Способ определения технического состояния скважин

 

Изобретение относится к области геофизических исследований и может быть использовано при определении технического состояния скважин и путей распространения составов методом радиоактивного каротажа с использованием меченых веществ. Задачей изобретения является повышение эффективности исследования при снижении биологической опасности и сохранении экологической чистоты. Способ включает снятие фоновой кривой интенсивности естественного радиоактивного излучения перед закачкой составов за обсадную колонну, введение в составы контрастных добавок. Осуществляют закачку их за обсадную колонну. Ожидают образования непроницаемого для жидкости и газа экрана, подготавливают скважину к проведению геофизических исследований и снимают повторную кривую распределения радиоактивного излучения. Сравненивая повторную кривую распределения радиоактивного излучения и фоновую кривую интенсивности естественного радиоактивного излучения, определяют техническое состояние скважин и пути распространения тампонажных и ремонтных составов. Активацию контрастной добавки проводят потоком нейтронов непосредственно в заколонном пространстве с помощью приборов импульсного радиоактивного каротажа. Снятие повторной кривой распределения радиоактивного излучения проводят после окончания образования непроницаемого экрана и выдержки времени, достаточного для спада гамма-активности изотопов марганца и хлора. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области проведения геофизических исследований при определении технического состояния скважин методом радиоактивного каротажа с использованием меченых веществ (оценки качества первичного цементирования, степени и характера заполнения заколонного пространства скважин тампонажным материалом, путей распространения ремонтных составов за обсадными колоннами при вторичном или исправительном цементировании, обнаружении мест негерметичности обсадных колонн, например, при проведении работ по изоляции водопритоков, ликвидации межпластовых перетоков флюидов, устранении миграции газа в заколонном пространстве скважин и т.п.).

Известны способы определения состояния цементного камня в заколонном пространстве скважин методами акустического и радиоактивного каротажа (см., например, "Акустические и радиометрические методы определения качества цементирования нефтяных и газовых скважин", М.: Недра, 1971 г.)[1].

Однако они наибольшей информативностью обладают лишь при первичном цементировании. При повторном (исправительном) цементировании закачиваются несоизмеримо меньшие объемы ремонтных составов, что приводит к незначительным изменениям характеристик среды в заколонном пространстве скважин для акустических и радиоактивных методов и не позволяет определить пути их распространения за обсадными колоннами. Поэтому на практике часто имеют место случаи, когда практически вслепую производятся многочисленные и безуспешные закачки ремонтных составов, не приводящие к герметизации заколонного пространства скважин.

В зарубежной и отечественной практике известны также способы радиоактивного каротажа с использованием меченых веществ, обладающих различными аномальными ядерно-физическими свойствами относительно окружающей среды и наличие которых надежно выделяется методами радиоактивного каротажа. (В качестве меченого вещества могут быть использованы как радиоактивные изотопы - метод радиоактивных изотопов, так и изотопы, обладающие аномально-высоким сечением захвата тепловых нейтронов - нейтронный метод меченого вещества).

Меченое вещество может быть введено в скважину в виде водного раствора солей изотопа, суспензии, на твердом носителе (песке, пластмассовых гранулах, ионо-обменных смолах) путем продавливания растворов и смесей, приготовленных на поверхности в специальных емкостях с помощью насосов цементировочных агрегатов; введения в поток воды, закачиваемой в скважину; использования глубинных инжекторов, в виде дистанционной поршневой системы или порохового заряда; электролитического растворения (электроискрового распыления); с помощью пулевых перфораторов, выстреливающих специальными пулями, начиненными меченым веществом и т.п. [2].

В России для определения высоты подъема тампонажных материалов за обсадной колонной, технического состояния и направления движения жидкости в заколонном пространстве скважин известен индикаторный метод по радону (ИМР), предложенный сотрудниками института "ВолгоградНИПИнефть" [3], заключающийся в записи фоновой кривой распределения интенсивности естественного радиоактивного излучения пород в скважине (в функции глубины); приготовлении радонового индикатора на земной поверхности; обогащении им нелетучих жидкостей (воды, нефти, бурового и цементного раствора и т.п.); закачивании обогащенных радоном жидкостей в скважину; записи кривой распределения интенсивности радиоактивного излучения в скважине (в функции глубины) после закачивания обогащенных радоном жидкостей; анализе кривых распределения интенсивности радиоактивного излучения в скважине и выделении аномальных зон, по которым судят об определяемых параметрах.

Следует отметить, что, несмотря на сравнительно малую адсорбцию радона на глинистой корке, буровом оборудовании, быстром выводе его из организма (в течение 1-6 ч), данный метод является экологически грязным и вредным для биологических организмов.

Известна также "Методика радиоактивного каротажа короткоживущими радионуклидами", разработанная в АО НПЦ "Тверьгеофизика" (прототип), суть которой заключается в приготовлении раствора, меченного короткоживущими радионуклидами натрия-24, закачке его в скважину с последующей индикацией радиоактивных аномалий стандартной аппаратурой, имеющей канал гамма-каротажа [4].

