Смекни!
smekni.com

3. геологических задач (стр. 13 из 22)

Сообщается, что найденные таким образом значения входных характеристик пород, необходимые для расчета параметров ГРП, существенно различаются даже для соседних скважин одного эксплуатационного куста [64]. Это связано с явно выраженной неоднородностью коллекторов, по крайней мере, на месторождениях Западной Сибири, на которых выполнены основные объемы работ, зависимостью коэффициентов Пуассона v от насыщенности коллекторов [93], изменением в 2-3 раза значений модуля Юнга чистых, глинистых и карбонатизированных пород в пределах одного интервала перфорации. Расчетные и фактически полученные контролируемые параметры ГРП (давление разрыва, расход рабочей жидкости и пропанта) совпадают между собой в пределах ±10 %. Для продуктивных отложений Западной Сибири те же параметры различаются в 1,5-2 раза, обычно в сторону завышения, если в расчетах используются средние для многих регионов значения коэффициентов упругости пород (что является практикой проведения работ) без учета их особенностей в этом крупном регионе.

Многочисленные зарубежные работы предусматривают предварительную оценку направления развития (по странам света) трещины ГРП и последующий контроль фактически полученной трещины [95, 122, 124, 127 и др.]. Отечественные скважинные приборы АК до сих пор не оснащены узлами ориентации, работоспособными в открытых и обсаженных скважинах. Поэтому с их помощью удается определить лишь развитие трещины ГРП в вертикальной плоскости1 является она вертикальной или близкой к горизонтальной [64]. Последние часто развиваются по контакту прослоев пород с различными упругими характеристиками.

4.2. Выделение интервалов напряженного состояния пород и потенциальных участков разрушения обсадных колонн

В стандартной постановке - выделении на больших глубинах интервалов напряженного состояния пород (пород с высокими реологическими свойствами) - эта задача решается уже на протяжении 20-30 лет. Обычно такие интервалы приурочены к массивным отложениям глинистых или галитовых толщ, способных к течению в горизонтальной плоскости под действием геостатического давления. Решение задачи достигается сопоставлением двух или большего количества кривых, характеризующих уплотнение осадочных пород (преимущественно глин) с глубиной. Как правило, это кривые АК, ЭК или кривая значений пористости, вычисленных по материалам ГИС или измеренных на образцах керна. В каждой паре кривых одна из них характеризует нормальное уплотнение пород с глубиной под действием геостатического давления, вторая - их фактическое состояние в исследуемой скважине. Под действием АВПД и АНПД, которые создаются пластовыми флюидами, находящимися в замкнутой залежи, увеличивается (уменьшается) также внутрипоровое давление в покрывающих их глинах за счет проникновения в них газового компонента. Следствием этого проникновения является уменьшение vp и s, увеличение электрического сопротивления и пористости. Благодаря этому эффекту коллекторы, характеризующиеся АВПД, фиксируются за 50-150 м до их вкрытия бурением.

Можно предположить, что решение этой задачи значительно упростится, если вместо измерений vp измерять скорости продольной и поперечной волн и рассчитывать с их помощью упругие коэффициенты пород, в том числе коэффициент Kv бокового распора.

Решение этой задачи заметно усложняется, если разрушения колонн происходят на небольших глубинах. В Западной Сибири это глубины залегания неуплотненных переувлажненных глин чеганской, люлинворской, талицкой и ганькинской свит на глубинах 300-750 м [15,64]. Описаны также примеры порыва сложной крепи, представленной кондуктором, технической и эксплуатационной колоннами, на глубинах, не превышающих 100 м [3].

Значения коэффициентов Kv бокового распора на столь малых глубинах недостаточны для смятия колонн; измеренные значения Dtp, равные 540-620 мкс/м, близки к таковым для утяжеленных промывочных жидкостей и не позволяют установить их отклонения от нормального уплотнения глин с глубиной. Разрывы обсадных колонн происходят по муфтам вследствие растяжения колонны и выхода тела трубы из муфтового соединения. Все исследователи единодушны в том, что причиной разрывов служит переход переувлажненных глин в пластичное полужидкое состояние, которое наступает при дополнительном поступлении воды в интервалы переувлажненных глин через поврежденную колонну в одной из нагнетательных скважин. Полужидкие глины переходят в текучее состояние. При достижении стволов соседних скважин они смещают участки колонны с неудовлетворительным качеством тампонажа, в которых цементное кольцо имеет асимметричную форму. Вследствие наступившего изгиба колонна удлиняется, и происходит ее разрыв по муфте [64]. По другой версии, интенсивное поступление дополнительной воды вызывает горизонтальный гидроразрыв глинистых пластов; трещины разрыва растут по мере поступления в них закачиваемой воды и растягивают эксплуатационные колонны, закрепленные на устье и зацементированные в нижней части [15].

Как бы то ни было, интервалы напряженного состояния пород характеризуются по материалам АК-цементометрии хорошим и улучшающимся во времени качеством цементирования обсадной колонны. Такое поведение данных АК объясняется, по крайней мере, двумя обстоятельствами. Первое - уменьшением амплитуд и увеличением затухания волны Лэмба, распространяющейся в свободной (незацементированной) колонне, вследствие обжатия колонны текучими глинами и оттока энергии волны из колонны в породы. Второе обстоятельство связано с увеличенным затуханием упругой (наверное, только продольной) волны в разжиженных глинах. По этим признакам они идентифицируются в разрезе задолго до разрыва колонны. Дополнительные данные для идентификации интервалов потенциального разрушения обсадных колонн предоставляют материалы непрерывной инклинометрии, фиксирующие изменения во времени положения обсадной колонны [15], и изменения температурного поля в интервалах движущихся глин [54].

5. 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.