Контроль герметичности обсадной колонны и НКТ в нагнетательных скважинах по измерениям комплексной аппаратурой

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12/2015 ISSN 2410-6070 Список использованной литературы:

1. Ferroelectric memory based on nanostructures / X. Liu, Y. Liu, W. Chen, et al. // Nanoscale research letters, 2012. 7:285.

2. Воротилов К.А., Мухортов В.М., Сигов А.С. Интегрированные сегнетоэлектрические устройства: Монография. / под ред. А.С. Сигова. М.: Энергоатомиздат, 2011. — 175 с.

3. Ferroelectricpolymers: chemistry, physics, and applications / H. Nalwa. — NewYork: M. DekkerInc., 1995. — 912 c.

4. А. Б. Козырев, В. П. Афанасьев и др. Технология, свойства и применение сегнетоэлектрических пленок и структур на их основе. - СПб.: «Элмор», - 2007, 247 стр.

5. Патент РФ на изобретение № 2338284 / Афанасьев П.В., Афанасьев В.П., Грехов И.В., Делимова Л.А., Крамар Г.П., Машовец Д.В., Петров А.А. Сегнетоэлектрический элемент для запоминающего устройства с оптическим считыванием информации. Опубл. 10.11.2008. Классы МПК : G11C, H01G.

6. M. A. Green Thin-film solar cells: review of materials, technologies and commercial status / J Mater Sci: Mater Electron, 18. p.15-19. — 2007.

7. Photovoltaic mechanisms in ferroelectric thin films with the effects of the electrodes and interfaces / M. Qin, K. Yao, Y. C. Liang// Appl. Phys. Lett. 95, c. 022912. — 2009.

8. Large photo-induced voltage in a ferroelectric thin film with in-plane polarization / K. Yao, B.K. Gan, M. Chen, S. Shannigrahi // Appl. Phys. Lett. — Vol. 87, № 21. — c. 212906. —2005.

9. Bulk Photovoltaic Effect at Visible Wavelength in Epitaxial Ferroelectric BiFeO3 Thin Films [Текст] / W. Ji, K. Yao, Y.C. Liang // Advanced Materials— Vol. 22, № 15. — c. 1763-1766. — 2010.

10.High efficient photovoltaics in nanoscaled ferroelectric thin films / M. Qin, K. Yao, Y.C. Liang // Applied Physics Letters. — Vol. 93, № 12. — c. 122904. — 2008.

11. Полезная модель № 129708 / Афанасьев П.В., Афанасьев В.П., Солнечный элемент. Опубл. 27.06.2013. Классы МПК: H01L31, B82B1.

12. Solar cell using ferroelectric material^m^ 6639147 B2 / Dong-seop Kim, Ji I., Soo-hongLee.; опубл. 28.10.2003. — 7 с.

13. Optically addressed ferroelectric memory with nondestructive readout / S. Thakoor, A.Thakoor // Applied Optics IP. — Т. 34, № 17. — С. 3136.

14. Афанасьев, В.П. Фотоэлектрические свойства гетерофазных наноструктурированных пленок на основе цирконата-титаната свинца / В.П. Афанасьев, П.В. Афанасьев, А.А. Петров, К.А. Федоров // Приложение к Вестнику РГРТУ №4 (выпуск 30), - с. 87-92. - 2009.

15. Неразрушающее оптическое считывание информации в конденсаторной структуре сегнетоэлектрик-полупроводник / К.А. Федоров, Н.В. Мухин, В.П. Афанасьев // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. Ч. 2. М.: Энергоатомиздат, с. 46-50. - 2010.

© Мухин Н.В., Клименков Б.Д., 2015

УДК 550.832

В.Ф. Назаров

д.т.н., профессор кафедры геофизики Башкирский государственный университет

В.К. Мухутдинов ассистент кафедры геофизики Башкирский государственный университет, г. Уфа, Российская Федерация

КОНТРОЛЬ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ И НКТ В НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ СКВАЖИНАХ ПО ИЗМЕРЕНИЯМ КОМПЛЕКСНОЙ АППАРАТУРОЙ

Аннотация

Показано, что большие нарушения герметичности НКТ могут выступать в роли гидропескоструйного перфоратора. В результате нарушается герметичность обсадной колонны в нагнетательной скважине. Для

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12/2015 ISSN 2410-6070

исследования технического состояния исследования в нагнетательных скважинах рекомендуется проводить комплексной аппаратурой на скребковой проволоке.

Ключевые слова

Нагнетательная скважина, обсадная колонна, НКТ, нарушение герметичности колонны и/или НКТ.

