RU2055176C1

RU2055176C1 - Acoustic method for diagnosis of cement stone quality behind well surface casing

Info

Publication number: RU2055176C1
Authority: RU
Inventors: А.Б. Близеев; Г.С. Каримов; А.В. Козлов; В.Л. Коцюбинский; Р.Ф. Латыпов; Ф.Н. Маннанов; Е.С. Смеркович
Original assignee: Смеркович Евгений Соломонович
Priority date: 1992-02-27
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 1996-02-27

Abstract

FIELD: oil production. SUBSTANCE: installed on the upper end of surface casing are radiator and receiver. Acoustic vibrations are radiated, and parameters of their propagation through surface casing are registered. Radiator and receiver are acoustically connected with body of surface casing. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобыче, в частности к способам исследования качества вторичного цементирования кондукторов при капитальном ремонте скважин, когда процесс исследований осложнен расположенной в стволе кондуктора эксплуатационной колонной. The invention relates to oil production, in particular to methods for studying the quality of secondary cementing of conductors during overhaul of wells, when the research process is complicated by a production string located in the trunk of the conductor.

Известны различные способы оценки качества заколонного цемента, включающие термометрию, метод радиоактивных изотопов, метод рассеянного гамма-излучения (Аппаратура и оборудование для геофизических исследований нефтяных и газовых скважин: Справочник / Под ред. А.А.Молчанова, В.С.Лаптева, В.Н. Моисеева, Р.С.Челнокьяна. М. Недра, 1987, с. 128-139). There are various methods for assessing the quality of annular cement, including thermometry, the method of radioactive isotopes, the method of scattered gamma radiation (Instrumentation and equipment for geophysical studies of oil and gas wells: Reference book / Edited by A.A. Molchanov, V.S. Laptev, V .N. Moiseev, R.S. Chelnokyan. M. Nedra, 1987, p. 128-139).

Общий недостаток названных способов заключается в том, что с их помощью нельзя определить качество сцепления цементного кольца с материалом колонны, т.е. его герметичность. A common drawback of these methods is that they cannot be used to determine the adhesion quality of the cement ring to the column material, i.e. its tightness.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является акустический способ оценки качества цементирования. Он основан на возбуждении в скважине импульсов упругих колебаний и регистрации приемником, удаленным на фиксированное расстояние от источника колебаний, времени прихода преломленной продольной волны и ее амплитуды. Измерения осуществляются зондами, включающими в свою конструкцию источник излучения (излучатель) и приемник, а зонд перемещается во внутрискважинном пространстве на кабеле (Геофизические методы исследования скважин. Названный способ позволяет не только определить наличие цемента за колонной, но и оценить качество его сцепления с ней. The closest to the proposed technical essence is the acoustic method for assessing the quality of cementation. It is based on the excitation of elastic oscillation pulses in the well and registration by a receiver remote at a fixed distance from the oscillation source, the arrival time of the refracted longitudinal wave, and its amplitude. Measurements are carried out by probes, which include a radiation source (emitter) and receiver in their design, and the probe moves in the downhole space on the cable (Geophysical methods for researching wells. This method allows not only to determine the presence of cement behind the column, but also to assess the quality of its adhesion to it.

Однако при оценке качества вторичного цементирования кондукторов применение способа технологически затруднено наличием внутри кондуктора эксплуатационной колонны, по которой и происходит распространение преломленной продольной волны (т. е. через две колонны способ не работает). Поэтому для проведения исследований производят отвинчивание эксплуатационной колонны на всю глубину кондуктора, что существенно повышает трудоемкость работ. However, when evaluating the quality of the secondary cementing of conductors, the application of the method is technologically complicated by the presence of a production string inside the conductor along which the refracted longitudinal wave propagates (i.e., the method does not work through two columns). Therefore, to conduct research, unscrew the production casing to the entire depth of the conductor, which significantly increases the complexity of the work.

Цель изобретения снижение трудоемкости проведения исследований. The purpose of the invention to reduce the complexity of research.

Цель достигается способом, включающим излучение акустических колебаний и последующую регистрацию параметров их распространения с помощью излучателя и приемника. The goal is achieved by a method including the emission of acoustic vibrations and the subsequent registration of the parameters of their propagation using the emitter and receiver.

Новым является то, что излучатель и приемник акустических колебаний устанавливают на верхнем конце кондуктора и связывают их акустически с телом кондуктора. What is new is that the emitter and receiver of acoustic vibrations are mounted on the upper end of the conductor and connect them acoustically to the body of the conductor.

