авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Совершенствование контроля технического состояния колонн нефтегазовых скважин методом электромагнитной дефектоскопии (на примере оренбургского газоконденсатно

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ИВАНОВ ОЛЕГ ВИТАЛЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ контроля технического

состояния колонн нефтегазовых скважин

методом электромагнитной дефектоскопии

(НА ПРИМЕРЕ ОРЕНБУРГСКОГО ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ)

Специальность 25.00.10 – Геофизика, геофизические методы поисков

полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа - 2009

Работа выполнена в НПФ «Оренбурггазгеофизика» ООО «Газпромгеофизика»

Научный руководитель: кандидат технических наук,

Марков Владимир Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

старший научный сотрудник

Кнеллер Леонид Ефимович

доктор технических наук, доцент

Загидулин Ринат Васикович

Ведущая организация: ОАО «Системы и технологии

обеспечения безопасности

«Техдиагностика» (г. Оренбург)

Защита диссертации состоится 20 марта 2009 года в 1600 часов, в конференц-зале на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 520.020.01 при Открытом акционерном обществе «Научно-производственная фирма «Геофизика» (ОАО «НПФ «Геофизика») по адресу: 450005, г.Уфа, ул. 8-ое Марта, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «НПФ «Геофизика».

Автореферат разослан 19 февраля 2009 г.

Ученый секретарь совета

доктор химических наук Д.А. Хисаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Общей задачей исследования технического состояния скважин (ИТСС) является - получение надежной и качественной информации о техническом состоянии колонн, качестве их цементирования в скважинах различной категории для прогнозирования их безопасной последующей эксплуатации. Исследование технического состояния скважин геофизическими методами проводится на всех этапах их существования: строительства, эксплуатации, капитального ремонта и ликвидации. Полнота и объективность полученных данных определяются конструкцией скважины (наличие насосно-компрессорных труб (НКТ), подземного оборудования, многоколонность, и пр.), скважинными условиями, технологи­ей проведения исследований, применяемым комплексом ГИС и технически­ми возможностями скважинной геофизической аппаратуры, системностью подхода к измерениям.

Увеличение фонда добывающих скважин с длительным сроком эксплуа­тации (более 25-30 лет) повышает вероятность техногенного загряз­нения окружающей среды обитания человека. Наиболее опасными с точки зрения последствий и вероятности загрязнения окружающей среды являются скважины, в продукции которых имеются сероводородсодержащие компо­ненты. Недостаток информации о техническом состоянии подземного оборудования нефтегазовых скважин в условиях эксплуатации их с повы­шенным содержанием сероводорода (например, на Оренбургском газоконденсатном месторождении (ОНГКМ) - более 6%) в добываемом углеводородном продукте может иметь катастрофи­ческие последствия для экосистемы в местах нефтегазодобычи.

Эксплуатация подземных хранилищ газа (ПХГ), созданных в истощен­ных газовых месторождениях, из-за негерметичного подземного оборудова­ния скважин и утечек газа из резервуара ПХГ существенно осложняется. В результате миграции газ попадает в водоносные горизонты терригенных от­ложений и, скапливаясь в них, приводит к образованию техногенной залежи.

При глубинном источнике формирования зон нефтезагрязнения в зоне дефектных скважин восходящие перетоки флюидов по околоствольному про­странству могут носить столь значительные масштабы, что в отдельных слу­чаях сопровождаются прямыми поверхностными нефтепроявлениями и изли­вами минерализованных вод.

Наличие агрессивных сероводородных веществ в продукции скважин способствует корродированию как внутренней, так и наружной поверхности колонн. В случае же возникновения механического напряжения в местах кор­родирования может происходить коррозионное и сульфидное растрескивание колонн, что приводит к негерметичности подземного обору­дования скважин (эксплуатационных ко­лонн, НКТ).

40-летний опыт эксплуатации Оренбургского газоконденсатного месторождения в условиях повышенного водородсодержания показывает, что с увеличением сроков эксплуатации добывающего фонда скважин в них возрастает количество выявленных дефектов эксплуатационных колонн, НКТ и изоляции заколонного пространства.

