Расходометрия и дебитометрия .

Осуществляется с помощью механических или термокондуктивных расходомеров (дебитомеров), опускаемых в исследуемую обсадную колонну на каротажном кабеле.

Механические дебитомеры (расходомеры) представляют собой тахометрические преобразователи скорости потока жидкости или газа в число импульсов в единицу времени. Чувствительным элементом служит турбинка, вращающаяся набегающим потоком того или иного флюида.

Расходограмма и дебитограмма обычно представляет собой зависимость показаний механического расходомера (дебитомера) в импульсах в минуту от глубины. На дебитограммах работающие и принимающие интервалы выделяются по увеличению числа импульсов, прямо пропорциональных скорости потока жидкости.

Для проведения работ необходим продавочный агрегат с запасом жидкости, объем которой превышает объем ствола скважины.

Наиболее простым при определении глубины повреждения обсадных колонн является случай, когда скважина не перфорирована, призабойная зона герметична, а жидкость при закачке уходит через место повреждения обсадной колонны. Если расход жидкости составляет более 150–200 м³ в сутки, то глубина повреждения четко отмечается по кривой непрерывной записи расходометрии. В сложных случаях, когда имеется несколько повреждений в обсадных колоннах или расход жидкости через участки нарушения герметичности незначителен (менее 100 м³ в сутки), в качестве дополнительного метода может быть использована термокондуктивная дебитометрия.

Термокондуктивные дебитомеры (расходомеры) работают по принципу термоанемометра – набегающий поток жидкости охлаждает нагретую электрическим током спираль и тем самым изменяет ее электрическое сопротивление. Они обладают более высокой чувствительностью, чем механические расходомеры и дебитомеры. Однако показания термокондуктивных дебитомеров и расходомеров зависят не только от количества, но и от состава флюида, протекающего по обсадной колонне. Это создает дополнительные трудности при оценке характера и величины повреждения обсадной колонны.

 

Метод термометрии.

Метод термометрии основан на регистрации возникающих температурных аномалий в местах повреждений обсадных колонн при притоке или поглощении контрастной по температуре жидкости.

При определении места притока пластовой воды скважину заполняют жидкостью, температура которой отличается от температуры пластовой воды. Для регистрации относительного изменения температуры применяют дифференциальные термометры (градиент-термометры и аномалий-термометры). В отличие от показаний, зарегистрированных обычным термометром на термограмме дифференциального термометра будет получена прямая линия, параллельная оси глубины в неповрежденном участке обсадной колонны.

Аномалий-термограммы дают представление о форме и амплитуде отклонения аномалий температуры, а градиент-термо-граммы позволяют более точно определить местоположение границ аномальных зон. Благодаря высокой чувствительности дифференциальная термометрия также может быть использована для определения:

· интервалов прострела (перфорации) эксплуатационных колонн;

· интервалов внутриколонных перетоков флюидов;

· интервалов межпластовых перетоков флюидов по заколонному пространству скважин;

· мест негерметичности (утечек) в эксплуатационной колонне или НКТ и т.д.

Недостатком метода термометрии является длительность процесса исследования в связи с ожиданием установившегося температурного режима. Поэтому термометрия обычно применяется совместно с другими методами исследования технического состояния обсадных колонн.

Метод резистивиметрии.

Метод резистивиметрии основан на измерении удельного электрического сопротивления жидкости с помощью скважинного резистивиметра в сочетании с операциями, вызывающими приток или поглощение жидкости через место повреждения.

Недостатками метода являются:

· невысокая точность определения места повреждения из-за перемешивания жидкостей;

· обнаруживается, как правило, только наиболее значительное повреждение;

· необходимость проведения неоднократных замеров.

Надежность обнаружения мест негерметичности рассмотренными выше методами зависит от ряда факторов, основными из которых являются объем уходящей жидкости через место повреждения, приемистость скважины и количество повреждений.

Таким образом, рассмотренные выше методы оценки технического состояния обсадных колонн позволяют лишь определять наличие и интервалы повреждений без их количественных характеристик.

Другими их недостатками являются длительность проведения исследований и большая трудоемкость.

Методы контроля технического состояния обсадных колонн, рассматриваемые ниже, обладают большими возможностями.

 

Оптический метод.

Этот метод получил развитие в России и за рубежом с выпуском специальной скважинной аппаратуры. В 1961 г. в СССР начато производство скважинных фотоаппаратов типа ФАС-1, предназначенных для фотографирования стенок скважин с целью изучения строения горных пород (трещиностойкости, слоистости и т.п.), а также технического состояния обсадных колонн в сухих скважинах и заполненных прозрачной жидкостью.

