Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


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 менее 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.а).

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

где: w - угловая скорость вращения акустического экрана, рад/с;

f - 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

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

1 - 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

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.

 

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 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 акустической цементограммы ( ), фазокорреляционная диаграмма - ФКД ( - см. 3.2.4.4) и круговая акустическая цементограмма (%), зарегистрированная с помощью сканирующего устройства.

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

На фазокоррелограмме (см. рис. 49, ) прерывистость 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 ; на круговой акустической цементограмме от 0 до 0, 1 отн. ед. (см. рис. 49, )свидетельствуют об ухудшении состояния контакта цементного камня с колонной в одном и том же секторе ствола скважины, так как увеличение в этом секторе до 0, 1 отн. ед. и уменьшение до 600 мкс указывают на частичность контакта цементного камня с колонной. В большем же секторе сечения ствола рассматриваемого интервала, в котором близко к нулю, а 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 межпластовых 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 которыми заполнена веществом, имеющим волновое сопротивление не более 42 г/см2с), 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 внутренний 2 цилиндры имеют вырез - коллимационное окно 6, торцы которого также герметично закрыты.

Образованная таким образом герметичная полость заполнена воздухом, который имеет очень малое волновое сопротивление, благодаря чему акустическая волна приводит к приемнику акустических колебаний АКЦ только через коллимационное окно, а волны-помехи с других сторон акустического экрана к нему не пропускаются.

Использование воздуха в акустическом экране дало возможность уменьшить его размеры, так как для эффективного подавления волн-помех достаточен воздушный зазор между цилиндрами 2 - 3 мм, а цилиндры могут быть изготовлены тонкостенными из многих материалов. Это, в свою очередь, позволило создать сканирующее устройство с меньшими размерами акустического экрана, чем внутренний диаметр кожуха скважинного прибора АКЦ.

Испытания изготовленного акустического экрана с воздушной прослойкой показали, что с его помощью повысилась эффективность подавления волн-помех, несмотря на то что толщина его стенок стала в три раза меньше, чем у ранее использованного акустического экрана.

 

Рис. 52. Схема усовершенствованного акустического экрана сканирующего устройства для АКЦ в разрезе

 

С целью повышения информативности аппаратуры акустического контроля за цементированием скважин со сканирующим устройством было разработано техническое решение ее усовершенствования в направлении уточнения определения размеров, формы и азимутального распределения дефектов цементирования [13].

Усовершенствованная аппаратура акустического контроля за цементированием скважин со сканирующим устройством состоит из скважинного прибора и наземной панели, соединенных каротажным кабелем; при этом скважинный прибор включает схему согласования с каротажным кабелем, генератор токовых импульсов, излучатель, сканирующий приемник, электродвигатель и усилитель, причем излучатель подсоединен к генератору токовых импульсов, который подсоединен к схеме согласования с каротажным кабелем; электродвигатель механически связан со сканирующим приемником, выход последнего подсоединен к усилителю, подключенному к схеме согласования с каротажным кабелем, а наземная панель включает в себя схему согласования с каротажным кабелем, блок запуска излучателя, блок селекции сигналов, блоки измерения амплитуд продольной волны по колонне и по породе и каротажный регистратор; причем выход блока запуска излучателя подсоединен к схеме согласования с каротажным кабелем, выход которой подключен к блоку селекции сигналов, первый выход последнего соединен с входами блоков измерения амплитуд продольных волн, распространяющихся по колонне и по породе, выходы которых подключены к каротажному регистратору.

Усовершенствованная аппаратура дополнительно содержит в скважинном приборе блок формирования синхроимпульсов полных оборотов приемника, а в наземной панели два электронно-лучевых индикатора, два генератора строчной развертки, два усилителя подсвета, два объектива и дополнительный фоторегистратор. При этом блок формирования синхроимпульсов полных оборотов приемника соединен с приемником, а выход его - со схемой согласования с линией связи, параллельно включенные входы синхронизации генераторов строчной развертки соединены с вторым выходом блока селекции сигналов, а выходы генератора строчной развертки подключены к отклоняющим системам электронно-лучевых индикаторов. Выходы блоков измерения амплитуд продольных волн, распространяющихся по колонне и породе, дополнительно подключены через соответствующие усилители подсвета к модуляторам соответствующих электронно-лучевых индикаторов, которые с помощью объективов связаны с дополнительным фоторегистратором. На рис.53 показана функциональная схема усовершенствованного устройства акустического контроля за цементированием скважин.

