Sanema - разработка геофизических приборов и электроники для нужд нефтяной промышленности.

Мониторинг технического состояния обсадных колонн нефтегазовых скважин прибором «МИД-НМ»

Пример расчета толщины НКТ и эксплуатационной колонны Рис.1 Пример расчета толщины НКТ и эксплуатационной колонны
На глубине 3770 м – башмак технической колонны.
Суммарная толщина труб в зоне «уверенного» вычисления толщины второй колонны – 20 мм, выше башмака технической колонны – 32 мм.
D60, D70 – дифференциальные дефектограммы;
Тнкт мм – толщина НКТ;
Тэк мм – толщина эксплуатационной колонны;
Твнешн – температура флюида;
Цветовая развертка – интегральная дефектограмма.

Решаемые задачи:

Для решения этих задач предприятием ООО «САНЭМА» на основе метода магнитоимпульсной дефектоскопии выпускается серия дефектоскопов МИД-НМ, основные технические характеристики которых представлены на странице продукции. Все модификации дефектоскопов поставляются в коррозионно-стойком исполнении для работы в среде с содержанием сероводорода до 30%.

Метод магнитоимпульсной дефектоскопии основан на эффекте возбуждения в колонне тока индукции путем воздействия на нее импульсным магнитным полем с последующей регистрацией приемной катушкой спада электродвижущей силы (ЭДС), наведенной в трубах.

Затухание ЭДС зависит от конструкции скважины (количества исследуемых колонн), суммарной толщины стенок колонн, их диаметра, электромагнитных свойств используемого металла: проводимости и магнитной проницаемости.

По характеру этого затухания определяется толщины колонн и оценивается наличие и характер дефектов. Преимущество данного метода главным образом и состоит в возможности проведения исследований в одно-, двух- и многоколонных конструкциях.

Проведение магнитоимпульсной дефектоскопии не требует специальных подготовительных мероприятий на скважине, промывки, глушения скважины или демонтажа НКТ.

Дефектоскоп в своем составе имеет 5 физических датчиков:

Длинный зонд предназначен для исследования интегральных характеристик НКТ и эксплуатационной колонны, для исследования труб большого диаметра, определения местоположения элементов конструкции скважин и подтверждения конструкции многоколонных скважин. На Рис.1 показан пример расчета толщины НКТ и эксплуатационной колонны с локализацией башмака технической колонны.

Короткий зонд предназначен для проведения детальных исследований (локализации дефектов, определения зон перфорации, вычисления толщины) в НКТ или при ее отсутствии – ближней к скважинному прибору колонны с внутренним диаметром до 120 мм. На Рис.2 показана локализация дефекта «щелевая перфорация» или фильтр длинным и коротким зондами на 168-миллиметровой колонне. Видно, что дефектограммы короткого зонда Sхх более детально локализуют эту зону нарушений в колонне.


Пример расчета толщины НКТ и эксплуатационной колонны Рис.2 Рис.2 Пример определения щелевого фильтра длинным и коротким зондами.
Lхх – значения спада ЭДС регистрируемые длинным зондом;
Sхх – значения спада ЭДС регистрируемые коротким зондом;
Цветовая развертка – интегральная дефектограмма;

Наличие в составе аппаратуры высокочувствительных датчиков температуры и давления дает возможность провести замеры этих параметров по стволу скважины с высокой точностью и получить дополнительную информацию о техническом состоянии скважины. Разрешающая способность датчика давления позволяет вычислить плотность флюида и при необходимости определить местоположение границ интервалов притока нефти или газа в скважине (построение профиля притока).

Для регистрации температурных аномалий, возникающих вследствие негерметичности в муфтовых соединениях и конструктивных неоднородностей в скважинах, например, зона башмака технической колонны на рис.1, и подтверждения зон перфорации подземного оборудования используется прецизионный термометр с постоянной времени 2 секунды.

При определении дефектов «разрыв колонны» в дефектоскопах сери МИД- НМ используется дефектограммы ранних значений спада ЭДС. Наличие горизонтальных дефектов или разрывов колон приводит к появлению дополнительных магнитных зазоров в системе датчик - исследуемая среда, что фиксируется на ранних временах спада ЭДС (дефектограммы L8-L10 или 1 – 3 мс).

На Рис.3 показана локализация горизонтального разрыва колонны на модельной 73-миллиметровой трубе.


Локализация горизонтального разрыва колонны на модельной 73-миллиметровой трубе Рис.3 Рис.3 Запись на моделях. Локализация поперечного разрыва.
L8-L20 – дефектограммы длинного осевого зонда;
Т1 мм – интегральная толщина колонны;
Цветовая развертка – интегральная дефектограмма;

Пример успешного проведения работ дефектоскопом МИД-НМ по контролю техсостояния скважины с обнаружением участка НКТ с коррозионным износом представлен на Рис.4.


Рис. 4. Пример коррозионного износа НКТ
Рис.4. Пример коррозионного износа НКТ
L15-L18 – дефектограммы длинного осевого зонда;
Т1 мм – интегральная толщина колонны;
Thrm – температура флюида;
Press – давление;
Цветовая развертка – интегральная дефектограмма;

Выявленный дефект подтвержден после демонтажа НКТ вскрытием данного интервала Рис. 5.


