Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЦЕНКИ ПЛОТНОСТИ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ В СКВАЖИНАХ ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩ ГАЗА БЕЗ ПОДЪЕМА НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ

Изобретение относится к области ядерной геофизики и служит для оценки плотности цементного камня скважин подземных хранилищ газа (ПХГ) в процессе их эксплуатации без подъема насосно-компрессорных труб (НКТ).

Известен способ оценки плотности цементного камня в оборудованных эксплуатационной колонной (ЭК) скважинах с помощью аппаратуры СГДТ (Скважинная ядерная геофизика. - М.: Недра, 1990).

Однако определение плотности цементного камня по этому способу без подъема НКТ невозможно, что практически исключает определение плотности цементного камня в эксплуатационных скважинах ПХГ с НКТ, проводить мониторинг которых необходимо, чтобы исключить опасность разгерметизации этих скважин, вследствие разрушения цементного камня в ходе эксплуатации ПХГ.

Известен способ оценки плотности цементного камня в скважинах без подъема НКТ, который осуществляется в процессе измерений аппаратурой широкодиапазонного спектрометрического нейтронного гамма-каротажа (СНГК-Ш) (А.В. Гулимов, Л.К. Борисова, В.Н. Даниленко. Возможности комплекса широкодиапазонного спектрометрического нейтронного гамма-каротажа для контроля герметичности скважин // НТВ «Каротажник». - Тверь: Изд. АИС, 2012. - Вып.2(121). - С.42-48).

В известном способе оценку плотности цементного камня предлагается осуществлять по результатам измерений аппаратурой СНГК-Ш с имитатором НКТ на моделях для калибровки аппаратуры СГДТ.

В способе для оценки состояния заколонного пространства по результатам измерений СНГК-Ш рассчитывают аналитические двойные разностные параметры (ДРП):

ДРП - отношений водорода и бора (H/B), кальция и кремния (Ca/Si) Transf-C спектра высокоэнергетического диапазона на малом зонде (МЗ);

ДРП(α) - коэффициента α МЗ, характеризующего скорость спада комптоновского рассеяния (равный показателю степени интенсивности фона комптоновского рассеяния текущего спектра от энергетических каналов).

ДРП рассчитываются по стандартной формуле:

;

где:

ДРП(А) - аналитический двойной разностной параметр, величина безразмерная;

A - текущее значение отношения Ca/Si, измеренное по всему разрезу исследуемой скважины с помощью аппаратуры типа СНГК-Ш, величина безразмерная;

A_min - минимальное значение отношения Ca/Si, выбранное из A, величина безразмерная;

A_max - максимальное значение отношения Ca/Si, выбранное из A, величина безразмерная.

Между плотностью цементного камня и содержанием в нем кальция и кремния существует тесная корреляционная зависимость, что позволяет оценивать плотность цементного камня по соотношению линий ГИРЗ Ca/Si (соотношение линий гамма-излучения радиационного захвата кальция и кремния) на МЗ СНГК-Ш.

Плотность гамма-излучения (γ_снгк) по результатам измерений СНГК-Ш обусловлена плотностью цементного камня и оценивается по данным измерений на МЗ согласно уравнению:

;

Чем больше γ_снгк, тем выше плотность цементного камня заколонного пространства (А.В. Гулимов, Л.К. Борисова, В.Н. Даниленко. Возможности комплекса широкодиапазонного спектрометрического нейтронного гамма-каротажа для контроля герметичности скважин // НТВ «Каротажник». - Тверь: Изд. АИС, 2012. - Вып.2(121). - С.44).

Недостатком данного способа является его большая трудоемкость.

Известный способ предусматривает вычисление аналитических параметров СНГК по регистрируемым нейтронно-радиационным спектрам, подвергнутым трансформации после энергетической калибровки по двум алгоритмам. Один из этих алгоритмов Transf-C реализует метод внутреннего стандарта-фона путем нормировки программно выделяемых аналитических линий на интенсивность фона комптоновского рассеяния под ними. В основе этого способа трансформации аппаратурных спектров лежит степенная зависимость интенсивности комптоновского рассеяния аналитических линий ГИРЗ от энергетических дискретов (каналов). Таким образом, в известном способе каждый раз необходимо проводить энергетическую калибровку СНГК-Ш с имитатором НКТ на моделях для калибровки аппаратуры СГДТ, а затем рассчитывать аналитические параметры и производить оценку плотности цементного камня.

