ارزيابي سيمان مورد استفاده در لوله جداري چاه نفت با استفاده از شبيه سازي امواج هدايت شده فراصوتي

Simulation of ultrasonic guided wave testing of oil well casing cement

ارزيابي حين حفاري و بررسي خواص مكانيكي و فيزيكي سيمان و سازند، اهميت بسزايي در فرآيند بهره برداري از چاه نفت دارد. يكي از راه هاي ارزيابي سيمان، استفاده از امواج هدايت شده فراصوتي است. در اين پژوهش به ارزيابي كيفيت سيمان با استفاده از امواج هدايت شده فراصوتي پراخته شده است. بدين منظور يك مدل ساده شده لوله جداري و سيمان و سازند در نرم افزار آباكوس شبيه سازي شده است و روي قسمت داخلي لوله جداري يك تراگذار و يك حسگر قرار گرفته است. فركانس تحريك تراگذار معادل kHz40 مي باشد. پشت لوله جداري از پنج نوع سيمان مختلف استفاده شده كه يكي از آن ها خالص بوده و چهار نوع ديگر به ترتيب با 3، 5، 7 و 10 درصد ناخالصي است. با توجه به منحني هاي پاشندگي براي لوله و سيمان، و مقدار سرعتي كه موج براي طي كردن مسافت بين تراگذار و حسگر دارد، تأخير زماني دريافت موج توسط حسگر براي پنج نوع سيمان محاسبه گرديده و نمودار اختلاف زماني بر اساس ميزان ناخالصي سيمان ها حاصل شده است. نتيجه اي كه براي اين شبيه سازي حاصل شده آن است كه با افزايش ميزان درصد ناخالصي سيمان ها، سرعت رسيدن موج به حسگر كاهش يافته و ميزان اختلاف زماني بين آن ها مشهود خواهد بود. كاليبراسيون مناسب اين روش، آن را روشي توانمند براي تشخيص وجود ناخالصي در سيمان حين تزريق خواهد ساخت.

Logging while drilling (LWD) and mechanical/physical properties evaluation of cement around the casing has great importance in oil well operation. Ultrasonic guided waves is one of the cement evaluation methods. In this research, the goal is to cement quality evaluation based on ultrasonic guided waves features. A 2D axisymmetric model has been developed in ABAQUS FE software, followed by sensor actuator placement in the inner wall of the pipe. A 40 kHz actuation signal has been applied to the actuator. Five different types of cements has been considered in this research, one as the pure cement and the other for as the low quality cements containing 3, 5, 7 and 10% impurities. Group velocity dispersion curves has been extracted using SAFE method, and based on the simulation results, the arrival time delay, due to cement impurity has been plotted. Results shown that increasing the amount of cement impurity leads to larger delay on the first mode of propagated guided waves. Precise calibration of the method makes it a capable one for impurity detection in the cement used in oil well preparation.