Geofizica- Cap 10.2

7/29/2019 Geofizica- Cap 10.2

1/12

CAROTAJUL ACUSTIC

316

10.3.2. Carotajul acustic pentru controlul cimentrii coloanei

Dup efectuarea cimentrii coloanei de tubaj, evaluarea calitiicimentrii acesteia trebuie s asigure rspunsul la urmtoarele probleme pecare le pune o tehnologie eficient de cimentare:

- dac nivelul cimentului n spatele coloanei s-a ridicat pn lanlimea proiectat;

- dac s-a obinut o aderen bun ntre coloana de tubaj, inelul deciment i roc;

- dac inelul de ciment asigur o bun etaneitate ntre diferitele zoneproductive sau fa de stratele cu ap de zcmnt sau este necesarremedierea etaneitii cu ajutorul unor operaii suplimentare de cimentaresub presiune.

Principiul carotajului acustic de cimentare

Dispozitivul de investigare pentru carotajul acustic de cimentare esteconstituit dintr-un traductor emitor E (fig.10.12) i unul (sau chiar dou)

traductoare receptoare R1i R2 dispuse la distanele de 3 ft (cca. 1,5 m) i,respectiv 5 ft (cca. 2,5 m).

Fig.10.12. Dispozitivul de investigare pentru carotaj acustic de cimentare


2/12

CAROTAJUL ACUSTIC

317

Semnalul acustic emis de traductorul emitor i care parcurgemediul nconjurtor sosind la traductorul receptor, este constituit dinurmtoarele componente (fig.10.13): semnalul de coloan - Sc, semnalul deformaie - Sfi semnalul prin fluidul de foraj (noroi) Sn.

Fig.10.13. Semnalul acustic la receptor

Calitatea cimentrii poate fi determinat dup forma semnaluluiacustic recepionat i dup modul de distribuie al valorilor de amplitudineal componentelor principale: Ac - amplitudinea semnalului de coloani Af

- amplitudinea semnalului de formaie.Astfel, n cazul unei coloane libere, necimentate sau a unei lipse deaderen la coloani formaie (fig.10.14, a i b), componenta de semnalcare se transmite prin coloani care sosete prima are amplitudini mari, ntimp ce componenta care se transmite prin formaie i care sosete dup untimp mai mare, are amplitudini foarte reduse, datorit cuplajului acusticnesatisfctor coloan - formaie (din lipea inelului de ciment).

n cazul n care coloana este prins la formaie, prin intermediulinelului de ciment, este posibil apariia unui semnal cu amplitudini mari i

pentru componenta de formaie (fig. 10.14.c). Prima sosire a semnalului decoloan (frontul de und) corespunde unui timp de parcurs pe unitatea delungime (timp de interval unitar) de 57 fts/ , caracteristic mediului depropagare prin coloan, constituit din fier (oel).

n cazul unei cimentri pariale - aderen bun numai la coloanilips dg adsren-fila formaie (fig.10.15 a i b), amplitudinile componenteide coloan sunt foarte reduse datorit efectului de compresiune asupracoloanei dat de inelul de ciment, iar amplitudinile componentei de formaieapar ceva mai mari, depinznd de grosimea inelului de ciment i de naturalitologic a formaiei.


3/12

CAROTAJUL ACUSTIC

318

Fig.10.14. Semnalul acustic n coloan liber

Fig.10.15. Aderen parial Fig.10.16. Aderen parial la

(numai la coloan) coloani formaie


4/12

CAROTAJUL ACUSTIC

319

n cazul unei cimentri pariale, att la coloan ct i la formaie(fig.10.16 a i b), se observ c ambele componente au valori deamplitudini medii, iar n cazul unei cimentri bune, att la coloan ct i laformaie, amplitudinile componentei de coloan sunt foarte reduse datoritefectului de compresiune asupra coloanei (fig.10.17 a i b), iaramplitudinile componentei de formaie sunt mari, corespunzndcaracteristicilor de propagare pentru litologia respectiv, ct i existeneiunui cuplaj bun formaie-ciment-coloan. Cnd formaiei i suntcaracteristice viteze de propagare mai mari dect coloanei (cazul calcarelori dolomitelor - fig.10.18 a i b) componenta de formaie va sosi nainteacelei de coloan, astfel c distribuia amplitudinilor prezint trei zone: 1)sosirea componentei de formaie (naintea celei de coloan), 2) zona deinterferen ntre cele dou componente i 3) zona componenteitransversale a semnalului de formaie, cu amplitudini foarte mari.