На фиг. 1 представлена схема размещения аппаратуры при реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 картина отражений зондирующего импульса, регистрируемая при проведении исследований; на фиг. 3 пример интерпретации результатов исследований. In FIG. 1 shows the layout of the equipment when implementing the proposed method; in FIG. 2 picture of the reflections of the probe pulse recorded during research; in FIG. 3 example of the interpretation of research results.

Способ осуществляется в следующей последовательности. The method is carried out in the following sequence.

На торце колонны кондуктора устанавливают излучатель и приемник акустических колебаний и обеспечивают их акустический контакт с материалом колонны. An emitter and a receiver of acoustic vibrations are installed at the end of the conductor column and provide acoustic contact with the material of the column.

Посредством излучателя в торце колонны возбуждают зондирующий импульс продольных колебаний продолжительностью от 0,5 до 1,0 мс и с частотой заполнения от 10 до 40 кГц, распространяющийся вдоль кондуктора. Как звукопровод колонна кондуктора представляет собой сложную систему, включающую участки с разным акустическим сопротивлением. Последнее определяется как произведение средней плотности звукопровода на скорость распространения звука в нем. Так, например, у незацементированной колонны акустическое сопротивление почти втрое выше, чем у колонны с хорошо сцепленным цементом. При проходе акустического импульса через границу участков с разным акустическим сопротивлением (например, через границу дефекта цементного кольца) часть его энергии отражается от этой границы и возвращается вверх по колонне, где и регистрируется приемником в виде характерного импульсного сигнала. При этом продолжительность временного интервала между излучением зондирующего и регистрацией отраженного импульса позволяет судить о глубине местонахождения дефекта цементного кольца. Затем производят математическую обработку данных и интерпретацию результатов исследования. By means of a radiator, a probing pulse of longitudinal vibrations with a duration of 0.5 to 1.0 ms and a filling frequency of 10 to 40 kHz propagating along the conductor is excited at the end of the column. As a sound pipe, the conductor column is a complex system that includes sections with different acoustic impedances. The latter is defined as the product of the average density of the sound duct and the speed of sound propagation in it. So, for example, in a cementless column, the acoustic resistance is almost three times higher than in a column with well-bonded cement. When an acoustic pulse passes through the boundary of areas with different acoustic impedances (for example, through the boundary of a cement ring defect), part of its energy is reflected from this boundary and returns up the column, where it is recorded by the receiver as a characteristic pulse signal. The duration of the time interval between the radiation of the probe and the registration of the reflected pulse allows us to judge the depth of the location of the cement ring defect. Then produce mathematical data processing and interpretation of the research results.

Предлагаемый способ прошел промысловое опробование более чем на 50 кондукторах с известным качеством заколонного цемента. В качестве примера приведены результаты исследований на скважине 4131 Азнакаевской площади Ромашкинского месторождения. Глубина спуска кондуктора 292 м, диаметр 299 мм. Предварительные исследования кондуктора по методу-прототипу показали, что дефекты цементного кольца, характеризующиеся как "плохое" и "частичное" сцепление цемента с колонной, расположены в интервалах 35-93 м, 110-123 м, 172-187 м и 255-280 м. The proposed method has passed field testing on more than 50 conductors with known quality annular cement. As an example, the results of studies at well 4131 of the Aznakaevskaya area of the Romashkinskoye field are presented. Conductor descent depth 292 m, diameter 299 mm. Preliminary studies of the conductor by the prototype method showed that defects in the cement ring, characterized as “poor” and “partial” adhesion of cement to the column, are located in the intervals of 35-93 m, 110-123 m, 172-187 m and 255-280 m .