ФАС-1 имел боковой обзор через наклонное зеркало и позволял вести съемку одиночными кадрами или сериями кадров на заданной глубине или при движении. Для получения панорамного изображения производилось фотографирование стенок скважин под разными азимутальными углами и монтаж снимков. В более поздних моделях – в фотоаппаратах ФКС-2 и ФКС-3 использовался способ кругового обзора для получения целостного кругового изображения интервала стенки скважины или обсадной колонны с использованием отражающей поверхности второго порядка. Эти фотоаппараты позволяли получать ориентированные круговые фотографии стенок скважин хорошего качества, полностью используя возможность метода фотографирования.

В США и Нидерландах оптический метод также широко применялся для исследования скважин. Зарубежные фотоаппараты в основном аналогичны описанным выше.

В СССР также была разработана фототелевизионная установка ФТСУ, в которой телевизионная камера совмещалась с фотоаппаратом и осветителем. Для кругового обзора предусматривалось вращение наклонного зеркала. Фотографирование производилось на фотопленку шириной 16 мм. Угол зрения – 16 градусов, число кадров – 50, длина кабеля до 3000 м.

Для осмотра стенок необсаженных и обсаженных скважин в США использовались телевизионные установки, разработанные фирмами «American Pipe Cleaning Co» и «Lourens Radiation Laboratory».

Стенки скважин освещались электрической лампой мощностью 1000 Вт в первом случае и группой из 12 ламп, расположенных таким образом, чтобы освещать скважину под углом 120° – во втором. Включая тот или иной ряд ламп, можно изменять освещение для получения теневых эффектов от трещин и других повреждений.

Для защиты от высокой температуры предусматривался специальный кожух, заполненный фреоном или жидким азотом.

Фирма «Schell Development» разработала скважинную телевизионную систему, позволяющую наблюдать за состоянием стенок с одновременным определением азимута. Забойная аппаратура диаметром 120 мм спускалась на специальном армированном коаксиальном кабеле, имеющем основную центральную жилу и одиннадцать вспомогательных. Кабель наматывался на обычную лебедку геофизического подъемника. Освещение участка скважины осуществлялось от двух электроламп. При изменении интенсивности света верхней и нижней ламп можно судить об относительных положениях обозреваемых объектов, фиксируя при этом положения теней и световых эффектов при различном освещении.

В забойной аппаратуре установлено вращающееся зеркало, наклоненное под углом 45° к вертикали и позволяющее рассматривать участок стенки размером 90 × 122 мм в обсаженной или необсаженной скважине диаметром 222 мм. Небольшой магнитный компас, отражающийся в зеркале, позволяет в необсаженной скважине определить азимут изображения элементов ее стенок.

Телевизионная система работоспособна при давлении до  3,5 МПа, температуре 50 °С и глубине до 1380 м.

В настоящее время за рубежом фирмой «Huliberton» разработан новый метод использования телевизионной камеры для непосредственного наблюдения за состоянием бурильного инструмента в скважине, а также за наличием любых предметов на ее забое. Телевизионную камеру спускают в скважину на колонне бурильных труб и НКТ. Для обеспечения наблюдений вокруг телевизионной камеры создают оптически чистую зону путем закачки воды или специальной прозрачной жидкости. Данный метод визуального наблюдения запатентован в США и Великобритании. Оптический метод контроля, реализованный в описанной аппаратуре, может быть использован в прозрачных средах (газ, воздух, вода, прозрачный конденсат). Он не позволяет количественно определить величину износа обсадных колонн, их проходное сечение, внутренний диаметр, наличие вздутий или смятий, отличить задиры и порезы на внутренней поверхности обсадных труб от сквозных трещин.

 

Акустические методы.

В России и за рубежом широко применяются акустические методы для решения задач поисково-разведочной и промысловой геологии, определения параметров горных пород через обсадную колонну, контроля качества цементирования скважин, определения технического состояния обсадных колонн и т.д.