Задача, поставленная предлагаемым способом, заключается в снижении трудоемкости проведения измерений, за счет исключения затрат на проведение калибровки аппаратуры на моделях с имитатором НКТ.

Поставленная задача решается тем, что в способе оценки плотности цементного камня в скважинах подземных хранилищ газа без подъема насосно-компрессорных труб проводят измерения значений отношений Ca/Si в скважинах аппаратурой типа широкодиапазонного спектрометрического нейтронного гамма-каротажа (СНГК-Ш), по результатам измерений рассчитывают двойной разностной параметр по формуле:

;

где:

ДРП(Ca/Si) - аналитический двойной разностной параметр, величина безразмерная;

A - текущее значение отношения Ca/Si, измеренное по всему разрезу исследуемой скважины с помощью аппаратуры типа СНГК-Ш, величина безразмерная;

A_min - минимальное значение отношения Ca/Si, выбранное из A, величина безразмерная;

A_max - максимальное значение отношения Ca/Si, выбранное из A, величина безразмерная;

далее, по результатам измерений осуществляют калибровку спектрометра статическим методом, основанным на соотношениях двойного разностного параметра (ДРП_ca/si) к величинам границ плотности нормального цементного камня, которые выбирают из условия: максимальному значению 1 ДРП_ca/si соответствует значение плотности цементного камня -1,95 г/см³ - верхней границе плотности нормального цементного камня, а среднему значению 0,57 ДРП_ca/si соответствует текущее значение плотности цементного камня -1,65 г/см³ - нижней границе плотности цементного камня, затем рассчитывают плотность гамма-излучения (γ_снгк) по формуле:

;

где:

γ_снгк - плотность гамма-излучения, г/см³;

1,25 и 0,7 - постоянные коэффициенты, не зависящие от характеристик исследуемых скважин;

ДРП_ca/si - аналитический двойной разностной параметр отношений Ca/Si, величина безразмерная.

На фигуре 1 представлено сопоставление результатов записи данных спектрометрического каротажа в скважине 198 ПХГ 1 с помощью аппаратуры СНГК-Ш - кривая 1 и с помощью аппаратуры СГДТ - кривая 2.

На фигуре 2 дана запись градиента температуры в этой же скважине.

На фигуре 3 дана запись диаграммы состояния НКТ по данным ДРПНГКСНГК и ДРПНГКСНГК К на большом зонде (БЗ) и на железо ДРП(Fe) на малом зонде (МЗ) в указанной скважине.

Заявляемый способ содержит следующие известные операции.

В исследуемых скважинах проводят измерения значений отношений Ca/Si аппаратурой типа широкодиапазонного спектрометрического нейтронного гамма-каротажа (СНГК-Ш). Для оценки состояния заколонного пространства по результатам измерений СНГК-Ш рассчитывают аналитический двойной разностной параметр (ДРП_(Ca/Si)) по стандартной формуле:

;

где:

ДРП_(Ca/Si) - аналитический двойной разностной параметр, величина безразмерная;

A - текущее значение отношения Ca/Si, измеренное по всему разрезу исследуемой скважины с помощью аппаратуры типа СНГК-Ш, величина безразмерная;

A_min - минимальное значение отношения Ca/Si, выбранное из A, величина безразмерная;

A_max - максимальное значение отношения Ca/Si, выбранное из А, величина безразмерная.

Между плотностью цементного камня и содержанием в нем кальция и кремния существует тесная корреляционная зависимость, что позволяет оценивать плотность цементного камня по соотношению линий ГИРЗ Ca/Si (соотношение линий гамма-излучения радиационного захвата кальция и кремния) на МЗ СНГК-Ш (А.В. Гулимов, Л.К. Борисова, В.Н. Даниленко. Возможности комплекса широкодиапазонного спектрометрического нейтронного гамма-каротажа для контроля герметичности скважин // НТВ «Каротажник». - Тверь: Изд. АИС, 2012. - Вып.2(121). - С.44).

