В. В. Климов, А. В. Шостак геофизические исследования скважин
 Скачать 7.18 Mb.
|
|
4.2 Основные задачи контроля технического состояния крепи скважин Основными задачами контроля являются: – определение высоты подъема цемента и сплошности цементного кольца за обсадными колоннами; – определение качества цементирования и герметичности заколон- ного пространства скважин; – получение фоновых кривых, характеризующих первоначальное состояние цементного кольца после цементирования скважин; – получение фоновых кривых, характеризующих первоначальное техническое состояние обсадных колонн (с целью формирования «паспор- та» их технического состояния); – определение зон износа обсадных колонн, остаточной толщины труб и их остаточной прочности; – обнаружение порывов и трещин по телу обсадных труб и их ха- рактера (продольных, поперечных, направленных под углом к оси обсад- ной колонны); – обнаружение интервалов интенсивной коррозии и сквозных про- ржавлений обсадных колонн; 132 – обнаружение негерметичных муфтовых соединений и иных мест негерметичности обсадных колонн; – обнаружение интервалов заколонных перетоков, источников об- воднения продукции скважин и др. 4.3 Оценка качества цементирования скважин При качественном цементировании скважин обеспечивается: – наличие в затрубном пространстве затвердевшего цемента, подня- того до проектной глубины от устья скважины; – равномерность распределения цемента в затрубном пространстве; – сплошность цементного камня и хорошее его сцепление с колон- ной и стенкой скважины; – герметичность заколонного пространства скважин. Основным критерием качества цементирования скважин является надежная изоляция пластов – коллекторов с различным флюидосодержа- нием и отсутствие межпластовых перетоков флюидов. Контроль качества цементирования скважин традиционно осуществ- ляется акустическими, термическими и радиоактивными методами. 4.3.1 Акустический контроль качества цементирования скважин Определение степени сцепленияцемента с колонной и с горной по- родой определяется только по данным акустической цементометрии (АКЦ). Если обсадная колонна (ОК) не имеет сцепления с цементом (сво- бодна), то упругие колебания, возбужденные в ОК, не передаются цемент- ному камню, и упругая волна распространяется по колонне со скоростью 5201 м/с при относительно небольшом ослаблении. В случае качественной заливки и при хорошем сцеплении, между колонной и цементом имеется акустический контакт и упругие колебания в колонне возбуждают такие же колебания в цементном камне. Поэтому большая часть их энергии рассеивается на пути между источником и при- емником. Приемник регистрирует значительное ослабление и быстрое за- тухание этих колебаний. Акустический контроль качества цементирования скважин (АКЦ) осуществляется с помощью специальных скважинных приборов – цемен- томеров и основан на различии затухания и скорости распространения уп- 133 ругих колебаний в зависимости от плотности сцепления цементного камня с колонной и стенкой скважины. Качество цементирования традиционно оценивается по трем измеряемым параметрам: – амплитуде продольной волны в колонне Ак; – амплитуде продольной волны в породе Ап; – времени распространения продольной волны в породе t п Основную информацию о качестве цементирования скважин несут параметры Ак и t п . Малая амплитуда Ак (не более 0,2 от максимального значения) служит основным признаком сцепления цементного камня с ко- лонной, а большая (не менее 0,8 от максимального значения) указывает на отсутствие этого сцепления. Отклонение времени распространения про- дольной волны в породе t п от времени пробега упругой волны по колонне t к служит признаком наличия цемента за колонной и его сцепления с ней. (Плохому сцеплению цемента с колонной и образованию зазора между ко- лонной и цементным кольцом может способствовать наличие глинистой корки, эксцентричное положение колонны в стволе скважины, плохое ка- чество цементного раствора из-за перемешивания его с промывочной жид- костью в процессе цементирования скважины). На основании перечисленных признаков оценивают качественное состояние цементного камня в затрубном пространстве с выделением ин- тервалов, характеризующихся: – наличием в затрубном пространстве цементного камня, жестко связанного с колонной (хорошее сцепление); – неполным заполнением затрубного пространства цементным кам- нем или плохой связью с колонной (плохое сцепление); – отсутствием сцепления цементного камня с колонной или