Способ контроля технического состояния обсадной колонны

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Цель - повышение точности определения повреждения обсадной колонны. На заданной глубине скважины измеряют с помощью профилеметрического устройства (ПУ) профиль нормального сечения (ПНС) в четырех направлениях. Определяют коэффициент сжатия (КС). Изменяют направление измерения ПУ. Снова определяют КС. Указанные изменения направлений измерения ПУ проводят до нахождения двух совокупностей из четырех точек ПНС, принадлежащих окружностям с допустимым КС. Интервал допустимых КС определяют непосредственно после спуска и цементирования неповрежденной колонны. Сравнивают значения геометрических характеристик ПНС с соответствующими характеристиками эталонных элементов. За эталонный элемент принимают окружность, включающую три любые точки из двух найденных совокупностей. О виде и величине повреждения судят по расстояниям от каждой проконтролированной точки ПНС до линии эталонной окружности. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИХ (у)у Е 21 В 47/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

f (21) 4446882/23-03 (22) 22 ° 06.88 (46) 23.04.90. Бюл. !"- 15 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических методов исследований, испытания и контроля нефтеразведочных скважин (72) Б.Л.Нечаев и В.А.Валяев (53) 550.83.622.241(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 1!37188, кл. Е 21 В 47/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Р 1232789, кл. Е 2 1 В 47/00, 1984. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО

СОСТОЯНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ (57) Изобретение относится к нефтегазодобываняцей промьппленности. Цель— повышение точности определения повреждения обсадной колонны, На заданной глубине скважины измеряют с помощью профилеметрического устройства

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промьпппенности и может быть использовано для определения технического состояния обсадных колонн скважин.

Цель изобретения — повьппение точности определения повреждения обсадной колонны.

На чертеже изображен внутренний профиль нормального сечения (ПНС) поврежденной обсадной колонны.

Сущность способа состоит в следующем.

В идеальном случае ПНС неповрежденной обсадной трубы должен пред„Я0.„3559131 A 1

2 (ПУ) профиль нормального сечения (ПНС) в четырех направлениях. Определяют коэффициент сжатия (КС). Изменяют направление измерения ПУ. Снова определяют КС. Указанные изменения направлений измерения ПУ проводят до нахождения двух совокупностей из четырех точек ПНС, принадлежащих окружностям с допустимым КС. Интервал допустимых КС определяют непосредственно после спуска и цементирования неповрежденной колонны. Сравнивают значения геометрических характеристик

ПНС с соответствующими характеристиками эталонных элементов. 3а эталонный элемент принимают окружность, включающую три любые точки нз двух найденных совокупностей . О виде и величине повреждения судят по расстояниям от каждой проконтролированной точки ПНС до линии эталонной окружности. 1 ил. ! ставлять собой окружность заданного радиуса. Фактически иэ-за погрешностей заводского изготовления положение .отдельных точек на неповрежденном

ННС не может соответствовать идеальному, что необходимо принимать во внимание при выполнении текущего контроля обсадной колонны, Статистически установленное различие между фактическим и идеальным положением точек на ПНС неповрежденной колонны может характеризоваться интервалом допустимых. значений некоторого параметра, описывающего относительное расположение точек ПНС.

1559131 4

Выбор параметра может быть сделан из следующих соображений.

Рассмотрим общее уравнение второго порядка, описывающее линию второго порядка

А х +2В ху+С у +20 х+2Е у+Г =О, (1) где А,В,С,D,Е и Г - коэффициенты. 10

Исключая преобразование поворота координат и обозначая

АА /С, Э=Р /С, Е=Е /С, Г=Р /С из (1) имеем

Ах +у +2Пх+2ЕУ+Г=О, 15 (2) которое после необходимых преобразований принимает вид

5x+D А +Е

A 0 D A 0 D

01Е О IE

DEF DEР (3) 01.01

В соответствии с теорией линий второго порядка уравнение (3) описывает эллипс при условии, что дпя малого и большого дискриминантов выпол- >О няются соотношения

0 1 0 1Е <О. (+)

DE P 35

Предполажив, что знаменатель первого слагаемого в (3) является квадратом большой, а второго — малой полуосей эллипса, находят коэффициент сжатия

К - 1 А.

Уравнение (2)описывает единственную линию второго порядка, если однозначно определены коэффициенты А, D, Е и Р, что может быть реализованб пу- 40

TeN решения системы четырех уравнений, типа (2) для четырех определенных различных пар декартовых координат (х;, y .). Поскольку каждой паре координат может быть сопоставлена точка 4> плоскости, то соотношения (4) определяют условия, при выполнении которых .четыре заданные точки плоскости принадлежат эллипсу, описываемому уравнением (2) с коэффициентами, найден- 50 ными через координаты этих точек.

