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:     | 1 || 3 |

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

-- [ Страница 2 ] --

Скважинная аппаратура каждого типа позволяет решать определенный круг задач по исследованию технического состояния скважин. Однако существуют условия, при которых каждый метод позволяет более достоверно решать эти задачи. К примеру, для контроля состояния цементного камня за колонной скважинной аппаратурой акустического типа необходимо, чтобы плотность раствора не превышала 1300 кг/м3. Аппаратура трубной профилеметрии позволяет определять профиль внутренней поверхности эксплуатационных колонн при условии отсутствия на внутренней поверхности колонн цементной корки, парафиновых отложений и т.п.

Поэтому при проведении исследования технического состояния колонн и НКТ необходимо учитывать особенности использования конкретных видов скважинной аппаратуры.

В последнее время в связи с длительной эксплуатацией скважин большинства месторождений нефти и газа, возрастающей опасностью их дальнейшей эксплуатации все большую значимость и востребованность приобретают дифференциальные методы ГИС. Возможность дифференциального измерения таких параметров, как толщина колонн, качество цементирования эксплуатационных колонн и т. п. позволяет повысить эффективность геофизических исследований при комплексировании их с интегральными методами. В этом случае информация интегрального характера о состоянии колонн в скважине детализируется с целью выявления локальных дефектов дифференциальными данными по секторам окружности. Степень дифференциации (количество измеренных параметров по периметру окружности) может принимать значение от 8 (восьмирадиусный профилемер ПТС-4) до 800 (сканирующий акустический телевизор САТ) и зависит от вида используемой аппаратуры. Дифференциальные методы решают следующие задачи: секторное определение качества цементирования обсадных колонн, определение дифференциальной толщины колонн, выявление нарушений различного характера – трещин, интервалов перфорации и т.п.

Сделан вывод, что несмотря на достаточно широкий спектр аппаратных и программно-методических средств отечественного производства, применяемых для диагностирования технического состояния нефтегазовых скважин, к настоящему моменту актуальными и наиболее проблемными по-прежнему остаются следующие задачи исследования технического состояния колонн в скважинах:

- выделение коррозионных зон, мест дефектов и их характера (тип дефекта, пространственная ориентация дефекта, его глубина) размерами менее 20 мм в эксплуатационной колонне;

- диагностирование колонн через НКТ в действующих скважинах и технических колонн через эксплуатационную;

- определение остаточной дифференциальной толщины эксплуатационной колонны (согласно критериям первого уровня при эксплуатации в сероводородсодержащих средах изменение толщины стенки трубы не должно превышать 5%);

- выявление зон перфорации, полученных при помощи сверления и кумулятивных зарядов со сниженным фугасным воздействием.

Реализация этих задач сопряжена со многими трудностями, в некоторых случаях при выполнении ГИС необходимо соблюдение определенных, а иногда взаимоисключающих условий. Электромагнитное (магнитное) зондирование эксплуатационных колонн позволяет решить эти задачи исследования технического состояния нефтегазовых скважин. Технологичность и безопасность применения метода электромагнитной дефектоскопии дает возможность проводить исследования практически при любой конструкции подземного оборудования скважин с проходным диаметром от 52 мм до 350 мм. Существует только одно условие – эксплуатационные колонны и НКТ должны быть изготовлены из ферромагнитного материала (любых сплавов магнитной стали).

В настоящее время применяется достаточное количество отечественных и зарубежных модификаций аппаратурно-методических средств для дефектоскопии эксплуатационных колонн и НКТ, основанных на измерении изменения значений напряженности (индукции) электромагнитного поля в металле колонн.

Анализ технических характеристик приведенных отечественных и зарубежных аппаратурных комплексов позволяет сделать следующий вывод:

Не смотря на активное развитие в последнее десятилетие методов электромагнитной скважинной дефектоскопии потенциальные методические и физические возможности этого способа измерения как интегрального, так и дифференциального типов, полностью не исчерпаны.

Один из путей реализации этих возможностей - повышение информативности первичных данных имеющихся типов аппаратуры (техническая реализация), использование других параметров магнитного поля в обсадных колоннах с целью получения новой информации о дефектах стальных труб.

