Разработка технологии геофизических исследований технического состояния скважин на месторождениях и подземных хранилищах газа Оренбуржья

Актуальность проблемы. Проведение данной работы обусловлено рядом накопившихся проблем качественного контроля технического состояния скважин геофизическими методами на разных этапах их существования (строительства, эксплуатации, капитального ремонта и ликвидации), возросшими требованиями добывающих организаций к качеству и достоверности информации о техническом состоянии скважин. Учитывая большой объем фонда скважин нефтегазовых месторождений и подземных хранилищ газа (ПХГ) с длительным сроком эксплуатации (более 20 лет) в Волго-Уральской нефтегазоносной провинции и ряде крупнейших месторождений Сибири и Севера, остро стоит вопрос о переаттестации таких скважин с целью определения их возможной безопасной эксплуатации.

Значительное истощение большинства нефтегазовых месторождений (75% газовых месторождений России находится в режиме падающей добычи) требует от добывающих организаций проведения поисково-разведочных работ на более глубокие объекты, изменения технологий добычи (гидроразрыв пласта, бурение боковых и горизонтальных стволов и т. д.) в уже существующих скважинах, что, естественно, повышает ответственность за состояние качества крепления ствола скважин и возможные экологические последствия в случае возникновения аварий в скважинах, тем более, что большинство старых месторождений углеводородов находятся на территории густонаселенных районов Башкирии, Татарии, Оренбуржья и других районов Урало-Поволжья.

Особую озабоченность вызывают газовые скважины как наиболее опасные с позиции техногенного загрязнения среды обитания и производственной деятельности человека. В апреле 2001 г. в г. Раменское Московской области проводилось выездное заседание секции Научно-технического совета ОАО «Газпром» «Геологоразведочные работы и геофизические методы исследования скважин, разработка месторождений».

Тема заседания — «Контроль и мониторинг геофизическими методами технического состояния скважин на объектах углеводородного сырья (УВС) и подземного хранения газа (ПХГ) ОАО «Газпром». В решении секции № 8−2001 было отмечено следующее:

1. Необходимо:

• создание отраслевых регламентов контроля и мониторинга геофизическими методами технического состояния скважин на объектах УВС и ПХГ ОАО «Газпром», сертификации, аттестации и переаттестации скважин, дифференцированных по отдельным объектам добычи УВС и ПХГ с учетом геолого-технологических условий, режимов и состояния разработки, характера флюидных систем, конструкций и возраста скважин и др.;

• дальнейшее совершенствование методов, технических и программных средств контроля и диагностики технического состояния скважин, повышения их информативности, детальности, точности, разрешающей способности;

• повышение методического уровня производственных работ по контролю и диагностике техсостояния скважин геофизическими методами, повышение эффективности использования получаемых результатов для регулирования режимов на объектах УВС и ПХГ, эксплуатации и ремонта фонда скважин, предотвращения аварийных ситуаций;

• создание баз данных технического состояния скважин для проведения анализа причин и прогнозирования возникновения аварийных ситуаций;

• включение геофизических методов, средств контроля и мониторинга технического состояния скважин в отраслевую систему диагностики оборудования объектов газовой промышленности.

2. Считать основными актуальными задачами научных и производственных организаций ОАО «Газпром»:

• внедрение комплексных технологий, комплексов, средств контроля и диагностики технического состояния скважин;

• безусловное выполнение технических требований Инструкции по переаттестации скважин;

• создание технологии коррозионного мониторинга скважин;

• создание региональных банков данных технического состояния скважин с дальнейшим их развитием для всех объектов ОАО «Газпром».

3. Обеспечить в 2001;2002 г. г. разработку и последующее утверждение в установленном порядке типовых руководящих документов по контролю и диагностике технического состояния скважин геофизическими методами в различных геологических условиях с применением современных технологий, технических и программных средств диагностики и дефектоскопии скважин и т. д.

В этой связи характерны проблемы технического состояния скважин различной категории ООО «Оренбурггазпром» :

— бурение глубоких поисково-разведочных скважин (до 6500 м), как правило, происходит в сложных горно-геологических условиях, сопровождается значительным износом колонн за счет большого количества спуско-подъемных операций бурового инструмента, деформацией обсадных колонн в интервалах с АВПД и проявлением соляной тектоники;

— бурение горизонтальных стволов (ГС) скважин, в том числе зарезки ГС из старого фонда, предполагает получение надежной информации о техническом состоянии обсадных колонн и заколонного пространства, имеющих свои специфические особенности состояния;

— эксплуатация действующих скважин Оренбургского НГКМ связана с длительным сроком контакта колонн и НКТ (более 20 лет) с сероводородом (6%), содержащимся в пластовом флюиде и газе, характер влияния этих факторов на колонны в должной мере не изучен;

— эксплуатация подземных хранилищ газа, оборудованных в истощенных месторождениях, имеющих достаточно старый фонд скважин, из-за сезонных переменных давлений «отбор-закачка» приводит к нарушению герметичности 7 подземного оборудования и заколонного пространства скважин, характеризуется своей спецификой проявления последствий нарушения.

