Обсадная колонна как объект контроля

ВВЕДЕНИЕ

Эксплуатационная надежность и экологическая безопасность скважины как сложного инженерного сооружения во многом определяется техническим состоянием обсадных колонн, являющихся основным элементом крепи. Повреждения обсадных колонн являются причинами различных осложнений, предопределяют межколонные проявления и межпластовые перетоки, загрязнение недр, источников водоснабжения и окружающей среды, а при определенных условиях могут приводить к открытым фонтанам, грифонам и другим аварийным ситуациям.

Скрытые дефекты труб часто образуются и в процессе проведения погрузочно-разгрузочных операций и транспортировки их на буровую. Последнее обуславливает необходимость проведения в ответственных случаях дефектоскопии обсадных труб до и после их спуска в скважину.

При эксплуатации скважин повреждения обсадных колонн могут происходить из-за механических напряжений, образующихся в разных частях обсадных труб при воздействии внутреннего давления при опрессовках, нагнетании в пласт жидкости и гидравлическом разрыве пласта из-за изменения теплового режима скважин, снижения пластового давления, разрушения призабойной зоны (при выносе песка и истощения пластов), усталостных явлений в материале труб и т.п.

На поздней стадии эксплуатации скважин часто имеют место коррозионные повреждения обсадных колонн (особенно при наличии углекислого газа и сероводорода в пластовом флюиде).

Таким образом, оказывается необходимым осуществлять мониторинг на протяжении всей "жизни" скважин как при строительстве, так и при их эксплуатации путем проведения комплексных геофизических исследований в следующей последовательности и направлениях:

снятие фоновой кривой - дефектограммы (дефектоскопия обсадной колонны), характеризующей наличие или отсутствие дефектов металлургического производства труб, т.е. получение дефектоскопического паспорта обсадной колонны;

профилеметрия обсадной колонны для определения ее первоначального проходного сечения и контроля правильности свинчивания из труб с разной толщиной стенок с помощью контактных - электромеханических и бесконтактных - электромагнитных профилемеров;

определение высоты подъема цемента и оценка состояния цементного кольца (снятие фоновой кривой) по двум границам: колонна - цементный камень - порода;

дефектоскопия обсадной колонны после ее опрессовки (в случае негерметичности - для определения мест негерметичности и характера повреждений обсадной колонны);

дефектоскопия и профилеметрия обсадной колонны после ее перфорации (для определения возможных деформаций обсадных труб и наличия трещин выше и ниже зоны прострела, а также для оценки степени опасности обводнения продукции скважин из-за несоответствия длин фактического и проектного интервалов перфорации);

профилеметрия обсадных колонн для определения механического износа на участках интенсивного искривления стволов скважин;

определение остаточной толщины изношенных обсадных труб и оценка их остаточной прочности;

дефектоскопия обсадных колонн для прогнозирования и предупреждения возникновения заколонных перетоков за счет сквозных проржавлений и других повреждений труб, образующихся при эксплуатации скважин (в зонах дефектов металлургического производства и иных дефектов, а также в зонах концентрации механических напряжений);

дефектоскопия и профилеметрия обсадной колонны перед проведением ремонтных работ, определение состояния цементного кольца (по двум границам: колонна - цементный камень - порода) и обнаружение заколонных перетоков флюида;

дефектоскопия и профилеметрия обсадных колонн перед забуриванием наклонных и горизонтальных стволов из старых скважин.

1. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ  ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ  ОБСАДНЫХ КОЛОНН И ЦЕМЕНТНОГО  КАМНЯ (ГИС - ТЕХКОНТРОЛЬ)

Под техническим состоянием понимается совокупность свойств объекта, подверженных изменению в процессе эксплуатации, и характеризуемая в определенный момент времени признаками, установленными технической документацией на него, либо подлежащими определению с заданной периодичностью.

Контроль технического состояния крепи скважин (обсадных колонн и цементного камня) предусматривается "Правилами безопасности в нефтяной и газовой промышленности", М., 1998 г. (пункты 2.6.1-2.6.4; 4.3.17) и "Правилами геофизических исследований и работ в нефтяных и газовых, скважинах", М., 1999 г. (пункты 7.4; 9.1, 9.4; 10.3; 14.3; 14.7; 15.3; 16.1-16.5; 17.9; 18.1; 18.8 и др.).

Исследования в скважинах с углом наклона более 45° и скважинах с горизонтальным окончанием ствола планируют и выполняют с применением специальных технологий.

Комплекс геофизических исследований скважин с горизонтальным окончанием ствола выполняется по индивидуальным программам.

2. ОБСАДНАЯ КОЛОННА КАК  ОБЪЕКТ КОНТРОЛЯ

2.1. Основные виды  дефектов обсадных колонн

К основным видам дефектов обсадных колонн относятся:

сосредоточенный желобной износ замками и трубами бурильной колонны в местах интенсивного искривления и перегибов стволов скважин;

порезы и иссечение внутренней поверхности труб резцами долот при разбуривании цементных стаканов;

деформация и смятие обсадных колонн;

порывы и трещины по телу труб;

сквозные протертости и ослабления резьб в муфтовых соединениях;

потеря герметичности в муфтовых соединениях и по телу труб;

коррозионные повреждения.

2.2. Геометрические  размеры обсадных труб нефтяного  сортамента

Геометрические размеры обсадных труб приведены в табл. 1.

