СПОСОБ ОЦЕНКИ ПОВРЕЖДЕНИЙ ОБСАДНЫХ КОЛОНН НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН
OIL-AND-GAS WELL CASING FAILURE ASSESSMENT METHOD

Изобретение относится к области геофизических исследований и может быть использовано для диагностики технического состояния обсадных колонн скважин нефтегазовых месторождений.
Длительный срок эксплуатации скважин нефтегазовых месторождений и ПХГ понижает качество технического состояния обсадных эксплуатационных колонн. Возникает многообразие сочетающихся коррозионных и механических видов повреждений внутренней поверхности колонн стенок колонн, лимитирующих их прочность при конкретных условиях предельных внутренних и внешних давлений. Высокое содержание агрессивных компонентов в продукте скважины нефтегазовых месторождений, таких как сероводород, кислород и др., способствует интенсивному коррозионному повреждению металла труб. В процессе эксплуатации и проведения периодических технологических операций при капитальном ремонте скважин дополнительно возникают разного рода механические повреждения стенок труб. В соответствии с нормативно-техническими документами (например, СТО Газпром 2-2.3-145-2007 «Инструкция по техническому диагностированию скважин ПХГ» и СТО Газпром 2-2.3-312-2009 «Методика проведения технического диагностирования газовых и газоконденсатных скважин газодобывающих предприятий ОАО «Газпром») в задачи технического диагностирования обсадных колонн скважин геофизическими методами входит выявление повреждений внутренней поверхности эксплуатационной колонны -коррозионных и механических (износа, трещин, порывов, порезов и т.д.). Используемые при оценке остаточной прочности труб для последующей их безопасной эксплуатации алгоритмы расчета различны для каждого отдельного вида и варианта сочетающихся повреждений, таких как утонение стенок труб при общем коррозионном износе, желобообразные выработки, U- и V-образные повреждения (например, СТО Газпром 2-2.3-117-2007 «Инструкция по расчету поврежденных и находящихся в особых условиях эксплуатационных обсадных колонн», СТО Газпром 2-3.2-346-2009. «Инструкция по расчету долговечности и остаточного ресурса скважин»). Таким образом, при диагностике технического состояния обсадных колонн скважин чрезвычайно актуальной задачей является выявление, идентификация и измерение геометрических размеров повреждений. При диагностировании технического состояния обсадных эксплуатационных колонн важной задачей является прямое дистанционное обследование стенок по всей длине труб с применением геофизических технологий на основе применения сканирующей аппаратуры высокого разрешения.
Из современного технического уровня известны способы оценки повреждений стенок обсадных труб (коррозионных повреждений стенок, механических воздействий на стенки колонн различными видами перфорации и др.), использующие сканирующие геофизические методы.
Известен способ контроля технического состояния обсадных колонн скважин с применением аппаратурно-программного комплекса видеокаротажа АВК-42М [1]. По данным временных и амплитудных характеристик отраженного акустического сигнала метод позволяет получать развернутое изображение поверхности стенки скважины. Полученные видеограммы используются для обнаружения каверн, трещин, интервалов коррозионного повреждения обсадной колонны, количества и местоположения перфорационных отверстий. Проявление одиночной коррозионной язвы отмечается на видеограмме темным пятном. Множественные язвы и самые крупные из них, выявленные электромагнитным дефектоскопом ЭМДС-С, характеризуются АВК-42М как интенсивной внутренней площадной коррозией. Также существенное уменьшение толщины стенки скважины, измеряемое прибором ЭМДС-С, на видеограмме АВК-42М отмечается потемнением цветовой окраски, связанным с падением интенсивности отраженного сигнала.
Недостатком этого способа является то, что применяемые средства обработки исходных данных и варианты визуализации разного рода повреждений стенок колонны позволяют охарактеризовать их только на качественном уровне.
Путем физического моделирования и скважинных исследований показана возможность определения линейных размеров повреждений стенок труб с применением сканирующей аппаратуры высокого разрешения - скважинного акустического телевизора САТ-4М [2]. Объектом скважинных исследований являются механические выработки обсадных колонн, выполненные сверлящим керноотборником СКМ-8-9 и точечно-щелевой перфорации ТЩ-ГПП. Показано, что изображение внутренней поверхности в трехмерном измерении 3D позволяет оценить конфигурацию и размеры отдельных выработок, идентифицировать их как сквозные.
Недостатком этого способа является то, что показана разрешающая возможность аппаратуры сканирующего акустического метода и возможность оценки линейных размеров отдельных выработок стенок труб в заведомо известных участках воздействия.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ [3] определения геометрических размеров повреждений внутренней поверхности стенок труб, основанный на применении скважинного акустического сканера на высокочастотных отраженных волнах САС-90. Аппаратура обладает расширенными функциональными возможностями (500 точек измерений по периметру трубы) в обсаженных скважинах по выявлению различных видов перфорации, определения местоположения и количества перфорационных отверстий в обсадных колоннах, обнаружению в них различного рода нарушений и дефектов. Высокое разрешение с дискретностью 1.0 мм обеспечивает точное видеоизображение внутренней поверхности стенки колонн по амплитудным характеристикам отраженного сигнала. Для более наглядного представления возможно построение трехмерного изображения. По измерению временных характеристик прихода отраженной волны от стенки колонны возможно определение геометрических характеристик труб (внутреннего профиля).
