Разработка экспресс-технологии виброакустической цементометрии кондукторов (ВАЦ)

Актуальность работы непосредственно связана с проблемами экологии и необходимостью совершенствования геофизического обеспечения мер по защите геологической среди,.

В настоящее время в районах интенсивной нефтедобычи (в частности, на иго. востоке РТ) отмечается загрязнение пресных питьевых вод нефтепромысловыми стоками, одной из причин которого являются дефекты заколонного цемента и обусловленные ими перетоки жидкостей, В связи с этим объединение Татнефть проводит комплекс природоохранных мероприятий" к которым относятся и работы по восстановления герметичности цементного кольца за кондуктором скважины. Сама технология повторного цементирования' в настоящее время достаточно отработана" тогда как существующая методика предремонтной оценки качества цементного кольца за кондуктором весьма трудоемка и недостаточно оперативна. Причина в том" что все существующие технологии исследования заколонного цемента основаны на геофизичнских методах каротажного типа и предусматривают спуск во внутреннее пространство скважины (на каротажном кабеле) соответствующего применяемому методу оборудования. Поэтому проведении собственно цементометрии должны предшествовать установка мачты подъемника и извлечение скважинного оборудования, а также демонтаж и извлечение обсадной колонны до башмака кондуктора. Таким образом, нродрпмпигная оценка качества заколонного цемента традиционными геофизическими методами характеризуется не только значительными «атнриалмшм затратами Сскладывающимися из стоимости привлечения бригады ШЧ1 (капремонта скважин) и спецтехники, недополученной в результате простоя скважины нефти и услуг геофизической партии), но и высокой продолжительностью, составляющей с учетом переезда бригады КРС от нескольких суток, до £в случае затруднений с извлечением эксплуатационной колонии) 2.3 недель, Последнее обстоятельство серьезно ограничивает технические возможности производственных подразделений в плане оперативного контроля текущего состояния заколонного цемента существующего парка как действующих,'так и выведенных из эксплуатации скважин. Это, в свою очередь, негативно влияет на экологическую обстановку в не ф т е д о б ыв ающих регионах,.

В настоящее время задачи локализации конкретных источников техногенного загрязнения пресных питьевых вод успешно решаются методами полевой геофизики (в частности. электроразведки),.

J 1 f \r ijiO^VH в j" IГ a ii|H'I, Si1! < Ни и" <ГИ' IpbifcH1 1 IU «II i f S ?»" I наличием' заколонных менпластовмх перетоков. Для выявления конкретных объектов и интервалов первоочередного повторного цементирования необходимо оперативное исследование заколонного цемента кондуктора, Существующие технологи цементометрии" if ili|i (Л} j, i i 1 j Цfr Hit v jl" r i ri Ни I ! ' ?Uli ]Uj ?f>4 ЧС Г I ' 1 силц своей общей специфики с необходимость списка обоЕшдования в скважину) на сегодняшний день исчерпали резервы существенного повышения оперативности исследований «что обусловливает j i., ил юн.» pa? nun и к (¡-тли kiiiinij ¡-й| ii/ an нщ идлиииш илидущкги иикилениы.

Целы настоящей работы является разработка оперативной экспресс. технологии предремонтной оценки качества цементного кольца за кондуктором, не предусматривающей разгерметизации скважины и спуск в ее внутреннее пространство (или размещения в нем) какого. либо оборудования или приборов,.

В соответствии с целы рньцг^ щ. новные задачи, ¡-ч w^oi в ней, заключаются в следующем: анализ текущего состояния проблемы и путей ее решения, выбор направления исследованийтеоретическое и экспериментальное обоснование требований к основным параметрам технологического процесса BML его методическому. ппнам^урному и программному обеспечениюразработка методического и аппаратурно. программного обеспечения технологии В fillпромысловые испытания и внедрение технологии Bfl. ll^ выработка рекомендаций по im Щ’Ий"-нпциы * слвепшнилиом!!".

Объект исследования выбран с учетом накопленного автором опыта использования трубных элементов конструкции скважины в качестве линии акустической связи с ее призабойной зоной при реализации акустического контроля процессов инициирования и поддержания процесса внутрипла" «иич п нушпио. Это позволило в долиной мере оценить возможную 'тявность исследования упомянутых объектов для решения поставленных задач. Поскольку технология некаротажной Ц| т’чнщгчрчи не имеет известных в мировой практике аналогов, при ее разработке был изучен и использован опит акустической дефектоскопии.