Выяснено, что при интегральном способе измерения это необходимо для повышения точности определения толщины эксплуатационных колонн (НКТ) и учета неоднородности магнитного поля в трубах. В случае же дифференциального способа измерения количество и качество измеряемых параметров, характеризующих распределение магнитного поля в обсадных трубах по их глубине и периметру, определяет минимальный размер выявляемых дефектов. Для выявления таких дефектов, как трещин (внутренних и наружных) с шириной раскрытия менее 5 мм, возникающих, к примеру, в условиях эксплуатации скважин с повышенным содержанием сероводорода (как на Оренбургском НГКМ - более 6%), необходимо увеличивать количество магнитных сенсоров по периметру обсадных колонн.

Во второй главе рассмотрены теоретические и практические проблемы, возникшие при реализации технологии электромагнитной дефектоскопии интегрального типа. Приведен анализ технологии изготовления обсадных труб для нефтяной и газовой промышленности, проанализированы магнитные свойства ферромагнитных сплавов, применяемых при изготовлении обсадных колонн и НКТ. Выяснено, что на результаты исследования обсадных колонн методом электромагнитной дефектоскопии, влияет множество различных факторов (твердость, предел прочности, температура отпуска, химический состав стали, деформационное состояние и др.), неизбежно присутствующих при изготовлении труб. Все эти факторы, как показала практика применения существующих аппаратурно-методических реализаций метода электромагнитной дефектоскопии, оказывают влияние на точность определения интегральной толщины обсадных колонн и вероятность выявления дефектов различного характера (трещин, интервалов перфорации, участков коррозии и др.). Поэтому при дефектоскопии электромагнитным (магнитным) методом необходимо учитывать основные свойства ферромагнитных материалов (различных марок сталей), из которых изготавливаются обсадные колонны. Изменение, к примеру, магнитной проницаемости металла (для магнитных сталей она может составлять от 100 до нескольких десятков тысяч) труб ведет к изменению характера петли гистерезиса, а появление намагниченности приводит к смещению начальной точки измерения. В таблице 1 показано как влияет химический состав материалов на гистерезис. Например, для группы Fe – Nd - B необходимо создать напряженность Н порядка 1000-1200 кА/м для того чтобы кривая петли гистерезиса достигла точки насыщения; при этом затрачивается работа 600-800 кДж/м3.

Таблица 1 - Химический состав некоторых магнитно-твердых материалов и их магнитные свойства.

Группа материалов Н, кА/м В, Тл (ВН), кДж/м3
1000-1200 1,2-1,4 600-800
1200-1500 1,0-1,1 400-600
50-120 1,0-1,2 40-60
40-70 1,3-1,6 40-60
ферриты 30-100 0,3-0,5 10-15

Точность измерения методом электромагнитной дефектоскопии определятся количеством принятых во внимание факторов при интерпретации получаемых данных.

С учетом выявленных особенностей объекта исследования (обсадных труб), исходя из существующего в настоящее время теоретического обоснования и развития метода электромагнитной дефектоскопии – толщинометрии, автором проанализированы физические и математические закономерности магнитного поля соленоида (соленоидальной катушки), применяемой для измерительного зонда в электромагнитной дефектоскопии. Для аналитического расчета толщины эксплуатационных колонн и НКТ рассмотрены последовательно сначала режим статического магнитного поля для стационарного тока, а затем режим изменяющегося во времени тока в катушке. Учет всех режимов измерения позволил автору разработать применимую для оперативного расчета модель становления магнитного поля в системе, состоящей из соленоида, помещенного внутрь трубы, изготовленной из магнитопроводящего (ферромагнитного) материала. Справедливость такого подхода подтверждена результатами проведенных измерений на метрологических моделях.

При исследовании эксплуатационных колонн и НКТ методом электромагнитной дефектоскопии для измерения толщины индуктивность зонда L (катушки) используется в качестве базового параметра в силу зависимости её от геометрии электропроводящего контура, магнитопроводящей среды, а также её магнитной проницаемости. Индуктивность связана с магнитным потоком Ф, созданный током, протекающим в соленоиде следующим известным выражением: Ф = LI.

