Диагностика обсадных колонн с использованием технологии магнитной интроскопии

УДК620.193

С. А. Долгих, А .А. Абакумов, Р.А. Кайдриков,

В. В. Баженов

ДИАГНОСТИКА ОБСАДНЫХ КОЛОНН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ

МАГНИТНОЙ ИНТРОСКОПИИ

Ключевые слова: обсадная колонна, магнитная интроскопия.

Показаны возможности метода сканирующей магнитной интроскопии при диагностическом обследовании обсадных колонн скважин. Приведены примеры результатов исследований скважин с использованием магнитного интроскопа МИ-50.

Keywords: casing, magnetic introscopy.

The possibilities of scanning magnetic introscopy method when well casings diagnostic testing are shown. The examples of well survey with the use of magnetic introscopy МИ-50 are given.

Нефтяные скважины эксплуатируются при воздействии неблагоприятных внешних факторов: температуры, вибрации, давления, агрессивной среды, механического воздействия на обсадную колонну скважины. Одной из актуальных проблем, возникающих при эксплуатации скважин, является контроль технического состояния стальных эксплуатационных и технических колонн и, соответственно - повышение срока их эффективной эксплуатации.

Возникающая в процессе эксплуатации негерметичность скважин приводит к серьезным нарушениям экологического равновесия среды, неконтролируемым потерям сырья и изменению его параметров, а также к крупным материальным затратам, связанным с ликвидациями аварий. В связи с этим особое внимание уделяется разработкам систем надежного контроля технического состояния скважин, позволяющим исключить неопределенность, связанную с допустимыми сроками надежной эксплуатации скважин.

Для дефектоскопического обследования эксплуатационной колонны скважины (ЭКС) традиционно применяется акустическая и ультразвуковая толщинометрия и дефектоскопия. На этих принципах построена аппаратура фирмы «Schlumberger» (США), отечественные акустические телевизоры САТ-4, САТ-7 производства НПФ «Геофизика (г. Уфа), АВАК-42 ООО «ВНИИГИС» (г. Октябрьский, Башкортостан) [1]. Применение этой аппаратуры предусматривает высокие требования к очистке скважины и дисперсности скважинной жидкости.

Магнитоимпульсные дефектоскопы (ЭМДС-С ООО «ВНИИГИС») функционально просты, технологичны и имеют невысокую стоимость. Однако они не позволяют осуществлять измерение дефектов, оценивать их форму, количество и взаимное расположение. Ограничения по чувствительности данного метода не позволяют выявлять локальные трещиноподобные и коррозионные дефекты без сквозного повреждения ЭКС. Профилеметрия (многорычажные профилемеры компании «Sondex» марки MIT) позволяют регистрировать и оценивать размеры только тех дефектов, которые расположены на внутренней стороне стенки ЭКС. При этом дефекты, находящиеся на наружной стороне стенки ЭКС выявлению не подлежат.

Методы термометрии и расходометрии, используемые в отечественных приборах, позволяют определять лишь место сквозного повреждения ЭКС, что недостаточно для оценки ее ресурса и выбора оптимального способа ликвидации негерметичности ЭКС.

Используя опыт диагностики и мониторинга состояния трубопроводных конструкций [2] институтом «ТатНИПИнефть» и компанией ООО «ЦТД Интроско» разрабатывается и испытывается новая технология диагностики ЭКС с использованием сканирующих магнитных интроскопов (СМИ). Принцип действия СМИ [3, 4] основан на методе регистрации утечки магнитного потока (MFL - метод). СМИ содержит (рис. 1) намагничивающее устройство и многоэлементную систему из датчиков утечки магнитного потока.

Рис. 1 - Структурная схема системы сканирующей магнитной интроскопии: 1 - основная магнитоизмерительная система; 2- бортовой контроллер; 3 - наземный контроллер; 4 - персональный компьютер; 5 - сельсин; 6 - дополнительный модуль; 7 - датчики комплексирования

Намагничивающее устройство создает в стенках ЭКС магнитный поток. При его прохождении через область стенки ЭКС с дефектами или иными особенностями у внутренней поверхности стенки ЭКС формируется магнитный рельеф в виде суперпозиции магнитного поля намагничивания и магнитного поля рассеяния от дефектов и особенностей ЭКС. При перемещении СМИ внутри ЭКС осуществляется считывание магнитного рельефа, по величине и характеру распределения которого можно судить о параметрах дефектов и особенностей стенки ЭКС.

Конструктивно скважинный модуль сканирующего интроскопа МИ-50 состоит из трех блоков (рис. 2), размещенных в едином корпусе: блок магнитной интроскопии (сканер интроскопа), блока магнитно-импульсной толщинометрии (толщиномер) и блока гамма-каротажа (ГК).

2050

. 1580 .

. 860 .

-

С (1 -! : Е

-

—

Толщиномер ГК Сканер

интроскопа

Рис. 2 - Конструкция скважинного магнитного интроскопа

Блок ГК служит для «привязки» к геологическому разрезу всей получаемой информации, а также выявления радиогеохимических аномалий, которые могут оказаться косвенным признаком ухода жидкости за колонну в интервале ее нарушений, а блок толщинометрии -для определения усредненной по окружности толщины стенки ЭКС.