Из (3) легко видеть, что при

К = А = 1 имеем уравнения окружности (x+D) x (у+Е) R радиуса т.е. при К=1 все четыре точки, по которым определены величины коэффициентов, принадлежат окружности.

Таким образом, выполнение соотношений (4) для четырех произвольных точек может служить критериями принадлежности последних линий эллипса, а коэффициент сжатия — количественной мерой (параметром) оценки взаимного расположения точек профиля. При этом для установления соответствия между точками и неповрежденными участками

ПНС необходимо, чтобы величина коэффициента сжатия эллипса, включающего рассматриваемые точки, входила в интервал допустимых значений.

Очевидно, что при идеальном рас-. положении четырех точек .на неповрежденном HHC коэффициент сжатия соответствующего эллипса равен единице и сопоставляемые точкам участки поверхности принадлежат окружности. Возможны случаи, когда четыре точки плоскости принадлежат окружности и эллипсу одновременно, например точки пересечения эллипса с окружностью, радиус которой меньше большой, но больше малой полуоси эллипса, а центры совпадают, что не позволяет однозначно. судить о состоянии контролируемого

ПНС только по четырем точкам н требует рассмотрения по меньшей мере еще одной, отличной от первой; группы из четырех точек, принадлежащих окружности. Если среди точек, составляющих обе выделенные группы, найдется четверка, не совпадающая ни с одной из исходных, групп, точки которой также принадлежат окружности, то последней принадлежат не менее пяти точек и она может быть принята за эталонную.

Поскольку окружность однозначно определяется тремя точками плоскости, а описанная селекция точек должна выполняться с учетом допустимого разброса значений коэффициента .сжатия, то sa эталонную может быть принята любая окружность, включающая три точки из отобранных пяти, а неопределен155913 ность, возникающая при этом, не превосходит величины, соответствующей интервалу допустимых значений коэффи. циента сжатия.

В настоящее время отсутствуют средства прямого измерения коэффициента сжатия ПНС обсадных колонн. Однако контроль технического состояния может быть осуществлен с помощью известных устройств — трубных профилемеров, позволяющих выполнять дискретYgYg(Yg:Х„1011-хл1)+ХВЫЧ-хдиХФ-Хх2 Ы (Ха Х Ц11 xzg, (6) у (l,-x )(l,-х,)(x.-x<)+y (l,-x )71,-хр(х,-х )+у,(l,-xg(l,-х,)(x,„-х;)

Г2% . х =1. сов(— (i-1)1, 20 (n у =1 sin(— (i-1) °

123 (n где координаты (х,,у;) точек ПНС при равномерном заполйении рычагами угла

2 радиан определяются из выражений (7) Z2Z XZt. ХЛЙ1 "ш2+Ха"е (< 4„(2 р)-Уд<У1(У@ УД (1 х р),() у,„(1,-х -) (l,-х р) (х -х )+уд. (l,-х„) (l,-х ) (хр-х)+ур(1,-х) (l,-х ) (х -х.)

Agg (1 -x)-Y>(1>-x )QNY>(Y Y<) . казать, что выражение коэффициента

2(у (l,-х )-у (l,-х )) (9) сжатия принимает сравнительно простой

à — -АА . 2D1 у (10)

< з Ы<(;

«Ю

Ф (12) .Е = -1/2 (Ах +у +2Dx .+Р) .

3 3 (113 а критерий принадлежности рассматриваемых четырех точек линии эллипса сводится к существованию действительного значения коэффициента сжатия

< + )cos q..

1 1

1 1 (13)

При ортогональном расположении

H1 отрезков у.

1 3 2 к -ei

1 11,1 (14) всегда действительно, т.е. концы взаимоперпендикулярных отрезков всегда принадлежат эллипсу.

Рассмотрим ПНС поврежденной колонны, контролируемый в точках 1,2, 3,...,12, которые могут быть получены обычным четырехрычажным профилеметрическим устройством путем многократного изменения направлений измерений (в результате поворота вокруг своей оси). При наличии многорычажного проПри заданном числе и нзмеритепьных рычагов профилеметрического устройства, известньм номере опрашиваемого рычага i и величине соответствунщей проекции 1, иэ (7) вычисляют координаты контролируемых точек ПНС, после чего из (8) — (11) находят коэффициенты А, D, Г и Е для рассматриваемой группы иэ четырех точек и исследуют критерий (4) принадлежности этих точек линии эллипса. Если (4) выполняется, то по (6) рассчитывают параметр

К и определяют соответствие получае мой величины интервалу допустимых значений коэффициента сжатия в неповрежденных ПНС. 50

Расчет критерия (4) и коэффициента сжатия (5) может быть значительно упрощен. Так, для четырех точек ПНС, принадлежащих концам двух пересекающихся в точке 0 под углом у отрезков. у 0, х„- 1,„, у 1>sin, х 1 сов цi,, у = -1

Р J х = -1 sin . и путем несложных пре1р Ц.< образований (6}, (S) — (11) можно по1 6 ные изменения расстояний l; от некоторой точки 0 до контролируемм точек i на ПНС. Точка 0 образуется, как правило, пересечением оси профилемера с иормальнсй плоскостью, а 1 представляют собой проекции измерительньм< рычагов на эту плоскость.

