24. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ, ОБСАДНЫХ КОЛОНН И ЦЕМЕНТНОГО КОЛЬЦА

24.1.1 Метод электромагнитной локации муфт (ЛМ) основан на регистрации изменения магнитной проводимости металла бурильных труб, обсадной колонны и насосно-компрессорных труб вследствие нарушения их сплошности.

Применяют для:

• установления положения замковых соединений прихваченных бурильных труб;
• определения положений муфтовых соединений обсадной колонны;
• точной привязки показаний других приборов к положению муфт;
• взаимной привязки показаний нескольких приборов;
• уточнения глубины спуска насосно-компрессорных труб;
• определения текущего забоя скважины;
• в благоприятных условиях — для определения интервала перфорации и выявления мест нарушения (разрывы, трещины) обсадных колонн.

Контроль вскрытия пластов бескорпусными кумулятивными перфораторами более эффективен, чем для корпусных перфораторов. Интервал перфорации невозможно установить в намагниченных трубах обсадной колонны и при изменении толщины стенки колонны за счет коррозии.

24.1.2 Детектор (датчик) локатора муфт представляет собой дифференциальную магнитную систему, которая состоит из многослойной катушки с сердечником и двух постоянных магнитов, создающих в катушке и вокруг нее постоянное магнитное поле. При перемещении локатора вдоль колонны в местах нарушения сплошности труб происходит перераспределение магнитного потока и индуцирование ЭДС в измерительной катушке.

Активный локатор муфт содержит две катушки, каждая из которых имеет возбуждающую и приемную обмотки. Под воздействием переменного магнитного поля, генерируемого подачей переменного напряжения на возбуждающие обмотки, в приемных обмотках возникает переменное напряжение, которое зависит от магнитных свойств окружающей среды. Информативным параметром служит разность напряжений на приемных обмотках, которая зависит от сплошности среды.

24.1.3 Калибровку, проведение измерений и контроль качества данных выполняют в соответствии с требованиями эксплуатационной документации на конкретный прибор.

24.1.3.1 Для учета влияния скважинных условий при выделении интервала перфорации выполняют измерения до и после проведения перфорации.

24.1.3.2 Скорость подъема прибора при отбивке муфт — 1000-2000 м/ч, а в случае одновременной регистрации данных другим видом ГИС — определяется требованиями, предъявляемыми к этому виду.

24.1.3.3 Скорость перемещения прибора при контроле интервала перфорации — 200-300 м/ч.

24.1.3.4 При определении глубины прихвата бурильных груб, а также при выделении интервалов перфорации с предварительным намагничиванием труб, измерения локатором муфт проводят трижды: до намагничивания труб (локация муфт); после намагничивания до перфорации; после перфорации или растягивания (натяжения) колонны.

24.1.4 Процедуры контроля качества и первичной обработки данных не регламентируются.

24.1.5 На твердых копиях кривую локатора муфт отображают в треке T1R (рис.1).

24.2.1 Трубная профилеметрия основана на непрерывной одновременной регистрации нескольких (не менее 8) радиусов (диаметров) обсадных колонн. Измеряемая величина — внутренний радиус (диаметр) трубы. Единица измерения — миллиметр (мм).

Применяют для определения внутреннего диаметра, овальности и смятий обсадных труб, обрывов и рассоединения их по муфтам. Ограничения измерений связаны с влиянием загрязнения внутренней поверхности труб и эксцентричным положением скважинного прибора в наклонных скважинах.

24.2.2 Трубные профилемеры представляют собой электромеханические системы для независимых измерений нескольких радиусов.

24.2.2.1 Требования к трубным профилемерам:

• диапазон измерения радиусов — 55-170 мм;
• количество измерительных рычагов — не менее 8;
• основная абсолютная погрешность измерения — не более ±1 мм;
• дополнительные ошибки измерения, вызванные изменениями параметров напряжения питания на ±10 % и температуры окружающей среды на 10 °С относительно стандартного значения, равного 20 °С, — 0,1 и 0,2 значения основной ошибки соответственно.

24.2.2.2 Минимальные требования к методическому и программному обеспечению заключаются в наличии методик и программ расчета площади и формы (эллипсность, эксцентриситет) сечения скважины, определения величины смещения прибора с оси скважины.