Таким образом, исследование технического состояния скважин, в том числе выделение дефектов стенок эксплуатационных колонн коррозионного, механического, технологиче­ского происхождения, яв­ляется чрезвычайно важной и актуальной задачей.

В настоящее время для исследования технического состояния скважин используются в основном стандартный ряд модернизированных методов ГИС поколения 80-х го­дов прошлого века, которые позволяют получать по большей части интегральные и качественные характеристики крепления ствола скважин, а также определять интегральные толщины металла колонн.

Для повышения точности определения толщины и вероятности выявления различных дефектов стенок колонн в скважинах необходимо расширять возможности суще­ствующих средств измерений, разрабатывать новые технологии геофизиче­ских исследований, совершенствовать программно-методические средства процесса регистрации и обработки геофизических данных.

В последнее время разработаны и серийно выпускаются новые виды отечественной геофизической аппаратуры для исследования технического состояния скважин (обсадных колонн): аппаратурно-методический комплекс АМК-2000, акусти­ческий телевизор САТ-4, ВАД-12, 24 и 48 - рычажные трубные профилографы. Созданные новые программно-методические средства по исследованию и об­работке данных позволяют повысить эффективность геофизических исследо­ваний. Однако информационный уровень существующего комплекса техни­ческих и программно-методических средств недостаточен для надежного вы­явления дефектов колонн типа трещин, интервалов коррозии, локальных нарушений, кроме того, акустические методы имеют ограничения в применении (скважинные условия, габариты).

Наиболее перспективным методом для диагностирования обсадных и насосно-компрессорных труб является магнитный (электромагнитный) ме­тод, поскольку для этого не требуется механический контакт датчиков с объектом измерения (внутренней поверхностью колонны), при этом могут выявляться перечисленные выше типы дефектов под слоем изоляции и без нее, для ме­тода некритичен состав среды внутри колонны – это может быть газ, нефть, вода или смесь с неограниченным числом фаз. В скважинах со спущен­ными НКТ единственным информационным методом о состоянии эксплуата­ционной колонны является электромагнитная дефектоскопия – толщиномет­рия, т. к. метод электромагнитного зондирования позволяет произво­дить исследование колонн диаметром 52 - 350 мм при диаметре зонда, рав­ном 30 мм. Кроме того, в отличие от радиоактивной толщинометрии, техно­логия электромагнитной дефектоскопии не требует использования радиоак­тивных источников и поэтому является безопасной в эксплуатации.

Широким фронтом много лет ведется разработка скважинной аппаратуры электромагнитной дефектоскопии в ВНИИГИС (г. Октябрьский) и учрежденных им предприятиях (Даниленко В.Н., Кнеллер Л.Е., Потапов А.П., Миллер А.В. и др.). Эффективность этих разработок подтверждена многолетним практическим опытом использования в различных регионах России.

Однако опыт эксплуатации существующих аппаратурно-методических комплексов электромагнит­ной дефектоскопии в условиях Оренбургского газоконденсатного месторождения (ОНГКМ) показал, что погрешность опреде­ления толщины эксплуатационных колонн и НКТ не всегда укладывается в заявленный диапазон. Кроме того, локальная намагниченность ме­тала труб зачастую искажает расчетную толщину и отображается на ней в виде ложных дефектов. Анализ аппаратурных и методических реализаций (алгоритмов обработки) технологии электромагнитной дефектоскопии для нефтегазовых скважин показал, что для повышения точности измерения толщины необходимо: во-первых, повысить на порядок информативность исходных данных со скважинной аппаратуры; во-вторых, разработать адаптивный (автоматически адаптирующийся под такие изменяющиеся внешние условия, как локальная намагниченность, расцентровка скважинного прибора внутри колонны) алгоритм оперативной обработки данных, характеризующих затухание электромагнитного поля в колонне или НКТ. Кроме того, для выявления вышеуказанных нарушений стенок обсадных колонн и определения их характера (пространственной ориентации) необходимо на основе технологии электромагнитной дефектоскопии интегрального типа разработать аппаратурно-методический комплекс с дифференциальным принципом оценки состояния металла труб.

Цель диссертационной работы - совершенствование контроля технического состояния колонн нефтегазовых скважин методом электромагнитной дефектоскопии с использованием последних достижений в области микроэлектроники.

