В работе описана технология магнитной интроскопии для дефектоскопического обследования стенок эксплуатационных колонн скважин. Рассмотрены конструкции, возможности программного обеспечения, результаты испытаний, особенности практического применения и перспективы совершенствования магнитных интроскопов.
Введение
Эксплуатация нефтяных и газовых скважин осуществляется при комплексном воздействии неблагоприятных внешних факторов: температуры, вибрации, давления, агрессивной среды, механического воздействия на колонну. При этом обеспечение катодной защиты скважин, а также применение ингибиторов коррозии зачастую затруднено и не всегда приводит к эффективному предотвращению коррозии элементов конструкции скважин. Наибольшее воздействие указанных причин характерно в отношении эксплуатационных колонн скважин (ЭКС).
Важной технической задачей, стоящей перед нефтяными компаниями, является оценка технического состояния (ОТС) скважин, обеспечивающая эффективность планирования и осуществления ремонтных работ, выбора режима эксплуатации скважины, соответствующего ее техническому состоянию, определения рационального способа антикоррозионной защиты и т.п. Основной элемент ОТС скважин – дефектоскопия ЭКС. Для обследований традиционно применяются следующие методы [1]:
- Акустическая и ультразвуковая толщинометрия и дефектоскопия. На этих принципах построена аппаратура USI фирмы Schlumberger, отечественные акустические телевизоры АРКЦ – Т –1, САТ – 4 НПФ «Геофизика», АВАК- 42 НПП «ВНИИГИС», АКЦ СВ НПП «Геометр», сканеры Schlumberger – CЕТ-СЕ/G/J, СЕТ – В В/Н/F; Computalog-PET, Baker Atlas – CBT. Применение указанной аппаратуры затруднено из-за высоких требований к очистке скважины и дисперсности скважинной жидкости, низкой производительности контроля, недостаточной надежности оборудования и его высокой стоимости.
- Электромагнитная дефектоскопия (магнитоимпульсные дефектоскопы ЭМДС-С) наряду с функциональной простотой, сравнительно невысокой стоимостью и хорошей технологичностью не позволяет осуществлять измерение дефектов и особенностей ЭКС, оценивать их форму, количество и взаимное расположение. Ограничения по чувствительности данного метода не позволяют выявлять локальные трещиноподобные и коррозионные дефекты без сквозного повреждения ЭКС.
- Профилеметрия (многорычажные профилемеры Мulti-Finger Imaging Tools, MIT компании Sondex) позволяет регистрировать и оценивать размеры только тех дефектов и особенностей, которые расположены на внутренней стороне стенки ЭКС. При этом дефекты, находящиеся на наружной стороне стенки ЭКС выявлению не подлежат.
- Термометрия и расходометрия под закачкой дают возможность определять лишь место сквозного повреждения ЭКС, что недостаточно для оценки ее ресурса и выбора оптимального способа ликвидации.
Однако применение приведенных методов не позволяет получить информацию, достаточную для проведения ОТС скважин. В тоже время задача диагностики и мониторинга состояния трубопроводных конструкций в процессе эксплуатации для обеспечения их безопасной эксплуатации не нова. В частности, наиболее эффективно она решена в отношении объектов магистрального трубопроводного транспорта [2].
Используя опыт разработки ВИП [3] для контроля магистральных трубопроводов компанией ООО «ЦТД «ИнтросКо» совместно с ООО «ТНГ-Групп» и Институтом ТатНИПИнефть по заказу ОАО «Татнефть» разработана и испытана технология дефектоскопического обследования ЭКС - магнитная интроскопия, основанная на применении специальных устройств – сканирующих магнитных интроскопов (СМИ). Разработанная технология может стать основой для создания системы ОТС скважин.
1. Описание технологии магнитной интроскопии
1.1 Принцип действия и конструкция магнитного интроскопа
Принцип [4] действия СМИ основан на методе регистрации утечки магнитного потока (MFL-метод). СМИ содержит (рис. 1) намагничивающее устройство и многоэлементную систему из датчиков утечки магнитного потока. Намагничивающее устройство создает в стенках ЭКС магнитный поток. При его прохождении через область стенки ЭКС с дефектами или иными особенностями у внутренней поверхности стенки ЭКС формируется магнитный рельеф в виде суперпозиции магнитного поля намагничивания и магнитного поля рассеяния от дефектов и особенностей ЭКС. При перемещении СМИ внутри ЭКС осуществляется считывание магнитного рельефа, по величине и характеру распределения которого можно судить о параметрах дефектов и особенностей стенки ЭКС.