Контроль герметичности обсадной колонны и НКТ в нагнетательных скважинах является одной из приоритетных в системе поддержания пластового давления на нефтяных месторождениях. Нарушение герметичности колонны приводит к нарушению технологического режима разработки, осолонению пресноводных горизонтов, снижению пластового давления, неоправданным расходам энергии и воды. Уход закачиваемой воды через НКТ приводит к полёту труб на забой скважины, а также к нарушению герметичности обсадной колонны.

В настоящее время большинство геофизических предприятий исследование нагнетательных скважин проводят дистанционной аппаратурой на кабеле. Минимальный диаметр кабеля составляет 6,3 мм, а в большинстве случаев - 9,5 мм. При исследовании в скважине на прибор действует выталкивающая сила пропорциональная площади сечения кабеля. Эта сила такая, что с глубины 600 - 700 м начинается самопроизвольное движение прибора вверх с ускорением к устью скважины. Остановить кабель в этом случае практически невозможно, прибор ударяется о сальниковое устройство, кабель вылетает из лубрикатора, а прибор летит на забой скважины. Для исключения этого явления к прибору присоединят дополнительно грузы такой массы, чтобы не происходило самопроизвольное движения прибора к устью. Без дополнительных грузов современные комплексные дистанционные приборы «выкидывает» из скважины уже с глубины 600 - 700 м. Таким образом, приустьевая часть нагнетательной скважины остаётся не исследованной на герметичность обсадной колонны и НКТ.

В настоящее время в некоторых геофизических предприятиях исследования проводят автономной комплексной аппаратурой, спускаемой через НКТ в нагнетательные скважины. Установлено, что спуск прибора проводится с устья нагнетательной скважине при давлении 150 атм. Следовательно, автономной аппаратурой можно проводить исследования вдоль всего ствола нагнетательной скважины.

Первые исследования автономной аппаратурой ГЕО-1 в нагнетательных скважинах были проведены в 1998 году в ОАО «Башнефтегеофизике» (Арланское УГР) и ОАО «Когалымнефтегеофизике» [1]. Были разработаны эффективные методики проведения измерений каналом термометра для определения герметичности НКТ и обсадной колонны в интервале, перекрытом НКТ [2, 3]. Далее были усовершенствованы приборы серии ГЕО, а также разработаны автономные комплексные приборы: «Сакмар» (г. Уфа), «Кама» (г. Набережные Челны). Основным модулем этих приборов являются каналы: термометра, ГК, ЛМ, СТД, Мн. В некоторых приборах РГД входит в основной комплекс, в других - как дополнительный модуль, Кроме того, как дополнительный модуль можно использовать каналы методов состава - влагомер и резистивиметр.

Также были разработаны различные методики проведения измерений каналом СТД в нагнетательных скважинах для определения скорости потока закачиваемой воды как в НКТ, так и в эксплуатационной колонне [4]. Эти измерения могут быть использованы не только для выявления места нарушения герметичности колонны, но и для определения количества воды поглощаемой интервалом нарушения герметичности колонны. Эта методика широко используется только в ООО «ТНГ-Групп».

Последние исследования, проведённые автором этой работы на нефтяных месторождениях Западной Сибири в 2012 - 2013 г. г, а также Урало-Поволжья в 2014 г., показали, что во многих нагнетательных скважинах при продолжительной закачке воды интервалы нарушения герметичности НКТ начинают выступать в роли гидропескоструйного перфоратора. Так на рисунке 1 приведён пример такого случая, когда место нарушения герметичности НКТ совпадает с местом нарушения герметичности обсадной колонны. Исследования термометром проведены по методике временной фильтрации температурных аномалий [2]. На рисунке обозначено: кр.1 - фоновая термограмма, зарегистрированная при спуске прибора в простаивающей длительное время скважине, кр.2 - термограмма, зарегистрированная при подъёме прибора в кратковременно остановленной скважине, кр.3-4 и 7-8 зарегистрированы при закачке воды в скважину, кр.3 и 7 - зарегистрированы при подъёме при закачке, кр.4 и 8 - при спуске прибора при закачке, кр.5 и 9 -

зарегистрированы при подъёме прибора сразу после остановки скважины, кр.6 и 10 - зарегистрированы при подъёме прибора через 8 минут после остановки скважины.