24.2.2.3 Модуль профилеметрии комплексируют с модулями ЛМ, ГК.

24.2.3 Первичную, периодические и полевые калибровки проводят согласно общим требованиям раздела 6.

24.2.3.1 Основным средством периодических калибровок является набор из пяти образцовых колец или калибровочная установка типа УП-Кв, которые воспроизводят значения радиусов (диаметров) с погрешностью не более ±1,0 мм. Допускается использование калибровочных устройств, поставляемых заводом-изготовителем (так называемые «гребенки»), если погрешность воспроизведения ими диаметров не превышает ±1,0 мм.

24.2.3.2 Полевую калибровку выполняют с помощью не менее чем двух образцовых колец или «гребенки».

24.2.4 Исследования обсадных колон проводят согласно требованиям раздела 6. Их делят на общие и детальные:

24.2.4.1 Общие исследования проводят со скоростью 500-1000 м/ч и шагом записи по глубине 0,1-0,2 м по всей колонне с целью выбора участков детальных работ.

24.2.4.2 Интервалы детальных исследований выбирают:

• по признаку существенного различия радиусов, измеренных при общих исследованиях;
• в местах повышенной интенсивности искривления скважин;
• в интервалах затяжек и посадок бурильного инструмента;
• в участках разреза, сложенных высокопластичными породами долями, глинами и др.

Скорость каротажа - не более 400 м/ч, шаг записи по глубине — не более 0,05 м.

24.2.4.3 Повторное измерение выполняют в интервалах детальных исследований.

24.2.5 Основные положения контроля качества измерений регламентируются разделом 6. Дополнительные требования:

24.2.5.1 Несовпадение результатов калибровок до начала и после каротажа — не более ±5 %.

24.2.5.2 По результатам основного и повторного исследований измеренные значения радиусов трубы должны отличаться не более чем на ±0,5 мм при отклонении прибора от оси скважины менее 2 мм.

24.2.6 На твердых копиях должны быть представлены кривые профилей трубы поданным измерения радиусов с выделенными участками дефектов. Дополнительно могут представляться формы сечения трубы (площадь, эксцентриситет и др.), а также отклонение прибора от оси колонны в процессе измерений. Формат представления данных не регламентируется.

24.3.1 Электромагнитная дефектоскопия и толщинометрия основаны на изучении характеристик вихревого электромагнитного поля, возбуждаемого в обсадной колонне генераторной катушкой прибора.

Задачами исследований являются:

• выявление местоположения башмака и муфт обсадной колонны (кондуктора, технической), размещенной за колонной, в которой ведут исследования;
• определение толщины стенок обсадных труб;
• выявление положения и размеров продольных и поперечных дефектов, смятий и разрывов отдельных труб;
• оценка положения муфтовых соединений и качества свинчивания труб в муфтах.

Ограничением метода является сильное влияние на чувствительность прибора зазора между электромагнитным датчиком и внутренней поверхностью трубы, что требует применения сменных зондов для труб различного диаметра.

24.3.2 Основные требования к прибору электромагнитной дефектоскопии и толщинометрии:

• минимальный внутренний диаметр исследуемых труб — не менее 52 мм;
• максимальный внешний диаметр исследуемых труб — не более 245 мм;
• диапазон измеряемых толщин колонн — 3-20 мм;
• максимально измеряемая суммарная толщина двух труб -до 19 мм;
• основная абсолютная погрешность измерения — не более ±0,5 мм;
• дополнительные погрешности, вызванные изменениями магнитной проницаемости материала трубы и температуры среды на 10 °С относительно стандартного значения, равного 20 °С, - не более ±0,5 и ±0,1 мм соответственно;
• минимальная протяженность обнаруживаемого дефекта вдоль оси трубы - 75 мм, поперек оси — 0,5 периметра трубы при ширине зазора не менее 0,1 мм;
• определение характеристик внешней из двух соосных труб — на качественном уровне.

Скважинный прибор центрируется.

24.3.3 Методическое и программное обеспечение заключается в наличии методик и программ расчета изменений толщин стенок труб и выделения дефектов на основе сопоставления с данными модельных измерений в трубах с искусственно созданными дефектами различных типов.

