Способ определения герметичности колонны и хвостовиков
METHOD FOR DETERMINATION OF TIGHTNESS OF COLUMN AND SHANKS

Изобретение относится к области добычи жидких и газообразных полезных ископаемых, преимущественно углеводородов, а именно к проверке герметичности узлов и элементов при строительстве скважин, в том числе обсадных и эксплуатационных колон.
Известно (RU, патент 2700425, опубл. 17.09.2019.) устройство для опрессовки колонны труб в скважине, содержащее запорный орган, снабженный подъемным канатом и ответно выполненный посадочной поверхности в колонне труб, причем канат в нижней части снабжен поплавком с центральным сквозным отверстием с возможностью относительного перемещения вдоль каната, в котором ниже поплавка установлен неподвижный упор с возможностью взаимодействия с нижним торцом поплавка, при этом поплавок оснащен приборами и соединен с запорным органом посредством как минимум одной разрывной нити, при этом длина участка каната между запорным органом и поплавком больше длины нити. Данное устройство позволяет осуществить опрессовку колонны НКТ быстро извлекаемым запорным органом с одновременным определением негерметичных мест колонны труб.
Недостатком известного устройства можно признать невозможность определения герметичности во время работы скважин, наличие специализированного оборудования, неточность определения негерметичности.
Известен (RU, патент 2155261, опубл. 27.08.2000) способ испытания обсадных колонн газовых скважин на газогерметичность, включающий спуск бурильных труб до искусственного забоя зацементированной обсадной колонны газовой скважины, замену бурового раствора на техническую воду и проведение опрессовки. Опрессовку производят столбом газообразного агента, проникающая способность которого через негерметичности в колонне существенно выше, чем у любой жидкости, плавным поднятием давления в затрубном пространстве до давления испытания колонны на герметичность с помощью воздушного компрессора при изливе воды по бурильным трубам в мерную емкость, наблюдая за изменением объема воды в мерной емкости и давления в затрубном пространстве в течение 12 ч в репрессионном режиме, затем стравливают давление в затрубном пространстве до атмосферного и прослеживают изменение сниженного уровня жидкости в трубах глубинными приборами в депрессионном режиме через каждые 2 ч.
Недостатком известного способа следует признать большое количество операций и временных затрат, наличие специализированного оборудования, неточность определения герметичности.
Известно (RU, патент 2283940, опубл. 20.09.2006) устройство для контроля герметичности обсадной колонны, содержащее два пакера аналогичной конструкции, каждый из которых включает эластичную манжету и подвижный и неподвижный упоры, гидроцилиндры, включающие ствол с радиальными каналами и корпус, перепускной клапан, включающий запорный орган и каналы, сообщающие внутреннее пространство устройства с межтрубным пространством, и обратный клапан в нижней части. Каждый пакер снабжен радиально-ориентированными упорами-якорями, выполненными в виде отдельных секторов, к которым привулканизирована эластичная манжета, причем их якорные участки находятся на наружной поверхности; упоры-якоря с внутренней стороны имеют конусные выборки, взаимодействующие с адекватными конусными выборками неподвижного и подвижного упоров, последний подпружинен в осевом направлении; перепускной клапан расположен между пакерами, а его каналы находятся в радиально-осевых трубках, связанных с корпусом клапана и перекрытых подпружиненными тарельчатыми запорными органами; снабжено тарельчатым подпружиненным клапаном, седло которого соединено с неподвижным упором верхнего пакера, а направляющая рамка запорного органа упомянутого клапана с кольцевым уступом вверху входит телескопически в соединительный патрубок с кольцевым уступом внизу, а наружный кольцевой уступ последнего в нижней части входит в свою очередь телескопически в корпус клапана с кольцевым уступом в его верхней части; снабжено расположенным над тарельчатым подпружиненным клапаном и жестко связанным с соединительным патрубком корпусом с радиальными каналами и перекрывающим их седлом, соединенным с корпусом срезными элементами, запорным органом для сбрасывания во внутрь устройства перед его подъемом из скважины с возможностью посадки на седло и открытия радиальных каналов.
Недостатком известного технического решения можно признать ненадежность технического решения, большое количество операций и временных затрат, наличие специализированного оборудования, неточность определения негерметичности.
Наиболее близким аналогом разработанного способа можно признать (RU, патент 2605854, опубл. 12.2016) способ испытания скважины на герметичность под давлением с использованием системы, предназначенной для испытания затрубного барьера, расположенного между первой металлической обсадной колонной или стволом скважины и второй металлической обсадной колонной, система затрубных барьеров содержит: первый затрубный барьер и второй затрубный барьер, при этом каждый барьер содержит трубчатую часть, выполненную из металла и вытянутую в продольном направлении для установки в качестве части второй металлической обсадной колонны, разжимную металлическую муфту, окружающую трубчатую часть и соединенную с ней, и образующую пространство затрубного барьера; и первый проход для текучей среды в трубчатой части для впуска текучей среды в пространство затрубного барьера для разжимания муфты, причем система затрубных барьеров дополнительно содержит датчик, выполненный с возможностью измерения характеристики текучей среды для определения состояния кольцевого пространства, причем характеристика представляет собой температуру, давление, присутствие газа или присутствие химического индикатора, и расположенный в соединении с трубчатой частью, при этом, когда разжимные муфты разжаты с примыканием к первой металлической обсадной колонне или стволу скважины, между затрубными барьерами образовано первое кольцевое пространство, и датчик расположен для определения состояния кольцевого пространства с целью испытания изоляционной способности, по меньшей мере, одного из затрубных барьеров, причем способ включает следующие этапы разжимание разжимных муфт первого и второго затрубных барьеров с обеспечением тем самым наличия кольцевого пространства, создание увеличенного значения характеристики текучей среды в кольцевом пространстве и измерение характеристики посредством датчика.
