В. В. Климов, А. В. Шостак геофизические исследования скважин
 Скачать 7.18 Mb.
|
|
4.4.2 Основные виды дефектов и повреждений обсадных колонн – сосредоточенный желобной износ замками и трубами бурильной колонны в местах интенсивного искривления и перегибов стволов скважин (рис. 4.3); – порезы и иссечение внутренней поверхности труб резцами долот при разбуривании цементных стаканов (рис. 4.4); – деформация и смятие обсадных колонн; – порывы и трещины по телу труб (рис. 4.5); – сквозные протертости и ослабления резьб в муфтовых соединениях; – потеря герметичности в муфтовых соединениях и по телу труб; – коррозионные повреждения (рис. 4.6). Рис. 4.3 Сосредоточенный желобной износ замками и трубами бурильной колонны. 141 Рис. 4.4 Порезы и иссечение внутренней поверхности труб резцами долот при разбуривании цементных стаканов Рис. 4.5 Порывы и трещины по телу труб 142 Рис. 4.6 Коррозионные повреждения 4.5 Научно-обоснованная концепция контроля технического состояния обсадных колонн Повреждения обсадных колонн являются причинами различных осложнений, предопределяют межколонные проявления и межпластовые перетоки, загрязнение недр, источников водоснабжения и окружающей среды, а при определенных условиях могут приводить к открытым фонта- нам, 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. 143 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 – электромеханических и бесконтактных – электромагнитных профилемеров; – 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); 144 – 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. 4.6 Методы контроля технического состояния обсадных колонн Систематический контроль технического состояния обсадных труб является одной из наиболее действенных мер предотвращения возможных аварий и заключается в определении их остаточной толщины, внутреннего диаметра, овальности, местоположения башмака и муфтовых соединений, а также в выявлении в них различных дефектов (трещин, порывов и т.д.). В настоящее время известны следующие методы: опрессовка, инди- каторный метод по радону (ИМР), расходометрия и дебитометрия, термо- метрия, резистивиметрия. Кроме этого применяются оптический метод контроля, акустические методы, профилеметрия, методы магнитной и электромагнитной дефектоскопии, метод рассеянного гамма-излучения, метод снятия оттисков и силовой метод контроля. Рассмотрим кратко их возможности с целью определения оптималь- ных сочетаний для получения достоверной и достаточной информации о техническом состоянии обсадных колонн. Метод опрессовки Первую информацию о характере повреждений обсадных колонн обычно получают при испытаниях их на герметичность. При этом по рас- ходу закачиваемой в колонну жидкости можно составить представление о тяжести повреждения. Место повреждения определяют поинтервальной опрессовкой с помо- щью пакеров. Колонну с пакерами спускают на половину глубины обсажен- ной скважины и создают давление жидкостью или воздухом. При перепаде давления 1,5–2,0 МПа эластичные манжеты запакеровываются, перекрывая межтрубное пространство в скважине. Путем предварительного исключения герметичных узлов обсадной колонны при осевых перемещениях колонны труб с пакерами вниз и вверх определяют интервал повреждения. 145 В худшем случае, когда место повреждения будет найдено после ис- ключения всей герметичной части обсадной колонны, кроме участка дли- ной 1 0 , где колонна негерметична, число осевых перемещений n колонны труб с пакерами в скважине при длине обсадной колонны L будет равно: 2 ln 2 ln 0 l L n = (4.1) где , при L = 2000 м , а 1 0 = 1 м , n = 10. В лучшем случае – n = 1. Во всех остальных случаях для данной об - садной колонны число перемещений 1 < n < 10. Отсюда видно , что этот метод достаточно трудоемок Выше показано , что повреждение изношенных и ослабленных поре - зами обсадных колонн происходит при избыточном внутреннем давлении всего 1,4–8,4 МПа Следовательно , можно сделать вывод , что метод опрес - совки является разрушающим , т е обнаружение имеющихся повреждений обсадных колонн может сопровождаться образованием новых Индикаторный метод по радону (ИМР) Для контроля технического состояния обсаженных скважин в инсти - туте « Волгоград НИПИ нефть » разработан индикаторный метод по радону ( ИМР ), заключающегося в обогащении нелетучих жидкостей ( воды , нефти , бурового и тампонажного растворов и т д .) радоном , введении этих жидко - стей в скважину и обнаружении их с помощью гамма - каротажа Технология проведения исследований предусматривает запись кривой естественной γ - активности , прокачку индикатора и запись кривой γ - актив - ности после продавливания индикатора в заколонное пространство Сопос - тавление этих кривых дает возможность определять места повреждений об - садных колонн и поглощения растворов , направление движения жидкости в затрубном пространстве , профиль приемистости скважины и т д Радон не адсорбируется на буровом , эксплуатационном и каротаж - ном оборудовании , глинистой корке и скелете пород , быстро выводится из