ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО КОНТРОЛЮ КАЧЕСТВА ГРАВИЙНОЙ НАБИВКИ ЗАБОЙНЫХ ФИЛЬТРОВ

На Уренгойском газоконденсатном месторождении как и большей части отечественных подземных хранилищ газа (ПХГ) пласты-коллекторы ( продуктивные пласты) Сеноманской толщи представлены неустойчивыми слабосцементированными песчаниками и песками. В скважинах, эксплуатирующих такие пласты, широко используются забойные гравийные фильтры, предотвращающие вынос песка с добываемым газом. Важным этапом сооружения гравийных фильтров является намыв гравия (крупнозернистого песка) в кольце - все пространство между обсадной колонной и корпусом фильтра. Хотя объем пространства, предназначенный для заполнения гравием, заранее известен, фактическое положение гравия может отличаться от планируемого. Например, в случае ухода части гравия в продуктивный пласт уровень верхней границы гравийной набивки будет ниже расчетного. Наоборот, в случае возникновения пустот зависания в гравийной набивке уровень верхней границы гравия будет выше расчетного. И в том и в другом случае зона проволочной обмотки или щелей фильтра окажется не защищенной гравием и это приведет к неконтролируемому выносу песка, т.к. обычно щелевые зазоры фильтра задерживают гравий и должны пропускать пластовый песок.

Таким образом, для обеспечения проектной производительности скважин и надежного задержания пластового песка необходима качественная гравийная набивка достаточной высоты, не содержащая пустот. В связи с этим важное значение приобретает контроль качества гравийной набивки, включающий определение фактической верхней границы гравийной набивки и обнаружение пустот в ней, если последние возникли в процессе намыва гравия или при последующей эксплуатации скважины.

Предыдущие отечественные и зарубежные исследования /1 - 3/ показали возможность использования для контроля гравийной набивки таких геофизических методов, как:

1. гамма-гамма-каротаж (ГГК),

2. компенсационный нейтрон-нейтронный,

3. акустический каротажи.

Нами был использован метод ГГК, сущность которого в следующем: источник гамма-излучения, а именно, радиоактивный цезий -137, испускает гамма-кванты, которые сталкиваются с атомами окружающей среды. В результате взаимодействия, носящего название эффекта Комптона (или их рассеяние, которое заключается во взаимодействии гамма-кванта с электроном, сопровождается передачей части энергии гамма-кванта электрону и превращением его в квант меньшей энергии. В результате происходит изменение движения настолько, что часть их попадает обратно в первую среду, т.е. возникает излучение с изменившейся энергией и направлением, которое улавливает приемник гамма-излучения, размещенный в зонде ГГК над источником). Интенсивность улавливаемого излучения тем выше, чем меньше плотность вещества окружающей среды. Особенностью метода ГГК является сравнительно небольшой (порядка 2-3 десятков сантиметров) радиус зоны, которая влияет на улавливаемое излучение. Именно эта особенность метода ГГК делает его удобным для контроля качества гравийной набивки внутри обсадной колонны, т.к. породы призабойной зоны за пределами скважины практически не влияют на результаты исследования. Метод ГГК удобен еще и тем, что в геофизических партиях широко используются стандартные геофизические приборы типа Кура-2 ( н = 48 мм) и ДРСТ-3-60 ( н = 60 мм), которые можно спускать в колонну насосно-компрессорных труб внутренним диаметром от 62 мм и более.

Обычно эти приборы используют для проведения НГК, но достаточно заменить ампулу с источником нейтронного излучения на ампулу с источником гамма-излучения и зонд для ГГК готов.

Несмотря на относительную изученность вопроса о применимости метола ГГК для контроля гравийной набивки, оставались неясными следующие вопросы:

• Как по показаниям зонда ГГК судить о точном положении верхней границы набивки?
• Как влияют пустоты внутри набивки на показания зонда?
• Как влияет размер зонда ( расстояние между источником и приемником гамма-излучения) на возможности метода ?
• Каково влияние скорости движения зонда в скважине на получаемые результаты?

Для получения ответов на эти вопросы авторы провели экспериментальное исследование оценки качества гравийной набивки методом ГГК. Исследования были выполнены на УГКМ сеноманских скважин совместно с предприятием УПНПиКРС выполняющих установку и набивку фильтров.

Схема экспериментального стенда выглядела следующим образом: в скважину, обсаженную трубой диаметром 426 мм ( 219мм- вторая модель), спущена испытательная камера, имеющая наружный корпус диаметром 414 мм (208мм-вторая модель) внутреннюю трубу диаметром dн=325 мм ( d вн =314 мм) c заполнением кольцевого пространства цементным камнем. Внутренняя полость испытательной ( с катушкой) камеры имеет глубину 4500 мм.