Недостатком известного способа следует признать сложность и ненадежность, большое количество операций и временных затрат, наличие специализированного оборудования, неточность определения негерметичности.
Техническая проблема, решаемая реализацией разработанного способа, состоит в расширении ассортимента средств обнаружения негерметичности обсадных, эксплуатационных труб и хвостовиков.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанного способа, состоит в получении полной и достоверной информации о герметичности обсадных, эксплуатационных колонн, хвостовиков и узлов скважин даже во время эксплуатации. Это позволит своевременно принять меры по ликвидации негерметичностей и позволит сделать добычу более эффективной.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ определения герметичности колонн и хвостовиков. Согласно разработанному способу определения герметичности колонн и хвостовиков с использованием маркирующих веществ, при строительстве скважин в состав обсадных труб, эксплуатационной колонны или хвостовика в местах, которые будут в последствии проверять на герметичность, размещают контейнеры, которые способны выделять маркирующие вещества в проходящий флюид, после размещения обсадных труб или хвостовика в скважине пространство между породой и обсадными трубами цементируют, причем контейнеры с маркерными веществами расположены внутри цементного камня или того пространства, где необходимо контролировать отсутствие потока скважинного флюида, проверяют скважинный флюид на выходе из скважины на маркерные вещества и определяют герметичность скважинного оборудования по отсутствию во флюиде маркирующих веществ.
В некоторых вариантах реализации разработанного способа по результатам анализов жидкости на наличие маркерных веществ определяют место негерметичности колонны, зацементированного хвостовика или цементного камня.
В других вариантах реализации разработанного способа по результатам анализов скважинного флюида на устье скважины на наличие маркерных веществ определяют количественные показатели потока при негерметичности колонны, зацементированного хвостовика или цемента.
Возможно, по наличию и количеству маркерного вещества в добываемом скважинном флюиде определять межколонные перетоки и/или определять герметичность подвески или головы хвостовика.
Предпочтительно каждый контейнер (матрица) содержит тип метящего вещества, позволяющего однозначно определить контейнер и, следовательно, место его расположения в скважине.
Контейнер веществ, выполнен из материала растворимого во флюиде, например, только в углеводородах, или только в воде. газе.
В качестве метящих веществ могут быть, в частности, использованы материалы, традиционно используемые в качестве индикаторов при контроле добычи и транспортировки углеводородов. Способ контроля метящих веществ определяет природа веществ.
Далее будет приведен пример реализации способа.
При реализации способа устанавливают на оборудование нижнего заканчивания скважины контейнеры, содержащие метящие вещества. Различные участки скважины оборудуются различными контейнерами с различными метящими веществами. Контейнеры обладают свойством медленно растворяться только в первоначальной углеводородной среде, либо только в воде, либо только в газе при пластовом давлении и температуре. В случае прохождения углеводородов, воды или газа вблизи контейнеров, материал контейнеров начинает разлагаться/разрушаться и выделять запакованные метящие вещества.
Систематический отбор поверхностных проб и их химический анализ на наличие метящих веществ в пластовом флюиде на выходе из скважины даст возможность не только определить время поступления углеводородов, воды (газа) через негерметичность, а также сделать количественные оценки, но и локализовать место негерметичности (так как различные интервалы скважины оборудованы различными метящими веществами).
Ниже приведены некоторые возможные варианты размещения контейнеров с метящими веществами:
- В случае заканчивания скважины противопесочными фильтрами (проволочными, сетчатыми, из металлической стружки и другими), контейнеры с метящими веществами устанавливают на внешней поверхности базовой трубы. Как разновидность данного варианта существует возможность установить контейнеры с метящими веществами на внутреннюю либо внешнюю поверхность фильтра;
- Для многозабойных скважины и скважин с совместно-раздельной эксплуатацией возможно использование коротких патрубков с предустановленными контейнерами, содержащие метящие вещества. Указанные патрубки включают в компоновку нижнего заканчивания, устанавливают в необходимых интервалах и используют для мониторинга. В случае заканчивания скважины щелевыми хвостовиками или перфорированными трубами, данную компоновку также можно будет доукомплектовать патрубками с контейнерами.
- Для определения герметичности изолирующих элементов (пакеров) или пакерных мостов. В этом случае в состав пакеров между эластомерами, например, включаются контейнеры, содержащие трассерные или маркерные вещества, при негерметичности изоляции эти вещества имеют возможность выйти в протекающий поток флюида. По присутствию этих веществ при отборе проб на устье скважины, возможно сделать однозначный вывод о наличии герметичности изолирующих элементов.
Метящими веществами могут являться более 100 различных веществ.
В частности, для определения поступления воды в горизонтальную скважину предварительно всю скважину разбивают в зависимости от профиля проницаемости и близости водоносных слоев на несколько интервалов. Заканчивание осуществляют противопесочными проволочными фильтрами, для изоляции интервалов используют разбухающие пакеры, установленные на границах интервалов. В этом случае, метящие вещества, которые могут быть использованы в контейнерах, устанавливаемых таким образом, чтобы был контакт с жидкостью, поступающей из пласта в скважину. В каждом интервале скважины устанавливают один вид метящих веществ (например, первый интервал - роданистый аммоний, второй - мочевина, третий - тиокарбамид, четвертый - тринатрийфосфат и т.д.). Для определения местоположения поступления берут пробы на устье и определяют, какие метящие вещества присутствуют в большем количестве в пробе. По этим данным определяют интервал, из которого поступает та или иная жидкость, то есть присутствует негерметичность, и предпринимают необходимые меры по его устранению.