Конструктивно скважинный модуль сканирующего магнитного интроскопа серии МИ-5Х состоит из трех блоков (рис. 2), размещенных в едином корпусе: блока магнитной интроскопии (Сканер интроскопа), блока магнито-импульсной толщинометрии (Толщиномер) и блока гамма-каротажа (ГК).
Блок ГК служит для «привязки» к геологическому разрезу всей получаемой информации, а также выявления радиогеохимических аномалий, которые могут оказаться косвенным признаком ухода жидкости за колонну в интервале ее нарушений, а блок толщинометрии - для определения усредненной по окружности толщины стенки ЭКС.
Установление соответствия показаний всех блоков СМИ и глубины ЭКС осуществляется при использовании одометрического блока (сельсина), устанавливаемого на устье скважины.
Информация о выявленных дефектах записывается в стационарный или портативный компьютер каротажной станции. Обнаружение, распознавание и оценка дефектов осуществляется путем анализа магнитограмм, полученных в процессе каротажа. Поставляемое с интроскопом программное обеспечение позволяет проводить расшифровку магнитограмм и интерпретацию данных обследования, подготовку отчетов и архивирование результатов контроля.
1.2 Программное обеспечение сканирующих магнитных интроскопов серии МИ-5Х
Программное обеспечение (ПО) позволяет проводить обработку данных, получаемую от всех функциональных блоков СМИ: магнитной интроскопии, толщинометрии и гамма каротажа. В ПО реализованы следующие функции:
- Калибровка системы отсчета глубины и градуировка показаний, настройка СМИ.
- Запись диагностических данных с одновременным отображением диагностической информации в режиме реального времени. Проверка полноты и качества данных магнитной интроскопии, толщинометрии и ГК после подъема скважинного оборудования.
- Предварительная обработка диагностических данных. Устранение влияющих факторов, фильтрация помех, коррекция очевидных сбоев системы.
- Интерпретация диагностических данных.
- Формирование отчета по результатам обследования.
- Сохранение и учет данных диагностики.
Калибровка системы отсчета глубины СМИ осуществляется в лабораторных условиях с использованием специальных эталонных образцов длины. Ее необходимость обусловлена тем, что для определения глубины используется штатное одометрическое оборудование геофизической партии, точность которого не может быть заранее оценена при изготовлении СМИ.
Для градуировки показаний СМИ используется образец ЭКС с эталонными дефектами. В процессе градуировки записываются показания от эталонных дефектов. В дальнейшем они используются при интерпретации диагностических данных для определения параметров дефектов и особенностей ЭКС.
Настройка СМИ предусматривает установку конфигурации системы и параметров сканирования, запись служебной и ситуативной информации и т.п.
В процессе геофизических работ при обследовании ЭКС запись диагностических данных в память компьютера сопровождается одновременным выводом на его монитор текущей диагностической информации. По окончании записи предусматривается проверка качества и полноты всего массива данных.
Перед проведением интерпретации осуществляется предварительная обработка диагностических данных. В ПО включена подсистема редактирования диагностической информации, позволяющая: повернуть изображение, убрать помехи, выбрать соответствие цвета и показаний, скорректировать показания сбойных каналов, отобразить магнитограммы по любому из каналов, выбрать масштаб представления данных и т.д.
| Таблица 1 | |
|
Тип магнитного интроскопа в серии МИ-5Х |
Условный диаметр обследуемых труб, мм |
| МИ-50 | 146 |
| МИ-51 | 168 |
Интерпретация является наиболее ответственным этапом обработки диагностической информации. Ее конечной целью является составление отчета по результатам диагностического обследования и ОТС. В настоящее время интерпретация может осуществляться в ручном и полуавтоматическом режимах. Время ручной интерпретации данных по одной ЭКС глубиной 2000 м составляет порядка 5 часов и в целом зависит от качества диагностической информации и степени повреждения ЭКС. Полуавтоматическая интерпретация позволяет сократить временные затраты в 2-3 раза. Представление данных реализовано в виде гистограмм, яркостно-цветовых и яркостно-контрастный образов.
Для осуществления обработки данных в ПО предусмотрены следующие возможности: настройка параметров отображения дефектов и особенностей ЭКС, отображение дефектов и особенностей стенки ЭКС, измерение ортографических параметров дефектов и особенностей стенки ЭКС (параллельных поверхности объекта контроля), сохранение данных, в том числе в LAS-формате и графическом формате (по выбору), преобразование форматов хранения данных, редактирование изображений, печать магнитограмм и изображений дефектов и особенностей ЭКС.
| Таблица 2 | |
| Параметр | Значение |
| Максимальная толщина стенки обсадной колонны, мм: | 11 |
| Максимальная скорость диагностики, км/ч: | 0,2 |
| Предельное гидростатическое давление, мПа | 30 (80*) |
| Предельная рабочая температура, °С | 100 |
| Макс. потребляемая мощность без учета потерь в кабеле, Вт | 600 |
| Масса внутритрубного интроскопа, кг: | 100 |
|
Мин. условный диаметр выявляемого дефекта типа «сквозное отверстие», мм |
4 |
|
Минимальный размер выявляемого дефекта типа «поперечная щель»: |
|
| Длина/раскрытие, мм | 30/10 |
| Глубина, % от толщины стенки | 20 |
|
Минимальные размеры выявляемого дефекта типа «коррозионная каверна»: |
|
| Длина/ширина, мм | 10/10 |
| Глубина, % от толщины стенки | 40 |
| Погрешность определения толщины колонны, мм. | 0,4 |
| Порог дискриминации гамма активности пород, кэВ | 45±15 |
|
Нестабильность скорости счета канала ГК в течение 4 часов непрерывной работы при температуре 20±5 °C и в интервале температур окружающей среды 0 – 100 °C |
не более ±20% при статистике не менее 10000 импульсов |
| * Опционно | |
Возможности ПО для обработки диагностических данных постоянно совершенствуются и по мере его обновления осуществляется актуализация последней версии ПО.
1.3 Технические параметры сканирующих магнитных интроскопов серии МИ-5Х
Технические и эксплуатационные параметры аппаратуры серии МИ-5Х позволяют реализовать следующие возможности:
- регистрация дефектов и особенностей ЭКС, выявление коррозионных и усталостных трещин, каверн, язв, потери металла, конструктивных особенностей ЭКС (пакер-гильзы, муфты, центраторы, интервалы перфорации и т.п.), оценка результатов воздействия ремонтного, эксплуатационного и бурового оборудования на стенку ЭКС в том числе ее «желобообразный износ». По результатам диагностического обследования выявляются дефекты и особенности расположенные как на внутренней и внешней поверхности, так и в теле стенки ЭКС;
- обнаружение как сквозных, так и несквозных дефектов и особенностей стенки ЭКС;
- выявление и оценка типа, формы и ортографических размеров (длина и ширина) отдельно расположенных и комбинированных дефектов и особенностей ЭКС, их визуализация;
- визуализация перфорационных отверстий. Точное определение интервалов перфорации, выявление отдельных перфорационных отверстий;
- определение положения элементов заколонной конструкции скважин;
- определение межтрубного зазора в муфтовых соединениях;
- определение средней толщины ЭКС по ее сечению;
- «привязка» показаний СМИ к геологическому разрезу.
Все указанные функции выполняются за одну операцию спуска - подъема. Для диагностического обследования с помощью СМИ не требуется очистки стенок ЭКС «до металла» и обеспечения высоких показателей дисперсности скважинной жидкости. Критерием пригодности ЭКС к проведению обследования является прохождение шаблона.
В конструкции сканирующих магнитных интроскопов МИ-5Х реализован механизм адаптации СМИ к изменению внутреннего диаметра ЭКС, вызванного различного рода отложениями, нарушением формы трубы, дефектами стенок, и т.д. Типоразмерный ряд сканирующих магнитных интроскопов семейства МИ-5Х приведен в табл. 1.
Технические характеристики СМИ серии МИ-5Х приведены в табл. 2.Электропитание интроскопа обеспечивается либо от сети 220В/50Гц, либо генератором тока 220В/50Гц мощностью не менее 2,5КВт. Работа прибора рассчитана на его использование совместно с геофизическими станциями и трехжильным каротажным кабелем КГЗ-53-180 по ТУ16.К64.01-88 длиной до 5000 м.
2. Испытания сканирующего магнитного интроскопа МИ-50 По условиям разработки СМИ выполнены следующие испытания прибора МИ-50, подтверждающие заданные технические требования:- испытания на устойчивость к воздействию предельных эксплуатационных факторов;
- квалификационные стендовые испытания;
- промысловые испытания с отворотом и поднятием ЭКС (рис. 3);
- испытания на сходимость результатов обследования сканирующим магнитным интроскопом с данными, полученными иными (акустическим и электромагнитным) методами геофизического исследования скважин (рис. 4, 5);
- сертификационные стендовые испытания.
Программа испытаний выполнена в полном объеме. Заявленные эксплуатационные показатели МИ-50 подтверждены. Оборудование сертифицировано.
3. Применение сканирующего магнитного интроскопа МИ-50Согласно условиям разработки СМИ в настоящее время осуществляется опытно промышленная эксплуатация (ОПЭ) МИ-50. Для ее проведения изготовлена опытная партия приборов в количестве 3 шт. ОПЭ осуществляется компанией ООО «ТНГ-Групп» на объектах ОАО «Татнефть». Разработанный РД [5] позволил определить порядок применения технологии магнитной интроскопии ЭКС, требования к организации и выполнению диагностического обследования ЭКС сканирующими магнитными интроскопами и т.п.
