Способ определения технического состояния обсадных колонн и устройство для его осуществления

 

Изобретение может быть использовано для обнаружения дефектов и негерметичности обсадных колонн скважин. Скважинный зонд с намагничивающими катушками для генерирования переменного магнитного поля и с приемными преобразователями для генерирования сигнала в ответ на возмущение вихревого тока в трубе обсадной колонны вводят в исследуемую обсадную колонну через лубрикатор. Устье скважины герметизируют. Лебедку каротажного подъемника притормаживают до равенства тормозного момента моменту, обусловленному силой тяжести скважинного зонда и каротажного кабеля, спущенного в скважину. Спуск скважинного прибора осуществляют посредством манжет с кольцевыми пазами и перепускными клапанами, контактирующих с внутренней поверхностью труб обсадных колонн, установленных выше блока намагничивающих катушек и приемных преобразователей, принудительно потоком жидкости или газа, прокачиваемого через место негерметичности обсадной колонны. Изобретение повышает эффективность обнаружения повреждений обсадных колонн. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области исследования скважин и может быть использовано для обнаружения дефектов обсадных колонн, и мест их негерметичности.

Известны способы промыслово-геофизических исследований для обнаружения повреждений обсадных колонн, предусматривающие использование скважинного индукционного дефектоскопа, микрокаверномера, акустического телевизора [1] и других приборов, и определения мест их негерметичности с помощью расходомера, термометра и локатора муфта в процессе закачки жидкости в скважину [2, 3].

Известен способ определения негерметичности эксплуатационных колонн электрометрией и радиометрией [4].

Общим недостатком известных способов является низкая точность и эффективность определения мест негерметичности, а в последнем случае - также высокая опасность для биологических объектов и необходимость тщательной подготовки скважин к исследованиям.

Известно устройство для исследования обсадной колонны в скважине, содержащее генераторную, две измерительные и дополнительную катушки, расположенные на цилиндрическом каркасе таким образом, что витки катушек находятся в параллельных плоскостях, перпендикулярных оси устройства (обсадной колонны) [5]. Данное устройство обнаруживает дефекты, направление которых совпадает с осью труб (обсадной колонны). Если же дефект расположен под углом к оси обсадной колонны, то чувствительность такого устройства резко снижается, а дефекты, расположенные перпендикулярно ее оси, вообще не выявляются. Это обусловлено тем, что плоскости генераторной и измерительных катушек в процессе проведения исследований расположены перпендикулярно оси обсадной колонны, а следовательно, в той же плоскости протекают и наводимые в теле колонны вихревые токи. Таким образом, дефекты, имеющие перпендикулярное направление относительно оси, не пересекаются вихревыми токами (а обтекаются ими) и поэтому выявление их известным устройством невозможно.

Известно устройство для исследования обсадных колонн в скважине, содержащее выносные башмаки, на которых расположены генераторные катушки, соединенные согласно, и измерительные катушки, включенные встречно [6]. Поскольку витки катушек расположены в четырех плоскостях, параллельных оси устройства (обсадной колонны), при исследовании обсадной колонны таким устройством возможны пропуски дефектов за счет наличия "мертвых зон" в пространстве между катушками. Кроме того, с его помощью выявляются только дефекты труб, расположенные перпендикулярно оси обсадной колонны.

Из вышеизложенного следует, что данные устройства обладают низкой эффективностью определения технического состояния обсадных колонн.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения дефектов в колонне обсадной трубы и устройство для его осуществления [7].

Способ заключается в спуске скважинного зонда в обсадную колонну, генерирования переменного магнитного поля, наводящего в обсадных трубах вихревые токи, прием сигналов вихревых токов, затем амплитудную и фазовую обработку и регистрацию их изменений в функции глубины скважины.

Устройство содержит скважинный зонд, намагничивающие катушки для генерирования переменного магнитного поля, приемные преобразователи для генерирования сигнала в ответ на возмущения вихревого тока в обсадных трубах и вторичный прибор.

