способ определения межколонных и межпластовых перетоков в скважине и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ определения межколонных и межпластовых перетоков в скважине, включающий проведение гамма-каротажа с использованием контейнеров, содержащих герметичные капсулы с радиоизотопами и определение мест межколонных и межпластовых перетоков по полученным данным, отличающийся тем, что, с целью выявления миграционных каналов флюидопроявлений с малыми дебитами, в каждую капсулу помещают навеску предварительно запарафиненного кристаллического каустика и устанавливают ее в контейнер, который закрепляют в эксплуатационной колонне и опускают его в скважину на необходимую глубину, после опускания эксплуатационной колонны вводят кристаллический запарафиненный каустик в условиях повышенных температур в контакт со скважинной средой для нарушения герметичности капсулы и сообщения радиоизотопов с межколонным пространством скважины.

2. Устройство для определения межколонных и межпластовых перетоков в скважине, содержащее по крайней мере один контейнер, выполненный в виде цилиндрического корпуса с крышкой и дном, внутреннюю капсулу с радиоизотопами, размещенную в контейнере, и обратный клапан на крышке капсулы, отличающееся тем, что корпус каждого контейнера выполнен с перфорированной боковой поверхностью и отверстиями в крышке и дне, причем отверстие в крышке корпуса перекрыто фильтром, защищающим обратный клапан внутренней капсулы, капсула изготовлена из цветного металла, отличного от алюминия, а дно капсулы выполнено из алюминия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области эксплуатации и цементирования скважин, в частности к способам определения межколонных и межпластовых перетоков флюидов в эксплуатационных или разведочных скважинах.

Причинами возникновения межколонных и межпластовых проявлений (перетоков) служит межколонное давление, вызванное продуктивным пластом или высокоаномальным пластом вышележащего горизонта, а также газом, защемленным на глубине в цементном камне или в остатках бурового раствора в кольцевом пространстве скважины. В процессе эксплуатации скважины в большинстве случаев на устье возникают водопроявления и флюидопроявления с давлением до 300 и более кгс/см², но с дебитом от 1м³/сут и менее.

Существующие промысловые геофизические исследования скважин, проводимые методами электро, радио, акустического каротажа, не позволяют выявить миграционные пути и источники флюидопроявлений ввиду малых дебитов.

Метод радиоизотопов используют для определения мест поглощения бурового раствора в скважине, для обнаружения мест затрубной циркуляции воды, для контроля технического состояния скважин и для других целей. По этой методике цементный раствор, буровой раствор или песок метят радиоактивными изотопами. Регистрируют кривые гамма-излучения до и после введения в скважину радиоактивных носителей. По изменившимся значениям активности определяют места поглощения радиоактивных носителей. Эффективность метода может быть резко повышена при использовании мощных скважинных генераторов нейтронов, когда появляется возможность безопасного получения радиоактивных изотопов непосредственно в скважине. Радиоизотопные источники, применяемые в скважинной аппаратуре, представляют собой радиоактивный препарат, помещенный в герметичные двойные ампулы из нержавеющей стали или алюминия. Недостаток метода радиоизотопного каротажа состоит в том, что проведение работ сопровождается радиоактивным загрязнением скважин, бурового и каротажного оборудования.

Известно устройство, применяемое при контроле движения потоков в скважине и опускаемое на тросе, которое имеет зонд, закрытую камеру, выпускной клапан, насос и дозатор. Закрытая камера представляет собой отделяемый удлиненный цилиндрический патрон. В камере имеется клапан для контролируемого выпуска из нее жидкости с радиоактивными изотопами.

Однако данное устройство предназначено для контроля за потоком жидкости, движущейся в действующей скважине и не может быть использовано при цементировании скважины для активации флюидопроявлений малых дебитов в кольцевом пространстве. Спуск зонда в скважину на тросе предполагает небольшую глубину и достаточный диаметр скважины, кроме того, возможен обрыв инструмента.

Целью изобретения является выявление миграционных каналов и источников флюидопроявлений малых дебитов.