Совместив ось х декартовой системы координат с направлением одной из проекций 1;, индекс i которой условно принимается за единицу, и используя (2), (5) можно переписать как

1559131

0,9933 > 0,5

0,9972 > 0,866, 29

q = (j 1)

Q филеметрического устройства (не менее 12 рычагов) операции измерений по различным направлениям могут осущест" вляться без поворота.

При равномерном распределении рычагов угол (между проекциями перво3

ro и j"ro рычагов составлявч

Контроль технического состояния обсадной колонны выполняют в следующей последовательности.

Устанавливают профилемер;на за15 данной глубине и производят замер че" тырех произвольных проекций рычагов, образующих на нормальной плоскости пару хорд, пересекающихся на оси при6opG, В конкретном случае эти проекции равны: 1, = 89,5 мм; 1 = 3 =86,5 мм; 1 - "7 = 114 мм; 1 р = 9 =

112 мм.

В соответствии с выражением (15) для двенадцатирычажной системы имеем

П

М=

j 3 и критерий (13)

111» 1

1,0>

30 выполняется, при этом коэффициент сжатия, определяемый по выражению (12), р авен

Продолжая опрос рычагов, останавливаются на двух совокупностях точек

3» Ф» 9» 1о,»» .»» 3» 1<» для которых выполняются критерии принадлежности эллипсу а определенные величины соответствующих коэффициентов сжатия 1(и K вхог дят в интервал допустимых значений:

1 >g К, = 0,9931> 0,9900;

1 э К > = 0,9964 > 0,9900, Таким образом найдены две группы точек ПНС, принадлежацих окружностям.

Рассмотрев группу точек 1,1,1

Х й>»

1«» устанавливают, что они также принадлежат эллипсу с величиной коэффициента сжатия, входяцей в интервал допустимых значений, из чего следует, что все тОчки 1з» 1 1 1 э °

Огут быть IIpHsHBHbt эталонными» как и окружность, включаюцая любые три из них (окружность с центром О).

Определяя расстояния от каждой проконтролированной точки данного

ПНС до линии эталонной окружности» находят вид и величину повреждения колонны.

Формула и з о б р е т ения

sin Г З

Допустимое отклонение коэффициента сжатия от идеальной величины, оп- 40 ределенное непосредственно после спуска и цементирования неповрежденной колонны, составляет 0,9900. Сравнив полученное значение 1(= 0,9663 с допустимым отклонением, обнаруживают, 45 что оно не принадлежит, допустимому интервалу параметра К и, следовательно, соответствующие точки ПНС не могут быть приняты sa эталонные.

Изменив номера опрашиваемых рычагов, имеют другую комбинацию точек:

1 = 86»5 мм; 1 = 89 мм; 1 = 116,5 мм и 11О = 109 мм, для которой выполнен критерий принадлежности эллипсу

0,9812 ) 0,866 и величина коэффициента сжатия также не входит в интервал допустимых значений I(, Способ контроля технического состояния обсадной колонны, включающий измерение геометрических характеристик ее внутренней поверхности и сравнение их- значений с соответствующими характеристиками эталонных элементов, отличающийся тем, что, с целью повьипения точности определения повреждения обсадной колонны, непосредственно после спуска и цементирования неповрежденной обсадной колонны проводят измерение соответствуюцих ей коэффициентов сжатия профиля нормаль" ного сечения и находят интервал допустимых коэффициентов сжатия, в процессе контроля измеряют геометрические характеристики профиля нормального сечения в четырех направлениях, определяют коэффициент сжатия, изменяют направление измерения до нахождения двух совокупностей точек профиля, принадлежащих сечениям с допустимым коэффициентом сжатия, за эталонный элемент принимают профиль, включающий не ме9 1559131 10

Составитель И.Кривко

Редактор 0.1Эрковецкая Техред М.Дидык Корректор Н,Ревская

Заказ 827 Тираж 483 Подписное

РцИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 нее трех точек указанньж совокупностей, при этом о виде и величине повреждения судят по отклонению измеренного профиля от эталонного.