Теоретическое обоснование

Министерство образования И НАУКИ российской федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ государственное БЮДЖЕТНОЕ образовательное учреждение

Высшего образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Филиал ТюмГНГУ в г. Сургуте

Кафедра «Нефтегазовое дело»

 

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению контрольных работ по дисциплине: «Промысловая геофизика» для студентов направления 21.03.01 «Нефтегазовое дело»

заочной формы обучения

 

               

 

Сургут, 2015

Методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине методы «Промысловая геофизика» для студентов всех форм обучения по направлению 21.03.01 «Нефтегазовое дело» /сост.БахаревМ.С..; Тюменский государственный нефтегазовый университет филиал ТюмГНГУ в г.Сургуте. – 11с.

 

Методические указания рассмотрены на заседании кафедры   Нефтегазовое дело

                                    (название кафедры)

 

Протокол №  1                                                   «1»  сентября  2015 г.

 

Зав. кафедрой ________________ Лушпеев В.А.

 

Методические указания разработал:

Бахарев Михаил Самойлович                                                                  

профессор, д.т.н.

                                                                                         ________________

(подпись)

 

 

Геофизические исследования технического состояния обсадных колонн и заколонной крепи

Цель и содержание контрольной работы

Целью контрольной работы является изучение теории геофизических методов исследований технического состояния обсадных колонн и заколонной крепи.

Основными методами ГИС контроля технического состояния скважин являются: скважинное акустическое телевидение, акустическая профилеметрия и кавернометрия, методы контроля качества цементирования обсадных колонн и термометрия.

Теоретическое обоснование

Скважинное акустическое телевидение (САТ)

САТ - специальный вид АК, предназначенный для детального исследования стенок обсаженных и необсаженных скважин. Сканирование осуществляется с помощью вращающегося преобразователя акустических сигналов. Их амплитуда определяется отношением волновых сопротивлений стенки скважины и бурового раствора.

Разрешающая способность САТ зависит от длины волны λ. Поэтому для увеличения детальности используют достаточно высокую частоту f = 1-2 МГц. В то же время это вызывает большое затухание волн в буровом растворе.

САТ эффективен для выявления в разрезах скважин тектонических нарушенных и трещиноватых зон, а также проницаемых коллекторов, где коэффициент отражения имеет пониженные значения (рис. 8).

Акустическиепрофилеметрия и кавернометрия

Эти методы, как и САТ, основаны на законах отраженных волн. Используется принцип импульсной эхолокации, то есть изменение времени t распространения упругих волн от излучателя до стенки скважины и обратно:

d_c = V_сt,

где V_с - скорость в буровом растворе, t_с – время, d_c – диаметр скважины.

 

Чтобы измерять время по кратчайшему расстоянию, точки измерения и приема совмещают. В качестве источника–приёмника применяют пьезопреобразователи с частотой f = 200-500 кГц.

 

Рисунок 8 Пример «фотографирования» стенок скважины по результатам САТ

Акустическаяпрофилеметрия отличается от акустической ковернометрии тем, что в ней обеспечивается вращения луча. Запись амплитудных сигналов осуществляется несколькими сдвинутыми друг относительно друга преобразователями. Результаты каротажных исследований представляются в виде кривых акустической жёсткости и круговых диаграмм, отображающих форму ствола скважины по его диаметру (рис. 9).

Геофизический контроль качества цементирования обсадных колонн (уровень цементного заполнителя между обсадной трубой и стенкой скважины, равномерность распределения, сплошность цементного камня и его качество сцепления с колонной) осуществляется термическими, радиоактивными и акустическими методами.

 

I, II, III – интервалы сечения

Рисунок 9 Пример обработки диаграмм акустической профилеметрии

 

Термометрия.