В случае, когда соленоид с ферритовым сердечником находится внутри трубы из ферромагнитного материала, выражение для магнитного потока соленоида будет выглядеть следующим образом:

Ф = Ф0+ Ф’ + Ф’’, (1)

где Ф0 - поток магнитной индукции, возникающий вследствие прохождения тока через катушку соленоида; Ф’’ ­- добавочный поток магнитной индукции, создаваемый материалом сердечника соленоида; Ф’’ – в нашем случае добавочный поток магнитной индукции, создаваемый материалом соответствующего участка эксплуатационной колонны или НКТ.

Для создания магнитного потока Ф” должна быть совершена работа. По закону сохранения энергии любая работа идет на приращение какого-то вида энергии. В данном случае работа производится на приращение энергии магнитного поля.

Энергия магнитной системы в составе соленоида с ферритовым сердечником, находящимся внутри по центру трубы из ферромагнитного материала, определяется суммой энергии соленоида и энергии магнитного поля участка трубы объемом VСТ :

WМС= WСОЛ+ WСТ. (2)

Учитывая (2), индуктивность системы соленоид – соответствующий участок трубы равна:

, (3)

где VСТ – объём соответствующего участка трубы, VСОЛ - объём соленоида, НСТ - напряженность магнитного поля в стенках тубы.

В основе метода интегральной электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии лежит явле­ние электромагнитной индукции, заключа­ющееся в том, что в замкнутом проводя­щем контуре при изменении потока маг­нитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает индукционный электрический ток. Согласно правилу Ленца индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного по­тока, вызвавшего этот индукционный ток. Характер изменения индукционного тока починяется закону Фарадея: э.д.с. элек­тромагнитной индукции в контуре числен­но равна и противоположна по знаку ско­рости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим конту­ром. Этот закон является универсальным: э.д.с. не зависит от способа изменения магнитного потока.

В нашем случае для измерения толщины труб используется процесс затухания э.д.с. при отключении катушки соленоида от источника питания. Ток, протекающий в момент времени t, будет определяться общеизвестным выражением:

(4)

Тогда в общем виде (с учетом (4)) зависимость скорости уменьшения тока от объема исследуемого участка тубы VСТ будет определяться следующим выражением:

, (5)

отсюда находим VСТ и толщину соответствующего участка трубы.

В результате проведенных теоретических обоснований автором были выведены и применены для практической реализации оригинальные математические зависимости (1), (2), (3), (5).

Для определения интегральной толщины используется известная методика расчета (к примеру, применяемая в программно методическом комплексе ЭМДС-ТМ-42), основанная на использовании опорной точки с заранее известной толщиной (полученной, например, по промысловым данным), в любом месте исследуемого интервала. При одноколонной конструкции расчет толщины может вестись только на основе уравнения (5). В двухколонной конструкции расчет толщин первой и следующей труб ведется следующим образом. Сначала из массива прологарифмированных данных, характеризующих затухание электромагнитного поля (рис. 1, а), рассчитывается специальная эмпирическая корреляционная функция:

CV(R) = {r0,1, r0,2, r0,3……., r0,n}, (6)

где n – число регистрируемых со спада точек, r – коэффициенты корреляции Пирсона.

Затем определяется точка перегиба этой функции, по местоположению которой фиксируется граница временных интервалов для расчета толщин первой и второй колонн. Таким образом, ведется оперативный расчет временных интервалов в процессе обработки. Ранний интервал времени (до точки перегиба) берется для расчета толщины первой колонны или НКТ, а поздний интервал (после точки перегиба) – для расчета толщины второй колонны. Расчет толщины колонн ведется также по уравнению (5).

Возможен также автоматический режим, при котором программа обработки сама определяет по функции (6) тип конструкции скважины - одноколонная или двухколонная.