В этой ситуации проблема обеспечения экологической безопасности и охраны окружающей среды в процессе эксплуатации месторождений должна стать одной из главных задач нефтегазодобывающих организаций.

Получение необходимой качественной и надежной информации о техническом состоянии скважины позволит обеспечить её безаварийную проводку, строительство и эксплуатацию, а в перспективе — эколого-технический мониторинг подземного оборудования скважин нефтегазовых месторождений и ПХГ, уменьшить возможный экологический риск.

Цель работы. Повышение информативности геофизических исследований технического состояния скважин на месторождениях и подземных хранилищах газа Оренбуржья. Основные задачи исследования:

1. Анализ состояния геофизического контроля технического состояния скважин, определение комплекса проблем и круга решаемых задач в данной области.

2. Исследование и анализ эксплуатационных, технических и методических возможностей существующих методов контроля технического состояния скважин.

3. Обоснование рационального комплекса геофизических методов для оценки технического состояния скважин.

4. Разработка оптимальной технологии геофизического контроля технического состояния колонн скважин.

5. Внедрение разработанной технологии геофизического контроля технического состояния скважин различной категории на объектах ООО «Оренбурггазпром» и оценка её эффективности.

Методика исследований. Обобщение и анализ результатов опытного и промышленного опробования, производственные измерения, анализ публикаций отечественных и зарубежных учёных, проведение скважинных экспериментов и опытно-методических работ, внедрение разработанных технологических и программно-методических решений при геофизическом контроле технического состояния скважин на месторождениях и подземных хранилищах газа.

Научная новизна:

1. Предложено для определения изменения формы колонн методом трубной профилеметрии использовать синтезированные срезы поперечного сечения колонн на заданной глубине, для чего разработано специальное математическое обеспечение.

2. Установлена необходимость временных измерений (диагностики) состояния колонн в интервалах неупругой деформации солей для, выявления и предотвращения смятий обсадных колонн, предложена соответствующая технология.

3. Определены комплексы геофизических методов и методика обработки данных, обеспечивающие достоверность расчёта остаточного ресурса колонн в скважинах, подверженных воздействию сероводорода и в скважинах с длительным сроком эксплуатации.

4. Обоснована и внедрена методика комплексной интерпретации материалов геофизического контроля технического состояния скважин.

Защищаемые положения:

1. Рациональный комплекс геофизических методов для оценки технического состояния скважин.

2. Оптимальная технология геофизических исследований скважин для оценки текущего состояния и остаточного ресурса обсадных колонн.

3. Методика комплексной обработки и интерпретации данных геофизических исследований технического состояния скважин, программное обеспечение трубной профилеметрии, позволяющие повысить качество и информативность диагностических параметров скважин.

Практическая ценность работы заключается в том, что результаты исследований позволили повысить информативность и эффективность геофизического контроля технического состояния скважин ОНГКМ. Разработанная с учётом особенностей Оренбуржья технология может служить основой аппаратурно-методического перевооружения отечественных геофизических предприятий для решения задач оценки технического состояния скважин на нефтегазовых месторождениях и ПХГ других регионов.

Внедрение результатов работы. Предложенная технология ГИС разрабатывалась с 1994 года и внедрялась на скважинах Оренбуржья в ООО «Оренбурггеофизика». Количество исследованных скважин разных категорий на начало 2000 года составило 141. В настоящее время разработанный комплекс ГИС и технология проведения исследований утверждены ООО «Оренбурггазпром» в виде Стандарта предприятия «Обязательный комплекс ГИС при контроле технического состояния скважин» и Временной инструкции «Контроль технического состояния поисково-разведочных и эксплуатационных скважин на объектах ООО «Оренбурггазпром» .

Апробация работы. Основные направления работы докладывались на технических советах Предприятия «Оренбурггазпром», Управления ПХГ РАО «Газпром» (г. Москва, 1997 г., 1998 г.), научно-производственном совещании Предприятия «Оренбурггазпром» «Создание технологии информационного обеспечения процесса строительства и эксплуатации ГС» (Оренбург, 1996 г.). Основные положения и результаты работы докладывались на Международной научно — технической конференции «Анализ диагностических работ на объектах Предприятия „Оренбурггазпром“ и задачи по их совершенствованию» (НТС ОАО «Газпром», г. Оренбург, 1999 г.), Международной научно-технической конференции «Техническое диагностирование трубопроводов, подверженных воздействию сероводород-содержащих сред» (г. Оренбург, 2000).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав и заключения. Текст изложен на 158 страницах, включая 27 рисунков, 10 таблиц, библиографию из 70 наименований.

3.3. Выводы. Решаемые задачи контроля технического состояния скважин различных категорий.