Это термический каротаж, заключающийся в непрерывном измерении температуры вдоль оси скважины. Скважинные термометры содержат в качестве датчиков термочувствительные резисторы из медного или платинового провода. Они позволяют измерять температуру от 0 до 150-250⁰. Термометры подключают к RC-генератору, находящемуся в скважинном приборе и для контакта с буровым раствором помещены в герметические медные трубки. Последние с целью уменьшения тепловой инерции залиты кремнийорганической жидкостью.

Высота цементного кольца в затрубном пространстве скважины определяется по показателю повышения температуры в процессе затвердевания цемента. Наибольшие температурные аномалии можно зафиксировать во времени от 6 до 24 часов после окончания заливки.

Верхняя граница цемента за трубами устанавливается по резкому сдвигу кривой на термограмме на фоне постепенного возрастания этой кривой с глубиной рис. 10.

Рисунок 10 Форма кривых термометрии при определении высоты цементного кольца в затрубном пространстве

 

Термометрия применяется также:

1) для определения состава горных пород вследствие изменения их температуропроводности;

2) для определения солености пластов (против них имеет место понижение температуры при растворении солей в жидкости);

3) для выделения газоносных пластов (против них наблюдается понижение температуры из-за падения давления);

4) для определения водоотдающих пластов (против них могут быть как увеличенные, так и пониженные температуры в зависимости от соотношения Т воды и промывающей жидкости).

Радиоактивные методы контроля технического состояния скважин.

Эти методы основаны как на модификации ГК, так и на модификации ГГК.

ГК-модификация носит название радиоактивных изотопов и основана на 2-х кратной регистрации кривых, из которых одна записывается до закачки раствора, а вторая после закачки. Для этого, в раствор добавляют короткоживущие изотопы, например изотопы Fe в малых дозах рис. 11. Интервал закачки характеризуется повышенными значениями J _γ2 по сравнению с J _γ1.

Рисунок 11 Форма кривых гамма-каротажа радиоактивных изотопов при определении высоты цементного кольца в затрубном пространстве

 

ГГК-модификация основана на применении двухзондового прибора с регистрацией J _gg различных энергий.

Первый зонд содержит источник ¹³⁷Cs, вращается с помощью электродвигателя и содержит свинцовый экран с колллимационными окнами. Экран расположен в нижней части прибора и с его помощью регистрируется круговаяцементограмма. Второй зонд является зондом малой длины (около 8 см), содержит источник ¹⁷⁰Tm и расположен в верхней части прибора С его помощью регистрируется толщинограмма, которая в основном зависит от толщины обсадных труб.

Методика скважинных исследований ГГК-модификацией следующая. При остановке прибора на заданной глубине первым зондом регистрируется дефектограмма (изменение J _gg по окружности ствола скважины). Синусоидальный вид дефектограммы, свидетельствует о том, что колонна в скважине имеет эксцентриситет (этот эксцентриситет наблюдается практически повсеместно). Если форма синусоиды искажается, то это признак наличия неоднородностей в цементном камне (присутствуют каналы). Качество цементирования оценивается по соотношению протяженностей положительной (l₁) и отрицательной (l₂) полуволн рис. 12.

1–цемент, 2 – промывочная жидкость, J_ц – максимальные показания прибора против каверны, заполненной цементом; J_рп – то же при номинальном диаметре скважины против незацементированных участков ствола

 

Рисунок 1- Круговаяцементограмма идефектограммы

 

Акустические методы каротажа.

АК изучается плотность сцепления цементного камня с колонной и стенкой скважины. Измеряются три параметра:

1) А_к – амплитуда vп (продольной волны) в колонне

2) А_п – то же в породе

3) t_п – время распространения продольной волны в породе

 

Приборы носят название акустическихцементомеров. Скважинный зонд двухэлементный (излучатель и приемник).В качестве цементирования основную информацию несут параметры А_к и t_п. Если А_к< 0,2 А_к ^mnх, то хорошее сцепление цементного камня с колонной, а если А_к > 0,8 А_к ^mnх, то сцепление цементного камня отсутствует рис. 13.

Рисунок 2 –  Оценка качества цементирования колонны