Методы контроля за техническим состоянием обсадных колонн

Существуют различные методы и приборы для определения повреждений обсадных колонн. Их можно разделить на прямые и косвенные.

Прямые методы контроля: оптический, акустический, электромеханический механический, магнитный, индукционный, метод рассеянного гамма-излучения. Косвенные методы: резистивиметрия, термометрия, метод радиоактивных изотопов.

Оптический метод основан на непосредственном фотографировании стенок обсадной колонны и изучении полученных фотографий. Существует разновидность этого метода — фототелевизионный метод. Отличие его в том, что изображение внутренней поверхности обсадной колонны по телевизионному каналу передается на поверхность. Промышленностью выпускаются комплекты скважинных фотоаппаратов ФАС-1 и ФАС-1М.

Недостаток этого метода состоит в том, что состояние колонны можно контролировать только в оптически прозрачной среде; по фотоснимкам и телеизображениям нельзя установить размер смятия, а глубокие царапины могут быть приняты за сквозные трещины. Исследуется не весь периметр колонны.

Акустический метод широко используют в промысловой геофизике. Он основан на регистрации отраженных от поверхности труб ультразвуковых колебаний. Изменения амплитуды, фазы, частоты и времени прихода акустических волн создают акустическое изображение внутренней поверхности обсадной колонны со всеми имеющимися дефектами.

В НИИморгеофизике разработан макет ультразвукового измерителя колонн, предназначенный для измерения внутреннего диаметра обсадных колонн с целью изучения их износа. Проведенные испытания прибора показали его высокую точность (±0,6 мм), однако прибор был рассчитан на отдельные (точечные) измерения. Применение его ограничено скважинами, заполненными водой или легким глинистым раствором.

Разработан скважинный акустический телевизор (CAT), регистрирующий высокочастотные ультразвуковые импульсы и позволяющий путем сканирования получить изображение стенки обсадной колонны. При помощи этого прибора можно определять местонахождение перфорационных отверстий, трещин, муфтовых соединений и т. п. В отличие от скважинного фотоаппарата он позволяет осуществлять сплошной (по всему стволу) контроль за внутренней поверхностью обсадных труб.

Недостаток акустического метода — зависимость результатов исследования от наличия на стенках труб различных неметаллических загрязнений. Метод не чувствителен к локальным нарушениям геометрии труб (вмятины, вздутия). Наличие шлама в буровом растворе, как и большая плотность последнего, также препятствует получению достоверной информации.

Электромеханический метод контроля за изменением внутреннего диаметра обсадных колонн основан на измерении перемещения шести — восьми рычагов устройства, скользящих по внутренней поверхности обсадной колонны. Радиальные перемещения рычагов передаются на подвижный контакт (ползунок), двигающийся синхронно по реохорде, благодаря чему изменяется соотношение электрических сопротивлений, напряжений или токов измерительной схемы и вырабатывается соответствующий сигнал, поступающий на регистратор.

В КФ ВНИИГеофизики разработан прибор НЭМ-68, регистрирующий средний диаметр обсадной колонны и муфтовые соединения; он обладает высокой чувствительностью и инструментальной точностью (до 1 мм) в диапазоне измерений. По такой же реостатно-рычажной схеме К. И. Резниковым создан аппарат для замера диаметра труб.

Все электромеханические приборы дают усредненные значения измеряемых величин, кроме того, возможен пропуск продольных дефектов, попавших в сектор между измерительными рычагами.

Механический метод основан на том же принципе, что и электромеханический, только результаты измерений регистрируются непосредственно в самом приборе.

Преимущество этого метода — автономность, т. е. отсутствие кабельной связи. К недостаткам электромеханического метода добавляется невозможность контроля за работой прибора.

Магнитный метод основан на регистрации магнитных полей рассеивания, образующихся вокруг отверстия в колонне при намагничивании стационарным магнитным полем обсадных труб.

В НИИморгеофизике разработан локатор перфорационных отверстий ЛПО-1 с магнитным датчиком. Прибор рассчитан на работу с трехжильным бронированным кабелем. Максимально допустимое давление 60 МПа, температура 150 °C.

Испытания макета прибора в скважинах показали его высокую разрешающую способность. При плотной перфорации 10 отв/м удается зарегистрировать каждое отверстие диаметром 7 — 8 мм и более.

Индукционный метод контроля основан на регистрации изменения поля вихревых токов, возбуждаемых в электропроводной среде (обсадной трубе) переменным магнитным полем. Применяется для измерения толщины стенок труб, выявления трещин и др.

В НИИморгеофизике разработаны индукционные дефектомеры ДИ-1 и ДСИ. Аппаратура ДИ-1 рассчитана на работу с трехжильным кабелем, а ДСИ — с одножильным. Эти приборы работают при давлении до 80 МПа и температуре до 150 «С. Дефектомерами ДИ-1 и ДСИ исследовано около 200 скважин. Испытания показали возможность выявления трещин, вздутий, смятий и интервалов протёртости труб в промежуточных и эксплуатационных колоннах с высокой Точностью. Минимальный размер трещин, выделяемый на фоне колебаний электрической проводимости труб, около 0,1 м, погрешность определения диаметра ±2 мм.

Методика работы с ДИ-1 и ДСИ та же, что и с ЛПО-1; освоена она теми же геофизическими организациями.

Метод рассеянного гамма-излучения используют для измерения средней толщины стенок, внутреннего диаметра, а также для выявления крупных разрезов и других дефектов обсадных труб.

Во ВНИИГИСе на основе этого метода созданы калибромер (нутромер), дефектомер и толщиномер. В настоящее время Уфимским заводом геофизического приборостроения выпускается дефектомер-толщиномер СГДТ-2. На основании интерпретации его показаний можно установить эксцентриситет колонны, средние толщину и диаметр обсадных труб с точностью до 0,5 мм, места расположения муфт и центрирующих фонарей.

Преимущество этого метода — высокая точность измерения, независимая от плотности бурового раствора и загрязнений поверхности труб. Недостатки метода — невысокий верхний предел рабочей температуры скважинных приборов («100 °С), нечувствительность к мелким дефектам колонны, в том числе небольшим трещинам и отверстиям, очень низкая скорость измерений в скважинах, усреднение значения толщины и диаметров труб, сложность аппаратуры.

Метод резистивиметрии основан на измерении с помощью скважинного резистивиметра удельного электрического сопротивления жидкости в скважине в сочетании с операциями, вызывающими приток или поглощение жидкости через нарушение целостности обсадной колонны. В первом случае место нарушения колонны отмечается нижней границей отклонения кривой изменения сопротивления жидкости, заполняющей скважину во втором — место нарушения обнаруживается по остановке границы раздела заполняющей скважину и закачиваемой в нее жидкостей.

Метод термометрии основан на возникновении температурных аномалии в местах нарушения колонны при притоке или поглощении жидкости Он обладает в основном теми же недостатками, что и метод резистивиметр Метод радиоактивных изотопов основан на регистрации аномальной интенсивности гамма-излучения против мест нарушений колонны после прокачки в ней жидкости, активированной радиоактивными изотопами (обычно с малым периодом полураспада). Он применим только в том случае если нет затрубной циркуляции жидкости в зоне нарушения и поглощающий пласт совпадает по глубине с местом нарушения. Этот метод — один из наиболее надежных и точных косвенных методов, однако вследствие сложности и трудоемкости проведения работ и радиационной опасности применяется редко.