Гамма-гамма метод

Этод метод контроля качества цементирования обсадных колонн основан на регистрации рассеянного гамма-излучения при прохождении гамма-квантов через изучаемые среды различной плотности. Поскольку цементный камень и промывочная жидкость значительно отличаются по плотности, а интенсивность вторичного гамма-излучения находится в обратной зависимости от плотности, то на регистрируемой кривой ГГМ достаточно четко выделяются участки с цементом и без него.

Гамма-гамма метод позволяет: 1) установить высоту подъема цемента; 2) определить характер его распределения; 3) фиксировать наличие переходной зоны от цементного камня к раствору (гель-цемент); 4) выявить в цементном камне небольшие раковины и каналы; 5) определить эксцентриситет колонны.

Возможны следующие варианты оценки качества цементирования скважин:

1. Кривые ГГМ совпадают (рис.5.15, б,I). В этом случае колонна цементирована и затрубное пространство целиком заполнено цементом или промывочной жидкостью. Уровень показаний в жидкости выше, чем в цементе, за счет различия их плотности.

2. Две кривые ГГМ совпадают и характеризуются более высокими показаниями, чем третья (рис.5.15, б,II). Колонна расположена эксцентрично. Счетчик, фиксирующий низкие значения I , находится вблизи места прилегания колонны к стенке скважины.

3. Две кривые ГГМ совпадают и характеризуются более низкими значениями I , чем третья (рис.5.15, б,III). Колонна эксцентрична, два счетчика расположены вблизи стенки скважины, их показания обусловлены в основном влиянием горных пород, интенсивность третьего счетчика связана главным образом с влиянием цемента. В случае цементированной колонны превышение I третьей кривой в каверне по отношению интенсивностей двух других кривых указывает на несплошную заливку цемента. Такая же картина наблюдается и при односторонней заливке кольцевого пространства цементом.

4. Все три кривые ГГМ не совпадают (рис.5.15, б, IV). В этом случае колонна эксцентрична или заливка цемента односторонняя.

На практике используют измерительные установки двух типов. Установки первого типа содержат источник и 3-4 детектора гамма-излучения, расположенных равномерно по периметру зонда. Детекторы взаимно экранированы и каждый из них дает информацию, фиксируемую в виде отдельной кривой. Такая система регистрации используется в приборах ЦМТУ-1, ЦФ-4. Аппаратура ЦМТУ-1 предназначена для исследования скважин, обсаженных колонной диаметром 146 или 168 мм. Регистрируются три кривые ГГМ зондом длиной 40 см.

Цементомер ЦФ-4 фонарного типа используется для исследования колонн большого диаметра (203-254 мм). Он имеет четыре башмака, прижимающихся при замере к стенке колонны. В каждом башмаке содержится разрядный счетчик. По схеме прибор ЦФ-4 отличается от ЦМТУ-1 только наличием 4-го канала для регистрации кривой ГГМ.

Установка второго типа состоит из источника и одного детектора, расположенных по оси прибора. Детектор помещен в кольцевой экран из свинца с радиальным окном, имеющим угловой размер 30-60 . Экран в процессе измерений равномерно вращается с частотой 6-7 об./мин. Таким образом, при подъеме прибора регистрируется интенсивность рассеянного гамма-излучения по периметру обсадной колонны. Измерительная установка этого типа применяется в аппаратуре СГДТ-2. Дефектомер-толщиномер СГДТ-2 предназначен для одновременного определения состояния цементного камня и толщины стенок обсадных колонн. Скважинный прибор имеет два зонда для регистрации рассеянного гамма-излучения различных энергий. Зонд дефектомера расположен в нижней части прибора и служит для определения качества цементирования. В качестве источника используется цезий-137. Зонд толщиномера расположен в верхней части прибора. Благодаря использованию мягкого гамма-излучения (тулий-170) и малой длине зонда (около 8 см) его показания зависят главным образом от толщины стенок обсадной колонны. При исследовании регистрируются одновременно две диаграммы-дефектомера и толщиномера.

Совокупность кривых трех- и четырехканального приборов называется цементограммой. В случае регистрации рассеянного гамма-излучения вращающимся зондом полученная кривая называется круговой цементограммой.

Если обсадная колонна центрирована в стволе скважины, а затрубное пространство равномерно заполнено цементом или жидкостью, то значения кривых будут одинаковыми, а значения, регистрируемые прибором второго типа - независимыми от угла поворота экрана. При этом уровень показаний в жидкости выше, чем в цементе, за счет различия их плотности. При смещении обсадной колонны к стенке скважины минимальные значения будут соответствовать детектору, расположенному ближе к стенке скважины, а значения, измеряемые другими детекторами, будут тем больше, чем больше детектор отстоит от пород.

Рис.5.17. Схема интерпретации диаграмм гамма-гамма цементомера:

а и б - диаграммы, зарегистрированные четырехканальным цементомером при перемещении прибора соответственно без вращения и с вращением; в и г - диаграммы, зарегистрированные трехканальным цементомером при перемещении соответственно без вращения и с вращением; д - круговая диаграмма. I - цемент за ОК; II - порода; III - вода в стволе. Варианты интерпретации: 1 - за центрированной ОК вода; 2 - за центрированной ОК каверна; 3 - за ОК, смещенной к стенке скважины, вода; 4 - за смещенной ОК цемент; 5 - ОК центрирована; 6 - за центрированной ОК каверна, заполненная цементом; 7 - за центрированной ОК цемент с водой

Такая же картина будет наблюдаться при несплошной заливке кольцевого пространства цементом. Если в процессе записи кривых ГГМ происходит вращение прибора из-за скручивания кабеля, кривые преобретают синусоидальный вид.