Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ МОНИТОРИНГА ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЗАТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА

Изобретение относится к строительству и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в частности к мониторингу состояния герметичности затрубного пространства в эксплуатационных, разведочных, наблюдательных и другого назначения скважинах.

Известно, что заколонные перетоки могут возникать в скважинах, обсаженных колонной, из-за нарушения герметичности заколонного пространства как в процессе бурения, в результате ударных (механических) воздействий бурильного инструмента на обсадную колонну, так и в ходе длительной эксплуатации скважин, по причине химико-физических воздействий и другим причинам (Руководство по применению промыслово-геофизических методов для контроля за разработкой нефтяных месторождений. - М.: Недра, 1978. - 256 с.).

Образующиеся каналы в цементном камне способствуют фильтрации флюидов из одних пластов в другие. Сложность их обнаружения заключается в том, что часть из них имеет скрытый характер, а отсутствие связи с дневной поверхностью еще ничего не говорит об отсутствии таких перетоков. При этом, даже при наличии давления на устье скважины, трудно определить его источник возникновения в условиях водо-, нефте- и газонасыщенных пластов.

Обнаружить скрытые перетоки наиболее сложно, так как традиционные способы исследования скважин методами электрического, акустического, термометрического, радиометрического каротажей оказываются в большинстве своем малочувствительны к путям заколонной фильтрации флюидов. По этой причине результаты интерпретации неоднозначны.

Метод радиоактивных индикаторов применяется для определения затрубной циркуляции путем закачки меченого раствора через нарушения герметичности колонны, в случае наличия таковых, либо через интервал перфорации, после измерения естественной гамма- активности по стволу скважины. Затем гамма-активность измеряют после продавки индикаторной жидкости в заколонное пространство и серийных продавок, для смещения ее в интервал проницаемого пласта или к устью скважины. По изменению значений гамма-активности определяют места поглощения разноактивных носителей и пути фильтрации.

Известен способ определения качества цементирования скважины, заключающийся в проведении гамма-каротажа с использованием радиоизотопов, находящихся за обсадной колонной (Патент РФ N 2011813, МПК E 21 В 47/00. Способ определения межколонных и межпластовых перетоков в скважине и устройство для его осуществления).

Однако этот способ не во всех случаях позволяет определить наличие трещин и пустот в цементном камне, а только тогда, когда они образуются в зоне расположения точечного радиоактивного источника. При этом заколонный переток в большинстве случаев может огибать место расположения точечного радиоизотопного источника.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения качества цементирования скважин (Пат. РФ N 2054537, МПК6 E 21 В 47/00. Способ определения качества цементирования скважин). В известном способе мониторинга герметичности затрубного пространства производят закачку за обсадную колонну труб тампонажного раствора с газообразными химически инертными радиоизотопами типа радона, проводят фоновый гамма-каротаж после образования цементного камня и контрольные гамма-каротажи через заданные периоды времени, по результатам сравнения контрольных гамма-каротажей и фонового гамма-каротажа определяют момент начала заколонного перетока. Указанный способ при всех достоинствах не позволяет выявлять трещины и пустоты в начальной стадии их формирования. Поскольку радиоактивное вещество, генерирующее радон, помещается в капсулу, занимающую фиксированное положение в цементном кольце, обнаружить миграцию накопленного в капсуле радона можно, если только цементное кольцо будет в значительной степени разрушено, и сеть трещин пройдет в непосредственной близости от капсулы. Действительно, диффузия радона в цементном кольце очень незначительна. По литературным данным (Новиков Г.Ф. и др. Радиоактивные методы разведки. - М.: Недра, 1965 г.), за весь период наблюдений (20-50 лет) радон распространяется не более чем на 1 см около капсулы. Поэтому, с большой степенью вероятности, переток будет обнаружен уже после того, как будет зафиксирован другими способами - термометрией, шумометрией и т.д.

Целью изобретения является определение качества цементирования скважины, мониторинг состояния монолитности и герметичности цементного камня во времени для обнаружения начала процесса его разрушения.

Способ основан на проведении гамма- каротажа с использованием радиоизотопов. При этом в целях мониторинга герметичности заколонного пространства используется долгоживущий газооброазный химически инертный радиоактивный изотоп с относительно большим периодом полураспада и монохроматическим гамма-излучением, который вводится непосредственно в тампонажный раствор. Использование предлагаемого способа позволит обнаружить заколонный переток на ранней стадии его появления, проконтролировать его ликвидацию, что предотвратит загрязнение окружающей среды. Мониторинг герметичности затрубного пространства можно проводить в течение длительного времени (до 50 лет) благодаря большому периоду полураспада изотопа. Способ не требует закачки новой порции индикатора всякий раз перед проведением измерений.

Для достижения цели в способе мониторинга герметичности затрубного пространства, заключающемся в проведении гамма-каротажа с использованием радиоизотопов, находящихся за обсадной колонной, герметичность заколонного пространства оценивают с помощью газообразного долгоживущего изотопа, обладающего монохроматическим гамма-излучением.

Предложенный способ обеспечивает получение необходимой информации о начале разрушения цементного камня за колонной или его контакта с колонной труб или стенкой скважины, что дает возможность до появления заколонного перетока принимать профилактические меры.

Газообразное вещество вначале растворяется в жидкости-носителе (воде, жидкой составляющей тампонажного раствора и т.п.), а затем вносится в тампонажный раствор при закачке его в скважину на определенную расчетом глубину.

После закачки тампонажного раствора за обсадную колонну и образования цементного камня проводят начальный "фоновый" замер гамма-активности.

Затем через заданный период времени проводят контрольные замеры для мониторинга герметичности затрубного пространства.

Выбор активности газообразного вещества в каждой "метке" ведется с учетом срока жизнедеятельности скважины, протяженности "метки", чувствительности прибора, коэффициента поглощения гамма-излучения на пути от источника к приемнику, но без превышения норм радиационной безопасности НРБ-76/87 и основных санитарных правил ОСП-72/87. Все работы на скважине выполняются также с учетом указанных норм.

Пример
В качестве газообразного радиоактивного вещества используется криптон-85. Транспортировочный контейнер емкостью около 2 л заполняется жидкостью-носителем (водой, жидкостью затворения тампонажного раствора и т.д.). В контейнер переводится расчетное количество криптона из ампулы с помощью специальной установки. Контейнер доставляется на скважину. Перед закачкой криптона выполняется замер естественной радиоактивности. В процессе цементажа после продавки расчетного объема тампонажного раствора во всасывающее отверстие цементировочного агрегата вводится из контейнера раствор криптона в жидкости под давлением 0,5-0,7 МПа. Скорость ввода выбирается в зависимости от требуемой протяженности "метки" и скорости подачи тампонажного раствора. После цементирования обсадной колонны и затвердевания проводят замеры гамма-каротажа.

Через определенное время замеры гамма-каротажа повторяются тем же прибором и в местах расположения радиоактивных "меток". Сопоставление полученных диаграмм с "фоновой" позволяет определить, по изменениям гамма-активности, начало движения флюида по заколонному пространству, даже за счет конвективных потоков. Проводя замеры гамма-спектрометром во времени, можно установить, находится ли переток вблизи колонны или вблизи стенки скважины.