В первой серии экспериментов внутрь испытательной камеры был помещен фильтровый узел, включающий проволочный фильтр, намотанный на трубу d= 114мм(89 мм). Зазоры между витками проволоки составляли 0,5 мм. Фильтровый узел снабжен 4-лопастями центраторами выше и ниже фильтра. В кольцевое пространство между фильтровым узлом и стенками испытательной камеры намывали гравий фракции 0,4 - 1,0 мм. В качестве гравия был использован кварцевый песок, в качестве жидкости - водопроводная вода. Положение верхней границы гравийной набивки измерялось щупами через три отверстия для болтов, размещение под углом 120 в планшайбе. По данным о геометрии гравийной набивки и о весе использован- ного гравия определяли пористость набивки. Поровое пространство гравия и полость фильтрового узла заполняли водой до планшайбы. В процессе эксперимента при подъеме геофизического зонда из полости фильтрового узла уровень воды снижался и при каждой остановке зонда воду доливали до уровня планшайбы, чтобы избежать погрешностей в получаемых результатах.

Измерения методом ГГК проводили стандартным зондом Кура - 2 с источником гамма-излучения С - 137. Расстояние между источником и приемником гамма-излучения ( размер зонда) составляло: в первой серии экспериментов - 600 мм, во второй - 350, 450 и 600 мм (рис.1). Зонд помещали внутрь фильтрового узла на дно и затем поднимали вверх с остановкой через 5 -10 см (рис.2). Во время остановок производили отсчеты показаний зонда, поступающих по кабелю на каротажную станцию типа ПВК. На каждой точке остановки делали от 3 до 7 отсчетов. В каждом отсчете фиксировали число импульсов за 30 с. Среднее значение отсчётов переводили в число имп/мин, каждый рейс зонда проводили по два раза.

На диаграммах (рис.1) по оси абсцисс отложена средняя по отсчетам на данной глубине интенсивность счета (число импульсов в минуту), по оси ординат - глубина приемника гамма излучения зонда. Левее диаграммы показана конструкция основных узлов и фильтра скважины в процессе эксперимента. Дифференциация кривых при разных размерах зонда наглядно показывает целесообразность выбора размера зонда 350мм.

Интенсивность счета в зоне фильтра выше, чем в зоне неперфорированной трубы, что обусловлено снижением средней плотности материала фильтровой трубы, перфорированной большим количеством крупных отверстий. В зоне муфты и 4-лопастного центратора наблюдается минимум кривой, обусловленные повышением плотности окружающей среды вследствие утолщения металла.

Кривая полученная после намыва гравийной набивки (рис 2,3) объем которой подобран так, чтобы верхняя граница гравия оказалась в средней части фильтровой трубы (рис3, скв.143) (интервал глубин 1139-1139,5м).

В средней части кривая демонстрирует переходную зону , обусловленную прохождением зонда через границу гравийной набивки. Высота переходной зоны примерно равна размеру зонда (расстоянию между источником и приемником ). Остальная часть кривой ГГКП-после гравийной намывки совпадает (за исключением самых верхних точек) с кривой до намывки гравия.

Намыв гравийной набивки с имитированной каверной произвели в три этапа: а) намыв нижнего слоя гравия; б) намыв гранул полистирола ; в) намыв верхнего слоя гравия . После намыва очередного слоя давали выдержку по времени примерно 1 сутки, для полного осаждения зерен и гравитационного выравнивания верхней границы намытого слоя. Затем производили промер глубин верхнего слоя щупами (в трех точках по окружности). Высота каждого слоя выбрана так, чтобы на получаемые методом ГГКП результаты не влияли концевые участки с фильтрами . Высота “каверны” составляла 580-600 мм.

Созданная модель гравийной набивки с внутренней каверной была исследована зондами ГГК, имеющими размеры 350, 450, и 600 мм. Полученные кривые подтверждают соответствие высоты переходной зоны и размера зонда. Наилучшая дифференциация и наименьший разброс в двух рейсах отмечается у зонда размером 350мм и450мм. С увеличением размера зонда дифференциация кривых уменьшится, а разброс точек, полученных в двух рейсах , увеличивается. После уменьшения нами размера зонда исходя из конструкции исследуемых скважин, глубинный прибор был снабжен свинцовым экраном, в некоторой мере, предохра- няющим индикатор от рассеянного гамма-излучения.