24.3.4 Первичную, периодические и полевые калибровки проводят согласно общим требованиям раздела 6.

24.3.4.1 Основным средством первичной и периодической калибровок является набор из 5 аттестованных стальных труб различного диаметра с разной толщиной стенок и искусственно созданными дефектами типа трещин.

24.3.4.2 Полевую калибровку выполняют не менее чем в 2 точках с помощью аттестованного отрезка стальной трубы, внутренний диаметр которой равен диаметру исследуемой колонны.

24.3.5 Исследования колонн выполняют согласно требованиям раздела 6.

Скорость проведения измерений - не более 300 м/ч.

Для обеспечения контроля изменения состояния обсадных труб во времени рекомендуется проводить электромагнитную дефектоскопию и толщинометрию периодически, начиная сразу после спуска колонны.

24.3.6 Контроль качества материалов выполняют по результатам калибровки до и после каротажа; дополнительно — по сходимости основного и повторного измерений, которые должны совпадать с погрешностью ±0,5 мм.

24.3.7 На твердых копиях представляют зарегистрированные кривые с выделенными участками дефектов. Формат представления данных не регламентируется.

24.4.1 Метод гамма-гамма-толщинометрии основан на регистрации интенсивности рассеянного гамма-излучения с помощью центрированного в колонне зонда малой длины, содержащего стационарный (ампульный) источник среднеэнергетического гамма-излучения и детектор рассеянного гамма-гамма-излучения, неколлимированные по радиальному углу и строго коллимированные по вертикальному углу в пределах 40-50° относительно оси зонда. При длине зонда 9-12 см практически исключается влияние на результаты измерений плотности среды за обсадной колонной и обеспечивается высокая чувствительность метода к изменению толщины стенки колонны.

Применяют для определения средней по периметру толщины стенки обсадной колонны, местоположения муфт, центрирующих фонарей, пакеров, выделения интервалов с механическим и коррозионным износом труб, изучения влияния перфорации на обсадную колонну.

24.4.2 Основные требования к измерительному зонду:

• диапазон измерения толщины стенок колонны - 5-12 мм ;
• основная абсолютная погрешность измерений толщины колонны — не более ±0,5 мм;
• дополнительные погрешности за счет изменения напряжения питания прибора на ±10 % и температуры окружающей среды на 10 °С относительного стандартного значения, равного 20 °С, — не более 0,2 значения основной погрешности для каждой характеристики;
• центрирование прибора в скважине.

Рекомендуется комплексирование измерительного зонда в одном модуле с зондом гамма-гамма-цементометрии, в сборке с модулями ЛМ, ГК, компенсированного НК и АКЦ.

24.4.3 Требования к методическому и программному обеспечению заключаются в наличии калибровочных зависимостей, устанавливающих связь между скоростью счета (в импульсах в минуту) и толщиной стальной колонны, и вспомогательных зависимостей, учитывающих влияние на результаты измерения фона естественного гамма-излучения, плотностей жидкости в скважине м цементной смеси в затрубном пространстве.

24.4.4 Первичную, периодические и полевые калибровки выполняют согласно требованиям раздела 6 и эксплуатационной документации.

24.4.4.1 Основным средством первичной и периодических калибровок служит набор аттестованных стальных труб различного диаметра и разной толщины стенок. Для расчета толщинограмм используются данные калибровки для трубы, соразмерной номинальному диаметру и толщине стенки исследуемой колонны.

24.4.5 Измерения в скважинах ведут в режиме общих и детальных исследований.

Скорость каротажа — до 800 и 300 м/ч соответственно.

24.4.5.1 Детальные исследования выполняют в интервалах локальных изменений толщин обсадных труб, не отраженных в «мере труб» или при предыдущем исследовании. Для получения опорных данных рекомендуется проводить первое измерение непосредственно после спуска и цементирования обсадной колонны и разбуривания стоп-кольца.

24.4.5.2 Повторное измерение выполняют в интервале детальных исследований.

24.4.6 Контроль качества первичных данных ведут согласно требованиям раздела 6. Повторяемость данных основного и повторного измерений должна быть не хуже ±5%.