Основные задачи исследований

1. Изучить основные закономерности распределения и затухания магнитного поля в трубе, изготовленной из ферромагнитного материала с последующей разработкой математической модели для инте­грального способа измерения толщины обсадных колонн.

2. Разработать скважинную аппаратуру электромагнитной дефек­тоскопии интегрального типа ЭМДС-И (электромагнитный дефектоскоп им­пульсный), позволяющую получать необходимый для реализации созданной математической модели объем информации о затухании электромагнитного поля в обсадных колонных и НКТ.

3. Разработать программно-методический комплекс для регистрации данных с аппаратуры ЭМДС-И и для последующей обработки полученной информации с целью определения интегральной толщины стенок исследуемых труб.

4. На основе результатов математического и физического моделирова­ния, а также полевых исследований комплексом ЭМДС-И, разработать ме­тодику дифференциальной оценки целостности стенок обсадных колонн в скважинах электромагнитным методом.

5. Разработать многоэлементный измерительный зонд (состоящий из магнитных сенсоров) для скважинной аппаратуры СЭМД (сканирующий электромагнит­ный дефектоскоп), обеспечивающий дифференциальное исследование экс­плуатационных колонн с выявлением трещин, мест коррозионного износа, интервалов кумулятивной и сверлящей перфорации.

6. Разработать программно-методический комплекс, поз­воляющий регистрировать данные СЭМД и вести обработку полученной информации с представлением результатов исследований в виде кривых для каждого магнитного сенсора, либо цвето­вой развертки по периметру эксплуатационной колонны, или в виде ее трех­мерного изображения.

Методы исследований

Теоретические исследования, математическое моделирование с применением итерационных методов и расчетов на ЭВМ, обобщение и анализ экспериментальных данных, полученных при проведении опытных работ на метрологических моделях обсадных колонн, сопоставление теоретических и экспериментальных данных. Апробация разработанной аппаратуры и методики в производственных условиях на скважинах и оценка эффективности найденных решений путем сопоставления с данными других геофизических методов.

Научная новизна работы

1. Разработан алгоритм обработки данных инте­гральной электромагнитной дефектоскопии с возможностью учета магнитной анизотропии металла колонн.

2. Обоснована необходимость фиксации дополнительной индукции магнитного поля, вызванной только локальной намагниченностью труб в разработанной для производственного применения программно-управляемой аппаратуре электромагнитной дефектоскопии инте­грального типа ЭМДС-И с автоматически регулируемым коэффициентом усиления измерительного тракта. Все это дало возможность регистрировать 95 % кривой затухания электромагнитного поля, выявлять и учитывать его неоднородность в колонне, обеспечило точность измерения интегральной толщи­ны колонн в одноколонной конструкции с абсолютной погрешностью ±0.3 мм, в двухколонной конструкции: для внутренней колонны – ±0.5 мм, для внешней – ±1.2 мм.

3. Впервые разработана ме­тодика дифференциальной оценки целостности стенок обсадных колонн электромагнитным методом за счет определения пространственного распределения магнитного поля внутри ферромагнитных труб путем определения направле­ний (углов) векторов силовых линий магнитной индукции В по всему периметру окружности эксплуатационной колонны.

4. Научно обоснована и разработана скважинная аппаратура электро­магнитной дефектоскопии дифференциального типа СЭМД для оценки целостности эксплуатационных колонн, состоящая из многоэлементного (до 192 шт.) измери­тельного зонда, построенного на датчиках, чувствительных только к направ­лению магнитного поля, и модуля микро-ЭВМ. Использовани­е высокопроизводительных микропроцессорных средств позволило в реальном времени производить опрос магнитных датчиков, вести первичную об­работку данных внутри прибора и передавать оптимальное количество информации по гео­физическому кабелю.

Основные защищаемые положения

1. Аппаратурно-методический комплекс ЭМДС-И, позволяющий оценивать техническое состояние нефтегазовых скважин посредством определения ин­тегральной толщины стенок колонн в одно- и двухколонной конструкции с учетом неоднородности магнитного поля и выявлять дефекты, связанные с потерей объема металла, соответствующего уменьшению толщины от 0,3 мм и выше на исследуемом участке трубы (протяженность которой равна длине измерительного зонда).