вообще отсутствием цемента в затрубном пространстве; – чередованием участков, хорошо и плохо сцементированных с ко- лонной, содержащих и не содержащих цементный камень в затрубном пространстве (частичное сцепление). Схема интерпретации диаграмм АКЦ показана в таблице 4.1. Растущий спрос на проведение исследований методом акустической цементометрии непрерывно сопровождался совершенствованием техниче- ских средств измерений, способов регистрации данных, визуализации пер- вичных данных и результатов их обработки и интерпретации. Вместо скважинных приборов с двухэлементным (излучатель И – приемник П) из- 134 мерительным зондом появились приборы с трехэлементными (ИПП) и бо- лее зондами с цифровой регистрацией первичных данных. Применение вычислительной техники позволило перейти к их многовариантной обра- ботке, уменьшающей погрешность подготовленных заключений о качестве цементирования колонн и заколонного пространства скважин. Таблица 4.1. Схема интерпретации диаграмм АКЦ Амплитуда Ак Величина t п Отбивка муфт Результаты интерпретации Максимальная t п = t к отбиваются Цемент отсутствует или не сцеплен с колонной 0.2–0.8 от макси- мального значения t п ≈ t к отбиваются Частичное сцепление цемента с колонной Минимальная (нулевая) t п > t к Не отбиваются Хорошее сцепление цемента с колонной Вместе с тем стандартное заключение, подготовленное по материа- лам АКЦ, не позволяет судить об изоляция пластов – коллекторов с раз- личным флюидосодержанием, отсутствии межпластовых перетоков флюи- дов и герметичности заколонного пространства скважин, т.к. ограничива- ется предоставлением лишь косвенных сведений о состоянии контактов цементного камня с обсадной колонной и с горными породами. Поэтому для оценки надежности изоляции заколонного пространства нефтяных и газовых скважин оказывается необходимым привлечение дру- гих геофизических методов (например, гамма-гамма каротажа, метода ра- диоактивных изотопов, термометрии и спектральной шумометрии и др.). 4.3.2 Метод гамма-гамма-каротажа Для контроля качества цементирования обсадных колонн методом гам- ма-гамма-каротажа (ГГК) разработаны специальные приборы (гамма- дефектомеры-толщиномеры типа СГДТ (СГДТ-2, СГДТ-3, СГДТ-НВ и др.) Основными элементами гамма-дефектомера-толщиномера СГДТ-2 являются: – источник γ-излучения, установленный в нижней части скважинно- го прибора; – детектор γ-излучения, расположенный в скважинном приборе внутри массивного свинцового экрана с вертикальной прорезью (так назы- ваемого коллиматора), который установлен на определенном расстоянии от источника на вращающемся (с помощью электродвигателя) основании. 135 Поэтому, при непрерывном перемещении прибора в стволе скважи- ны происходит сканирование как обсадной колонны, так и заколонного пространства и регистрируется круговая цементограмма и толщинограмма, характеризующие изменение интенсивности рассеянного γ-излучения по окружности. Интервалы, где цементный камень (ЦК) отсутствует или не полностью заполняет затрубное пространство, отмечаются как участки по- ниженной плотности. Скважинные гамма-дефектомеры-толщиномеры СГДТ-2, СГДТ-3, СГДТ-НВ и др. позволяют определить: – высоту подъема цементного раствора; – качество заполнения затрубного пространства цементным раство- ром и равномерность его распределения за колонной (по периметру сква- жины и вдоль ее оси); – эксцентриситет колонны в стволе скважины; – места расположения муфт и центрирующих фонарей; – средний диаметр и среднюю толщину труб обсадных колонн с по- грешностью 0,5 мм; Однако на качество получаемой информации влияют барит в буровом растворе и отложения радиоактивных солей в скважинной зоне и на внутрен- них стенках обсадной колонны. Другими их недостатками являются: – сложность аппаратуры, требующая высококвалифицированного обслуживания и тщательной подготовки к исследованиям; – низкая скорость исследований; – использование радиоактивных изотопов для создания гамма- излучения накладывает дополнительные требования к безопасности про- ведения исследований, а сами исследования приравниваются к аварийным работам в скважинах из-за опасности оставления радиоактивного источни- ка на забое. 4.3.3 Метод радиоактивных изотопов В зарубежной и отечественной практике известны способы радиоак- тивного каротажа с использованием меченых веществ, обладающих раз- личными аномальными ядерно-физическими свойствами относительно ок- ружающей среды и наличие которых надежно выделяется методами радио- активного каротажа. (В качестве меченого вещества могут быть использо- ваны как радиоактивные изотопы – метод радиоактивных изотопов, так и изотопы, обладающие аномально-высоким сечением захвата тепловых нейтронов – нейтронный метод меченого вещества). 