Разработка экспресс-технологии виброакустической цементометрии кондукторов (ВАЦ) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.12, кандидат геолого-минералогических наук Козлов, Александр Владимирович

• Козлов, Александр Владимирович
• кандидат геолого-минералогических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Козлов, Александр Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ Стр

ВВЕДЕНИЕ

ЦЕМЕНШ КОНДУКТОРА й ОХРАНА ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ' 7 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СКВА1ЙННОЙ ЦЕМЕНТОМЕТРИИ

'/.л ф.

2 Л. Геофмзмческме методы цементометрии ГИС

2,2« Акустическая дефектоскопия

2.3, Скважинная иумометрия

2.4. Выбор направления исследований

3, ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВИБРОАК9СТЙЧЕСШ ЦЕМЕНТОМЕТРИИ

3.1, Выбор типа волнового процесса

3.2, Формирование зондирущего сигнала

3.2.1. Способ формирования•

3.2.2. Амплитудно

3.2.3. Частотный диапазон

3.3, Регистрация отраженного сигнала

3.3.1. Волновой механизм образования

3.3.2, Прием м регистрация

3.4, Оптимальный диапазон технологических параметров ,,,38

4. »НОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВИБРОАКНСТИЧЕСКОИ «р-Ш-НГЛИгЛ'ИИ

* *

•3> * #

4.1. Оценка принципиальной возможности реализации

4.1.1. Опытный образец аппаратуры аналогового типа

4.1.2, ^о'чцшорнпи йпД1'Л'1|1"нанйс .,...,..,..,,,..

4.1.3. Промысловый эксперимент

4.1.4, Обработка и интерпретация данных

4.2. Требования к технологическому обеспечении

4.2.1, Опытным образец цифровой аппаратуры

4.2.2, Методика, проведение и результаты исследований

4.2.3, Анализ волновой акустической картины ВАК

4.2.4, Основные технические требования

* -IV * * Ф * * Ф

■й' * 'В' * * * Ф Ф ❖ ф

•!■ 'II1 А1 "Е- А1

39 33 42 48 54 &0 ео

72

70

73

5, АППАРАТУРНОЕ й ПРОГРАММНО

5.1. Геофизическая аппаратура

5.2. Программные средства ,.,

5.3. Методика производства ВАЦ

5.3.1. Подготовка и проведение исследований

5.3.2. Обработка и интерпретация результатов

е. ТЕХНОЛОГИЯ ВИБРОАКНСТИЧЕСКОИ ЦЕМЕНТ0МЕТРИИ

6.1, Методика оценки результатов испытаний

0,2, Промысловые испытания технологии

0.3. Влияние геологического строения верхней части

разреза на оценку результатов цементометрии

6.4. Внедрение технологии

6.5. Перспективные направленна ВАЦ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка экспресс-технологии виброакустической цементометрии кондукторов (ВАЦ)»

ВВЕДЕНИЕ

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' IpbïfcH1 1 ÎU »II î 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»

Заключение диссертации по теме «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых», Козлов, Александр Владимирович

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

40

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 Î 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

53ÖM 540m 550m 560m 570m 580m 5 i

I лувииа Значение 1 Значение 2

554м

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/с -Зондир, '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 530м 540м 550м ТТТТТ"Г'П Г]-■ГТТ-ГП"Т-1Н~]-Т-Т-ТТТП"ТТТ" Ш 570м 580м "ТТТТТТТТ 590м

ГлУБина Значение 1

Значение 2

554м м

482 у,е, линза обстоятельство, что на цементограмме отражались лишь интервал« нарастания амплитуда отраженного сигнала, а информация о ниспадающей -части 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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Козлов, Александр Владимирович, 1998 год

Фондовая литература

03. Йнисимов Б.В.С научный руководитель), й.Г.Пухов. Исследование причин осолонения родников, колодцев и артезианских скважин на примере ряда нефтепромыслов объединения "Татнефть". Отчет ТатНИПИнефть, Бугульма, 1991.- 91 с.