Таблица 1

Обсадные трубы нефтяного сортамента

Условный диаметр, мм	Размер трубы, мм			Дюйм
	наружный диаметр	толщина стенки	внутренний диаметр
1	2	3	4	5
114	114,3	6	102,3	41/2
		7	100,3
		8	98,3
127	127,0	6	115	5
		7	113
		8	111
		9	109
140	139,7	6	127,7	51/2
		7	125,7
		8	123,7
		9	121,7
		10	119,7
		11	117,7
146	146	6,5	133	53/4
		7	132
		8	130
		9	128
		10	126
		11	124
168	168,3	6	155,3	63/4
		7	154,3
		8	152,3
		9	150,3
		10	148,3
		11	146,3
		12	144,33
178	177,8	7	163,8	7
		8	161,8
		9	159,8
		10	157,8
		11	155,8
		12	153,8
194	193,7	7	179,7	63/4
		8	177,7
		9	175,7
		10	173,7
		12	169,7
219	219,1	7	205,1	83/4
		8	203,1
		9	201,1
		10	199,1
		12	195,1
245	245,0	8	228,5	93/4
		9	226,5
		10	224,5
		12	220,5
273	273,1	8	257,1	103/4
		9	255,1
		10	253,1
		12	249,1
299	298,5	8	282,5	11т
		9	280,5
		10	278,5
		11	276,5
		12	274,5
324	323,9	9	305,9	123/4
		10	303,9
		11	301,9
		12	299,9
340	339,7	9	321,7	133/4
		10	319,7
		11	317,7
		12	315,7
351	351	9	333
		10	331
		11	329
		12	327
377	377	9	359
		10	357
		11	355
		12	353
407	406,4	9	388,4
		10	386,4
		11	384,4
		12	382,4
426	426	10	406	163/4
		11	404
		12	402
508	508	11	486

 

2.3. Отклонения  геометрических размеров обсадных  труб от номинальных значений

Допускаемые отклонения обсадных труб (в мм) по наружному диаметру и овальности, рассчитанные в соответствии с ГОСТ 632, показаны в табл. 2; овальность - е определяется как удвоенное отношение разности величин двух взаимно перпендикулярных диаметров, замеренных в одной плоскости, к сумме этих диаметров (РД 39-2-132-78):

3. Основные задачи контроля  технического состояния крепи  скважин

Основными задачами контроля являются:

получение фоновых кривых, характеризующих первоначальное техническое состояние обсадных колонн и цементного кольца с целью формирования "паспорта" технического состояния крепи скважин;

Таблица 2

Отклонения геометрических размеров обсадных труб от номинальных значений

Диаметр труб, мм	По наружному диаметру		По овальности
	Точность изготовления
	обычная	повышенная	обычная	повышенная
1	2	3	4	5
114	±1,1	±0,9	0,9	0,7
127	±1,3	±1,0	1,0	0,8
140	±1,4	±1,1	1,1	0,9
146	±1,5	±1,1	1,2	0,9
168	±1,7	±1,3	1,4	1,0
178	±1,8	±1,3	1,4	1,0
194	±1,9	±1,5	1,5	1,2
219	±2,2	±1,6	1,8	1,3
245	±3,1	+2,5	2,5	2,0
273	±3,4	±2,7	2,7	2,2
299	±3,7	±3,0	3,0	2,4
324	±4,1	±3,2	3,3	2,6
340	±4,3	±3,4	3,4	2,7
351	±4,4		3,5
377	±4,7		3,8
407	±5,1	±4,1	4,1	3,3
426	±5,3		4,2
508	±6,4	±5,1	5,1	4,1

 

определение зон износа обсадных колонн, остаточной толщины труб и их остаточной прочности;

обнаружение порывов и трещин по телу обсадных труб и их характера (продольных, поперечных, направленных под углом к оси обсадной колонны);

обнаружение интервалов интенсивной коррозии и сквозных проржавлений обсадных колонн;

обнаружение негерметичных муфтовых соединений и иных мест негерметичности обсадных колонн,

определение состояния цементного кольца и обнаружение интервалов заколонных перетоков.

4. МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ  ГИС ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО  СОСТОЯНИЯ ОБСАЖЕННЫХ СКВАЖИН

4.1. Методы ГИС  для изучения технического состояния  обсадных колонн

Для изучения технического состояния обсадных колонн применяют методы:

трубной профилеметрии (электромеханическая и электромагнитная);

электромагнитной дефектоскопии;

электромагнитной (магнитоимпульсной) толщинометрии;

гамма-дефектометрии - толщинометрии;

акустического каротажа;

высокочувствительной термометрии;

спектральной шумометрии;

дифференциальной расходометрии и высокочувствительной притокометрии;

резистивиметрии;

диэлькометрии;

закачки жидкости с добавлением веществ-индикаторов, короткоживущих радионуклидов.

Контроль свинчивания труб (зазоров между их торцами) производится методами электромагнитной дефектоскопии (электромеханической профилеметрии), а наличия технологической оснастки и правильности ее установки за обсадной колонной - методами рассеянного гамма-излучения и электромагнитной (магнитоимпульсной) толщинометрии.

Определение местоположения муфтовых соединений обсадных колонн и привязка их к геологическому разрезу производится с помощью магнитных локаторов муфт (аппаратуры электромагнитной дефектоскопии) и аппаратуры гамма-каротажа.

В зависимости от задач контроля используются все или часть указанных методов ГИС.

4.1.1. Обязательный  комплекс ГИС для изучения  технического состояния обсадных  колонн

Обязательный комплекс ГИС включает методы:

трубной профилеметрии (электромеханической, электромагнитной);

электромагнитной дефектоскопии и толщинометрии;

акустического каротажа (видеокаротажа, спектральной шумометрии);

гамма каротажа.

Для газовых и газоконденсатных месторождений до начала разработки должны проводиться фоновые геофизические исследования, без которых значительно затруднено выявление трещин (и иных повреждений обсадных труб) и оказывается сложным определение их износа и остаточной толщины с достаточной для практических целей точностью из-за больших допусков по наружному и внутреннему диаметрам, овальности, разностенности (табл. 2).