Fig.10.17. Aderen bun la Fig.10.18. Aderen bun n cazul

coloani formaie formaiunilor compacte


5/12

CAROTAJUL ACUSTIC

320

Fenomenul fizic n dispozitivul de carotaj de cimentare

Pentru a explica forma de reprezentare a diagrafiei trebuie pornit dela elucidarea fenomenului fizic care are loc n sistemul coloan - inel deciment - formaie n timpul investigrii cu dispozitivul de sond (figura10.19 a).

Astfel, energia acustic este emis sub forma unor pulsuri,constituind "trenuri" de unde cu oscilaii elastice avnd frecvene cuprinse

ntre 10 45 kHz, respectiv o frecven medie n jur de 30 kHz. Prima undcare sosete la receptor urmrete traseul indicat n figura 10.19.a, viteza depropagare a undelor elastice fiind mai mare n coloan dect n fluidul careumple spaiul poros. n sistemul asociat dispozitivului de sond seefectueaz determinarea timpului de tranzit (sau de propagare) i aamplitudinii primei alternane, A1, de mrime apreciabil, a undei caresosete la receptor (fig.10.19.b).

Fig.6.19. Fenomenul fizic n sistemul coloan-inel de ciment-formaie


6/12

CAROTAJUL ACUSTIC

321

Unda compresional generat de traductorul emitor n fluidul de

foraj, este refractat parial n coloan, care poate fi considerat ca o placsubire de oel, avnd grosimea egal cu 1/20 din lungimea de und asemnalului acustic. Unda refractat n coloan se propag de-a lungulacesteia cu o vitez puin mai mic dect viteza unei unde compresionale

ntr-un bloc de oel de grosime mare.Pe parcursul deplasrii de-a lungul coloanei, unda compresional

genereaz la rndul su unde refractate n mediul nconjurtor: ocomponent care se propag spre interiorul coloanei i o alta care sepropag nspre exterior, prin inelul de ciment i formaie.

Energia elastic disipat astfel de ctre coloan depinde de naturamediului situat n spatele coloanei. Dac acest mediu este constituit dinciment n contact cu coloana, respectiv avnd un interstiiu mai mic dect10 m, unda refractat n ciment i n formaie absoarbe o parte nsemnata energiei elastice i semnalul de coloan se amortizeaz rapid. Acestareprezint cazul unei cimentri bune.

Dac mediul situat n spatele coloanei este fluid sau dac interstiiuldintre coloan i ciment este relativ important, avnd dimensiunea maimare de 50 m (spaiu micro-inelar) energia refractat spre exterior esteredus, iar semnalul de coloan nu este n mod practic afectat.

S-a demonstrat prin analize teoretice i confirmate prin msurtori delaborator c:

- atenuarea semnalului de coloan este practic independent degrosimea inelului de ciment, dac acesta este mai mare de 2 cm. Subaceast valoare, atenuarea descrete rapid;

- atenuarea semnalului ntr-o coloan aderent la inelul de ciment,descrete cu creterea grosimii coloanei;

- atenuarea depinde de gradul n care circumferina coloanei esteaderent la ciment;

- atenuarea crete n timpul prizrii cimentului, fiind proporional cumodulul de forfecare a cimentului i cresctoare cu rezistena sa lacompresiune.


7/12

CAROTAJUL ACUSTIC

322

Forma de prezentare a diagrafiei acustice de cimentare i

interpretare calitativ

In figura 10.20 este reprezentat forma diagrafiei acustice decimentare compus din dou curbe de baz: amplitudinea semnalului decoloan A (ntre 0- 40 V) i timpul de sosire al semnalului de coloan saude formaie pentru un dispozitiv monoreceptor, t1.

Curba de timp este nregistrat n raport cu linia punctat carereprezint timpul de parcurs prin coloan de 57 s/ft.

Fig.6.20. Forma de prezentarei interpretare

a diagrafiei acustice de cimentare

n practic se pot ntlni trei cazuri principale de interpretare:a). Coloana liber cnd, fie nu exist ciment n spatele coloanei, fie

exist ciment n spaiul inelar dar nu este fixat la coloan.


8/12

CAROTAJUL ACUSTIC

323

Coloana liber transmite energia undelor elastice cu o amplitudine

mare (amplitudine maxim), iar timpul de parcurs coincide timpuluicoloanei de 57 s/ft. Micile variaii pe cele dou curbe se datoresc mufelorde cuplaj ale coloanei.

b). Coloan parial cimentat, cnd cimentul este fixat parial att decoloan, ct i la formaie sau cimentul este fixat la coloan dar nu laformaie.