04. Йбдулазитов Р.Г., Б.В.Йнисимов. Составление

технологической схемы опытно......промымленных работ по

принудительной промывке ареала загрязнения пресных подземных вод. Отчет ТатНИПИнефть, Бугульма, 1993......... 155 с»

05. Борисов й.С.(научный руководитель) и др. Геофизический мониторинг экологического состояния недр территории РТ в связи с разработкой месторождений полезных ископаемых. Отчет КГ9, Казань, 1934,- 136 с,

80. Бубнов Й.ПДнаучный руководитель) и др. Наблюдение за динамикой загрязнения пресных подземных и поверхностных вод

иго......востока Татарстана. Отчет по теме 0-1/93 ТГР9, Казань,

1994,...... 118 с,

87, Васясин Г.И., В.Н.Йрефьев, Методика оценки экологического состояния юго-востока Татарстана. Отчет ННП "Мониторинг", 1990,...... 205 с.

§8. Минуллин Й.Г, (ответственный исполнитель) и др. Поиски источников засолонения подземных вод м разведка очагов загрязнения в районе с.Васильевка (йльметьевский район РТ). Отчет ТГР9, Казань, 1998........ 89 с.

89. Нуждин |,й. Поиски источников засолонения родников и

разведка очагов загрязнения на северо........восточной окраине д,

Тимямево (Лениногорский р.......н РТ), Отчет ТГР9, Казань, 1993,- 83с,

70, Смеркович Е,С,(научный руководитель). Проведение геохимических исследований по объектам на территории Татарстана, Отчет ТГР9, Казань, 1994,...... 141 с.

71, Смеркович Е.С., Козлов Й.В. Отчет по договору 89,330,90 "Исследование возможности диагностики состояния цементного кольца за кондуктором виброакустическим методом", ТатНИПИнефть»

1990,........ 74 с,

72, Смеркович Е.С., Козлов А. В., Близеев А,Б. Отчет по договору 22,018 "Промысловые испытания виброакустического метода оценки качества цементирования и крепления кондукторов", ТатНИПИнефть, 1991,......... 65 с.

73, Смеркович Е.С., Козлов А.В,, Близеев А,Б. Отчет по договору 92.618.92 "Разработка РД и внедрение виброакустического метода оценки качества цементирования кондукторов старого фонда скважин и испытание метода на скважинах с зацементированной до устья колонной", ТатНИПИнефть, 1992 32 с.

74, Смеркович Е.С., Козлов А.В., Близеев А.Б. Отчет по договору 93.721 "Оценка возможности определения качества цементной крепи эксплуатационной колонны виброакустическим методом. Авторский надзор за^ виброакустической цементометрией кондукторов", ТатНИПИнефть» 1993.- 46 с.

75, Смеркович Е.С., Козлов А.В., Близеев А.Б. Отчет но-теме: "Исследование применимости ВАЦ для обсадных колонн девонских скважин. Авторский надзор за внедрением ВАЦ кондукторов", Казвнь: ТГР9, 1994,- 63 с.

76, Смеркович Е.С., Козлов А.В., Близеев А.Б. Отчет по теме: Разработка и утверждение РД "Технологическая инструкция по определении качества- цементирования- элементов конструкции

скважин". Авторский надзор за внедрением ВА.......цементометоии,

Казань: !Ш, 1995 г.- 47 с,

7?. Смеркович Е.С., А.Ь.Близеев. Оценка эффективности работ по доподъему цемента за кондуктором в старом- фонде скважин- и предложения по целесообразности цементирования кондукторов в природоохранных целях. Отчет ТатНИПИнефть-, Бугульма, 1992.......93- с.

78. йафиков Н.ФЛ научный руководитель) и др. Наблюдение за динамикой загрязнения пресных подземных и поверхностных вод иго-востока Татарстана. Промежуточный годовой отчет по теме 11-1/92 ТГР9. 1992.- 168 с.

79. 1а#иков Н.ХЛ руководитель темы). Наблвдение за динамикой загрязнения подземных и поверхностных вод вго-востока Татарии. .Отчет по теме 11-1/91 ТГР9, Казань, 1992.- 116 с.

Техническая документация

80, Технологическая инструкция по определений качества цементирования кондукторов виброакустическим методом» • РД 39.......0147585......076-92, Казань: КО ТатНйПИнефть, 1992....... 24 с,

81, Цементомер виброакустический. Техническое задание на разработку ТЗ 39-02-074......97. Казань: ТГР9, 1997.........И с.

82 . Цементомер виброакустический. Технические условия Т!1 39........0147585.......43......97,....... Казань: ТГРЗ, 1997,- 20 с, '

83. Цементомер виброакустический. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ТОиЗ. Казань: ТГР9, 1997. ...... 26 с.