Из рисунка видно, что на всех кривых отмечается аномальное изменение как при закачке, так и после прекращения закачки воды в скважину на глубинах: 1517м и 1265м. Причём, в интервале аномалий изменение градиента температуры на этих кривых очень большое. Такое поведение термограмм однозначно указывает на движение закачиваемой воды к интервалам нарушения герметичности НКТ. Судить о герметичности обсадной колонны в интервале отмеченных аномалий нельзя ввиду того, что ближняя зона -НКТ оказывает подавляющее влияние на распределение температуры в НКТ по сравнению с дальней зоной - межтрубное пространство. Тот факт, что на измерениях термометром, проведённых при квазистационарном режиме закачке воды через НКТ, отмечается аномальное поведение кр. 3-4 и 7-8, указывает на то, что нарушение герметичности НКТ очень большие, через которые может уходить десятки м3/сут.

Как показывают результаты исследований в нагнетательных скважинах Западной Сибири и Урало-Поволжья такие нарушения приводят к нарушению герметичности обсадной колонны. В рассматриваемом случае после подъёма НКТ оказалось, что на отмеченных глубинах нарушена герметичность колонны.

Рисунок 1 - Выявление больших нарушений герметичности НКТ в нагнетательной скважине

Другой пример выявления места нарушения герметичности НКТ приведён на рисунке 2. Здесь приведены следующие термограммы: кр.1 - фоновый замер, кр.2 - замер по стволу в кратковременно остановленной скважине, кр.3 и 4 - замеры при подъёме и спуске прибора в процессе закачки воды в скважину через НКТ соответственно, кр. 5 и 6 - замеры при подъёме прибора, зарегистрированные сразу и через 8 минут после прекращения закачки воды в скважину соответственно. Как видно из рисунке 2, на кр.5 отмечается аномалия на глубине 987 м. Это означает, что на этой глубине нарушена герметичность НКТ. Однако нарушение герметичности НКТ (утечка закачиваемой воды через муфтовое соединение) здесь

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12/2015 ISSN 2410-6070

незначительное, На это указывает отсутствие аномалий температуры на измерениях температуры, Зарегистрированных в процессе закачки воды в скважину. Результаты исследований, проведённых после подъёма НКТ, показали, что обсадная колонна герметична.

1 2 3 4

ЛМ, е.ацп 0 1 31 Термометрия, град.С 6 . 33.2 33.8 33.4 3,4 34.6 3^.2 3^.8 36.4

760 ш <г 40.2 У <- 38 Г 33.э 39.1

г

800 <

Ё—я

840 (г- 38 <

880 V

\

920 \

ч

960 \

>

._ 4 — 3 — 1 У f — -2 ч_ 5 - 6

1 ООО V \

1 040 \

ж

1 080 \

39 2 ч

> > 39 за .6 3

3 я я 4 3.0

Рисунок 2 - Выявление малых нарушений герметичности НКТ в нагнетательной скважине

Исследования, приведённые на рисунках 1 и 2, проведены дистанционной аппаратурой, спускаемой в скважину на геофизическом кабеле. Попытки провести детализацию дистанционной аппаратурой на глубинах 600 м и выше не увенчались успехом из-за самопроизвольного движения прибора к устью скважины. Поэтому исследования в верхней части нагнетательной скважине надо проводить автономной аппаратурой на проволоке. На рисунке 3 представлены результаты исследований в нагнетательной скважине, проведённые автономной аппаратурой. Измерения термометром проведены по методике временной фильтрации температурных аномалий. Здесь приведены термограммы зарегистрированные: ТМРКбр и ТМШЗр при подъёме прибора в процессе закачки воды в скважину, ТМШ48 при спуске прибора в процессе закачки воды в скважину, ТМРШ5р и ТМРШбр при подъёме прибора сразу и через 7минут после прекращения закачки воды в скважину. Следует учесть, что замеры ТМШЗр и ТМШ48 должны были проведены при квазистационарном режиме закачки, первый замер ТМШЗр при подъёме прибора, второй -ТМШ48 при спуске.

Как видно из рисунка, термограммы ТМШЗр и ТМШ48 зарегистрированные при закачке, монотонные. Если первый замер был проведён при неустановившемся режиме закачки, то второй замер проведён, практически, при квазистационарном режиме закачки. Кривая ТМШ48 напоминает прямолинейную зависимость температуры от глубины. На фоне этого распределения начинается восстановление температуры в системе НКТ - межтрубное пространство - горные породы.

На замере термограммы ТМРШ5р, зарегистрированной сразу после прекращения закачки воды, нет аномалий температуры. Это означает, что НКТ герметичны. На втором замере ТМРШбр, который начали регистрировать через семь минут после прекращения закачки воды, отмечается аномалия на глубине 490 м. Следовательно, на глубине 490 м нарушена герметичность обсадной колонны.