2. Способ выявления дефектов эксплуатационных колонн за счет опреде­ления векторных характеристик магнитного поля.

3. Аппаратурно-методический комплекс СЭМД, обеспечивающий за счет применения магнитных сенсоров, чувствительных только к направлению магнитного поля, выявле­ние дефектов стенок колонны коррозионного, механического, технологиче­ского происхождения вертикальной/горизонтальной протяженностью от 30 мм с шириной раскрытия от 0.5 мм, а также определение их конфигурации.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Аппаратура электромагнитной дефектоскопии позволила повысить точность измерения толщины стенок колонн (с погрешностью ±0.3 мм для одноколонной конструкции, в двухколонной конструкции: для внутренней колонны – ±0.5 мм, для внешней – ±1.2 мм) и увеличить достоверность выявления дефектов за счет регистрации дополнительной электродвижущей силы (э.д.с.), вызванной локальной намагниченностью.

Аппаратно-методический комплекс ЭМДС-И, состоящий из скважин­ной аппаратуры в количестве 5 шт. и программно-обрабатывающего комплекса эксплуатируется в НПФ «Оренбурггазгеофизика» на протяжении 5 лет, исследовано более 300 скважин.

Сканирующий электромагнитный дефектоскоп СЭМД обеспечивает дифференциальную оценку состояния металла обсадных колонн, выявление в них различных дефектов, их конфигураций и представление их в виде 2D и 3D изображения. Информация о целостности стенок эксплуатационных колонн позволяет предотвращать возникновение аварийных ситуаций в нефтегазовых скважинах.

Технология электромагнитной дефектоскопии дифференциального типа в составе скважинного макета сканирующего электромагнитного дефек­тоскопа СЭМД и программно-обрабатывающего комплекса проходит испы­тания на скважинах в условиях производственного процесса.

Апробация работы

Результаты работ по теме диссертации докладывались на Международ­ной научно-технической конференции: Диагностика оборудования и трубо­проводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред. (Орен­бург - 2002 г.), на Международной научно-технической конференции: Диа­гностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию серо­водородсодержащих сред. (Оренбург - 2004 г.), на Международной научно-технической конференции: «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения» (Оренбург - 2007 г.), на Международной научно-технической конференции: Диа­гностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию серо­водородсодержащих сред (Оренбург - 2008 г.), на научно-практической конференции «Новая техника и технология для геофизических исследований скважин» (Уфа – 2008 г.).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 12 работ в изданиях, рекомендованных ВАК.

В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит постановка задач, проведение теоретических исследований, анализ и обобщение полученных результатов.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и одного приложения. Текст изложен на 162 страницах, включая 41 рисунок, 6 таблиц, список использованных источников из 106 на­именований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, степень научной разработанности проблемы, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна работы, приводятся практическая ценность и защищаемые положения, сведения о реализации и апробации работы.

В первой главе сделан анализ отечественного и зарубежного аппаратурного обеспечения технологий ГИС контроля технического состояния нефтегазовых скважин, рассмотрены основные применяемые для данных задач виды геофизической аппаратуры (акустическая, электромагнитная, радиоактивная, трубная профилеметрия), приведены технические характеристики аппаратурных комплексов и основные влияющие на измерения факторы.

Отмечено, что на современном этапе развития в технологии оценки технического состояния колонн в скважинах достигнуты значительные результаты, позволившие повысить качество и информационную наполненность диагностируемых параметров. Такой прогресс был обеспечен тем, что для целей диагностирования используются методы измерения с разной физической основой. Такие виды исследований, как магнито-имульсная и электромагнитная дефектоскопия, гамма-гамма-цементометрия-толщинометрия, трубная профилеметрия, термометрия, сканирующая акустика и др., позволяют при комплексной обработке и интерпретации определять следующие параметры: толщину колонн, зоны смятия, коррозии, интервалы перфорации и т. д. Каждый метод необходимо развивать и совершенствовать, и все они одинаково важны для повышения достоверности всей технологии оценки технического состояния колонн в нефтегазовых скважинах.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.