Однако известный способ, осуществляемый с помощью известного устройства, имеет ограниченное использование, поскольку наиболее опасные для нормального функционирования скважин повреждения, приводящие к их негерметичности, не выделяются на каротажных диаграммах, т.к. электромагнитные отклики датчиков известного устройства характеризуют только изменения электромагнитных характеристик материала труб и их выходные сигналы в местах повреждений оказываются идентичны в случаях, когда обсадные колонны дефектны и когда они отремонтированы, например, цементированием под давлением, т.к. цементные составы (и полимерные композиции) не изменяют электромагнитных характеристик труб обсадных колонн.

Следует отметить, что потеря герметичности обсадных колонн при эксплуатации происходит как за счет образования новых повреждений, так и за счет разрушения цементного состава в ранее отремонтированных зонах.

Если учесть, что при проведении ремонтно-восстановительных работ в 90% случаев негерметичности обсадных колонн устраняются цементированием их под давлением, то становится ясным, что использование известного устройства для поиска наиболее опасного дефекта с потерей герметичности обсадной колонны неэффективно.

Кроме того, указанная аппаратура не позволяет однозначно дифференцировать повреждения обсадных колонн на сквозные и несквозные, не позволяет обнаруживать их в зоне муфтовых соединений.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности обнаружения повреждений обсадных колонн, приводящих к их негерметичности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения технического состояния обсадных колонн, включающем спуск скважинного зонда, генерирования переменного магнитного поля, наводящего в обсадных трубах вихревые токи, прием сигналов вихревых токов, амплитудную и фазовую обработку и регистрацию их изменений в функции глубины скважины, согласно изобретению, скважинный зонд вводят в исследуемую обсадную колонну через лубрикатор, устье скважины герметизируют, лебедку каротажного подъемника притормаживают до равенства тормозного момента моменту, обусловленному силой тяжести скважинного зонда и каротажного кабеля, спущенного в скважину, а спуск скважинного зонда осуществляют принудительно потоком жидкости или газа, прокачиваемого с земной поверхности через место негерметичности обсадной колонны.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для определения технического состояния обсадной колонны, содержащее скважинный зонд, намагничивающие катушки для генерирования переменного магнитного поля, приемные преобразователи для генерирования сигнала в ответ на возмущения вихревого тока в трубе и вторичный прибор, согласно изобретению, дополнительно снабжено эластичными манжетами с кольцевыми пазами и перепускными клапанами, причем указанные манжеты контактируют с внутренней поверхностью труб обсадных колонн и установлены выше блока намагничивающих катушек и приемных преобразователей, кроме этого, эластичные манжеты выполнены из материала с высокой магнитной проницаемостью (являющегося хорошим проводником для магнитного потока), причем число их не менее трех, а намагничивающие катушки и приемные преобразователи могут быть также установлены между ними.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что транспортировку устройства для осуществления данного способа до места негерметичности (при спуске вдоль оси обсадной колонны) осуществляют под действием давления нагнетаемой жидкости (или газа) в скважину.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Скважинный прибор устройства для определения технического состояния обсадных колонн состоит из герметичного немагнитного и неэлектропроводного маслонаполненного корпуса 1 с блоком датчиков (на фиг. 1 не показано), центрируемого в исследуемой обсадной колонне 2 с помощью подпружиненных центраторов 3, скользящих по штангам 4, эластичной манжеты 5, имеющей кольцевую выборку 6 и перепускные клапаны (не показано), блока электроники 7, головки для подключения каротажного кабеля 8, компенсатора давления (не показано). Скважинный прибор спускается в обсадную колонну 2 на каротажном кабеле 9, перекинутом через ролик 10, с помощью каротажного подъемника 11.

Предлагаемое техническое решение осуществляют следующим образом.

Каротажный кабель 9 пропускают через лубрикатор (не показано) и соединяют со скважинным прибором, который через колонную головку вводится в скважину. Устье скважины герметизируют и создают давление жидкостью (или газом), действующее на эластичные манжеты 5, которым они прижимаются к внутренней стенке обсадной колонны 2 и скважинный прибор начинает продвигаться вдоль оси исследуемой обсадной колонны вниз подобно поршню. При этом лебедка каротажного подъемника 11 находится в подторможенном режиме и сматывает кабель по мере необходимости, т.е. скважинный прибор не может под действием собственного веса и веса кабеля 9, спущенного в скважину, двигаться вниз. Создание давления приводит к его движению со скоростью, зависящей от величины давления и объема прокачиваемой жидкости через место повреждения 12. По мере спуска скважинного прибора в таком режиме осуществляют регистрацию всех имеющихся повреждений обсадной колонны 2 (как в отремонтированных ранее методом цементирования участках, так и вновь появившихся, например, из-за сквозных проржавлений труб) с одновременной "привязкой" их к муфтовым соединениям.