Рисунок 3 - Пример определения места нарушения герметичности обсадной колонны выше башмака НКТ по результатам измерений автономной аппаратурой, проведённых по методике временной фильтрации температурных аномалий В этой же скважине были проведены измерения термометром при квазистационарном режиме закачки и через 15 минут после прекращения закачки воды в скважину. Результаты этих измерений приведены на рисунке 4. Замер при закачке проведён при спуске, в остановленной скважине - при подъёме прибора.

Рисунок 4 - Пример определения места нарушения герметичности обсадной колонны выше башмака НКТ по результатам измерений автономной аппаратурой, проведённых при закачке и в остановленной нагнетательной скважине

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12/2015 ISSN 2410-6070

Как видно из рисунка, ниже воронки НКТ обе термограммы повторяют друг друга по форме, на обеих термограммах отмечается резкое увеличение градиента температуры. Это указывает на отсутствие движения закачиваемой воды ниже воронки НКТ. По измерениям каналом СТД в НКТ определили величину приёмистости скважины. Она составляет 266 м3/сут. Таким образом, вся закачиваемая вода поглощается интервалами нарушения герметичности обсадной колонны выше башмака НКТ. Так как на термограмме, зарегистрированной после прекращения закачки воды в скважину, отмечаются аномалии температуры на глубинах: 140 и 170 м, то следовательно на этих глубинах находится нарушение герметичности обсадной колонны.

Отсутствие аномалии температуры на рассматриваемом измерении на глубине 490 м указывает на то, что основное поглощение закачиваемой воды находится на глубинах 150 и 170 м, а на глубине 490 м имеется незначительное, по отношению к верхним нарушениям, поглощение воды.

На нарушение герметичности обсадной колонны выше воронки НКТ указывает также характер распределения температуры при закачке вблизи башмака НКТ [5].

Исходя из опыта работ с автономной аппаратурой, отметим ниже преимущества исследования нагнетательных скважин по сравнению с дистанционной аппаратурой.

1) Исследования проводятся без остановки закачки, не нарушая квазистационарный режим закачки воды в нагнетательную скважину. При исследованиях дистанционной аппаратурой необходимо большое время для наступления квазистационарного режима закачки.

2) Исследования автономной аппаратурой проводятся вдоль всего ствола, включая приустьевую часть скважины. При использовании дистанционной аппаратуры остаётся не исследованной часть скважины, расположенная выше 600 - 700 м. Можно использовать дополнительные грузы для исследования приустьевой части, но это требует дополнительных затрат времени и дополнительного оборудования.

3) Обеспечивается абсолютная герметичность устья скважины. Это позволяет использовать радиальный градиент температуры для решения промысловых задач. Величина этого градиента составляет 100 и более оС/м. Сравни с геотермическим градиентом - 0,03 оС/м. При использовании дистанционной аппаратуры невозможно использовать радиальный градиент температуры для определения технического состояния НКТ и обсадной колонны.

Список использованной литературы:

1. Адиев Я.Р., Прытков А.Н., Волощук В.П., Гильманов Р.Р., Габдуллин Р.Ф., Асмоловский В.С., Назаров В.Ф. ГЕО-1 уникальный автономный прибор для исследования нагнетательных скважин //НТВ «Каротажник». - Тверь: ГЕРС. - 1999. - Вып.64. - С.99-104.

2. Патент на изобретение № 2151866 Россия, МКИ3 Е 21 В 47/00. Способ исследования нагнетательных скважин (2 варианта) /Назаров В.Ф., Адиев Я.Р, Асмоловский В.С. и др. (Россия), - 98121196/03; Заявлено 23.11.98; Опубл. 27.06.2000. Бюл.№ 18. - 6 с.. - Ил. - 1.

3. Патент РФ 2154161, МКИ3 Е 21 47/00. Способ исследования нагнетательных скважин (варианты) /Назаров В.Ф., Адиев Я.Р., Азизов Ф.Ф. и др. (Р.Ф) - 99100482/06. Заявлено 05.01.99. Опубл. 10.08.2000. Бюл.№ 22.

4. Назаров В. Ф., Мухамадиев Р. С. Определение скорости потока жидкости в скважине // НТВ "Каротажник". Тверь: Изд-во. АИС. - Вып.8 (187). - 118 - 126 с.

5. Патент на изобретение № 2535539 Россия, МКИ3 Е 21 В 47/00. Способ определения герметичности обсадной колонны выше воронки насоснокомпрессорных труб по измерениям термометром в нагнетательной скважине / Назаров В.Ф., Зайцев Д.Б., Мухутдинов В.К.. (Россия), - 2013108230; Заявлено 25.02.2013; Опубл. 15.10.2014.

© Назаров В.Ф., Мухутдинов В.К., 2015