Введение к работе
Актуальность темы
Геофизические исследования являются неотъемлемой частью геологического изучения площадей и структур, а также анализа, контроля и регулирования процессов разработки нефтяных и газовых месторождений и оценки технологического состояния скважин. Значимость геофизических методов определяется многоплановым характером достоверной информации, получаемой с их помощью.
Большинство месторождений нефти и газа находится на поздней стадии промышленной разработки, а подземные хранилища газа эксплуатируются более 30 лет. Большое значение с точки зрения обеспечения надежности экологической безопасности приобретают работы в области совершенствования способов, устройств технической диагностики скважин и практическая реализация полученных результатов для их ремонта.
При строительстве и эксплуатации нефтегазовых скважин в сложных геолого-технических условиях для предотвращения осложнений необходимо проводить мониторинг технического состояния обсадных колонн. Одним из эффективных средств для выполнения этой задачи является электромагнитная дефектоскопия.
В решение этой актуальной, многоплановой проблемы внесли свой вклад как советские и российские ученые С. А. Венско, А. П. Зубарев, А. А. Кауфман, А. Г. Керимов, Л. Е. Кнеллер, А. В. Миллер, А. П. Потапов, В. А. Сидоров, В. И. Шамшин, М. И. Эпов и др., так и исследования ведущих зарубежных компаний Halliburton, Schlumberger, Sondex, Western Atlas и др.
Несмотря на достигнутые успехи в повышении информативности магнитоимпульсной дефектоскопии-толщинометрии обсадных колонн в скважинах, имеется необходимость её совершенствования. Особое значение приобретает разработка технологии контроля состояния колонн без подъема насосно-компрессорных труб в условиях многоколонной конструкции скважин. Настоящая работа направлена на решение данной проблемы и основана на обобщении теоретических и экспериментальных исследований автора.
Актуальность направлений выполняемой работы подтверждается постановлением от 09 июля 2002 года № 43 Федерального горнопромышленного надзора России «Положение о порядке продления срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах», в котором предусмотрен перечень необходимых работ по техническому диагностированию:
оценка коррозии, износа и других дефектов;
неразрушающий контроль;
определение механических характеристик;
исследование напряженно-деформированного состояния и выбор критериев предельных состояний;
испытания на прочность и другие виды испытаний.
Цель диссертационной работы
Разработка технологии дефектоскопии-толщинометрии обсадных колонн на основе метода магнито-импульсной дефектоскопии-толщинометрии (МИДТ) в одно- и многоколонных нефтяных и газовых скважинах.
Объект исследования
Нефтяные и газовые скважины, насосно-компрессорные трубы (НКТ), эксплуатационные колонны (ЭК), технические колонны (ТК).
Предмет исследования
МИДТ, толщина стенки, дефекты, коррозия ЭК и НКТ, перфорационные каналы.
Основные задачи исследования
-
Анализ состояния разработки аппаратурно-методических средств на основе электромагнитных методов для решения задач дефектоскопии-толщинометрии колонн (наличие продольных, поперечных и наклонно-направленных трещин, коррозионного износа, определение толщины стенок и остаточной прочности колонн).
-
Теоретический анализ и обоснование принципиальных возможностей и областей применения дефектоскопии-толщинометрии обсадных колонн, в т.ч. при многоколонных конструкциях, на основе метода переходных процессов.
-
Теоретическая оценка возможной погрешности определения толщины стенок в одноколонных и многоколонных скважинах.
-
Исследование влияния различных факторов (числа труб, их толщин, проводимости, магнитной проницаемости) на регистрируемый сигнал.
-
Оценка точности определения толщин и дефектов стенок в одноколонных и многоколонных скважинах.
-
Разработка технологии применения метода магнитоимпульсной дефектоскопии-толщинометрии скважин.
Методы исследования
При теоретических исследованиях использовались методы математического моделирования распространения электромагнитных полей в условиях обсаженных скважин для коаксиально-цилиндрических моделей сред; методы математической обработки результатов измерений; методы натурного моделирования; анализ и обобщение полученного материала; эксперименты на моделях и в скважинах.
Научная новизна
-
Теоретически и экспериментально обоснован методический подход к оценке возможной погрешности определения толщин стенок колонн методом МИДТ в одноколонных и многоколонных скважинах.
-
Установлено влияние магнитной проницаемости, электропроводности металла, количества колонн, их толщин на регистрируемый сигнал и на этой основе определены задачи, решаемые МИДТ: выявление нарушения целостности и дефектов колонн, оценка степени износа толщины стенок труб и первой, и второй колонн с необходимой для практики точностью (Пат. РФ №2250372).
-
Обоснована и предложена технология МИДТ нефтегазовых скважин, заключающаяся в обязательных измерениях параметров на моделях, проведении скважинных измерений с учетом разработанных автором рекомендаций, применении оригинальных алгоритмов интерпретации, предусматривающих их настройку по экспериментальным (модельным и скважинным) данным.