В данном режиме скважинный прибор будет продолжать движение дот того момента, пока кромка верхней эластичной манжеты 5 не вскроет наиболее опасное повреждение обсадной колонны 12, через которое уходит прокачиваемая жидкостью или газ. Скважинный прибор останавливается, но, поскольку эластичные манжеты 5 расположены выше блока датчиков, установленных в корпусе 1, последние оказываются ниже места повреждения и успевают передать информацию о характеристиках наиболее опасного дефектного участка обсадной колонны 12, через который происходит уход прокачиваемой жидкости.

Кольцевые канавки 6 служат для того, чтобы эластичные манжеты 5 имели возможность упруго деформироваться (выворачиваться наизнанку) при подъеме скважинного прибора, обеспечивая проход жидкости (между стенкой исследуемой обсадной колонны и манжетами).

Использование предлагаемого технического решения дает возможность определять все повреждения обсадных колонн с одновременной "привязкой" их к муфтовым соединениям труб 13 (как ранее отремонтированные методом цементирования под давлением независимо от их герметичности или негерметичности, так и вновь образовавшиеся) и выделять наиболее опасные, приводящие к их негерметичностям, с минимумом затрат времени и средств по сравнению с использованием расходометрии и термометрии совместно с локацией муфтовых соединений в соответствии с РД39-1-1190-84.

В случаях, когда обсадные колонны еще не подвергались значительным нагрузкам или коррозии, исследования могут осуществляться указанным устройством по обычной технологии, т. е. когда она спускается в скважину под действием собственного веса.

Источники информации: 1. Геофизические методы исследования нефтяных и газовых скважин. Под ред. Л.И.Померанца. М.: "Недра", 1981, с. 237, 239, 253, 258, 260, 254, 273, 277.

2. РД-39-1-1190-84 Миннефтепрома, 1985, с. 17-20.

3. Экспресс-информация, серия "Бурение". М.: ВНИИОЭНГ, 1986, вып. N 11, с. 24-26.

4. В. В.Масленников, В.В.Ремизов. Системный геофизический контроль разработки крупных газовых месторождений. М.: "Недра", 1993, с. 256, 262.

5. А.с. СССР N 519532, кл. E 21 B 47/00//G 01 V 3/120, 1976, БИ N 32.

6. А.с. СССР N 870683, кл. E 21 B 47/00, 1981, БИ N 39.

7. А.с. СССР N 1376950, кл. E 21 B 47/00, 1988, БИ N 7 - прототип.

Формула изобретения

1. Способ определения технического состояния обсадных колонн в скважинах, включающий спуск скважинного зонда, генерирование переменного магнитного поля, наводящего в обсадных трубах вихревые токи, прием сигналов вихревых токов, амплитудную и фазовую обработку и регистрацию их изменений в функции глубины скважины, отличающийся тем, что скважинный зонд вводят в исследуемую обсадную колонну через лубрикатор, устье скважины герметизируют, лебедку каротажного подъемника притормаживают до равенства тормозного момента моменту, обусловленному силой тяжести скважинного зонда и каротажного кабеля, спущенного в скважину, а спуск скважинного зонда осуществляют принудительно потоком жидкости или газа, прокачиваемого через место негерметичности обсадной колонны.

2. Устройство для определения технического состояния обсадных колонн, содержащее скважинный зонд, намагничивающие катушки для генерирования переменного магнитного поля, приемные преобразователи для генерирования сигнала в ответ на возмущения вихревого тока в трубе и вторичный прибор, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено эластичными манжетами с кольцевыми пазами и перепускными клапанами, причем указанные манжеты контактируют с внутренней поверхностью труб обсадных колонн и установлены выше блока намагничивающих катушек и приемных преобразователей.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что эластичные манжеты выполнены из материала с высокой магнитной проницаемостью, причем число их не менее трех, а намагничивающие катушки и приемные преобразователи установлены между ними.

РИСУНКИ

Рисунок 1