136 При исследовании технического состояния скважин метод радиоак- тивных изотопов применяется для оценки качества первичного цементиро- вания, определении характера заполнения заколонного пространства сква- жин тампонажным раствором, выявлении путей распространения ремонт- ных составов за обсадными колоннами при вторичном или исправитель- ном цементировании, обнаружении мест негерметичности обсадных ко- лонн, а также при проведении ремонтных работ по изоляции водоприто- ков, ликвидации межпластовых перетоков флюидов, устранению миграции газа в заколонном пространстве скважин и т.п. Для определения высоты подъема цемента в затрубном пространстве в цемент добавляют меченое вещество – какой-либо искусственный радионук- лид с небольшим периодом полураспада, (например, I 131 , T 1/2 = 8 дней) или размельченную урановую руду с небольшим содержанием U. В общем слу- чае меченое вещество может быть введено в скважину в виде водного рас- твора солей изотопа, суспензии, на твердом носителе (песке и т.д.) путем: – продавливания растворов и смесей, приготовленных на поверхности в специальных емкостях с помощью насосов цементировочных агрегатов; – введения в поток воды, закачиваемой в скважину; – использования глубинных инжекторов, в виде дистанционной порш- невой системы или порохового заряда; – с помощью пулевых перфораторов, выстреливающих специальными пулями, начиненными меченым веществом и т.п. Недостаток этого метода – необходимость соблюдения правил техники безопасности при работе с радиоактивными веществами. Зато этот метод по- зволяет не только выполнить ОЦК, но и оценить полноту заполнения затруб- ного пространства цементным камнем, если детектор γ-излучения поместить во вращающийся экран с прорезью. В АО НПЦ «Тверьгеофизика», разработана также методика по приме- нению короткоживущих изотопов для контроля герметичности цементного кольца в заколонном пространстве скважин, суть которой заключается в при- готовлении раствора, меченого радионуклидами натрия – 24, закачке его в скважину с последующей индикацией радиоактивных аномалий стандартной аппаратурой, имеющей канал гамма – каротажа [ 19 ] . Приготовление радио- нуклидов натрия – 24 производится в стационарных условиях или по приезду на скважину с помощью специального активационного устройства ТАУ-2 с использованием источника, имеющего выход нейтронов не менее 2 – 5·10 7 с –1 (Pu–Be или Cf-252 – плутоний – бериллий или калифорний соответственно). 137 Выбор натрия – 24 обусловлен малым периодом полураспада (15 ча- сов), высокой энергией выхода гамма – квантов (1,37 и 2,75 МэВ) при ис- пользовании широкодоступных активируемых соединений натрия Na 2 CO 3 и Na HCO 3 , отсутствием адсорбции при контакте с твердой фазой в сква- жине и т.п. 4.3.4 Применение метода термометрии при контроле цементирования скважин Метод термометрии применяется для определения высоты подъема цементного раствора за обсадными колоннами путем регистрации тепло- вых эффектов, созданных экзотермической реакцией схватывания цемента. Выделяющееся тепло повышает температуру в интервале, где находится цемент. Уровень подъема цемента отбивается по резкому увеличению тем- пературы. Эта операция называется еще «отбивкой цементного кольца» – (ОЦК). В интервале ствола скважины, находящемся ниже уровня цемента, температурная кривая осложнена резкими отклонениями, вызванными не- равномерностью толщины цементного кольца и различием тепловых свойств горных пород. Наибольшее выделение тепла при схватывании цемента происходит, как правило, через 5–10 часов после его затворения. Для получения наи- лучших результатов замер термометром обычно производят после освобо- ждения устья скважины от цементировочной головки и не позднее 12–18 часов после окончания операции цементирования. Основными ограничениями к применению метода термометрии яв- ляются: – невозможность определения равномерности распределения це- ментного камня в заколонном пространстве скважин; – неэффективность при использовании облегченных цементных рас- творов. Однако этот метод в связи с существенными ограничениями к при- менению вытесняется другими, более эффективными методами. 