Установление соответствия показаний всех блоков СМИ и глубины ЭКС осуществляется при использовании одометрического блока (сельсина), устанавливаемого на устье скважины. Информация о выявленных дефектах записывается в стационарный или портативный компьютер каротажной станции. Обнаружение, распознавание и оценка дефектов осуществляется путем анализа магнитограмм, полученных в процессе каротажа. Поставляемое с интро-скопом программное обеспечение позволяет проводить расшифровку магнитограмм и интерпретацию данных обследования, подготовку отчетов и архивирование результатов контроля. Программное обеспечение (ПО) позволяет проводить обработку данных, получаемую от всех функциональных блоков СМИ: магнитной интроскопии, толщинометрии и гаммакаротажа. Калибровка системы отсчета глубины СМИ осуществляется в лабораторных условиях с использованием специальных эталонных образцов длины. Ее необходимость обусловлена тем, что для определения глубины используется штатное одометрическое оборудование геофизической партии, точность которого не может быть заранее оценена при изготовлении СМИ. Для

242

градуировки показаний СМИ используется образец ЭКС с эталонными дефектами. В процессе градуировки записываются показания от эталонных дефектов. В дальнейшем они используются при интерпретации диагностических данных для определения параметров и особенностей ЭКС. В процессе геофизических работ при обследовании ЭКС запись диагностических данных в память компьютера сопровождается одновременным выводом на его монитор текущей диагностической информации, позволяющая повернуть изображение, убрать помехи, выбрать соответствие цвета и показаний и т.д.

Интерпретация является наиболее ответственным этапом обработки диагностической информации. В настоящее время интерпретация может осуществляться в ручном и полуавтоматических режимах.

Основные характеристики магнитного интроскопа МИ-50:

- максимальная толщина стенки обследуемой обсадной колонны, мм - 11;

- максимальная скорость диагностики, км/ч - 0,2;

- минимальный условный диаметр выявляемого дефекта типа «сквозное отверстие», мм - 4;

- минимальный размер выявляемого дефекта типа «коррозионная каверна» (длина/ширина), мм - 10/10;

- минимальный размер выявляемого дефекта типа «поперечная щель» длина/раскрытие, мм - 30/10;

- глубина, % от толщины стенки - 40;

- погрешность определения толщины колонны, мм - 0,4.

Технические и эксплуатационные параметры магнитного интроскопа МИ-50 за одну операцию спуска-подъема позволяют: регистрировать дефекты и особенности ЭКС; выявлять коррозионные и усталостные трещины; каверны; язвы; потери металла; конструктивные особенности ЭКС (пакер-гильзы, муфты, центраторы, перфорация и т.д.); оценивать результаты воздействия ремонтного, эксплуатационного, бурового оборудования на стенку ЭКС.

Для диагностического обследования с помощью СМИ не требуется очистки стенок ЭКС до металла и обеспечения высоких показателей дисперсности скважинной жидкости. Критерием пригодности ЭКС к проведению обследования является прохождение шаблона.

На рис. 3 показаны наиболее характерные дефекты, обнаруженные в результате проведения магнитной интроскопии ЭКС.

Рис. 3 - Двухмерные

За период с 2007 по 2010 гг. в ОАО «Татнефть» обследовано 146 скважин. По результатам диагностики выявлено и локализовано более тысячи дефектов ЭКС. Выполнены следующие исследования:

- плановая диагностика ЭКС с оценкой их коррозионного и механического износа;

- определение фактического положения интервалов перфорации с указанием количества (плотности) перфорационных отверстий;

- оценка состояния ЭКС при планировании ремонтных работ;

- оценка эффективности мероприятий по защите ЭКС от коррозии (катодная защита, ингибиторная защита);

- определение качества муфтовых соединений.

В настоящее время разработана и введена в действие нормативная документация, регламентирующая использование технологии магнитной интроскопии [3].

Литература

1. Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах: РД 153-39.0-072-01: утв. М-вом энергетики Рос. Федерации 01.07.01.

2. Абакумов, А.А. Магнитная диагностика газонефтепродуктопроводов / А.А. Абакумов, А.А. Абакумов (мл.). - М.: Энергоатомиздат, 2001. - 440с.

3. Методика обследования технического состояния обсадных колонн скважин с применением магнитного интроскопа: РД 153-39.0-430-05: утв. ОАО «Татнефть» 2006.

4. Фадеев, В.Г. Новые системы сканирующей магнитной интроскопии эксплуатационных колонн скважин / В.Г. Фадеев [и др.] // Сб. науч. трудов ТатНИПИнефть. - 2009. - С. 443 - 458.

© С. А. Долгих - ст. науч. сотр. ин-та ТатНИПИнефть, г. Бугульма, dolg@tatnipi.ru; А. А. Абакумов -канд. техн. наук, технич. директор ЗАО «Интроско», г. Обнинск, introsco@introsco.ru; Р. А. Кайдриков -д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии электрохимических производств КГТУ, krust@kstu.ru; В. В. Баженов - канд. техн. наук, нач-к опытной партии НТУ «ТНГ-групп», г. Бугульма.