Приготовление радионуклидов натрия-24 осуществляется в стационарных условиях или по приезду на скважину с помощью специального активационного устройства ТАУ-2 с использованием источника, имеющего выход нейтронов не менее 2-5•10 с^-1 (Ри-Ве или Cf-252,- плутоний - бериллий или калифорний соответственно).

Выбор натрия-24 обусловлен малым периодом полураспада (15 ч), высокой энергией выхода гамма-квантов (1,37 и 2,75 МэВ) при использовании широкодоступных активируемых соединений натрия Na₂СО₃ и NaНСО₃, отсутствием адсорбции при контакте с твердой фазой в скважине и т.п.

Общими недостатками указанных радиоактивных методов являются недостоверность определения высоты подъема ремонтных тампонажных составов, т.к. меченые вещества обычно вымываются из цементных растворов и поднимаются выше уровня подъема цемента; их экологическая опасность и биологическая вредность даже при неукоснительном соблюдении правил радиационной безопасности; использование "грязных" технологий приготовления и закачивания обогащенных жидкостей; большие затраты времени и трудоемкость, что требует высокого мастерства исполнителей работ.

Поэтому они не нашли широкого применения в мировой практике проведения геофизических исследований скважин (ГИС), и до сих пор радиоактивный каротаж с использованием меченых веществ относится к специальным видам геофизических исследований и его применение оправдано лишь в тех случаях, когда задача не решается другими методами [2].

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности метода радиоактивного каротажа с использованием меченых веществ при определения технического состояния скважин с одновременным снижением биологической опасности и сохранением экологической чистоты.

Для решения поставленной задачи в способе определения технического состояния скважин и путей распространения тампонажных или ремонтных составов за обсадной колонной, включающем снятие фоновой кривой распределения интенсивности естественного радиоактивного излучения в скважине, введение в тампонажные или ремонтные составы контрастных добавок, закачку указанных составов и ожидание в течение времени, необходимого для окончания физико-химических процессов превращения их за обсадной колонной в непроницаемый для жидкости и газа экран (за счет затвердевания, полимеризации или набухания), подготовку скважины к проведению геофизических исследований, снятие кривой распределения интенсивности радиоактивного излучения в скважине, выделение аномальных зон и определение путей распространения за обсадной колонной закачиваемых составов путем сравнения фоновой кривой распределения интенсивности естественного радиоактивного излучения и кривой распределения интенсивности радиоактивного излучения в скважине, активацию контрастной добавки проводят потоком нейтронов с помощью приборов импульсного радиоактивного каротажа непосредственно в заколонном пространстве скважин, причем снятие кривой распределения интенсивности радиоактивного излучения в скважине проводят после окончания физико-химических процессов превращения указанных составов с контрастной добавкой в непроницаемый экран и выдержки времени, достаточного для спада гамма-активности изотопов марганца и хлора.

Суть предлагаемого способа заключается в снятии фоновых кривых перед закачкой смесей за обсадную колонну, дополнительном введении в них измельченных меченых веществ или контрастных добавок (например, NаНСО₃, Nа₂СО₃ и т. п. ), закачке их за обсадную колонну, ожидании затвердевания (полимеризации) тампонажных составов, подготовке скважины к проведению геофизических исследований - ГИС (промывка, шаблонирование и т.п.), активации контрастных добавок непосредственно в заколонном пространстве скважин потоком нейтронов с помощью приборов импульсного радиоактивного каротажа, повторном проведении ГИС, выделении аномальных зон и оценке технического состояния скважин путем сравнения фоновых и повторных кривых ГИС.

Следует отметить, что реализация предлагаемого способа не вызывает затруднений, поскольку в аппаратуре радиоактивного импульсного каротажа в настоящее время применяются нейтронные импульсные трубки с большой энергией выхода нейтронов, например, ВНТ1 - 26 (см. таблицу).

Повышение эффективности метода радиоактивного каротажа с использованием меченых веществ достигается за счет повышения точности определения высоты подъема закачиваемых смесей (тампонажных и ремонтных составов) за обсадной колонной за счет исключения эффекта вымывания меченых веществ (из затвердевших закачиваемых смесей); исключения экологически грязных и биологически вредных технологий приготовления и закачивания обогащенных составов путем активации меченых веществ не на земной поверхности, а непосредственно в заколонном пространстве скважин через эксплуатационную обсадную колонну после закачивания и твердения ремонтных составов, исключения необходимости применения радиоактивных источников стационарных излучений, представляющих опасность для биологических объектов и требующих создания не только соответствующей инфраструктуры, но и специальных условий для их хранения и использования; исключения необходимости применения специальных активационных устройств и транспортных средств, требующих периодического обслуживания, освидетельствования и сертификации; исключения факторов биологической вредности для исполнителей работ и экологической опасности как в районе проведения радиоактивного каротажа, так и по пути следования на скважину; снижения затрат времени и трудоемкости из-за упрощения процесса приготовления тампонажных смесей с мечеными веществами до их простого физического перемешивания; исключения необходимости дезактивации оборудования, применения специальных реагентов и захоронения продуктов дезактивации.