организма (1–6 ч ). Период полураспада составляет 3,825 ч Поэтому обес - печивается большая степень радиационной безопасности , чем при исполь - зовании других радиоактивных индикаторов С целью очистки оборудования и каротажной станции от радонового индикатора достаточно промыть их водой один – два раза Использован - ную воду закачивают в скважину или собирают в специальный сборник , где выдерживают до спада активности радона 146 Контейнер, в который собирают радон, должен быть герметичным и прочным. Для его перевозки необходима специальная автомашина или прицеп. Мощность дозы излучения в кабине автомобиля не должна пре- вышать 2,8 мбэр/ч, а на расстоянии 2 м от наружной поверхности автома- шины или прицепа – 10 мбэр/ч. Следует отметить, что, несмотря на сравнительно малую адсорбцию радона и быстром выводе его из организма, данный метод является эколо- гически грязным и вредным для биологических организмов. Он требует высокого мастерства и больших затрат времени. Поэтому в России и за ру- бежом данный метод применяют редко. Расходометрия и дебитометрия Осуществляется с помощью механических или термокондуктивных расходомеров (дебитомеров), опускаемых в исследуемую обсадную ко- лонну на каротажном кабеле. Механические дебитомеры (расходомеры) представляют собой та- хометрические преобразователи скорости потока жидкости или газа в чис- ло импульсов в единицу времени. Чувствительным элементом служит тур- бинка, вращающаяся набегающим потоком того или иного флюида. Расходограмма и дебитограмма обычно представляет собой зависи- мость показаний механического расходомера (дебитомера) в импульсах в минуту от глубины. На дебитограммах работающие и принимающие ин- тервалы выделяются по увеличению числа импульсов, прямо пропорцио- нальных скорости потока жидкости. Для проведения работ необходим продавочный агрегат с запасом жидкости, объем которой превышает объем ствола скважины. Наиболее простым при определении глубины повреждения обсадных колонн является случай, когда скважина не перфорирована, призабойная зона герметична, а жидкость при закачке уходит через место повреждения обсад- ной колонны. Если расход жидкости составляет более 150–200 м 3 в сутки, то глубина повреждения четко отмечается по кривой непрерывной записи расходометрии. В сложных случаях, когда имеется несколько повреждений в обсадных колоннах или расход жидкости через участки нарушения герме- тичности незначителен (менее 100 м 3 в сутки), в качестве дополнительного метода может быть использована термокондуктивная дебитометрия. Термокондуктивные дебитомеры (расходомеры) работают по прин- ципу термоанемометра – набегающий поток жидкости охлаждает нагретую 147 электрическим током спираль и тем самым изменяет ее электрическое со- противление. Они обладают более высокой чувствительностью, чем меха- нические расходомеры и дебитомеры. Однако показания термокондуктив- ных дебитомеров и расходомеров зависят не только от количества, но и от состава флюида, протекающего по обсадной колонне. Это создает допол- нительные трудности при оценке характера и величины повреждения об- садной колонны. Метод термометрии Метод термометрии основан на регистрации возникающих темпера- турных аномалий в местах повреждений обсадных колонн при притоке или поглощении контрастной по температуре жидкости. При определении места притока пластовой воды скважину заполня- ют жидкостью, температура которой отличается от температуры пластовой воды. Для регистрации относительного изменения температуры применя- ют дифференциальные термометры (градиент-термометры и аномалий- термометры). В отличие от показаний, зарегистрированных обычным тер- мометром на термограмме дифференциального термометра будет получена прямая линия, параллельная оси глубины в неповрежденном участке об- садной колонны. Аномалий-термограммы дают представление о форме и амплитуде отклонения аномалий температуры, а градиент-термограммы позволяют более точно определить местоположение границ аномальных зон. Благода- ря высокой чувствительности дифференциальная термометрия также мо- жет быть использована для определения: – интервалов прострела (перфорации) эксплуатационных колонн; – интервалов внутриколонных перетоков флюидов; – интервалов межпластовых перетоков флюидов по заколонному пространству скважин; – мест негерметичности (утечек) в эксплуатационной колонне или НКТ и т.д. Недостатком метода термометрии является длительность процесса исследования в связи с ожиданием установившегося температурного ре- жима. Поэтому термометрия обычно применяется совместно с другими методами исследования технического состояния обсадных колонн. 