138 4.4 Общие положения контроля технического состояния обсадных колонн Эксплуатационная надежность и экологическая безопасность сква- жины, как сложного инженерного сооружения, во многом определяется техническим состоянием обсадных колонн, являющихся основным эле- ментом крепи. Повреждения обсадных колонн являются причинами раз- личных осложнений, предопределяют межколонные проявления и межпла- стовые перетоки, загрязнение недр, источников водоснабжения и окру- жающей среды, а при определенных условиях могут приводить к откры- тым фонтанам, грифонам и другим аварийным ситуациям. Помимо отмеченного, скрытые дефекты труб часто образуются в процессе проведения погрузочно-разгрузочных операций и транспорти- ровки их на буровую. Последнее обуславливает необходимость проведе- ния в ответственных случаях дефектоскопии обсадных труб до после их спуска в скважину. При эксплуатации скважин повреждения обсадных колонн могут происходить из-за механических напряжений, образующихся в разных частях обсадных труб при воздействии внутреннего давления при опрес- совках, нагнетании в пласт жидкости и гидравлическом разрыве пласта, изменения теплового режима скважин, снижения пластового давления, разрушения призабойной зоны (при выносе песка и истощения пластов), усталостных явлений в материале труб и т.п. На поздней стадии эксплуатации скважин часто имеют место корро- зионные повреждения обсадных колонн (особенно при наличии углекисло- го газа и сероводорода в пластовом флюиде). Таким образом, оказывается необходимым осуществлять мониторинг на протяжении всей «жизни» скважин как при строительстве, так и при их эксплуатации путем проведения комплексных геофизических исследова- ний в следующей последовательности и направлениях: – снятие фоновой кривой – дефектограммы (дефектоскопия обсад- ной колонны), характеризующей наличие или отсутствие дефектов метал- лургического производства труб, т.е. получение дефектоскопического пас- порта обсадной колонны; – профилеметрия обсадной колонны для определения ее первона- чального проходного сечения и контроля правильности свинчивания из труб с разной толщиной стенок с помощью контактных – электромехани- ческих и бесконтактных – электромагнитных профилемеров; 139 – определение высоты подъема цемента и оценка состояния цемент- ного кольца (снятие фоновой кривой) по двум границам: колонна – це- ментный камень – порода; – дефектоскопия обсадной колонны после ее опрессовки (в случае негерметичности – для определения мест негерметичности и характера по- вреждений обсадной колонны); – дефектоскопия и профилеметрия обсадной колонны после ее пер- форации (для определения возможных деформаций обсадных труб и нали- чия трещин выше и ниже зоны прострела, а также для оценки степени опасности обводнения продукции скважин из-за несоответствия длин фак- тического и проектного интервалов перфорации); – профилеметрия обсадных колонн для определения механического износа в участках интенсивного искривления стволов скважин; – определение остаточной толщины изношенных обсадных труб и оценка их остаточной прочности; – дефектоскопия обсадных колонн для прогнозирования и преду- преждения возникновения заколонных перетоков за счет сквозных про- ржавлений и других повреждений труб, образующихся при эксплуатации скважин (в зонах дефектов металлургического производства и иных де- фектов, а также в зонах концентрации механических напряжений); – дефектоскопия и профилеметрия обсадной колонны перед проведе- нием ремонтных работ, определение состояния цементного кольца (по двум границам: колонна – цементный камень – порода) и обнаружение заколонных перетоков флюида ; – дефектоскопия и профилеметрия обсадных колонн перед забури- ванием наклонных и горизонтальных стволов из старых скважин. 4.4.1 Основные задачи контроля технического состояния обсадных колонн Основными задачами контроля являются: – получение фоновых кривых, характеризующих первоначальное техническое состояние обсадных колонн с целью формирования «паспор- та» их технического состояния; – определение зон износа обсадных колонн бурильной колонной и породоразрушающим инструментом; – определение остаточной толщины труб и их остаточной прочности; 140 – обнаружение порывов, трещин и других повреждений по телу об- садных труб и их характера (продольных, поперечных, направленных под углом к оси обсадной колонны); – обнаружение интервалов интенсивной коррозии и сквозных про- ржавлений обсадных колонн; – обнаружение негерметичных муфтовых соединений и иных мест негерметичности обсадных колонн. |