Однако следует отметить, что:

· акустические сигналы, отраженные от стенок обсадных труб, зависят от физических свойств поверхности (гладкая, твердая или мягкая), а также от угла наклона ее относительно направления ультразвукового луча и эксцентриситета акустических приборов в обследуемых обсадных колоннах (эксцентриситет не должен превышать 8 мм, а перекос прибора – всего 0,4°;

· наличие отложений на внутренних стенках обсадной колонны (парафина, карбонатов, корок различного происхождения, продуктов коррозии и т.д.), резко снижает эффективность акустических методов;

· шероховатая или изъязвленная внутренняя поверхность обсадных труб приводит к ошибкам измерений, достигающим         30 % от фактической толщины стенок;

· невозможно выделить сквозные трещины на фоне задиров и всевозможных царапин;

· акустические приборы неработоспособны в «сухих» скважинах, исследования сильно затруднены в скважинах с неоднородным буровым раствором, содержащим шлам и газовую фазу, поскольку затухание акустической волны в нем возрастает в сотни раз и отраженный эхосигнал может не достигать приемника (максимальная плотность бурового раствора – не более 1300 кг/м³⁾.

В связи с вышеизложенным, можно сделать выводы о том, что:

· использование акустического метода для получения количественной информации и определения характеристик дефектных участков труб обсадных колонн в реальных скважинных условиях сильно затруднено искажающим воздействием указанных дестабилизирующих факторов;

· проведение исследований с помощью скважинных акустических телевизоров отечественного и зарубежного производства (CAT-1, САТ-2, САТ-4, ABF-12 и др.) целесообразно только в неглубоких скважинах (с небольшими отклонениями стволов от вертикали), заполненных однородной жидкостью и при тщательной очистке стенок колонны от коррозии, загрязнений парафином и отложений солей.

Как было показано выше, во ВНИИКРнефти была разработана аппаратура акустического каротажа, работающая в пассивном режиме (гидрофон-шумоиндикатор), основанная на регистрации интенсивности шума, вызванного потоком флюида через негерметичность. Данная аппаратура предназначена для поиска малых негерметичностей в эксплуатационных обсадных колоннах и имеет высокую чувствительность к малым утечкам благодаря соответствующей частотной коррекции в приемно-усили-тельном тракте. Однако задача точного выявления отдельных микродефектов обсадной колонны не может быть решена с помощью регистрации интенсивности шума из-за значительной размытости шумовой аномалии по глубине и отсутствия в ряде случаев циркуляции флюида через искомую негерметичность.

Кроме того, в практике шумометрии были установлены случаи отсутствия шумового сигнала даже при наличии циркуляции флюида через негерметичность. Подобные явления объясняются главным образом тем, что поток через дефект обсадной колонны имеет в этих случаях ламинарный характер.

Исследования в скважинах сильно затруднены из-за сопутствующих шумов механического происхождения (шум центрирующих узлов и шум каротажного кабеля). Поэтому измерение интенсивности шумов гидродинамического происхождения осуществляется, как правило, при остановках скважинного прибора.

 

Профилеметрия.

Данный метод основан на измерении диаметров обсадных колонн одновременно в нескольких вертикальных плоскостях с помощью многорычажной механической системы, снабженной датчиком перемещений.

Измерительные рычаги в скважинном приборе устанавливаются равномерно по окружности и прижимаются к внутренней поверхности обсадной колонны с усилием, достаточным для «продавливания» различных отложений. С помощью данного метода можно оценить изменение внутренней геометрии труб с высокой скоростью (более 1000 м/ч).

Трубные профилемеры ПТС-1, ПТС-2 и ПТС-4 содержат по 8 измерительных рычагов, связанных с помощью толкателей с 8 резистивными датчиками перемещений. С помощью переключателя сигналы датчиков перемещений поочередно передаются на поверхность. Погрешность измерения внутренних размеров труб профилемерами ПТС-1, ПТС-2 и ПТС-4 составляет ±1,0... 1,5 мм.

Электромеханический многорычажный каверномер фирмы «Dresser Atlas», по сравнению с отечественными приборами ПТС-1, ПТС-2, и ПТС-4, имеет большее число измерительных рычагов, контактирующих с внутренней поверхностью обсадной колонны и большую точность.

С увеличением числа измерительных рычагов вероятность попадания их в зону максимального износа растет, но и в этом случае не обеспечивается непрерывность контроля труб по их периметру, что необходимо для выявления дефектов обсадных колонн типа трещин.

Данный метод не обладает высокой эксплуатационной точностью (из-за деформации измерительных рычагов, эксцентриситета скважинного прибора в обсадной колонне и т.д.) и достоверностью, т.к. уменьшение внутреннего диаметра труб меньше номинального значения в зоне коррозионных и иных отложений может быть ложно истолковано как их деформация и смятие.