Кроме того, проведение исследований по предлагаемому способу не требует специальной подготовки и высокого мастерства исполнителей работ, согласованного плана с территориальными органами Госгортехнадзора и может выполняться силами любой комплексной геофизической партии.

Ограничением к применению предлагаемого способа определения технического состояния скважин с использованием меченых веществ является наличие в металле обсадной колонны марганца, приобретающего наведенную радиоактивность при облучении потоком нейтронов, причем концентрация его в трубах, изготовленных из различных марок стали, колеблется в диапазоне 0,5 - 1,6% (для стали марок 45 и 20ХГ2б соответственно), что создает дополнительный фон, затрудняющий выделение радиоактивных аномалий, обусловленных наличием вводимых в ремонтный состав меченых веществ. Поэтому выбор меченых веществ должен осуществляться таким образом, чтобы их период полураспада существенно отличался от периода полураспада изотопа марганца Мп⁵⁶, который составляет 2,6 ч.

Нами предлагается использование в качестве меченого вещества изотопа натрия-24 с периодом полураспада 15 ч.

При этом, через 15 ч после облучения, интенсивность гамма излучения изотопов натрия снижается только в два раза, а марганца Мп⁵⁶ - более чем в 32 раза, т.е. становится ничтожно малым.

Другим ограничением к применению предлагаемого способа является наличие в заколонном пространстве в пластовых водах хлора с периодом полураспада 37,5 мин, что может также привести к искажению радиоактивных аномалий, обусловленных изотопом натрия -24, т.к. при небольшом времени облучения активность изотопа натрия -24 существенно меньше активности изотопа хлора.

Таким образом, первое исследование после облучения следует производить после спада наведенной активности изотопа хлора, т.е. по истечении 3-7 периодов полураспада хлора (1,87-4,37 ч), при котором его влияние становится незначительным.

Испытания предложенного способа определения технического состояния скважин в части определения высоты подъема и путей распространения ремонтных составов за обсадной колонной проводились на скважине 74 Краснодарской СПХГ и показали его высокую эффективность. Закачка производилась через специальные технологические отверстия в обсадной колонне, выполненные в интервале 958-962 м.

На чертеже кривыми 1 и 2 показаны распределения гамма-активности ремонтного состава с добавками NaНСО₃ (до и после активации соответственно), из которых следует, что ремонтный состав в основном сосредоточен в интервале 964-1020 м, т.е. ниже технологических отверстии.

Источники информации 1. Ю.А. Гулин, Д.А. Берштейн. Акустические и радиометрические методы определения качества цементирования нефтяных и газовых скважин.- М.: Недра, 1971, с. 6-21, 63-76.

2. Техническая инструкция по проведению геофизических исследований в скважинах. Утверждена Министерством геологии СССР 4.05.84 г., Министерством нефтяной промышленности 8.05.84 г., М.: Недра, 1985, с.58-59.

3. Проспект ПО "Нижневолжскнефть" ВолгоградНИПИнефть. Индикаторный метод по радону для определения технического состояния скважин, Волгоград, 1977; 4. Транспортируемая активационная установка ТАУ-2. Информационно- коммерческий вестник АИС "Каротажник", Ассоциация научно-технического и делового сотрудничества по исследованиям и работам в скважинах, Тверь, 1994, вып. 8, с.115 - прототип.

Формула изобретения

Способ определения технического состояния скважин и путей распространения тампонажных или ремонтных составов за обсадной колонной, включающий снятие фоновой кривой распределения интенсивности естественного радиоактивного излучения в скважине, введение в тампонажные или ремонтные составы контрастных добавок, закачку указанных составов и ожидание в течение времени, необходимого для окончания физико-химических процессов превращения их за обсадной колонной в непроницаемый для жидкости и газа экран (за счет затвердевания, полимеризации или набухания), подготовку скважины к проведению геофизических исследований, снятие кривой распределения интенсивности радиоактивного излучения в скважине, выделение аномальных зон и определение путей распространения за обсадной колонной закачиваемых составов путем сравнения фоновой кривой распределения интенсивности естественного радиоактивного излучения и кривой распределения интенсивности радиоактивного излучения в скважине, отличающийся тем, что активацию контрастной добавки проводят потоком нейтронов с помощью приборов импульсного радиоактивного каротажа непосредственно в заколонном пространстве скважин, причем снятие кривой распределения интенсивности радиоактивного излучения в скважине проводят после окончания физико-химических процессов превращения указанных составов с контрастной добавкой в непроницаемый экран и выдержки времени, достаточного для спада гамма-активности изотопов марганца и хлора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2