24.4.7 На твердых копиях кривую толщинометрии с выделенными участками установленных дефектов колонны отображают в треке Т2 (рис. 1). Трек Т1 должен содержать данные ДС, ПС, ГК, ЛМ, необходимые для привязки толщинограммы к разрезу.

24.5.1 Метод гамма-гамма-цементометрии обсаженных скважин основан на измерении плотности среды в затрубном пространстве непрерывно по периметру колонны либо по ее образующим через 60, 90 или 120°.

Применяют для:

• установления высоты подъема цемента за колонной;
• определения границ сплошного цементного камня, зоны смешивания цемента и промывочной жидкости и чистой промывочной жидкости;
• выделения в цементном камне каналов и каверн, при условиях, что они захватывают не менее 10 % от площади сечения затрубного пространства, различие плотностей промывочной жидкости и цементного камня составляет более 0,5-0,7 г/см3, диаметр колонны меньше диаметра скважины не менее чем на 50 мм;
• оценки эксцентриситета обсадной колонны относительно оси скважины.

Результаты измерений не подлежат количественной интерпретации, если толщина зазора между стенкой скважины и колонной составляет менее 30 мм или различия в плотностях цементной смеси и промывочной жидкости не превышают 0,3 г/см3 при отсутствии диаграмм плотности породы и кавернометрии по открытому стволу.

24.5.2 Простейший измерительный зонд гамма-гамма-цементометрии содержит источник (ампульный) среднеэнергетического гамма-излучения и детектор рассеянного гамма-гамма-излучения, разнесенные на расстояние нескольких десятков сантиметров.

В скважинных приборах гамма-гамма-цементометрии и дефектометрии применяют несколько более сложные измерительные зонды: многоканальные центрированные с несколькими (не менее трех) детекторами, расположенными симметрично относительно оси зонда и взаимно экранированными; одноканальные центрированные с вращающимся во время измерения с заданной угловой скоростью экраном, обеспечивающим коллимацию гамма-излучения в радиальном направлении в пределах 30-50°.

24.5.2.1 Основные требования к измерительным зондам:

• диапазон измерения плотности среды в затрубном пространстве - 1,0-2,0 г/см3;
• основная абсолютная погрешность измерений — не более +0,15 г/см3;
• дополнительные погрешности за счет изменения напряжения питания прибора на ±10 % и температуры окружающей среды на 10 °С относительно стандартного значения, равного 20 °С, - не более 0,2 значения основной погрешности для каждой характеристики;
• скорость вращения измерительного зонда — не менее 5 оборотов в минуту;
• взаимное влияние каналов — не более ±3 %.

Рекомендуется комплексирование измерительного зонда в одном модуле с зондом гамма-гамма-толщинометрии, в сборке с модулями ЛМ, ГК, АКЦ, компенсированного НК, устройствами определения пространственной ориентации прибора и привязки полученной информации к апсидальной плоскости скважины.

24.5.3 Требования к методическому и программному обеспечению заключаются в наличии калибровочных зависимостей, устанавливающих связь между скоростью счета в каналах (в импульсах в минуту) и плотностью среды в затрубном пространстве, и интерпретационных зависимостей, предназначенных для решения обратных задач - определения плотности цементного камня и степени заполнения цементом затрубного пространства, выделения в цементном камне дефектов с угловым раскрытием более 30°, оценки эксцентричного положения обсадной колонны, определения мест установки центраторов колонны, турбулизаторов, пакеров.

24.5.4 Калибровки скважинного прибора выполняют согласно требованиям раздела 6 и эксплуатационной документации.

24.5.4.1 Основным средством первичной и периодических калибровок являются отрезки стальных труб разного диаметра и толщин стенок, установленные в емкости с водой и зацементированные в нижней части.

24.5.5 Измерения в скважинах ведут в режимах общих и детальных исследований.

Скорость каротажа - не более 800 м/ч и 300 м/ч соответственно.

24.5.5.1 Общие исследования проводят от забоя до отметки, которая находится на 200 м выше уровня (головы) подъема цемента. 24.5.5.2 Детальные исследования проводят в продуктивных отложениях и в интервалах детальных исследований гамма-гамма-толщинометрией.

24.5.5.3 Повторные исследования выполняют в интервале детальных исследований.

24.5.6 Контроль качества первичных данных ведут согласно требованиям раздела 6. Разница данных основного и повторного измерений не должна превышать ±5 %.

24.5.7 На твердых копиях результаты интерпретации данных цементометрии и дефектометрии отображают в треке T3L, первичные данные — в треке T3R (рис. 1).

24.6.1 Акустическая цементометрия (АКЦ) основана на измерении характеристик волновых пакетов, создаваемых источником с частотой излучения 20-30 кГц, распространяющихся в колонне, цементном камне и горных породах. В качестве информативных характеристик используют:

• амплитуды Ак или коэффициент эффективного затухания αк волны по колонне в фиксированном временном окне, положение которого определяется значением интервального времени Δtк распространения волны в колонне, равного 185-187 мкс/м;
• интервальное время Δtп и амплитуды Ап или затухание αп первых вступлений волн, распространяющихся в горных породах;
• фазокорреляционные диаграммы.

Применяют для установления высоты подъема цемента, определения степени заполнения затрубного пространства цементом, количественной оценки сцепления цемента с обсадной колонной, качественной оценки сцепления цемента с горными породами.

Методические ограничения применения связаны с исследованиями высокоскоростных разрезов (v > 5300 м/с), в которых первые вступления при хорошем и удовлетворительном цементировании относятся к волне, распространяющейся в породе; при скользящем контакте цементного камня с колонной, когда волна распространяется преимущественно по колонне; низкой чувствительностью к отдельным дефектам цементного кольца.

24.6.2 В приборах акустической цементометрии используются короткие трехэлементные измерительные зонды с расстоянием между ближайшими излучателем и приемником от 0,7 до 1,5 м и базой зондов (расстояние между приемниками) — в пределах 0,3-0,6 м.

24.6.2.1 Требования к измерительным зондам:

• диапазон измерения интервального времени — 120-600 мкс/м;
• диапазон измерения коэффициента затухания — 0,5-40 дБ/м;
• основная относительная погрешность измерения интервального времени — не более ±1-3 % (в зависимости от типа прибора);
• основные абсолютные погрешности измерения амплитуд и эффективного затухания — не более ±0,1 А и ±3 дБ/м соответственно;
• дополнительные погрешности измерений, вызванные изменениями напряжения питания на ±10 %, давления на 1 МПа и температуры на 10 °С относительно стандартного значения, равного 20 °С, не должны превышать 0,3; 0,01 и 0,1 значений основных погрешностей.

24.6.2.2 Длительность оцифровки сигналов — до 4 мс; шаг дискретизации — 2-5 мкс.

24.6.2.3 Скважинный прибор центрируется.

24.6.2.4 Модуль цементометрии комплектируют с модулями ГК, ЛМ, термометрии, компенсированного НК и гамма-гамма-цементометрии и толшинометрии.

24.6.3 Требование к методическому и программному обеспечению заключается в наличии не менее двух, реализующих различные принципы обработки, программ выделения в общем волновом пакете колебаний волны, распространяющейся в колонне (окно регистрации Δtк, Ак), и упругой волны, распространяющейся в горных породах (Δtп, Ап).

24.6.4 Первичную и периодические калибровки выполняют согласно требованиям раздела 6.

24.6.4.1 Основным средством калибровки является поверочная базовая установка УПАК-2, содержащая аттестованный волновод акустических колебаний (отрезок или несколько отрезков стальных труб, разрезанных вдоль).

24.6.4.2 Полевые калибровки не выполняют. Их заменяет контрольное измерение на участке незацементированной колонны протяженностью не менее 50 м.

24.6.5 Исследования в скважинах проводят согласно требованиям раздела 6. Дополнительные требования:

24.6.5.1 Время проведения изменений определяется длительностью формирования цементного камня. Для нормальных цементов оно составляет не менее 16-24 ч.

24.6.5.2 Коэффициент усиления электронной схемы скважинного прибора выбирают таким образом, чтобы в диапазоне оцифровки акустических сигналов сохранялся минимальный уровень шумов, вызванных движением прибора, а сигналы регистрируемых воли не ограничивались.