Экспериментальные исследования и последующая разработка методического и аппаратурно-программного обеспечения ВЙЦ велись, в основном, с применением наиболее достоверного метода прямой промысловой опробации. При этом базой сравнения служили результаты комплексного анализа каротажных данных (с обязательным привлечением АКЦ, как наиболее близкого из методов ГИС по своей физической сущности) и сведения о геологическом строении верхней части разреза (т.е. контактирующих с объектом исследования пород), имеющем важное значение как для самого процесса. цементирования кондуктора, так и для оценки результатов его исследования методами цементометрии. •.

Научная новизна работы, по мнению автора, заплиат ы, в первую очередь, в нетрадиционном методологическом подходе к решению задач скваинной цементометрии путем использования в качестве волновода самой колонны кондуктора.

Личный вклад автора заклинается в непосредственном и активном участии как в теоретическом. и экспериментальном обосновании метода некаротажной цементометрии, так и в последующем его практическом воплощении на всех стадиях работы.

Основные положения диссертации и личный вклад, автора нами отражения в соответствующих тематических отчетах ТатНШШнефть и.

ТГРЗ [71.?63, а также в 6 опубликованных им работах, включающих авторское свидетельство и патент на изобретение.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 129 страниц и включает 38 рисунков, 8 таблиц, и список использованных источников из 83 наименований.

Результаты исследования могут быть проконтролированы визуально путем вывода на экран экспоненциальной кривой зависимости амплитуда-глубина в режиме «график», допускающем р. ичшлронж' исследователем любого интересующего его фрагмента кривой (например, для уточнения положения бажмака колонны) в произвольном масштабе путем включения подрежима «лупа». При этом характер и последовательность всех возможных действий оператора поясняется высвечиваемыми на экране «подсказками» .

После визуального контроля файл данных может быть записан на «винчестер'» компьютера в режиме «запись». При этом файл сопровождается комментариями, содержащими сведения о месте проведения исследования (вводятся вручную ит-ратрим), а также дате, времени и параметрах измерения (вводятся автоматически). Кроме того, этот файл (включающий все данные о нем) может быть записан и на 3,5й дискете с целы, например, его обработки на другом компьютере.

Считывание ранее записанных файлов осуществляется в режиме «считывание», при этом файлы в памяти компьютера сгруппированы по директориям, представляющим собой даты проведения исследований" а внутри дирекгорий. расположены в порядки времени записи, являющийся автоматически присваиваемым именем Файла (в дальнейшем файла могут быть переименованы и перегруппированы), Этот режим РП обеспечивает последовательное считывание двух файлов с дальнейшим одновременным выводом их на экран в ремиме «трафик» (первый файл обозначается сплошной, а второй — пунктирной линиями) на предмет визуальной оценки повторяемости картины отражений, Ори этом в нижнем левом углу экрана С рис, 5 л) показывается общий вид экспоненциальных кривых, в средней части — выбранный ' оператором фрагмент кривых в произвольном масштабе по глубине (автоматическое нормирование по амплитуде в подрежиме «лупа» исключает «зашкаливание» кривых), а в правом пишем углу данные, i ииш-п шлющие положению подвижной вертикальной пунктирной риски (глубина и условные значения логарифмов обеих амплитуд). Кроме того, нажатием клавиши F9 на экран могут быть выведены все относящиеся к обоим файлам комментарии (рис, 5),.

В режиме «считывание» имеется подрежим «суммирование», позволяющий оператору проищи и суммирование двух любых выбранных им Файлов (в том числе и суммарных) с целью повышения отношения сигнал/шум.

Выход из РП осуществляется с помощью режима «выход» .

Разработка обрабатывающей программы (ОН) велась в течении нескольких лет в соавторстве с ведущим геологом КГЗ ТГРЭ нЛУшзеевым, Сложность работы заключалась в приведении кривой постепенного (экспоненциального'характера) затухания отраженного эхо. сигнала по глубине (с выделяющимися на ее фоне пиками от дефектов заколонного цемента) к привычному для специалистов виду нШ], Первоначально использованный подход к-обработке результатов Ш1, включающий подбор апроксимирующей кривую экспоненциального типа зависимость, оказался недостаточно продуктивным [71,721 ввиду многочисленности фунций" удовлетворительно описывающих упомянутую кривую по всей ее протяженности. Следствием такого подхода являлась сложность автоматизации процесса обработки, выполняемой в этом случае интерпретатором вручную.