Результаты проведенных экспериментов сопоставлены с проведенными нами ранее исследованиями качества гравийной набивки на скважинах № 143,764,823,934. На рис. 4 -823скв. показана диаграмма ГГКП, полученная зондом Кура-2 в одной из сеноманских скважин УГКМ в ходе капитального ремонта, связанного с установкой гравийного фильтра. Исследования проведено после спуска фильтра и частичного намыва гравия (рис5). На полученной кривой четко отбивается верхняя граница гравийной набивки, а также муфты, соединяющие секции над фильтровой трубы друг с другом и пакер. Пакер, содержащий толстые металлические детали , отмечен особенно глубоким пиком минимума. Сопоставление кривой ГГК П с кривыми РК и локатора муфт показало , что:

-фильтровый комплекс доходит до заданной глубины, в следствии чего фильтровая труба оказалась выше интервала перфорации

- гравийная набивка перекрывает фильтровую трубу,

-сопоставление с диаграммой РК и локатора муфт показало ,что фильтровая труба несколько смещена ниже относительно интервала перфорации, а верхняя граница гравийной набивки обеспечивает большой запас гравия над фильтровой трубой,

- в набивке не отмечается каверн.

Последующие многократные испытания скважины после завершения капремонта показали значительно меньший вынос мехпримесей, что говорит об удовлегворительном качестве гравийной набивки.

Диаграммы, полученные в скважинах движущимся зондом , показывают, что:

• Переходная зона кривой на границе гравийной набивки имеет высоту до 1- 2 м, что значительно больше размера зонда- это обусловлено инерционностью системы обработки сигнала глубинного зонда в наземной аппаратуре каротажной станции. Поэтому для получения более точных и надежных результатов контроля качества гравийной набивки забойного фильтра можно рекомендовать проведение повторного замера в интервале верхней границы гравийной набивки, определенной по данным первого замера движущимся зондом. Повторный замер можно проводить с остановкой зонда на интересующих глубинах (например, с интервалами 0,5м).

1. постоянство уровня жидкости в стволе Модели,
4. идентичность и периодичность проведения эталоноровки прибора.

• Для эксплуатационной колонны 426мм (НКТ d=114мм),
• гравий Люберецкого карьера (80%-1-1,4мм, 20%-1,4-2мм)
• насыпная плотность каверны -760кг/м3 (плотность материала 1270кг/м3, Кп=40%),
• насыпная плотность гравия -1590кг/м3,
• плотность материала 2560кг/м3,
• коэффициент пористости 38%

• Для эксплуатационной колонны 219мм (НКТ d=114мм),
• гравий Волгоградского карьера (80%-1-1,2мм, 20%-0,63мм)
• насыпная плотность каверны -760кг/м3 (плотность материала 1270кг/м3, Кп=40%),
• насыпная плотность гравия -1680кг/м3,
• плотность материала 2450кг/м3,
• коэффициент пористости 38%

Исследования забойного гравийного фильтра методом ГГК, проведенные по стандартной методике движущимся зондом, позволяют :

• установить фактические глубины элементов корпуса фильтра( муфт, пакера, циркуляционных клапанов и других металоемких узлов),
• установить глубины верхней границы гравийной набивки и имеющихся в ней каверн,
• для уточнения глубин набивки границ фильтра рекомендуется проведение повторного замера зондом ГГК с остановками в районах уточняемых глубин,
• для исследования качества гравийной набивки рекомендуется зонд ГГКП размером соответствующей данной конструкции скважин (в данном случае 0,4 м и менее),
• для привязки глубин , определенных зондом ГГК, к геологическому разрезу скважины целесообразно совмещать исследование зондом ГГК и методом РК (естественное гамма - излучение) ,
• вибратор, установленный над фильтром, показал хорошую работоспособность и обеспечил высокую степень укладки гравия,
• вибрация способствует дополнительному уплотнению гравия,
• для создания плотного гравийного массива за фильтром и лучшей работы вибратора последний необходимо устанавливать над фильтром,
• показания зонда ГГКП отмечают точное положение верхней границы набивки, а также её изменение во времени,
• резкое увеличение показаний счета указывает на уменьшение плотности гравия или пустоты внутри набивки (намывка гранулами плотностью большей 1г/см3 и близкой к этому значению можно приравнивать к плотности равной единице : н-р полистирол p=1,029г/см3)
• отмечается влияние размера зонда ( расстояние между источником и приемником гамма-излучения) на возможности метода (при данной конструкции -35см)
• рекомендуемая скорость регистрации в скважине -(120-150м/ч),

Тематика доклада: “Контроль за разработкой нефтяных и газовых месторождений, мониторинг местрождений и ПХГ”.

Сведения об авторе: Третьякова Любовь Ивановна; адрес: 626718 ЯНАО г. Новый Уренгой, ул. Промышленная 6, П “Севергазгеофизика”; телефон: 3-28-72 (раб), 2-34-32 (газ. связь), 3-21-78 (дом).