Скважинный прибор 1 содержит генератор 2 токовых импульсов, связанный с излучателем 3 и выходом схемы 4 согласования с каротажным кабелем, сканирующий приемник 5, механически связанный с электродвигателем 6 и блоком 7 формирования синхроимпульсов полных оборотов приемника и усилитель 8 сигнала, вход которого подключен к сканирующему приемнику 5, а выход - к входу схемы 4 согласования. Блок 7 формирования синхроимпульсов полных оборотов приемника подключен к входу схемы 4 согласования.

 

 

Рис. 53. функциональная блок-схема усовершенствованного устройства для акустического контроля за цементированием скважин

 

Наземная панель 9 содержит схему 10 согласования с каротажным кабелем, соединенную с выходом блока 11 запуска излучателя и входом блока 12 селекции сигналов, блоки измерения амплитуд продольной волны по колонне 13 и породе 14, входы которых запараллелены и подключены к первому выходу блока 12 селекции сигналов, каротажный регистратор 15, входы которого соединены с выходами блоков измерения амплитуд продольных волн, распространяющихся по колонне 13 и породе 14. Второй выход блока 12 селекции сигналов подключен к запараллеленным входам синхронизации генераторов 16 и 17 строчной развертки.

Выход генератора строчной развертки 16 подключен к отклоняющей системе электронно-лучевого индикатора 18, на модулятор которого подается напряжение с усилителя 19 подсвета, связанного с выходом блока 14 измерения амплитуды продольной волны, распространяющейся по породе. Выход генератора 17 строчной развертки подключен к отклоняющей системе электронно-лучевого индикатора 20, на модулятор которого подается напряжение с усилителя 21 подсвета, связанного с выходом блока 13 измерения амплитуды продольной волны, распространяющейся по колонне.

Изображения с экранов электронно-лучевых индикаторов 18 и 20 через объективы 22 и 23 проецируются на фотоноситель дополнительного фоторегистратора 24.

Скважинный прибор 1 подключен к наземной панели 9 через схему 4 согласования, каротажный кабель и схему 10 согласования.

Усовершенствованная аппаратура контроля за цементированием со сканирующим устройством работает следующим образом.

Синхроимпульсы, посылаемые с блока 11 запуска излучателя, расположенного в наземной панели 9, через схему 10 согласования, каротажный кабель и схему 4 согласования запускают генератор 2 токовых импульсов в скважинном приборе 1. Импульсы тока возбуждают излучатель 3, который излучает пакеты ультразвуковых колебаний. Пройдя через буровой раствор, колонну, цементное кольцо и связанную с ним породу, акустические колебания попадают на сканирующий приемник 5, вращающийся с помощью электродвигателя 6, усиливаются усилителем 8 сигнала. Блок 7 формирования синхроимпульсов полных оборотов сканирующего приемника 5 вырабатывает импульсы при каждом его повороте на 360°, которые вместе с сигналом с выхода усилителя 8 и синхроимпульсами посылки через схему 4 согласования, каротажный кабель и схему 10 согласования поступает на вход блока 12 селекции, который служит для их разделения.

На входы блоков измерения амплитуд продольных волн, распространяющихся по колонне 13 и породе 14, поступает сигнал с первого входа блока 12 селекции. Измеренные параметры регистрируются в виде аналоговых кривых АКЦ на каротажном регистраторе 15. С второго выхода блока 12 селекции синхроимпульсы полных оборотов запускают генераторы 16 и 17 строчной развертки, которые осуществляют строчную развертку лучей электронно-лучевых индикаторов 18 и 20, длительность которой соответствует времени полного оборота сканирующего приемника 5. На модулятор электронно-лучевого индикатора 18 подается аналоговое напряжение, соответствующее изменению амплитуды продольной волны, распространяющейся по породе, а на модулятор электронно-лучевого индикатора 20 - аналоговое напряжение, соответствующее изменению амплитуды продольной волны, распространяющейся по колонне. На фотоносителе дополнительного фоторегистратора регистрируются две непрерывные по периметру скважины и глубине полутоновые картины, яркость которых характеризует состояние контакта цементного камня с колонной и состояние контакта цементного камня с породой.

Производя непрерывную одновременную регистрацию аналоговых кривых АКЦ, оборотов сканирующего приемника и полутоновых картин, можно получать наглядное представление об азимутальном распределении, размерах и форме дефектов цементирования, что повышает эффективность его контроля и позволяет более правильно выбрать технологию ремонтных работ в случае обнаружения дефектов цементирования скважины.


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-05-05; Просмотров: 621; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.031 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь