Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Разработка экспресс-технологии виброакустической цементометрии кондукторов (ВАЦ)

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Козлов, Александр Владимирович, Казань

7 АО ТАТНЕФТЬ ТАТАРСКОЕ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ' КАЗАНСКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕДИЦИЯ ■

На правах ррописи

КОЗЛОВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ЭКСПРЕСС........ТЕХНОЛОГИИ -

ВИБРОАКЭСТИЧЕСКОИ ЦЕМЕНТОЙЕТРИИ КОНДУКТОРОВ

'(ВАЦ)

Специальность 04,00.12 ...... Геофизические методы поисков

и разведки месторождений полезнкх ископаемых.

диссертация на соискание репой степени кандидата геолого......минералогически нар -

Научный руководитель ..... доктор

геолого.........минералогических нар

ШВЫДКИН Э.К. -

КАЗАНЬ ........ 1390

г' *

СОДЕРЖАНИЕ Стр

ВВЕДЕНИЕ ...................................................... 3

ЦЕМЕНШ КОНДУКТОРА й ОХРАНА ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ' 7 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СКВА1ЙННОЙ ЦЕМЕНТОМЕТРИИ ...... 18

'/.л ф.

2 Л. Геофмзмческме методы цементометрии ГИС ........................18

2,2« Акустическая дефектоскопия ......................... 2!.

2.3, Скважинная иумометрия ..................................23

2.4. Выбор направления исследований ........................24

3, ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВИБРОАК9СТЙЧЕСШ ЦЕМЕНТОМЕТРИИ ... ................................... 20

3.1, Выбор типа волнового процесса ............................20

3.2, Формирование зондирущего сигнала ..................23

3.2.1. Способ формирования•..........................................29

3.2.2. Амплитудно.......временные параметр! ................ 3!.

3.2.3. Частотный диапазон .................................32

3.3, Регистрация отраженного сигнала .............................34

3.3.1. Волновой механизм образования .................. 34

3.3.2, Прием м регистрация .................,.,,....... 35

3.4, Оптимальный диапазон технологических параметров ,,,38

4. »НОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВИБРОАКНСТИЧЕСКОИ «р-Ш-НГЛИгЛ'ИИ ...........................................39

* *

•3> * #

4.1. Оценка принципиальной возможности реализации

4.1.1. Опытный образец аппаратуры аналогового типа

4.1.2, ^о'чцшорнпи йпД1'Л'1|1"нанйс .,...,..,..,,,..

4.1.3. Промысловый эксперимент ...................

4.1.4, Обработка и интерпретация данных .........

4.2. Требования к технологическому обеспечении

4.2.1, Опытным образец цифровой аппаратуры

4.2.2, Методика, проведение и результаты исследований

4.2.3, Анализ волновой акустической картины ВАК

4.2.4, Основные технические требования .......

* -IV * * Ф * * Ф

■й' * 'В' * * * Ф Ф ❖ ф

•!■ 'II1 А1 "Е- А1

39 33 42 48 54 &0 ео

72

70

73

5, АППАРАТУРНОЕ й ПРОГРАММНО........МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ .. 83

5.1. Геофизическая аппаратура .......................... 03

5.2. Программные средства ,.,.........................,. 87

5.3. Методика производства ВАЦ ......................... 94

5.3.1. Подготовка и проведение исследований ............ 94

5.3.2. Обработка и интерпретация результатов ................90

е. ТЕХНОЛОГИЯ ВИБРОАКНСТИЧЕСКОИ ЦЕМЕНТ0МЕТРИИ ........ 105

6.1, Методика оценки результатов испытаний ............ 105

0,2, Промысловые испытания технологии ................. 106

0.3. Влияние геологического строения верхней части

разреза на оценку результатов цементометрии ............... 112

6.4. Внедрение технологии ............................ ii5

6.5. Перспективные направленна ВАЦ ...........,......... 115

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................ 122

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ....................... 124

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы непосредственно связана с проблемами экологии и необходимостью совершенствования геофизического обеспечения мер по защите геологической среди,

В настоящее время в районах интенсивной нефтедобычи (в

частности, на иго........востоке РТ) отмечается загрязнение пресных

питьевых вод нефтепромысловыми стоками, одной из причин которого являются дефекты заколонного цемента и обусловленные ими перетоки жидкостей, В связи с этим объединение Татнефть проводит комплекс природоохранных мероприятий» к которым относятся и работы по восстановления герметичности цементного кольца за кондуктором скважины. Сама технология повторного цементирования' в настоящее время достаточно отработана» тогда как существующая методика предремонтной оценки качества цементного кольца за кондуктором весьма трудоемка и недостаточно оперативна. Причина в том» что все существующие технологии исследования заколонного цемента основаны на геофизичнских методах каротажного типа и предусматривают спуск во внутреннее пространство скважины (на каротажном кабеле) соответствующего применяемому методу оборудования. Поэтому проведении собственно цементометрии должны предшествовать установка мачты подъемника и извлечение скважинного оборудования, а также демонтаж и извлечение обсадной колонны до башмака кондуктора. Таким образом, нродрпмпигная оценка качества заколонного цемента традиционными геофизическими методами характеризуется не только значительными «атнриалмшм затратами Сскладывающимися из стоимости привлечения бригады ШЧ1 (капремонта скважин) и спецтехники, недополученной в результате простоя скважины нефти и услуг геофизической партии), но и высокой продолжительностью, составляющей с учетом переезда бригады КРС от нескольких суток, до £в случае затруднений с

извлечением эксплуатационной колонии) 2.......3 недель, Последнее

обстоятельство серьезно ограничивает технические возможности производственных подразделений в плане оперативного контроля текущего состояния заколонного цемента существующего парка как действующих,'так и выведенных из эксплуатации скважин. Это, в свою очередь, негативно влияет на экологическую обстановку в не ф т е д о б ыв ающих регионах,

В настоящее время задачи локализации конкретных источников техногенного загрязнения пресных питьевых вод успешно решаются методами полевой геофизики (в частности ........ электроразведки),-

J 1 f \\r ijiO^VH в j" IГ a ii|H'I , Si1! < Ни и" <ГИ' IpbïfcH1 1 ÎU »II î f S ¡»"I

наличием' заколонных менпластовмх перетоков. Для выявления конкретных объектов и интервалов первоочередного повторного цементирования необходимо оперативное исследование заколонного цемента кондуктора,, Существующие технологи цементометрии»

(if ili|i( Л} j, î i 1 j Цfr Hit v jl" r i ri Ни I ! ' ¡Uli ]Uj ¡f>4 ЧС Г I ' 1

силц своей общей специфики с необходимость списка обоЕшдования в скважину ) на сегодняшний день исчерпали резервы существенного повышения оперативности исследований » что обусловливает

j i., ил юн.» pa ¡nun и к (¡тли kîiiïnij ¡й| ii/ an нщ идлиииш

илидущкги иикилениы.

Целы настоящей работы является разработка оперативной

экспресс........технологии предремонтной оценки качества цементного

кольца за кондуктором, не предусматривающей разгерметизации скважины и спуск в ее внутреннее пространство (или размещения в

нем) какого......либо оборудования или приборов,

В соответствии с целы рньцг^ щ.новные задачи, ¡ч w^oi в ней, заключаются в следующем:

анализ текущего состояния проблемы и путей ее

решения, выбор направления исследований;

теоретическое и экспериментальное обоснование требований к основным параметрам технологического процесса BML его методическому. ппнам^урному и программному обеспечению;

разработка методического и аппаратурно.......программного

обеспечения технологии В fill;

промысловые испытания и внедрение технологии Bfl.ll^ выработка рекомендаций по im Щ'Ий»-нпциы * слвепшнилиом!!«.

Объект исследования выбран с учетом накопленного автором опыта использования трубных элементов конструкции скважины в качестве линии акустической связи с ее призабойной зоной при реализации акустического контроля процессов инициирования и поддержания процесса внутрипла» » иич п нушпио . Это позволило в долиной мере оценить возможную 'тявность исследования

упомянутых объектов для решения поставленных задач. Поскольку технология некаротажной Ц| т'чнщгчрчи не имеет известных в мировой практике аналогов, при ее разработке был изучен и использован опит акустической дефектоскопии.

Экспериментальные исследования и последующая разработка методического и аппаратурно-программного обеспечения ВЙЦ велись, в основном, с применением наиболее достоверного метода прямой

промысловой опробации. При этом базой сравнения служили результаты комплексного анализа каротажных данных (с обязательным привлечением АКЦ, как наиболее близкого из методов ГИС по своей физической сущности) и сведения о геологическом строении верхней части разреза (т.е. контактирующих с объектом исследования пород), имеющем важное значение как для самого процесса .цементирования кондуктора, так и для оценки результатов его исследования методами цементометрии. •

Научная новизна работы, по мнению автора, заплиат ы, в первую очередь, в нетрадиционном методологическом подходе к решению задач скваинной цементометрии путем использования в качестве волновода самой колонны кондуктора.

Личный вклад автора заклинается в непосредственном и активном участии как в теоретическом . и экспериментальном обосновании метода некаротажной цементометрии, так и в последующем его практическом воплощении на всех стадиях работы.

Основные положения диссертации и личный вклад, автора нами отражения в соответствующих тематических отчетах ТатНШШнефть и

ТГРЗ [71.........?63, а также в 6 опубликованных им работах, включающих

авторское свидетельство и патент на изобретение.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 129 страниц и включает 38 рисунков, 8 таблиц, и список использованных источников из 83 наименований.

Основные защищаемые положения;

1) Распространяющиеся по колонне.......волноводу упругие

колебания способны давать вторичный эхо........сигнал, несущий

информацию о характере акустического контакта с окружающей средой в каждой точке колонны.

2) Вышеупомянутый эхо.......сигнал может быть зарегистрирован на

поверхности и интерпретирован с построением цементограммы, коррелирующей с данными ГИС,.

Диссертация выполнялась в Казанском отделе ТатНШШнефть, а

с 1994 г. ........ в Казанской геологической экспедиции ТГРЗ АО

Татнефть и автор выражает глубокую признательность за многолетнее сотрудничество и помощь в работе своим коллегам Смерковичу Е.С., Близееву А.Б.,Коцюбинскому В.Л.Дуличкову В.П.,

на этапе промысловых испытаний и внедрения ........ сотрудникам АзШШП

и КРС Латыпову Р.Ф., Маннанову Ф.Н. и Каримову Г.С., а на

завершающем этапе работм - научному руководители д.г..........м.и.

Ивыдкину Э.К.

И ОХРАНА

h U [lip ti l¡|ü'f í'^t « i '1И ч '{¡1 " tli^'l > ¡ Г г í f¡ firiií'»!,! I' ] (i

р,цН(|| '¡1,1 J.»H¡f1i' ]¡ i j¡ ÍM f !(| T i i j i I ||¡P 14' Jirijfii HJlfHfiíjí ÍH |'Д"Ы((1>

|¡|i¡HÍlLifí|si4 ! ! jf }¡¡j u tj{ ¡ iil,f/i i* jjf'i HiTítii чI»й Jj^lUH't' " Г'p!¡11 o ill I officii I 1 í'tifij Ц

biff'/ijd f 1Иr 4 Ь дЙМ'М !Ч1 ¡И iíiMHi'i \M i,3ífii jiliiiibUí fi !i¡iin j I i < 411 i I V« 1

í HSS^ljt" l}|» 1 *,,!|b«|íj J ti|l Jl П'Г f^l t (]]"■"<" /4 НД^уТк^

¡"J tjiiiftM 'ii|fyf¡if}( jí tfií^iPf i {jí; r /ippiit fit'jH ¡чмИф .¡ iii¡i| M||Hjrfbi! f>

я H" Пг •I"'!! U-I> ........jf д ir;* д П—IS '"и

В' Hp11' 1Й 1'ЧД Í> MJ<nrf 1 i'l.üp" ЧИ 1 I, I',MJ

"Pin ¡Ub Г»1' I I I Hj f ¡ [ill Ik ||| j ¡J i (jjjií ] , , it Qi JJIjb Ц |¡ .líllüiijjyj

blíjl'hi te rjdf I ¡5 f lA I M 1 ((¡<¡J ( f jl il(IÍIÍ J^lI'lP1 <1 ! ¡( «Jlf iffl! f lt Л I i а к h\ O jrfjljihl ! ¡¡ ¡11 Г i] |]1< Wj{f¡ i ■ p Ii I-, p --i i-i! i {-' ijj ií t J injíp H '«li J-í¡' S j I¡ 1 lí' bf Ü И i" }-í i I !¡j iJ IJ i" T f{H 11 H [■(: Ift fí

"ИИЫ1 , 'M' í "i"! Iw» )H,1|U1H í! ij Tf ~ f* |f ij i|l i <Ii|! ¡ h.'lnnj, 1 ¡ij¡t

IHMli í ¡iíH !j|1i"Hr I ¡HMifíi ) ¿i £i ' (/íi, /Jf ' V I 1 Mi v ] VM и

.'r'llll ¡ П i> Ц ijO M'IJH H'ir |ff < ¡ í¡t ¡1 i и ' HL4'1f¡4 IJ"! Лр'Ч piifflfuiq J},f i|f(! bi J " „ i!

1! ig ¡tfli' [ .¡¡[tlfiSIllf !*}«[ I f Í^Hj

¡•i'frTiPJiffJ " ¡ll-'f|lti-!|j iiíjl¡|í.|rs ......... ]"i-»i¡ ¡'(¡Н||Г1 Ь? í] i 11>3 ¡¡'Ijjpíl [in

íj ^fh|i in iti (íHTii llii(b i Мнч( Ы1Д i r> / Jj' 4b, tilíi('í }in4«!ttf J¡¡!i"(!i4

nh ...■>■ imp H"'k 1IT»

l'li ' !¡S|i ЧИй! iii'^jptijjfpf f|<iii¡¡i¡4< 1 (í' i{fi> UK 1 f 'И í f t. "t fiii Í| í íii i illj,!' i i и (41 í iJíipi f ftrt {«Huí il¡4 ¡li'fíjtií " h 1 ni f!'Jí(¡Ml||}Jiíf?'ií'i И к«} 'H jpii[,A lliJ fi i^nPU * bu;., miii^ini» ¡niiiinn imtijHiii па[,1Й1и 3 к P11 4<Í «Hi/I ilífif»rt4L< I При hlljí p ни I ¡M ííj r¡b 1 «í I 11 J1!1!}!! I'jUl'fl^ W i' 1 W t fi 1 'fi»

Гидрогеологические условия региона

Б соответствии1 с гидрогеологическим районированием для Государственного водного кадастра, иго-восточный регион

Tii-i¡n 1 .т.) 1чмгл>фл1Ч1 пределах Восточно........Русского сложного

бассейна пластовых и блоково........пластовых вод и непосредственно

приурочен к Волге........Сурскому -и Камско.........Вятскому ,fji.i- ^h.un í ^й

бассейнам втопого попмка.в частности.к области Высокого

Заволмья»

метаморфич

протерозоя

ü'j.niOB СИЛ Mi i н HUI 1 р ib t ií f ( I¡h fl]i ¡q ai " " НПe rj1 4

до верхней врезы пал

ПирОДаМй lu OI fu i l¡( fii Fjif ¡p «¡ i O i f i1И ni (1ЧЙЯ iü fill/ft bljí-Ml'

четвертичн

генезиса,

переслаива

различной проницаемости и водоносности, выделяются два региональных водорораг

L "Лингуловые мины" первой пачки мендымской свиты с водо........

упорными глинами мощность! 6.8.........20Л м.

2., Тастубский горизонт сакмарского' яруса, слагаемый карбонатно.......сульфатной толщей мощность! 10......60 м.

Основым объектом изучения связи качества цементирования кондуктора и техногенного загрязнения является зона пресных и слабо минерализованных вод хозяйственно-питьевого назначения, включающая водоносные комплексы казанских, татарских, неогеновых и четвертичных отложений, расположенных вне водоупора "лингуловые глины". Нише приведены краткие сведения ■ об этих объектах, иллюстрируемые данными о литологии (с указанием номеров и альтмдуд устья конкретных скважин) ряда экологически неблагополучных нефтеносных площадей этого региона [28]: Ромашкинской, Альметьевском, йзнакаевской, Миннибаеввской, Сугуилинской и Сулеевской С рис.i»1-1.6 соответственно),

Четвертичная система

В о до носный среднечетвертично.....- с о временный

аллювиальный горизонт (a Q ¡MU)

Четвертичные аллювиальные отложения пойм рек, первой, второй и ¡"peíсей надпойменных террас развита в долинах рек Ст.Зай, Неимы, Кичуя, йка и их притоков, Водовмещающими породами являются пески разнозернистые, галечник, гравий, супеси, суглинки, Мощность водовмещающих пород...... 2,5......-? м.

Гидрогеологические показатели горизонта изменяется в широких пределах, что связано с колебаниями мощностей и диалогического состава водовмещающих пород: удельные дебиты

колодцев, родников, скважин ........ 0,2........3,4 л/сек: коэффициенты

Фильтрации ......... 11,3.......18 м/сут (для разнозернистых песков),

45,5...........10,5 м/сут (для галечников); водопроводимость ........ 13,45

мЗ/сут, Воды горизонта широко используются населением для хозяйственно-питьевых нужд.

Нижним водоупором для описываемого горизонта является глины акчагыльского яруса или водонепроницаемые породи нижележащих отложении, Верхний водоунор отсутствует, поэтому горизонт не защищен от загрязнения с поверхности и качество заколонного цемента верхней части кондуктора для него не имеет значения.

- g -

ki

200

100

5

Й A • Л

S

РоИАШкиНСКАЯ ПЛОЩАДЬ

» 09.95

02.«

в

279,4

m

S

ш

M

a

4

4

s

«00 -

У слов

Bécni » . ..

Ввсчакиетость ■■

S

Песчаник*

JUtapoxxni

F'HKU

¡Извести**»

Гипсы

Бодопрояаления

Рис. X.I.

too

n

Ш

-«W

о

in «Я.И

94.17

Ш

A

В

АлкИЬТЬЕЬСКАЯ ПЛОЩАДЬ

IS

i I

>1

ПО'

Ce

É¡

2

fa ГИЛ

гЙ1

ив

в

m

в

TEJ

щ

S3

MУ>

«

5 4P

:«

2IS.1

t-I

S3S

iJ^l

в,

l-l

и

5

l>. л

55

о, Щ

ggf

i

s ш

s>, ■

i I &

ш

Si

.1.2.

At

1791 №0

и Ф

an а

9S.0

i

m

ä cz

OTJ

ю, о а

КГ

Ш

й

s

H

1739 (H,О

EX

К

I

S

ДзНАКАЕвСКЛЯ ПЛОЩАДЬ

■79;

(738

его

4811 ВШ

р-

5RS

S

â

5F

Я!

m

¿a

Tí

z

wi

i

E3

g

S

ш

-и

1772

165,0

i

m

gp ï

s

4

El

> 222,1

2 1703«

5S

Ш

g S

Й

H

â

a

17Я (7H.0

Ш

Ш

M

ta

S

ki +

20Q--

-100-

0

-Ю0--

3

т.ъ

Pi

HZ

HI

т

in

s

I

О

МиННИБАЕВСКАЯ ПЛОЩАДЬ M 1:2000

210,9

Q

Í3

470,8

5 172.5

10

1В0.2

Q

ft

In

ы

333 HI

JE Ш

ze:

ИЗ

О

Q

Gl

ттгт:

О

I

ш

EI

I

Ш

V V V

p,

ггрг

О

Ol

il

13

p<

IE Й

Е

ГН

Й1

5

i

о

гп

V V V

V V

л

Л А

2

298.2

Ра

Р,

7_7

ЗШ

Ш

ЕП EI

Е

HI

, tir

шзс

V V V

л Л л

Л л

- 12 -

Cvn/ШЛиНСКАЯ ПЛОЩАДЬ M i - 2000

kl -

200-

•100-

0-

и

12637

& ~—:

• I-

P? -a -

j—г

-I-

H

, i ,

M

, i

I i

л л л /\ А

Рч г\ л Г\ Л. Л л л л /ч А л А л

V V V V V V V >/ V V

12

Ш

m

iни

JEU

IL!

Í5

151, fí

Gl ; 7

р* -х-.

1 1

V--Ï

J-*

- I ...

р<

1 1

I

1 1

1 1

1 , 1

1 1

1 1

i

21

260,45

PI

-- i - -

mzi

ХИН

-i -

zx:

ш

UH

I777!

3jH

22

281,73

P2 ------

A—Jf

i i

• -1 -•

-- У-

1 л

1 -1

- i-

T

-i -

-■ X- -

1:1

- I--

I---X.

P< 1

1 1

, 1 ,

1 1

! . , 1

, , , 1

„ II II

, 1 „

II , II

II

1

II

Рис.I.5.

Сулеевская площадь M 1 • 2000

Ае 4-

200-

100-

0-

7

167,2

р2 ---

--

-к

rELvE:

Х- s

7 -,

-1

- 1-ТЯГ

Pi

1

II

Il H

1

V V V Л л л

II II

14 191,5

Р,

Ш

il

к

ЕП

8

215,28

Ж

ZE HI

И

1

а

V

и—[Г

Í1

221,04

Р<

Ш

Ш

31

i

ей

tliz

1} 262,2

19254 26?,0

i

ш

ъ

Рч

ш

ш

гiï

in

V V V

V V

А

Л А

' Неогеновая система

Р' ■! (!, 1' 111п I, н! * Й П'' 11А11 (МIЛ И 01 {! ] О} 5 Ч Й I Г-рПИГ'^инНЙ ПфЬ»"*!' I М )

Ищи и! «м наин^и» р I ч «'мши [¡| ЙК, Мена, Ст.Зай, Ки........

1 м) вдоль левых склонов

111(11 И Н "-1 "I" (Л К 11 И 1С

сложены в верхней части 1 слоями песков, в нижней

й» Мощность отложений

) прослои песков ....... 1.........о м.

и притоков слагаются Н" иицц» 1 < »4 » о* »«п № н м и маломощными (1-5

: ения гравийно........галечного

материала»

I. алевролиты, пески и I .ии ценовых отложений. Их

! -а напора достигает 53 м.

1 ев ........ безнапорные. Питание

] юных осадков. Разгрузка .......

И НМЛИНМ ИНК",

ным, воды используются

Д «Ч 41 !М !5 МЗ I ' ^ 1 41К

Татарские отложения

Водоносный северу-.....двинский карбонатно........

терригенный комплекс СР2 5(1)

Отложения комплекса развитм, в- основном, в долинах рек Ст. Зай, Кандыз, Супа, Дымка. Представлен песчаниками, известняками, пирс« «мки, дргиллитами. Мощность до 60 м.

Водовмещающие породи .......... песчаники, трещиноватые известняки,

мер! «:ли. Мощность ......... 4......11 м, Воды комплекса в основном

безнапорные, при залегании в кровле мощной толщи непроницаемых пород того же возраста или верхнеплиоценовых, величина напора может достигать 29Л) м. Нижним водоупором слумат плотные аргиллиты того же возраста.

Комплекс относится к преимущественно незащищенным, воды используется для хозяйственно-питьевых нужд,

Водоносный уржумский кар бонат но......терриге нный

комплекс (1\:1а1 иг)

СлоIен изв е с т няками в о д о ро сле вы