Проведенный анализ материалов ГИС-техконтроль скважин, находящихся в бурении и эксплуатации, показывает практические возможности разработанной и внедренной системной технологии контроля технического состояния скважин различного назначения и категорий на объектах ООО «Оренбурггазпром». Исходя из этого, определены основные решаемые задачи контроля технического состояния скважин различных категорий, а именно:

1. Скважины, находящиеся в бурении (поисково-разведочные, эксплуатационные вертикальные, наклонные, горизонтальные с зарезкой ГС из старого фонда:

— определение качества цементирования обсадных колонн (характер сцепления цементного камня с колонной и породой, распределение цемента за колонной);

— оценка герметичности заколонного пространства и муфтовых соединений обсадных колонн (заколонные перетоки флюидов и скопления газа, недовороты муфт);

— определение мест и характера нарушения обсадных колонн (прогноз интервалов смятий, зон АВПД, механический износ, коррозия, разрывы и прочее);

— определение мест положения элементов обсадных колонн (муфтовые соединения, пакеры, башмаки колонн);

— выделение интервалов перфорации, ориентирование мест зарезки ГС.

2. Скважины, находящиеся в эксплуатации: аУ эксплуатационные газовые и нефтяные:

— определение мест положения элементов подземного оборудования (пакеры, башмаки, ЦК, КО, интервалы перфорации колонны);

— определение возможных мест механического износа, коррозии и нарушений эксплуатационных колонн (прогноз толщины) через НКТ;

— определение мест механического износа, коррозии, нарушений элементов конструкции и толщины НКТ;

— оценка герметичности затрубного пространства (заколонные перетоки, техногенные скопления газа). б/ скважины, находящиеся в капитальном ремонте и подлежащие ликвидации:

— определение качества цементирования эксплуатационной колонны;

— определение мест механического износа, коррозии и нарушения эксплуатационных колонн, измерение толщин стенок;

— определение местоположения элементов подземного оборудования колонн;

— оценка герметичности эксплуатационной колонны и затрубного пространства (выявление заколонных перетоков и техногенных скоплений газа);

— металлографический лабораторный анализ образцов металла колонны и цементного камня (коррозионный мониторинг скважин).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведённый научный анализ состояния разработки, технологических возможностей геофизических методов, обобщение данных геофизических исследований, опытно-методические работы в скважинах при контроле технического состояния позволили автору получить следующие результаты.

1. Сделаны выводы о современных требованиях и основных задачах геофизического контроля технического состояния скважин. Установлено, что решение этих задач невозможно без системного, комплексного подхода с привлечением всего арсенала имеющихся современных аппаратурно-технических средств геофизического контроля.

2. Обоснован рациональный комплекс, разработана методика и технология материалов ГИС-техконтроль для решения задач технического состояния скважин различной категории, которые внедрены в производство в виде следующих нормативных документов:

— Стандарт предприятия. Обязательный комплекс ГИС при контроле технического состояния скважин на объектах ООО «Оренбурггазпром»;

— Временная инструкция «Контроль технического состояния поисково-разведочных и эксплуатационных скважин на объектах ООО „Оренбурггазпром“ методами промысловой геофизики».

Данный комплекс геофизических методов и временная инструкция соответствуют решениям секции НТС ОАО «Газпром» № 8 — 2001 от 18.06.2001 г.

3. Разработано специальное математическое обеспечение для метода трубной профилеметрии, позволяющее:

— получать достоверные и точные результаты радиусометрии при рас-центровке прибора в скважине и производить расчёт дифференциальных толщин колонн по окружности;

— производить построение синтезированных срезов поперечного сечения колонн для определения изменения их формы в интервалах неустойчивых.

150 горных пород глубоких поисково-разведочных скважин;

— производить построение продольных профилей колонн с целью выявления интервалов коррозии внутренней поверхности труб.

4. Установлена необходимость и периодичность временных измерений состояния колонн методами АКЦ и ПТС для выявления возможных деформаций и смятий обсадных колонн глубоких поисково-разведочных скважин в интервалах неупругой деформации солей.

5. Внедрение методики комплексной интерпретации материалов ГИС-техконтроль повысило точность и достоверность получаемых диагностируемых параметров технического состояния скважин, что позволило решать вопросы оценки остаточного ресурса колонн, коррозионного мониторинга в скважинах, под-верженных воздействию сероводорода, а также с длительным (более 20 лет) сроком эксплуатации.

6. Подтверждена высокая информативность метода электромагнитной дефектоскопии-толщинометрии при изучении технического состояния действующих нефтегазовых скважин, что позволило проводить в них первичную диагностику без остановки эксплуатации и подъёма НКТ. Для осуществления мониторинга технического состояния действующих скважин в процессе их эксплуатации необходимо в обязательном порядке проводить исследования этим методом при их строительстве.

7. Полученные результаты контроля технического состояния (толщины) колонн скважин на объектах ООО «Оренбурггазпром» подтверждены данными лабораторных исследований высверленных образцов колонн и промысловыми данными, что позволяет рекомендовать разработанный комплекс и технологию ГИС-техконтроль для применения на других месторождениях и подземных хранилищах газа.

Соискатель.

Марков В.А.