148 Метод резистивиметрии Метод резистивиметрии основан на измерении удельного электриче- ского сопротивления жидкости с помощью скважинного резистивиметра в сочетании с операциями, вызывающими приток или поглощение жидко- сти через место повреждения. Недостатками метода являются: – невысокая точность определения места повреждения из-за пере- мешивания жидкостей; – обнаруживается, как правило, только наиболее значительное по- вреждение; – необходимость проведения неоднократных замеров. Надежность обнаружения мест негерметичности рассмотренными вы- ше методами зависит от ряда факторов, основными из которых являются объем уходящей жидкости через место повреждения, приемистость скважи- ны и количество повреждений. Таким образом, рассмотренные выше методы оценки технического состояния обсадных колонн позволяют лишь определять наличие и интер- валы повреждений без их количественных характеристик. Другими их недостатками являются длительность проведения иссле- дований и большая трудоемкость. Методы контроля технического состояния обсадных колонн, рас- сматриваемые ниже, обладают большими возможностями. Оптический метод Этот метод получил развитие в России и за рубежом с выпуском спе- циальной скважинной аппаратуры. В 1961 г. в СССР начато производство скважинных фотоаппаратов типа ФАС-1, предназначенных для фотографи- рования стенок скважин с целью изучения строения горных пород (трещино- стойкости, слоистости и т.п.), а также технического состояния обсадных ко- лонн в сухих скважинах и заполненных прозрачной жидкостью. ФАС-1 имел боковой обзор через наклонное зеркало и позволял вес- ти съемку одиночными кадрами или сериями кадров на заданной глубине или при движении. Для получения панорамного изображения производи- лось фотографирование стенок скважин под разными азимутальными уг- лами и монтаж снимков. В более поздних моделях – в фотоаппаратах ФКС-2 и ФКС-3 использовался способ кругового обзора для получения целостного кругового изображения интервала стенки скважины или обсад- 149 ной колонны с использованием отражающей поверхности второго порядка. Эти фотоаппараты позволяли получать ориентированные круговые фото- графии стенок скважин хорошего качества, полностью используя возмож- ность метода фотографирования. В США и Нидерландах оптический метод также широко применялся для исследования скважин. Зарубежные фотоаппараты в основном анало- гичны описанным выше. В СССР также была разработана фототелевизионная установка ФТСУ, в которой телевизионная камера совмещалась с фотоаппаратом и осветите- лем. Для кругового обзора предусматривалось вращение наклонного зеркала. Фотографирование производилось на фотопленку шириной 16 мм. Угол зре- ния – 16 градусов, число кадров – 50, длина кабеля до 3000 м. Для осмотра стенок необсаженных и обсаженных скважин в США ис- пользовались телевизионные установки, разработанные фирмами «American Pipe Cleaning Co» и «Lourens Radiation Laboratory». Стенки скважин освещались электрической лампой мощностью 1000 Вт в первом случае и группой из 12 ламп, расположенных таким образом, чтобы освещать скважину под углом 120° – во втором. Включая тот или иной ряд ламп, можно изменять освещение для получения теневых эффектов от трещин и других повреждений. Для защиты от высокой температуры предусматривался специаль- ный кожух, заполненный фреоном или жидким азотом. Фирма «Schell Development» разработала скважинную телевизион- ную систему, позволяющую наблюдать за состоянием стенок с одновре- менным определением азимута. Забойная аппаратура диаметром 120 мм спускалась на специальном армированном коаксиальном кабеле, имеющем основную центральную жилу и одиннадцать вспомогательных. Кабель на- матывался на обычную лебедку геофизического подъемника. Освещение участка скважины осуществлялось от двух электроламп. При изменении интенсивности света верхней и нижней ламп можно судить об относитель- ных положениях обозреваемых объектов, фиксируя при этом положения теней и световых эффектов при различном освещении. В забойной аппаратуре установлено вращающееся зеркало, накло- ненное под углом 45° к вертикали и позволяющее рассматривать участок стенки размером 90х122 мм в обсаженной или необсаженной скважине диаметром 222 мм. Небольшой магнитный компас, отражающийся в зерка- ле, позволяет в необсаженной скважине определить азимут изображения элементов ее стенок. 150 Телевизионная система работоспособна при давлении до 3,5 МПа, температуре 50 °С и глубине до 1380 м. В настоящее время за рубежом фирмой «Huliberton» разработан новый метод использования телевизионной камеры для непосредственного наблю- дения за состоянием бурильного инструмента в скважине, а также за наличи- ем любых предметов на ее забое. Телевизионную камеру спускают в скважи- ну на колонне бурильных труб и НКТ. Для обеспечения наблюдений вокруг телевизионной камеры создают оптически чистую зону путем закачки воды или специальной прозрачной жидкости. Данный метод визуального наблю- дения запатентован в США и Великобритании. Оптический метод контроля, реализованный в описанной аппаратуре, может быть использован в прозрач- ных средах (газ, воздух, вода, прозрачный конденсат). Он не позволяет коли- чественно определить величину износа обсадных колонн, их проходное сече- ние, внутренний диаметр, наличие вздутий или смятий, отличить задиры и порезы на внутренней поверхности обсадных труб от сквозных трещин. |