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.
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.