Недостатком этого способа является то, что при широких функциональных возможностях сканирующей аппаратуры решаются технические задачи на качественном уровне - визуальное выявление локальных участков повреждений стенок труб по видеоизображениям, а из геометрических характеристик труб количественно оценивается только их внутренний профиль.
Существующие подходы к решению проблем технической диагностики, основанные только на упрощенных методах оценки повреждений труб, не позволяют с полной достоверностью оценить безопасность при эксплуатации обсадных колонн нефтегазовых скважин в целом.
Предлагаемый способ оценки повреждений обсадных колонн нефтегазовых скважин основывается на учете всего необходимого комплекса оценочных количественных характеристик, которые формируют уровень безопасности конструкции в конкретных условиях функционирования - предельных внутренних и внешних давлениях.
Технической задачей изобретения является повышение достоверности выявления различных видов повреждений стенок колонн и точности оценки их количественных характеристик.
Технический результат достигается за счет того, что согласно предлагаемому изобретению по результатам акустического секторного сканирования осуществляется построение цифровой трехмерной модели рельефа внутренней стенки обсадных колонн путем измерений глубины повреждений по секторам на каждом кванте глубины при ее дистанционном зондировании средствами геофизических исследований. Цифровую модель используют для решения технических задач: идентификации многообразных видов (коррозионных, механических) повреждений, количественной оценки их площадных и объемных характеристик и выполнения статистической обработки результатов, как для отдельных интервалов труб, так и в целом для обсадных колонн скважин.
Техническая задача решается следующим образом.
При диагностировании технического состояния обсадных эксплуатационных колонн выполняют обследование внутренней стенки колонны по секторам на каждом кванте глубины с применением акустического сканера на отраженных волнах высокого разрешения (например, 500 секторов для аппаратуры САС-90). По измерению времени прихода отраженной волны от стенки колонны с учетом скорости ультразвука в скважинной жидкости определяют глубину повреждений. По результатам сканирования выполняют построение цифровой трехмерной модели рельефа внутренней стенки обсадных колонн, координатами которой служат текущая глубина, круговая развертка поверхности 360° и глубина повреждений стенок. С использованием трехмерной модели рельефа внутренней стенки колонн выполняют идентификацию, количественную оценку площадных и объемных характеристик многообразных видов повреждений.
Идентификацию видов повреждений осуществляют путем сравнения геометрических размеров повреждений по площади, периметру и вдоль внутренней поверхности и глубины повреждений стенок колонны (утонения). Например, в соответствии с ГОСТ 9.908-85 «Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости» разделяют следующие типы коррозии: питтинговая коррозия - коррозионное поражение глубиной значительно больше ширины, коррозионная язва - коррозионное поражение глубиной приблизительно равной ширине, коррозия пятнами - мелкое коррозионное поражение неправильной формы и др. Механические повреждения (царапина, выработка) идентифицируются как продольная механическая выработка или царапина, если длина намного больше ширины повреждения.
Для количественной оценки степени повреждений труб используются исходные данные в виде цифровой формы модели объекта и способ их структурного описания путем интерполяции. Для построения цифровой модели внутренней поверхности колонн применена известная методика, позволяющая моделировать поверхность рельефа сложного строения [Мусин О.Р. Цифровые модели для ГИС //Информационный бюллетень. ГИС-Ассоциация. 1998. №4 (16). С. 30]. Области применения таких цифровых моделей рельефа разнообразны, например при картографии, строительном проектировании и т.п.
Технический результат заявляемого технического решения иллюстрируется Фиг. 1-5.
На фиг. 1 приведена цифровая модель рельефа внутренней стенки (повреждений)фрагмента обсадной колонны (питтинговая коррозия, коррозионная язва, коррозия пятнами и механическая выработка).
На фиг. 2 приведена видеограмма рельефа внутренней стенки фрагмента обсадной колонны.
На фиг. 3-5 приведены результаты количественной оценки выявленных коррозионных повреждений внутренней стенки обсадной колонны.
На фиг. 3 приведена гистограмма распределения количества повреждений (Σпов) глубиной более 1.5 мм внутренней стенки обсадной колонны по трубам.
На фиг. 4 приведена гистограмма, отражающая площадь (S) выявленных повреждений обсадной колонны относительно площади внутренней поверхности по трубам.
На фиг. 5 приведена гистограмма, отражающая объем выявленных повреждений обсадной колонны (Vпов) относительно объема металла труб.
Экономическая эффективность предлагаемого способа оценки повреждений обсадных колонн нефтегазовых скважин обусловлена высокой достоверностью выявления и точностью определения геометрических размеров повреждений стенок обсадных колонн, обуславливающих техническую и экологическую безопасность эксплуатации скважин.
Источники информации
1. Ташбулатов В.Д., Еникеев В.Н., Гайфуллин М.Я. и др. Возможности аппаратно-программного комплекса видеокаротажа малого диаметра АВК-42М. НТВ «Каротажник», №7-8 (148-149), стр. 242-254, 2006 г.
2. Марков В.А., Масленников В.И., Шулаев В.Ф., Еремин Л.Ю., Кузичкин Н.А. Опыт применения скважинного акустического телевизора для определения размеров дефектов и повреждений обсадных колонн. НТВ «Каротажник» №9 (207), 2011, стр. 39-47.
3. Терехов О.В., Горохов В.М., Садыков А.Р. и др. Акустический сканер САС-90 как инструмент для решения геолого-геофизических задач при исследовании скважин. НТВ «Каротажник», №7-8 (217-218), стр. 25-34, 2012 г.