За период ОПЭ с 2006 по 2008 г. обследовано более 200 ЭКС. По результатам диагностики выявлено и локализовано более тысячи дефектов ЭКС. Выполнены следующие виды скважинных работ:
- плановая диагностика ЭКС с оценкой их коррозионного и механического износа;
- определение фактического положения интервалов перфорации с указанием количества (плотности) перфорационных отверстий;
- оценка состояния ЭКС при планировании ремонтных работ;
- выбор участков колонны для установки пакеров;
- оценка эффективности различных мероприятий по защите ЭКС от коррозии (например, катодная защита, ингибиторы коррозии);
- определение качества муфтовых соединений ЭКС.
- коррозионные поражения стенки ЭКС по дистанции ЭКС (рис. 6);
- повторная перфорация (рис. 7);
- коррозионные поражения стенки эксплуатационной колонны в интервале перфорации (рис. 8);
- желобообразный износ из-за движения бурового инструмента (рис. 9);
- несоответствие фактического интервала перфорации проектному (рис. 10);
- недоворот труб в муфтовых соединениях (рис. 11).
Технология магнитной интроскопии ЭКС – эффективный инструмент для ОТС скважин. Однако не существует универсального диагностического средства. Не является таким и технология магнитной интроскопии. Поэтому при планировании диагностического обследования целесообразно комплексирование операций технологии магнитной интроскопии с другими геофизическими методами дефектоскопического обследования ЭКС: термо-, расходо-, цементометрией, трубной профилеметрией и пр. Это позволяет получить информацию, необходимую для ОТС скважины в целом.
Для расширения применения технологии магнитной интроскопии в ближайшее время предстоит решить следующие задачи:- Разработать методику ОТС скважин с учетом состояния ЭКС, содержащую расчеты ресурса, скорости коррозии, анализ эксплуатационных факторов. При этом нужно определить перечень параметров, которые потребуется измерять, разработать критерии и модели ОТС скважин, учитывающие состояние ее элементов, режимы эксплуатации, скорость коррозии, свойства металла эксплуатационной колонны скважины, тип и характеристику (коррозионная и химическая активность, подвижность и т.п.) грунта, конструкцию скважины и другие факторы.
- По мере уточнения перечня параметров, которые необходимо регистрировать и оценивать для проведения ОТС скважин, потребуется доработать СМИ в части получения необходимой информации и (или) комплексировать его с иными средствами геофизического исследования скважин, которые эту информацию способны предоставить.
- На основе результатов ОПЭ необходимо доработать отдельные узлы конструкции СМИ в части повышения их надежности и долговечности.
Выводы
В настоящее время создано высокоэффективная технология магнитной интроскопии для ОТС эксплуатационных колонн скважин. Она прошла апробацию, испытана, а реализующее ее оборудование сертифицировано. Разработана и введена в действие нормативная документация, регламентирующая использование технологии магнитной интроскопии. Метод рекомендован к использованию при геофизическом дефектоскопическом обследовании нефтяных и газовых скважин. Технология готова к внедрению и расширению ее использования.
По всем вопросам обращаться: Калужская обл., г. Обнинск, ул. Курчатова, 41, оф. 8-210. Телефон: (48439) 97-000, (495) 211-40-93, [email protected]
Литература- РД 153-39.0-072-01 «Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах» - Министерство энергетики РФ, 01. 07.2001 г.
- Васин Е.С. и др. «Информационно-аналитический комплекс для мониторинга технического состояния магистральных нефтепроводов», М, Трубопроводный транспорт (теория и практика), №3, 2007 г., стр.094.
- Абакумов А.А., Абакумов (мл.) А.А. Магнитная диагностика газонефтепродуктопроводов. М., Энергоатомиздат, 2001 г., 440 с.
- Патент РФ №2098808 Магнитный ортограф. Авторы: А.А.Абакумов, А.А.Абакумов (мл.), ОИ №7 1997 г.
- РД 153-39.0-430-05 «Методика обследования технического состояния обсадных колонн скважин с применением магнитного интроскопа», ОАО «Татнефть», 2006 г.
Источник: Нефть и Капитал
Автор: А.А.Абакумов, А.А.Абакумов (мл.) (ООО «ЦТД «ИнтросКо»), В.Г.Фадеев, Г.А.Федотов (ОАО «Татнефть»), В.В.Баженов, В.А.Лифантьев (ООО «ТНГ-Групп»), Ф.И.Даутов, С.А.Долгих (Институт ТатНИПИнефть)