Обнадеживающие результаты при автоматизации процесса построения цементограммы давало использование положительного значения первой производной от амплитуды по глубине, однако, существенным недостатком этого метода являлось то he s о • сл, а о.

4 Р и.

X? в к * в) с* s пштпашмядппшпиашшапшшт S.

Fl-гшошь * Нормировкэ! F2-no пассиву, F3-no /inHse, F4-npnwKa * РИчнФсрмэция.

• i.

О О О о о о птжмммампмпмттмпнтяпп i I ' /|.

V/ ¿-¡-А Я.

I, Г II. I I.

I ¦

V — s /, !

1 '.

I / i i ' i I !

I I. Г S / -" / ,.

1 ''.р л1,.

1 «W I h I il 1 i 1.

V I 1 ч N.

I'. / V 1 ' ' i, i, y, i i i, i «|» |'Tl''rтттттттт^" гrrпnпт^п^^ттт^ ш i I i i ' i i i i 'I I II I i I I I I i i i I I I j I II i i I I I I i i i I I 14 I «M 11 i II «1 'i i 11 I.

53OM 540m 550m 560m 570m 580m 5 i.

I лувииа Значение 1 Значение 2.

554 м.

Sc.

HCC, , m y, e il' il 'an tl.

Л1 ,'ILJ^Il M.

Fl-noMoiife * Нормировка! F2-no массива, F3-по линзе, F4-притирка # F9-информация.

Г" .

0 • 0 • 0 ¦ 0 ¦ 0 • 0 0 0 0 0 H 1 Место South Kieng Dubl 25-g мат, обр 1 Дата 28 /10/1997 Время. 10:12 — 10 ГлУЕИна 1360 метров Кол, цик 10 Скор, 5200 м/сЗондир, '4 Пауза 1000 мкс Период 200 мкс 1 1 1 г 1 1 1 V' W 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Н 2 Место 25-д мат, обр 1 Дата 28 /10/1997 Время 10! 55!12 Глувина 1360 метров кол, цик 10 Скор, 5200 м/с Зондир, 4 Пауза 1000 мкс Период 200 мкс.

1 1 1 1 1 1 II | 1 1 1 V I 1 1 Г | 1 1 V Т III 1 | II III II I Ж 530 м 540м 550 м ТТТТТ" Г’П Г]-¦ГТТ-ГП" Т-1Н~]-Т-Т-ТТТП" ТТТ" Ш 570 м 580м «ТТТТТТТТ 590 м.

ГлУБина Значение 1.

Значение 2.

554 м м.

482 у, е, линза обстоятельство, что на цементограмме отражались лишь интервал" нарастания амплитуда отраженного сигнала, а информация о ниспадающейчасти амплитудных пиков утрачивалась, ухода в отрицательные значения первой производной, не отражаемые на цементограмме. Следствием этого являлась неполнота построенных цементограмм: на них отмечались лишь головные части дефектов заколонного цемента.

Наилучший результат был получен при использований алгоритма построения цементограммы, основанного на вычислении значения относительной амплитуды сигнала fio, представляющей собой разность текущего значения амплитуды йт и предыдущего минимального значения• на кривой затухания йп, отнесенную к текущей амплитуде в соответствии с выражением:

ЙО = £ЙТ. fifi)/иТ.

При этом на цементограмму наносились лижь положительные значения относительной амплитуды, соответствующие дефектам заколонного цемента. Недостатком зтого алгоритма построения цементограмм являлось повыжение относительной высоты соответствующих дефектам цемента пиков по мере уменьжения значений текущей амплитуды йт, т. е. в нижней части исследуемой колонны. С целью устранения этого недостатка в обрабатывающую программу было введено переменное значение коэффициента контрастности Кк по глубине, определяемое величиной Йт. Кроме того, для случаев обработки ' нетипичных цементограмм была предусмотрена возможность ручной корректировки Кк интерпретатором с одновременным введением (при необходимости) коэффициента фильтрации Кф, отсекающего не поддающиеся интерпретации низкоамплитудные сигналы и численно равному величине отсекаемой по основанию пиков. амплитуды в Обработанные с помощью ОН данные могут быть сразу распечатаны в виде цементограммы или записаны в цифровом виде с последующим построением цементограммы с помощью предназначенной для этой цели вспомогательной программы.

К вспомогательным относятся вмнеупомянутая программа построения цементограмм по обработанным данным «Grafceient» — и конвертер («КопуеИ») для перевода записываемых. РП в компактном машинном (двоичном) коде данных в Форму таблицы глубина-амплитуда, представляемую в десятичных цифрах и пригодную дла считывания Ш.