Правильность выбора контролируют по экрану монитора, на котором отображаются волновые пакеты двухэлементных измерительных зондов, фазокорреляционные диаграммы (ФКД) и значения Δtк и Δtп в точке исследования.

24.6.5.3 Скорость каротажа — не более 1200 м/ч.

24.6.6 Качество материалов оценивают согласно требованиям раздела 6. Критерии, специфичные для АК, следующие:

24.6.6.1 Значение интервального времени (Δtк) продольной волны в незацементированной обсадной колонне должно находиться в пределах 185-187 мкс/м, затухания — в пределах 1-5 дБ/м. В интервале между муфтами кривая интервального времени и фазовые линии на ФКД должны представлять собой устойчивые прямые линии, параллельные оси глубин.

24.6.6.2 Повторяемость на основной и повторной записях значений величин Δtк и Δtп, осредненных на участках длиной в 3 м и более, должна быть не хуже ±5 % в зацементированных интервалах и ±3 % — на незацементированных участках обсадной колонны, кривых амплитуд и затухания — не хуже ±10 %.

24.6.7 На твердых копиях кривые Δtк, αк, Δtп, αп отображают в треке Т2, а ФКД — в треке ТЗ (рис.1).

24.7.1 Акустическая цементометрия на отраженных волнах предназначена для сканирования и растрового отображения стенки обсадной колонны и дефектов колонны и цементного камня по интенсивности волн, отраженных от внутренней стенки колонны, стенки скважины и дефектов колонны и камня. Измеряемые величины - времена и амплитуды (интенсивность) отраженных волн. Единицы измерения — микросекунда (мкс) и безразмерная единица соответственно.

Применяют для определения внутреннего диаметра и эксцентриситета колонны, выделения положения муфт и дефектов, нарушающих целостность колонны и герметичность затрубного пространства, — порывов, трещин, смятий и коррозии обсадных труб, вертикальных каналов в цементном камне.

Исследования выполняют в скважинах, заполненных любой негазирующей жидкостью плотностью не более 1,3 г/см3. 24.7.2 Измерительный преобразователь сканера АК-цементометрии представляет собой совмещенный излучатель-приемник упругих колебаний.

Конструкция прибора может содержать один преобразователь, вращающийся вокруг оси прибора, или несколько (обычно 6-8) преобразователей, установленных в корпусе прибора по винтовой линии через равные углы в проекции на азимутальную плоскость.

Сканеры АК-цементометрии оснащают дополнительным преобразователем «излучатель—приемник» для определении скорости упругой волны в жидкости, заполняющей скважину, и устройствами определения азимутального ориентирования преобразователя в скважине или привязки положения преобразователя к апсидальной плоскости ствола скважины.

24.7.2.1 Требования к преобразователю:

• частота собственных колебаний в диапазоне 250-1000 кГц;
• форма внешней (излучающей) поверхности должна обеспечивать фокусировку упругого сигнала на поверхности обсадной колонны диаметром 140-168 мм в круге диаметром не более 3 мм;
• погрешность азимутального ориентирования преобразователя в скважине или его привязки к апсидальной плоскости ствола скважины — не более 2°;
• начало развертки определяется направлением на север;
• количество оборотов вокруг оси (для приборов с несколькими преобразователями — количество опросов) — не менее 3 в секунду; количество точек сканирования — не менее 512 за один оборот;
• погрешность измерения диаметра колонны — не более ±0,5 мм.

24.7.2.2 Модуль сканера АК-цементометрии комплексируют с модулями ЛМ, ГК, АКЦ и компенсированного НК.

24.7.3 Требования к методическому и программному обеспечению и калибровкам определяются эксплуатационной документацией.

24.7.4 Исследования в скважинах проводят согласно требованиям раздела 6 с изменениями:

24.7.4.1 Повторное измерение не выполняют.

24.7.4.2 Контрольное измерение проводят в любом участке обсадной колонны протяженностью не менее 50 м.

24.7.4.3 Скорость каротажа - не более 250 м/ч.

24.7.5 Контроль качества данных определяется эксплуатационной документацией на прибор.

24.7.6 На твердых копиях значение внутреннего диаметра колонны отображают в треке Т2, растровые изображения поверхности колонны и дефектов в цементном камне — в треке T3L и Т3R (рис. 1).