一种利用贴井壁声系实时监测水泥窜槽的实验方法

技术领域

本发明属于油气田勘探与开发技术领域，涉及一种利用贴井壁声系实时监测水泥窜槽的实验方法。

背景技术

在油气井开发中水泥环层间封隔性评价是一个涉及诸如声波测井响应、水泥环界面胶结强度、水泥渗透性、有效封隔长度、层间压差、地层孔隙中流体物理特性等一系列影响因素的复杂问题。现有的水泥封隔实验测量过程中均未实现窜槽形态的刻画。所谓窜槽是指在套管与水泥环或水泥环与地层之间，由于水泥粘结缺失而在套管与水泥环或水泥环与地层之间形成的窜流通道。窜槽的存在对油井生产危害极大。通过实验测量水泥胶结长度下的封隔压差，可为现场安全测试和安全开采过程中如何设置井内压力的阈值提供指导。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用贴井壁声系实时监测水泥窜槽的实验方法，以解决在水泥封隔性实验过程，提供实时监测水泥胶结状况以及水泥窜槽的发育形态的技术问题。进一步说，结合套管井水泥环窜流的物理过程，采用不同扇区的套管波幅度随时间的变化快慢描述窜槽的形成及窜槽发生的方向，结合不同扇区套管波幅度的变化规律，给出测量区间窜槽发生的方位以及延伸路径。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种利用贴井壁声系实时监测水泥窜槽的实验方法，包括如下具体步骤：

步骤一、在水泥封隔性实验测量系统的套管井内放置12个声波换能器，一个测量壁上装有2个声波换能器，沿着套管轴向排列，6个测量壁利用推靠装置贴到套管内壁上，在环向上均匀排列，分别标记为第1、2、3、4、5和6号测量壁，相邻的两个测量壁轴向上下相差2ft，第1、3和5号测量壁的轴向位置是一致的，第2、4和6号测量壁的轴向位置是一致的，第1号测量壁的两个探头分别标记为T1和R1，第2个测量壁上的两个探头分别标记为T2和R2，依次类推；其中探头T2和探头R1、R3之间的部分标记为区域1和区域2，探头T4和探头R3、R5之间的部分标记为区域3和区域4，探头T6和探头R5、R1之间的部分标记为区域5和区域6，探头R1和探头R2、R6之间的部分标记为区域7和区域12，探头R3和探头R2、R4之间的部分标记为区域8和区域9，探头R5和探头R4、R6之间的部分标记为区域10和区域11，探头R2和探头T1、T3之间的部分标记为区域13和14，探头R4和探头T3、T5之间的部分标记为区域15和区域16，探头R6和探头T5、T1之间的部分标记为区域17和区域18；

步骤二、在测量声系固定好后，在套管与地层之间浇筑配置好的水泥浆；

步骤三、在套管与地层之间环空浇筑好水泥浆后，T1、T2、T3、T4、T5和T6按照时序分别发射，T1发射时R2、R3、R5和R6接收，通过接收到的套管波幅度分别刻画区域13、8、11和18的水泥强度以及窜槽时套管与水泥环的固结程度；T2发射时R1、R3、R4和R6接收，通过接收到的套管波幅度分别刻画区域1、2、9和12的水泥强度以及窜槽时套管与水泥环的固结程度；T3发射时R1、R2、R4和R5接收，通过接收到的套管波幅度分别刻画区域7、14、15和10的水泥强度以及窜槽时套管与水泥环的固结程度；T4发射时R2、R3、R5和R6接收，通过接收到的套管波幅度分别刻画区域8、3、4和11的水泥强度以及窜槽时套管与水泥环的固结程度；T5发射时R1、R3、R4和R6接收，通过接收到的套管波幅度分别刻画区域12、9、16和17的水泥强度以及窜槽时套管与水泥环的固结程度；T6发射时R1、R2、R4和R5接收，通过接收到的套管波幅度分别刻画区域6、7、10和5的水泥强度以及窜槽时套管与水泥环的固结程度；

步骤四、利用同一个发射换能器，两个接收器接收的套管波幅度计算套管波的衰减，计算公式如式(1)所示，以区域5为例，分别利用T1和T4发射，R2和R3接收的套管波幅度计算衰减值，两个衰减值取平均对应区域5的水泥强度或套管与水泥环之间的固结程度；

Att＝20/L*log10(Amp

L为两探头之间的距离，Amp

步骤五、从水泥浇筑开始实时监测区域的套管衰减值，随着时间的增加，水泥强度增大，套管波的衰减逐渐增加，若在2个小时的连续观测中套管波衰减值稳定在某一数值附近，±0.5dB/ft，则表明水泥强度已稳定；

步骤六、在水泥强度稳定后，开始水泥封隔性能的实验测量，在水泥环的上下端面设置压力检测口，加压点水泥环的下端，通过在水泥环下端逐渐加压，观测上端压力的变化；下端加压的过程也是水泥环上下压差逐渐增大的过程，在上端压力突然增大，达到与下端压差相同的压力，则说明水泥环中出现窜流，水泥封隔已失效；在此过程中测量声系实时监测，通过各个区域上的套管波幅度的变化可知窜槽是否波及到此区域；在步骤五中，当水泥强度稳定后，套管波幅度达到最小值；在步骤六的水泥封隔实验中，若某区域的套管波幅度增加，则说明此区域的套管与水泥环已脱粘；当发生窜槽时，靠近加压点的区域先发生窜槽，随即很快扩展到整个环向，再向上窜流，直至整个测量区间完全脱粘。

