды затворения [31].

Для изучения характера формирования дефектов цементи­рования на границе тампонажного камня с колонной также проводились временные исследования скважин с помощью аппаратуры АКЦ в интервале залегания продуктивной толщи пород. Исследования начинали сразу после окончания цемен­тирования и прекращали после стабилизации значений амп­литуды акустической волны, распространяющейся по колон­не, т.е. в течение всего периода ОЗЦ. Замеры АКЦ проводи­ли с определенным разрывом во времени по специально со­ставленным программам, в которых учитывались показатели физико-химических свойств тампонажных растворов и осо­бенности цементирования скважин. Такие исследования были проведены в 18 скважинах месторождений Узень и Жетыбай Южного Мангышлака, пробуренных с промывкой одинако­выми буровыми растворами, но зацементированных различ­ными тампонажными смесями.

Полученные материалы обрабатывались следующим обра­зом. Кривые изменения в период ОЗЦ амплитуды волны, распространяющейся по колонне, А_к наносили на общий планшет справа налево в порядке их регистрации. Здесь же помещали кривые стандартного каротажа, НГК, ГК и кавер-нограмму. Такое расположение кривых облегчало изучение изменений значений Д^, характеризующих состояние контак­та цементного камня с колонной в координатах глубина скважины — время в зависимости от литологических осо­бенностей ее разреза (см. рис. 77).

196

34 31) 26 22 21) IS 16 IS 13 JO 9 7 6 5 3 1,5 Время, ч

 

 

Рис. 77. Изменение Л_к во времени в зависимости от свойств пород в разрезе скважины:

1 — КС; 2 — ПС; 3 — кавернограмма; 4 — кривые НГК; 5 — кривые ГК; 6 — 21 — кривые ветственно через 1,5 —34 ч

зарегистрированные соот-

Анализ характера изменений кривых А_к во времени в комплексе с другими кривыми ГИС показывает, что контакт цементного камня с обсадной колонной в различных участ­ках ствола скважины образуется не одновременно, несмотря на то что для цементирования применяли однотипный там-понажный раствор. Образование контакта цементного камня с колонной происходит более равномерно в интервалах зале­гания глинистых перемычек между пластами, но только при небольшой их кавернозности.

Пласты-коллекторы по характеру образования против них контакта цементного камня с обсадной колонной можно разделить на три группы.

К первой группе относятся пласты и пропластки, против которых происходило монотонное уменьшение во времени значений \ до нуля, т.е. до образования контакта цементно­го камня с колонной. Например, таким образом происходи­ло образование контакта в интервалах залегания пластов-коллекторов: 1156-1162, 1167-1172, 1195-1199, 1213-1222 Ë 1249-1254 Ï (ÒÏ. рис. 77).

Ко второй группе относятся пласты, против которых по­сле окончания цементирования (в первые 6—10 ч) происхо­дило интенсивное уменьшение значений А,., а затем начина­лось резкое их увеличение, т.е. в итоге не создавался контакт цементного камня с колонной. Это явление наблюдалось в интервалах залегания пластов-коллекторов 1138—1152 и 1227-1242 Ï (ÒÏ. рис. 77).

К третьей группе относятся пласты, против которых в те­чение всего времени проведения исследования значения \ оставались равными А,. _тах, т.е. контакт с колонной не обра­зовался (не показанные на рис. 77 интервалы 897 — 906 и 918-960 Ï).

Подобная дифференциация коллекторов отмечалась в по­давляющем большинстве скважин месторождения Узень в интервалах залегания продуктивных, а также водонасыщен-ных пластов.

Анализ геофизических и геолого-промысловых материалов позволил установить, что первую группу коллекторов состав­ляют, как правило, пласты с низкими показателями фильтра-ционно-емкостных свойств (к_пр < 40 мД, к_п < 18 %). Вторую группу преимущественно составляют высокопроницаемые пласты (к_пр > 200 мД, к_п < 24 %). Пласты с к_пр = 40-200 мД и к_п = 20 — 24 % по характеру образования контакта могут относиться как к первой, так и ко второй группе. К третьей группе относятся пласты с очень высокой проницаемостью

198

(кщ, > 1000 мД), имеющие хорошую гидродинамическую связь со скважиной.

Таким образом, в результате проведенных эксперимен­тальных исследований были установлены существенное влия­ние геологических факторов на формирование состояния контакта цементного камня с колонной, а также граничные значения параметров пластов-коллекторов в зависимости от степени влияния этих параметров на качество цементирова­ния скважин.

Выявление описанных критериев позволило предположить возможность площадного группирования скважин по качест­ву цементирования, обусловленного особенностями геологи­ческого строения продуктивных горизонтов. На основе этой гипотезы были построены карты, отражающие площадное распределение значений коэффициента качества цементи­рования (а_ц = £ 'a, /^L) ^по основным объектам эксплуата­ции — XIII —XVI горизонтам месторождения Узень, условно названные "картами качества цементирования".

Методика построения этих карт заключалась в следую­щем.

1. Выбирали участок месторождения, который разбурива­
ли по возможности равномерно во времени и по площади.