Под руководством и при непосредственном участии автора была разработана и создана аппаратура электромагнитной дефектоскопии ЭМДС-И (электромагнитный дефектоскоп скважинный импульсный) интегрального типа. В этой аппаратуре была реализована идея повышения информативности получаемых каротажных данных за счет применения частотного метода кодирования информации с использованием прецизионных элементов микроэлектроники. Принцип действия аппаратуры ЭМДС-И аналогичен ТМ42 и МИД-К – возбуждение индукционной э. д. с. и последующая оцифровка, и регистрация э. д. с. самоиндукции (рис. 1, а) во время перемещения прибора внутри колонн скважины. Основное отличие и усовершенствование состоит в том, что на порядок повысилось число регистрируемых данных, характеризующих затухание электромагнитного поля, в том числе за счет расширения динамического диапазона, достигнутое путем автоматического изменения коэффициента усиления измерительного тракта в скважинной аппаратуре (рис. 1, б). Техническая реализация данной разработки позволила автору решить поставленные задачи.

Для учета локальной намагниченности эксплуатационных колонн и НКТ из «полезного» сигнала вычитается значение электродвижущей силы, обусловленной индукционным током, который возникает в результате движения скважинного прибора. При прохождении скважинным прибором зон локальной намагниченности происходит изменение магнитного потока dФ в катушке измерительного зонда, в результате чего возникает дополнительная, «мешающая» измерению э. д. с. Эта э. д. с. сдвигает значение условного «нуля», предварительно зафиксированного при метрологической записи данных в немагнитной среде. Амплитудное значение дополнительной э. д. с. легко измеряется на дальних временах, когда кривая вышла на горизонтальную асимптоту (рис. 1 – интервал ограничен вертикальными пунктирными линиями). В этом интервале времени измерительный зонд может регистрировать только зоны локальной намагниченности (неоднородности магнитного поля) и поэтому он может использоваться в режиме локатора муфт. Применение предложенной автором методологии учета локальной намагниченности при обработке получаемых данных измерений позволил реализовать алгоритм автоматического выставления плавающего временного окна.

Для реализации разработанного алгоритма вычисления толщины при участии автора в НПФ «Оренбурггазгеофизика» создан программно-методический комплекс ЭМДС-И, который выполнен в виде программного продукта, работающего в операционной системе Windows (9x, ME, XP, NT, 2000, 2003, Vista). В программном продукте реализован наглядный интерфейс и предусмотрен широкий спектр сервисных возможностей, позволяющих оператору легко освоить технологию интерпретации метода электромагнитной дефектоскопии. Реализован всесторонний и детальный анализ каротажных данных по всему интервалу исследования.

На рис. 2 показан фрагмент записи на скважине аппаратурой ЭМДС-И в интервале перехода двухколонной конструкции в одноколонную. На рис. 2 - а показана конструкция скважины, а на рис. 2 – б изображены задержки с кривой затухания электромагнитного поля в аппаратуре ЭМДС-И в выбранном интервале. По кривой задержки, обозначенной цифрой 1 (рис. 2 – б), видно, что в интервале двухколонной конструкции кроме муфт внутренней колонны проявляются еще и муфты внешней колонны.

Повышение информативности в скважинной аппаратуре и применение изложенного выше алгоритма обработки, в конечном итоге, позволило повысить точность диагностируемых параметров (в частности, измерять толщину колонны в одноколонной конструкции с точностью ± 0,3 мм), учитывать локальную намагниченность в трубах и минимизировать влияние расцентровки скважинного прибора внутри эксплуатационной колонны или НКТ.

В третьей главе описывается разработка принципиально новой технологии магнитных измерений, реализованной с участием автора в аппаратурно-методическом комплексе СЭМД (сканирующий электромагнитный дефектоскоп) для дифференциального измерения состояния металла эксплуатационных колонн методом электромагнитной дефектоскопии.

Для повышения качества иссле­дований и контроля технического состояния нефтегазовых скважин методом электромагнитной дефектоскопии с учетом «Методических указаний по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов» (РД 03-421-01) необходимо дифференцировать измерения по периметру окружности обсадных колонн. Для дифференциального измерения состояния металла эксплуатационных колонн методом электромагнитной дефектоскопии рассматривается та же (как и во 2 главе) система, состоящая из соленоида, при помощи которого создается постоянное магнитное поле, и соответствующего участка эксплуатационной колонны. Измерения проводятся при стационарном установившемся магнитном поле.



Pages:     | 1 || 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.