本发明的优点及积极效果如下：

本发明利用了一种贴井壁声系，通过仪器声系测量套管波幅度的变化，形成了一种水泥封隔性实验过程中实时监测水泥窜槽的方法，实现了水泥封隔性实验测量的可视化。本发明给出了测量区间水泥环的窜槽形态，该测量方法也为水泥封隔性实验中确定水泥凝固时间以及检测水泥从浇筑到凝固过程中的强度变化提供了依据。

附图说明

图1是本发明的套管井模型示意图。

图2是本发明的声系测量原理图。

图3是本发明的套管波衰减随时间的变化规律图。

图4是本发明的不同接收器接收到的声波幅度。

具体实施方式

本发明所述的一种利用贴井壁声系实时监测水泥窜槽的测量方案，可实现环向和轴向水泥窜槽延伸的检测，包括如下具体步骤：

步骤一、在水泥封隔性实验测量系统的套管井内放置12个声波换能器，见图1和图2所示，一个测量壁上装有2个声波换能器，沿着套管轴向排列，6个测量壁利用推靠装置贴到套管内壁上，在环向上均匀排列，分别标记为第1、2、3、4、5和6号测量壁，相邻的两个测量壁轴向上下相差2ft，第1、3和5号测量壁的轴向位置是一致的，第2、4和6号测量壁的轴向位置是一致的，第1号测量壁的两个探头分别标记为T1和R1，第2个测量壁上的两个探头分别标记为T2和R2，依次类推。其中探头T2和探头R1、R3之间的部分标记为区域1和区域2，探头T4和探头R3、R5之间的部分标记为区域3和区域4，探头T6和探头R5、R1之间的部分标记为区域5和区域6，探头R1和探头R2、R6之间的部分标记为区域7和区域12，探头R3和探头R2、R4之间的部分标记为区域8和区域9，探头R5和探头R4、R6之间的部分标记为区域10和区域11，探头R2和探头T1、T3之间的部分标记为区域13和14，探头R4和探头T3、T5之间的部分标记为区域15和区域16，探头R6和探头T5、T1之间的部分标记为区域17和区域18。在图1中，1是测量壁，2是套管，3是水泥，4是地层。

步骤二、在测量声系固定好后，在套管与地层之间浇筑配置好的水泥浆。

步骤三、在套管与地层之间环空浇筑好水泥浆后，T1、T2、T3、T4、T5和T6按照时序分别发射，T1发射时R2、R3、R5和R6接收，通过接收到的套管波幅度分别刻画图2中区域13、8、11和18的水泥强度以及窜槽时套管与水泥环的固结程度；T2发射时R1、R3、R4和R6接收，通过接收到的套管波幅度分别刻画图2中区域1、2、9和12的水泥强度以及窜槽时套管与水泥环的固结程度；T3发射时R1、R2、R4和R5接收，通过接收到的套管波幅度分别刻画图2中区域7、14、15和10的水泥强度以及窜槽时套管与水泥环的固结程度；T4发射时R2、R3、R5和R6接收，通过接收到的套管波幅度分别刻画图2中区域8、3、4和11的水泥强度以及窜槽时套管与水泥环的固结程度；T5发射时R1、R3、R4和R6接收，通过接收到的套管波幅度分别刻画图2中区域12、9、16和17的水泥强度以及窜槽时套管与水泥环的固结程度；T6发射时R1、R2、R4和R5接收，通过接收到的套管波幅度分别刻画图2中区域6、7、10和5的水泥强度以及窜槽时套管与水泥环的固结程度。

步骤四、利用同一个发射换能器，两个接收器接收的套管波幅度可以计算套管波的衰减，计算公式如式(1)所示，以区域5为例，可以分别利用T1和T4发射，R2和R3接收的套管波幅度计算衰减值，两个衰减值取平均对应区域5的水泥强度或套管与水泥环之间的固结程度。

Att＝20/L*log10(Amp

L为两探头之间的距离，Amp

步骤五、从水泥浇筑开始实时监测区域的套管衰减值，随着时间的增加，水泥强度增大，套管波的衰减逐渐增加，参见图3所示，若在2个小时的连续观测中套管波衰减值稳定在某一数值附近，±0.5dB/ft，则表明水泥强度已稳定，见图3所示的衰减随时间的变化规律。

步骤六、在水泥强度稳定后，开始水泥封隔性能的实验测量，在水泥环的上下端面设置压力检测口，加压点水泥环的下端，通过在水泥环下端逐渐加压，观测上端压力的变化。下端加压的过程也是水泥环上下压差逐渐增大的过程，在上端压力突然增大，达到与下端压差相同的压力，则说明水泥环中出现窜流，水泥封隔已失效。在此过程中测量声系实时监测，通过图2中各个区域上的套管波幅度的变化可知窜槽是否波及到此区域，在步骤五中，当水泥强度稳定后，套管波幅度达到最小值，在步骤六的水泥封隔实验中，若某区域的套管波幅度增加，则说明此区域的套管与水泥环已脱粘，见图4所示的套管波幅度成像图，区域4先发生窜槽，环向依次是区域3、区域2、区域1、区域5和区域6，纵向依次是区域9、区域8及周边区域16、区域15、区域10、区域7、区域13、区域12、区域14、区域11、区域18和区域17。通过上述分析可以看出，当发生窜槽时，靠近加压点的区域4先发生窜槽，随即很快扩展到整个环向，再向上窜流，直至整个测量区间完全脱粘。

本发明不同的接收器收到的声波幅度可以参见图4所示。