2. На этом участке выбирали скважины, пробуренные в
период, когда характер процесса разработки (изменение пла­
стового давления, воздействие отбора и нагнетания и т.п.)
еще не мог оказывать существенного влияния на качество
цементирования скважин.

3. По скважинам, включенным в выборку, определяли (по
данным АКЦ) среднее значение а _ц для каждого горизонта.

4. Полученные значения а _ц наносили на план месторожде­
ния в соответствии с местоположением скважины.

5. Проводили изолинии а _ц с шагом 0,1 по общепринятой
методике.

6. Полученные "карты качества цементирования" сопо­
ставляли с геологической основой — картами литологической
изменчивости коллекторских свойств пород, эффективной
толщины, пористости, проницаемости и т.п.

В качестве примера на рис. 78 представлена условная "карта качества цементирования" по XIII горизонту место­рождения Узень на участке между IV и VIII разрезающими рядами нагнетательных скважин. Эта карта построена по скважинам, законченным строительством в 1967 — 1971 гг., когда нагнетание на участке практически не осуществляли, а отбор нефти в целом по горизонту был сравнительно неве-

199

VIII

 

Рис. 78. Площадное распределение а _ц по XIII горизонту до начала закачки воды в нагнетательные скважины:

1 — добывающие скважины (с указанием номеров некоторых из них); 2 — зоны корреляции а _ц > 0,5 с к^, < 200 мД; 3 — зоны корреляции а _ц < 0,5 с кщ, > 200 мД; 4 — зоны отсутствия корреляции; 5 — контуры нефтеносно­сти; 6 — тектонические нарушения; 7 — разрезающие ряды нагнетательных скважин

лик, т.е. влияние состояния разработки на качество цементи­рования можно было считать несущественным.

XIII горизонт наиболее характерен для демонстрации вли­яния геологических факторов на качество цементирования скважин. Он отличается резкой неоднородностью, выражен­ной в изменчивости литолого-физических свойств песчано-алевролитовых пластов-коллекторов в различных направлени­ях и в сложном характере их изменения как по площади, так и по разрезу. Согласно схеме расчленения коллекторов, на ме­сторождении Узень в XIII горизонте выделены пять пачек кол­лекторов, включающих до 12 пластов, различных по толщине, коллекторским свойствам и распространению по площади.

Пласты-коллекторы XIII горизонта характеризуются зна­чительной прерывистостью в распространении по площади и нередко залегают в виде линз («19 %) и полулинз («31 %). Та­ким образом, непрерывные коллекторы лишь составляют

200

50 %. Зоны слияния пластов и их пачек, обусловленные лито-лого-фациальной изменчивостью глинистых прослоев, со­ставляют»9 %. Толщина коллекторов колеблется от несколь­ких метров до 40 м, проницаемость — от единиц миллидарси до 1,5—1,0 Д и более, пористость — от 18 до 27 %, а глинис­тость — ÓÚ 10 ‰Ó 30 %.

В результате сопоставления данных акустического контро­ля за цементированием скважин с геологическими картами установлено, что участки, оконтуренные изолинией а _ц < 0,5 (низкое качество цементирования), достаточно хорошо кор-релируются (см. рис. 78):

с зонами распространения монолитной толщи песчаника, образовавшейся в результате слияния пластов отдельных па­чек или слияния нескольких пачек;

с зонами распространения пластов с высокими показате­лями фильтрационно-емкостных свойств.

Суммарная толщина горизонта в таких зонах, как прави­ло, больше 1 — 12 м, при средневзвешенном значении к_пр по горизонту — более 150 — 200 мД. Участки, где такая корреля­ция отсутствует, занимают не более 20 % рассматриваемой площади.

Для зон, оконтуренных изолинией К_ц > 0,5, как правило, в среднем по горизонту 11_эф < 10 м и к_пр < 150 мД.

Таким образом, была установлена зависимость акустичес­ких параметров качества цементирования (А,, и а _ц) от кол-лекторских свойств продуктивного горизонта, что позволяло выделить участки месторождения, где было необходимо со­вершенствовать технологию цементирования.

Хорошая площадная корреляция на картах, построенных по продуктивным горизонтам, участков с высокими показа­телями коллекторских свойств с зонами плохого качества цементирования, а также учет характера влияния на него других факторов позволяют сделать следующие выводы.

1. При цементировании скважин, которые вскрывают час­то переслаивающиеся пласты с высокими показателями кол-лекторских свойств и большими перепадами пластового дав­ления, и, кроме того, характеризуются повышенным коэф­фициентом кавернозности и кривизной ствола, необходимо корректировать и совершенствовать технику и технологию цементирования, а также подбирать соответствующие тампо-нажные материалы в целях достижения максимальной эф­фективности разобщения пластов. Для контроля за цементи­рованием таких скважин должен применяться наиболее пол­ный комплекс существующих методов.

201

2. Скважины, вскрывающие горизонты с невысокими коллекторскими свойствами, при отсутствии аномальности показателей, характеризующих другие факторы, можно ус­пешно цементировать по обычной технологии. Для контроля за цементированием таких скважин в целях экономии вре­мени и средств целесообразно применять общепринятый комплекс методов.