5.3. Методика производства ВАЦ •.

5.3.1. Подготовка и проведение исследований.

Осуществление технологии ВАЦ включает в себя подготовку и проведение исследований с последующей обработкой полученных данных и интерпретацией результатов исследований, представляемых в виде цементограмм. Исследования ведутся с помощью виброакустического цементомера [82,831, включающего полное аппаратурно. программное обеспечение технологии.

При проведений работ и техническом обслуживать .¡-:.^-.-нтомера выносные датчики (приемник и излучатель) и дрщи": блоки аппаратуры не должны подвергаться ударам, а' апвинительные кабели.рывкам. При проведении работ с злектриишшшем от бортовой сети автомобиля не допускается включение его двигателя (зажигания). Прогрев салона в зимнее время и подзарядку аккумулятора следует осуществлять только в промежутках между исследованиями (или применить дополнительный аккумулятор). Проведение работ допускается лишь при полностью герметичной устьевой арматуре скважины по жидкости и газу. Перед началом работ скважинное оборудование (станок.качалка, ВЦП) должно быть отключено на время проведения измерения (1 — 2 часа). Не допускается подключение или отключение кабельных разъемов цементомера при включенном электропитании. Перед началом работ тщательно проверить состояние изоляции и соединительных разъемов шнуров и кабелей. Не допускается работа с цементомером при повреждении изоляции или разъемов.

Подготовка к работе.

1) Проконтролировать состояние устьевой арматуры скважины на предмет отсутствия пропусков жидкости и газа.

2) Остановить полевую лабораторию (автомобиль) на расстоянии 5. м от устья скважины с наветренной стороны.

3) Заземлить корпус автомобиля (полевой лаборатории), используя для этой пели заземление скважины. Сопротивление заземления не более 4 Ом (проверяется соответствующим прибором. тестером, омметром), .

4) Отключить электрооборудование скважины {станок-качалку, ЭЦН). Отключение производит представитель производственного подразделения-заказчика или лицо из состава исследовательской бригадв, имеющее квалификационную группу по электробезопасности не ниже 3,.

5) Освободить верхний торец исследуемого элемента конструкции скважины от грунта на высоту 5. 10 см и очистить его от грязи и ржавчины.

6) Разметить на поверхности торца исследуемого элемента 2 диаметрально расположенные контактные площадки под установку датчиков. Ори необходимости выравнять площадки молотком (кувалдой) и промыть водой (загрязнения нефтью удаляются бензином). При выравнивании торца применять безискровой инструмент.

7) Визуально проконтролировать комплектность цементомера, исправность и правильность подключения кабельных разъемов (рис. 5.6, 5.7), целостность изоляции соединительных жнуров и кабелей.

8) Приготовить алебастровый раствор смешиванием 50 мл воды и 100 г алебастра. Раствор использовать в течении 5. 10 минут с момента приготовления. л) Нанести на контактные площадки ровным слоем раствор алебастра. На одну площадку установить излучатель, на другую. приемник. При установке датчики утапливать в раствор алебастра до контакта с металлом• и ориентировать их в вертикальном направлении (при необходимости, временно фиксируя их вспомогательными средствами). После установки выдержать время схватывания алебастра (5.: 10 минут).

10) Подключить цементомер к источнику питания (автомобильному аккумулятору). При работе в зимнее время салон автомобиля (полевой лаборатории) должен отапливаться, поэтому питание цементомера необходимо осуществлять от дополнительного аккумулятора, плюсовой вывод которого на время проведения измерения отключается от бортовой сети автомобиля. 3.

6 1.1 •1 0 / и i 2 4 !.".".! 5 1 1 е 0? О I П.

Рис, 5,6, Назначение кабельных разъемов и выключателей на задней панели аппаратного блока (наименование подключаемых блоков II функций выключателей): I — блок питания-? принтера- 3. излучатель- 4 — клавиатура- 5 .ь питания- 0. кнопка очистки оперативной памяти Ггеве’г]- 7 нришнр- 8. вспомогательный (используется' только при наладке аппаратуры) — 9. излучатель.

Pic J J, Блок. схема цементомера:

I — излучатель, 2. приемник, 3. аппаратный блок,.

4. исследуемая колонна.

Проведение исследований.

1) Вкдгать электропитание цементомера. После загрузки операционной системы (на видеомониторе высвечивается нортон.