Рис. 5. Разрез НКТ с коррозионным износом
Рис.5. Разрез НКТ с коррозионным износом

Представленный материал достаточно очевиден и прост в интерпретации, поскольку износ произошел в теле трубы и являлся, скорее всего, следствием больших скоростей потока высокоминерализованной и обводненной скважинной продукции.

При исследовании технического состояния износ труб выявляется методом сопоставления подозрительных участков дефектограммы с дефектограммой неизношенных интервалов колонны, или сравнением дефектограмм с ранее проведенными исследованиями. Т. е. для корректной оценки износа конструктивных элементов скважин необходимо набрать статистику. Такую статистику можно получить, проводя фоновые замеры сразу после спуска НКТ и периодические исследования в процессе эксплуатации скважины.

Пример оценки технического состояния НКТ на основе двух исследований с периодичностью 10 месяцев представлен на Рис.6.

Анализ технического состояния НКТ проводился методом сопоставления первичной записи 2009 года с записью 2010 года, а также сопоставления расчетных толщин. В верхней части колонны, примерно до 2400 м наблюдалась абсолютная идентичность, как первичных данных, так и вычисленных толщин. На Рис.6. видна абсолютная идентичность кривых. Представленные результаты явились основанием для переноса сроков ремонта скважины.

В нижней части скважины видны изменения, связанные с увеличивающимся прогибом трубок НКТ и более выраженным эксцентриситетом колонн и появившейся незначительной коррозией. На Рис.6. представлен фрагмент скважины с предполагаемым развитием локальной коррозии на глубине х090,5м и развивающейся коррозией на глубине х095,5м.


Рис. 6. Сопоставление результатов  исследований технического состояния НКТ.
Рис. 6. Сопоставление результатов исследований технического состояния НКТ.

Для оценки чувствительности дефектоскопа к изменению толщины НКТ или развитию коррозии были проведены лабораторные исследования. На внешней стенке НКТ смоделировали несквозной дефект размером 55х20х1,5 мм (рис. 7) мм, провели замер дефектоскопом МИД-НМ. Затем увеличили «дефект» до размеров 100х20х1,5 мм (рис. 8) и провели повторный замер.


Рис. 7. Моделирование внешнего дефекта 55х20х1,5 мм в 73 мм НКТ  с толщиной стенки 5,25 мм
Рис.7. Моделирование внешнего дефекта 55х20х1,5 мм в 73 мм НКТ с толщиной стенки 5,25 мм

Рис. 8. Моделирование внешнего дефекта 100х20х1,5 мм в 73 мм НКТ  с толщиной стенки 5,25 мм
Рис.8. Моделирование внешнего дефекта 100х20х1,5 мм в 73 мм НКТ с толщиной стенки 5,25 мм

Прямая обработка результатов исследования не дает ответа о наличии каких-либо нарушений состояния НКТ, о наличии дефекта можно сказать лишь по дефектограмме L16. При интерпретации замеров в реальной скважине дефект такого рода скорее всего выявлен не будет.

При сопоставлении дефектограмм дефектов 550х20х1,5 мм и 100х20х1,5 мм в полном временном интервале, развитие внешней «коррозии» проявляется более явно (рис.9). По данному эксперименту можно судить и о чувствительности дефектоскопа МИД-НМ к интегральному изменению толщины стенки одиночной колонны, который в данном случае составляет около 0,01 мм.


Рис. 9. Внешний дефект 100х20х1,5 мм в 73 мм НКТ  локализуется после совместной обработки двух последовательных замеров.
Рис.9. Внешний дефект 100х20х1,5 мм в 73 мм НКТ локализуется после совместной обработки двух последовательных замеров.

Таким образом, аппаратура МИД-НМ является эффективным средством при организации постоянного мониторинга скважин в процессе их строительства и эксплуатации с целью прогнозирования развития дефектов и определения оптимальных сроков ремонта скважин.

Дефектоскоп в модификации МИД-НМА предназначен для работы в автономном режиме на проволоке. Для работы с ним необходим мобильный компьютер, для согласования с глубиной необходим дополнительно Модуль контроля глубины.

Дефектоскоп в модификации МИД-НМК предназначен для работы на геофизическом кабеле с составе каротажной станции, оснащенной каротажным регистратором типа Вулкан, Карсар, Кедр.


На Рис.10 и Рис. 11 представлены записи, отражающие работу дефектоскопа МИД-НМ при определении конструкции эксплуатационной колонны и ее дефектов через НКТ.


Рис.10.  Изменение конструкции эксплуатационной (Т2)  колонны,  при строительстве эксплуатационной  колонны использовались трубы с различной толщиной стенки.
Рис.10. Изменение конструкции эксплуатационной (Т2) колонны, при строительстве эксплуатационной колонны использовались трубы с различной толщиной стенки.


Рис. 11. Обнаружение перфорации эксплуатационной колонны через НКТ.
Рис.11. Обнаружение перфорации эксплуатационной колонны через НКТ.
T1 – толщинограмма НКТ;
Т2 – толщинограмма эксплуатационной колонны.
L28-L41 – дефектограммы.
Интервал 2743,3 - 2744,7 м – патрубок эксплуатационной колонны.
Интервалы 2725 - 2730 м; 2732,7 - 2733,5 м – перфорация эксплуатационной колонны.