Основные защищаемые научные положения
-
Метод магнито-импульсной дефектоскопии-толщинометрии, основанный на регистрации переменных процессов в трубах с временным разделением сигналов и интерпретации полученных результатов с учетом существенного влияния магнитной проницаемости (m) и электропроводности () труб, позволяет исследовать и определять толщину стенок, дефекты в первой и во второй колоннах.
-
Разработанная технология МИДТ нефтегазовых скважин, с обязательными предварительными измерениями на моделях и калибровкой в эталонных трубах с известными параметрами, применением оригинальных алгоритмов интерпретации - позволяет обеспечить решение задач выделения дефектов и оценки толщин стенок труб со следующими характеристиками: погрешность определения толщины первой колонны 0.5мм, второй – 0.7мм; минимальный размер дефекта типа “трещина”: в НКТ 30мм, в обсадной колонне 50мм, в обсадной колонне через НКТ - 70мм; типа “отверстие” – 20мм.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена результатами теоретических расчетов, экспериментальных и опытно-методических исследований, выполненных на моделях метрологического центра ВНИИГИС и др., а также в нефтегазовых скважинах Оренбуржья, Ставрополья, Башкортостана, Украины, Казахстана, Германии, Китая и др.
Практическая значимость и реализация результатов работы заключается в разработке и внедрении комплексов методических, технологических, метрологических и технических решений, образующих систему диагностики состояния обсадных колонн нефтяных и газовых скважин в процессе их эксплуатации, обеспечивающих экономию трудовых и производственных ресурсов, повышение надежности и экологической безопасности добычи углеводородов из недр.
В настоящее время выпущено и поставлено заказчику более 130 аппаратурно-методических комплексов МИД-К, основанных на методе МИДТ, исследовано более 1000 скважин (в том числе: нефтяных - эксплуатационных, разведочных; газовых - ПХГ; специального назначения, бурящихся на воду и др. полезные ископаемые). Технология магнитоимпульсной дефектоскопии-толщинометрии используется во многих организациях России, странах ближнего (Беларусь, Казахстан, Украина, Узбекистан) и дальнего (Германия, Венгрия, КНР) зарубежья.
По материалам проведенных работ составлено, утверждено и передано в производственные организации «Методическое руководство по проведению магнитоимпульсной дефектоскопии-толщинометрии в нефтяных и газовых скважинах аппаратурой МИД-Газпром и обработке результатов измерений»
Личный вклад автора
Автор участвовал в проведении численных расчетов, формулировке основных выводов по возможной погрешности определения толщины труб при одно- и многоколонной конструкциях скважин, в постановке и проведении экспериментальных исследований на моделях и в скважинах, в разработке собственно технологии проведения магнитоимпульсной дефектоскопии-толщинометрии в нефтегазовых скважинах, внедрении технологии в производство.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на различных конференциях, семинарах и совещаниях, в том числе: Всероссийской научно-практической конференции «Информационное обеспечение строительства нефтяных и газовых скважин» (г.Москва, 2 мая 2005г.); Международном симпозиуме «Новая техника и технологии для геофизических исследований скважин» (г.Уфа, 2006г.); Научно-технической конференции, посв. 50-летию ОФ УГНТУ «Проблемы нефтегазового дела» (Октябрьский, ОФ УГНТУ, 2006г.); Восьмой Уральской молодежной научной школе по геофизике (Горный институт УрО РАН Пермь, 19-23 марта 2007г.); Международной геофизической конференции и выставке «Геонауки – от новых идей к новым открытиям» (Санкт-Петербург, 7-10 апреля 2008г.); Международной научно-технической конференции и выставке «Современные приборы, материалы и технологии для неразрушающего контроля и технической диагностики машиностроительного и нефтегазопромыслового оборудования» (г.Ивано-Франковск, 2 декабря 2008г.); Международной геолого-геофизической конференции и выставке (г.Тюмень, 2-5 марта 2009г.); VII Международной научно-практической конференции молодых специалистов (Санкт-Петербург, 5-9 октября 2009 г.)
Публикации
Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 22 научных работах, из них 7 работ - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объём работы
Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций. Она изложена на 159 страницах машинописного текста, содержит 87 рисунков, 9 таблиц и список использованных источников из 111 наименований.
Автор считает своим приятным долгом поблагодарить сотрудников ОАО НПП «ВНИИГИС», без совместной работы с которыми не было бы возможным развитие данного направления и получение результатов, изложенных в работе: к.т.н. В.Н. Даниленко, А.В. Кондрашова, С.В. Латунова, Т.С. Мамлеева, А.Н. Наянзина, А.Г. Терегулова, Н.М. Шевченко, В.Ф. Шокурова и др.
Особую благодарность автор выражает научному руководителю д.т.н., профессору Л.Е. Кнеллеру, а также д.т.н., профессору Н.И. Слюсареву и д.г-м.н., доценту А.Г. Талалаю за постоянную помощь и консультации при выполнении поставленных задач и непосредственно при подготовке диссертационной работы, к.т.н. А.П. Потапову, под руководством и в соавторстве с которым получены основные результаты, изложенные в работе.