Fixarea parial a cimentului, cunoscut sub denumirea curent decanalizare, este comun n special ctre partea superioar a zonelorcimentate. Existena canalizrilor nseamn posibilitatea de circulaie a

fluidelor n spatele coloanei, fenomen nedorit n exploatarea sondelor. nacest interval amplitudinea semnalului este mai mic deoarece cimentuleste fixat la coloan (parial sau total) i curba de timp corespunde ngeneral timpului coloanei sau este ceva mai mare.

c). Coloan bine cimentat cnd cimentul este bine fixat, att lacoloan, ct i la formaie. n acest caz semnalul de amplitudine esteputernic amortizat, astfel c prezint valori mici, iar timpul de parcursurmrete timpul de parcurs prin formaie.

n cazul n care n spatele coloanei sunt formaiuni dure (calcare saudolomite) timpul de parcurs poate fi mai mic dect cel al coloanei iar curbade amplitudine mare, datorit transmisiei bune prin aceste formaiuni.

Interpretarea cantitativ a diagrafiei acustice de cimentare

Pentru interpretarea cantitativ a diagrafiei acustice de cimentaretrebuie se porneasc de la urmtoarele ipoteze iniiale:

- grosimea inelului de ciment este mai mare de 2 cm;- cuplajul coloan-ciment nu a fost deteriorat sub aciunea unui

factor exterior, iar cimentul nu a fost contaminat;- cimentul a fcut priza complet.Atenuarea undei de amplitudine n coloan, n seciunile n care

aderena coloan-ciment este perfect, se obine prin comparareaamplitudinii minime observate pe diagrafie, n raport cu amplitudineamaxim observat n sectoarele n care coloana este liber, fiind exprimatcantitativ prin relaia:

max

minlg20

A

A

La = n decibeli/ft (10.41)


9/12

CAROTAJUL ACUSTIC

324

unde Amini Amax sunt amplitudinile minim, respectiv maxim observate

pe diagrafie; L - spaiul de investigare (lungimea de dispozitiv).Cu ajutorul Abacei 10.1 se poate determina efortul de compresiune alcimentului n p.s.i. (= 0,07 bar) n funcie de raportul amplitudinilor,respectiv atenuarea dat de relaia (10.41).

ABACA 10.1. Determinarea efortului de compresiune al cimentului

Valoarea efortului de compresiune astfel determinat, trebuie s fiecompa; bil cu valoarea dat n specificaia caracteristicilor tehnice alecimentului respectiv. Dac nu se ntmpl acest lucru, trebuie verificat dac


10/12

CAROTAJUL ACUSTIC

325

nu cumva una din ipotezele iniiale nu este ndeplinit (de ex. cuplajul

coloan- ciment nu este perfect, cimentul nu a fcut nc perfect priz etc.)Dac au fost identificate seciuni de coloan cimentate perfect, sepoate defini un indice de cimentare n seciunile n care amplitudinea estemai mare:

cim

s

ca

aI = (10.42)

unde as este atenuarea n dreptul seciunii de coloan studiate, n dB/ft, iaracim - atenuarea n dreptul unui interval cimentat perfect.

Acest indice de cimentare reflect efectul combinat al canalizrilor

prefereniale ale cimentului, a eventualei contaminri sau posibiladeteriorare a aderenei. Aceste efecte nu pot fi, n general, separate unul decellalt. n cazul n care reducerea atenurii se datorete exclusivcanalizrilor prefereniale, indicile de cimentare este aproximativ egal cupartea din circumferina coloanei care este bine cimentat, n valoriprocentuale (fig.10.21.a).

Fig.10.21. Indicele de cimentare (a)

i intervalul cimentat minim de izolare hidro-dinamic (b)


11/12

CAROTAJUL ACUSTIC

326

De-a lungul unui interval dat, indicele de cimentare i dimensiuneacoloanei, poate conferi informaii privind gradul de izolare ntre dou zone.Astfel figura 10.21.b indic lungimea necesar unui interval cu indicele decimentare = 80 %, astfel nct s se obin o izolare bun a dou zone, nfuncie de dimensiunea coloanei.

In figura 10.22 se reprezint un exemplu de diagrafie acustic decimentare (curba de amplitudine - a) creia i sunt asociate, n urmaprelucrrii urmtoarele curbe: b) circumferina coloanei care este binecimentat c) indicele de aderen; d) rezistena la compresiune a cimentuluii cazurile de interpretare: I - lips aderen, II - aderen pariali III aderen bun.

Aplicaiile carotajuluiacustic de cimentare

a). determinarea nivelului de ciment n spatele coloanei;b). determinarea gradului de adereni calitii cimentrii;c). determinarea gradului de izolare ntre intervalele purttoare de fluide;d). determinarea zonelor cu cimentare defectuoas care trebuie mbuntit

prin cimentri sub presiune.


12/12

CAROTAJUL ACUSTIC

327

Fig.10.22. Diagrafia acustica de cimentare

Geofizica- Cap 10.2

Documents

Transcript of Geofizica- Cap 10.2