Исследования по заявляемому способу были проведены в следующей последовательности. На торец кондуктора 1 (фиг.1) с помощью алебастра, обеспечивающего акустический контакт, были наклеены пьезокерамические преобразователи 2 и 3 (соответственно приемник и излучатель). От генератора импульсов 4 на излучатель 3 подавался электрический сигнал с частотой 30 кГц и продолжительностью 0,5 мс, преобразуемый излучателем в акустические колебания тех же параметров. Одновременно с подачей вышеуказанного сигнала включалось регистрирующее устройство 5, представляющее собой персональную ЭВМ с аналого-цифровым преобразователем на входе. Сигналы, отраженные от границ дефектов цементного кольца, воспринимались приемником 2 и через усилитель 6 поступали на устройство 5, где регистрировались в координатах Х (глубина кондуктора, являющаяся функцией времени поступления сигнала) и Y (амплитуда отраженного сигнала А_с) путем записи на гибком магнитном диске. Картина отражений, наблюдаемая при этом на экране дисплея ПЭВМ, представлена на фиг. 2.Studies on the claimed method were carried out in the following sequence. Piezoceramic transducers 2 and 3 (respectively, the receiver and the emitter) were glued to the end face of the conductor 1 (Fig. 1) using alabaster providing acoustic contact. An electric signal with a frequency of 30 kHz and a duration of 0.5 ms was supplied from the pulse generator 4 to the emitter 3, which was converted by the emitter into acoustic vibrations of the same parameters. Simultaneously with the supply of the above signal, a recording device 5 was turned on, which was a personal computer with an analog-to-digital converter at the input. The signals reflected from the boundaries of the defects of the cement ring were received by the receiver 2 and through the amplifier 6 they were sent to the device 5, where they were recorded in the coordinates X (depth of the conductor, which is a function of the time of arrival of the signal) and Y (amplitude of the reflected signal A _s ) by recording on flexible magnetic drive. The reflection pattern observed in this case on the PC display screen is shown in FIG. 2.

Дальнейшая обработка результатов исследований проводилась в следующей последовательности. Further processing of the research results was carried out in the following sequence.

По всем полученным значениям Х и Y методом наименьших квадратов с помощью ПЭВМ определяли оптимальную функцию регрессии, характеризующую суммарный уровень (амплитуду) шумов различного происхождения А_ш. Кривая регрессии показана на фиг.2.For all the obtained values of X and Y, the least-squares method was used to determine the optimal regression function using the personal computer, which characterizes the total level (amplitude) of noise of various origins A _w . The regression curve is shown in figure 2.

Для каждой точки кондуктора определяли с помощью ПЭВМ значение относительной амплитуды сигнала А_о по формуле
A_о=

100% Полученные значения А_о наносили на график (фиг.3).For each point of the conductor, the relative signal amplitude A _{о was} determined using a PC using the formula
A _o =

100% The obtained values And _about put on the graph (figure 3).

Проводили интерпретацию результатов обработки данных. При этом положительные значения А_о определяли интервалы дефектов цементного кольца (фиг.3, а, б, в,г). Ниже наносили интервалы дефектов цемента, определенные по способу-прототипу (фиг.3,а',б',в',г'). Как видно из сравнения, результаты исследований по предлагаемому способу и способу-прототипу хорошо совпадают друг с другом. Аналогичные результаты получены по всем исследованным скважинам.Interpreted the results of data processing. Moreover, the positive values of A _about determined the intervals of defects of the cement ring (Fig. 3, a, b, c, d). Below put the intervals of defects in cement, determined by the method of the prototype (figure 3, a ', b', c ', g'). As can be seen from the comparison, the research results on the proposed method and the prototype method are in good agreement with each other. Similar results were obtained for all studied wells.

Технико-экономическая эффективность от применения предлагаемого способа достигается за счет многократного по сравнению с известным уменьшения трудозатрат. Здесь исключаются: привлечение бригад и спецтехники капитального ремонта скважин, подъем внутрискважинного оборудования и извлечение эксплуатационной колонны до башмака кондуктора, потери нефти от простоя скважины во время исследований. При реализации предлагаемого способа на исследование одного кондуктора затрачивается не более 2-3 ч, а по способу-прототипу, как показывает практика, проведение таких работ занимает до 150 ч. Technical and economic efficiency from the application of the proposed method is achieved due to multiple, compared with the known reduction in labor costs. Here are excluded: the involvement of crews and special equipment for overhaul of wells, the lifting of downhole equipment and extraction of the production string to the shoe of the conductor, oil loss from idle wells during research. When implementing the proposed method for the study of one conductor takes no more than 2-3 hours, and according to the prototype method, as practice shows, carrying out such work takes up to 150 hours

Claims

ACOUSTIC METHOD FOR DIAGNOSIS OF QUALITY OF A CEMENT RING BEYOND A WELL CONDUCTOR, which includes emitting acoustic vibrations and then recording the parameters of their propagation using an emitter and a receiver, characterized in that, in order to reduce the complexity of the research, the emitter and receiver of acoustic vibrations are mounted on the upper end of the conductor and connected them acoustically with the body of the conductor.