В отличие от известных операций в заявляемом способе по результатам измерений осуществляют калибровку спектрометра статическим методом, основанным на соотношениях двойного разностного параметра (ДРП_ca/si) к величинам границ плотности нормального цементного камня, которые выбирают из условия: максимальному значению 1 ДРП_са/si соответствует значение плотности цементного камня -1,95 г/см³ - верхней границы плотности нормального цементного камня, а среднему значению 0,57 ДРП_ca/si соответствует значение плотности цементного камня -1,65 г/см³ - нижней границы плотности нормального цементного теста, а плотность гамма-излучения (γ_снгк) рассчитывают по формуле:

;

где:

γ_снгк - плотность гамма-излучения, г/см³;

1,25 и 0,7 - постоянные коэффициенты, не зависящие от характеристик исследуемых скважин, установленные опытным путем;

ДРП_ca/si - аналитический двойной разностной параметр отношений Ca/Si, величина безразмерная.

Реализация способа осуществляется с помощью аппаратуры типа СНГК-Ш, которая предназначена для оценки содержаний радиационно-активных элементов горных пород в скважинах (H, Fe, Ca, Si и др.) и дополнительно к стандартным «интегральным» аналитическим параметрам (АП) ННК и НТК позволяет применять «спектральные» АП СНГК, что значительно повышает ее возможности при исследовании газонаполненных скважин.

Аналитические параметры (A) вычисляются по регистрируемым нейтронно-радиационным спектрам (Ca/Si) в спектральных окнах МЗ согласно стандартной методике измерений.

Далее, по формуле (1) рассчитывают ДРП_(Ca/Si) - аналитический двойной разностной параметр, величина безразмерная;

;

где:

A - текущее значение отношения Ca/Si, измеренное по всему разрезу исследуемой скважины с помощью аппаратуры типа СНГК-Ш, величина безразмерная;

A_min - минимальное значение отношения Ca/Si, выбранное из A, величина безразмерная;

A_max - максимальное значение отношения Ca/Si, выбранное из A, величина безразмерная.

Из полученных значений ДРП_(Ca/Si) выбирают максимальное значение 1 ДРП_ca/si, которое соответствует значению плотности цементного камня -1,95 г/см³ - верхней границы плотности нормального цементного камня, среднее значение 0,57 ДРП_са/si, которое соответствует значению плотности цементного камня -1,65 г/см³ - нижней границы плотности нормального цементного камня, и производят калибровку аппаратуры по этим параметрам.

Плотность гамма-излучения (γ_снгк) рассчитывают по формуле:

;

где:

γ_снгк - плотность гамма-излучения, г/см³;

1,25 и 0,7 - постоянные коэффициенты, не зависящие от характеристик исследуемых скважин, установленные опытным путем.

Чем больше γ_снгк, тем выше плотность цементного камня заколонного пространства (А.В. Гулимов, Л.К. Борисова, В.Н. Даниленко. Возможности комплекса широкодиапазонного спектрометрического нейтронного гамма-каротажа для контроля герметичности скважин // НТВ «Каротажник». - Тверь: Изд. АИС, 2012. Вып.2(121). - С.44).

Поскольку калибровка аппаратуры произведена по известным параметрам, то измеряемые значения γ_снгк будут соответствовать текущим значениям плотности цементного камня заколонного пространства.

Пример практической реализации способа приведен на Фиг.1. На этой фигуре приведено сопоставление оценок плотности цементного камня по предлагаемому способу с оценками плотности цементного камня по данным проведенного до спуска НКТ с помощью СГДТ.

Из приведенных результатов видно, что при хорошей, в целом, сходимости результатов оценок цементного камня по результатам согласно предлагаемому способу (диаграмма 1) и СГДТ (диаграмма 2) фиксируются интервалы, по которым плотность цементного камня по СГДТ выше, чем по предлагаемому способу, что объясняется разрушением цементного камня.

Справедливость оценок плотности по предлагаемому способу согласуется с данными каротажа по градиенту температуры (фиг.2) и состоянию НКТ по данным НГКСНГК - ДРП(Fe) на железо (фиг.3).