Поставленная цель достигается тем, что контейнер с капсулой, содержащей радиоактивные изотопы, устанавливают в специальную прорезь в пружине жесткого центратора эксплуатационной или технической колонны. Колонну с центратором и контейнером опускают в скважину на расчетную глубину так, чтобы контейнер был расположен над или под предполагаемым источником флюидопроявлений. Сообщение радиоизотопов с кольцевым пространством скважины происходит после нарушения герметичности капсулы и зависит от ее конструктивных особенностей и способа заправки. Заправку капсулы производят заранее с соблюдением всех мер экологической безопасности в специально предназначенном для этой цели помещении в следующей последовательности. На алюминиевое донышко капсулы насыпают навеску предварительно запарафинированного кристаллического каустика. Величину навески рассчитывают на полное коррозионное разрушение донышка после расплавления парафина. Затем в капсулу заливают раствор с радиоактивными изотопами и герметично закрывают ее крышкой. Капсулу помещают в корпус контейнера и жестко фиксируют. По мере спуска колонны с центратором, оснащенным контейнером, в скважину и цементирования скважины содержимое капсулы начинает нагреваться, так как процесс формирования цементного камня сопровождается выделением тепла. При нагревании капсулы до 60^оС парафин изолирующий кристаллический каустик от алюминиевого донышка капсулы, расплавляется и начинается коррозионная реакция. После нарушения герметичности капсулы радиоактивные изотопы получают выход в межколонное пространство скважины. Для охвата всего кольцевого пространства на центраторе располагают 2 - 6 контейнеров.

Способ осуществляют с помощью устройства, которое представляет собой контейнер, содержащий капсулу с радиоактивными изотопами. Корпус контейнера изготавливают из стали в форме цилиндра, боковая поверхность которого выполнена с перфорацией. В днище и крышке имеются специальные отверстия. Корпус изготовлен негерметичным для лучшего сообщения капсулы с наружной средой. Капсула повторяет форму корпуса контейнера и изготавливается из цветного металла (медь, латунь, кроме алюминия). Крышка капсулы стальная, в нее вмонтирован обратный клапан шарикового типа. Клапан служит для выравнивания давления внутри капсулы с гидростатическим давлением скважины при спуске колонны. Защищает клапан от попадания твердых частиц бурового раствора фильтр, который перегораживает отверстие в крышке контейнера. Снизу в капсулу ввернуто алюминиевое донышко. Толщина донышка рассчитана на сохранение целостности капсулы до окончания цементирования скважины и зависит от количества каустика, размещенного в капсуле и предназначенного для коррозионного разрушения донышка. Разрушение капсулы приводит к выходу радиоактивных изотопов в кольцевое пространство скважины.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна", так как в результате проведения исследования по патентной документации и научно-технической литературе тождественного решения обнаружено не было.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что способ гамма-каротажа с использованием радиоактивных изотопов отличается от известного тем, что контейнер, содержащий капсулу с радиоизотопами, размещают в пружине жесткого центратора колонны, а радиоактивные изотопы поступают в кольцевое пространство скважины в результате разрушения капсулы, что обусловлено особенностями конструкции заявленного устройства. Устройство, предназначенное для осуществления данного способа, отличается от прототипа тем, что корпус контейнера выполнен с перфорацией для сообщения капсулы со средой окружающего пространства. В капсуле, содержащей радиоактивные изотопы, предусмотрено тонкое алюминиевое донышко, которое разрушается в результате коррозионной реакции. Разрушает алюминиевое донышко специально загруженный в капсулу кристаллический каустик, предварительно изолированный расплавленным парафином. Коррозионная реакция скорректирована по температуре и времени. При достижении температуры 60^оС в результате выделения тепла, сопровождающего процесс образования цементного камня, парафин в капсуле оплавляется и каустик вступает в реакцию с алюминием. Этот момент соответствует времени заканчивания цементирования скважины. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемых технических решений критерию "существенные отличия". Известные технические решения, которые служат для обнаружения межколонных проявлений, не могут применяться для активации флюидопроявлений малых дебитов при низкой проницаемости пласта. Причем предлагаемое решение является в силу использования минимального количества радиоактивных изотопов, попадающих в замкнутое пространство кольца скважины, практически безопасным.

На фиг. 1 представлено устройство-контейнер для определения межколонных и межпластовых перетоков в скважине; на фиг. 2 - вариант установки контейнера в пружине жесткого центратора эксплуатационной колонны.

Контейнер (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с перфорированной боковой поверхностью 2. В дне корпуса имеется отверстие 3. В отверстии 4 крышки 5 контейнера установлен фильтр 6. Внутри контейнера помещена капсула 7 с радиоизотопами 8 и навеской кристаллического каустика 9. Снизу в капсулу ввернуто алюминиевое донышко 10. В крышке 11 капсулы установлен обратный клапан 12 шарикового типа. Контейнер устанавливают (фиг. 2) на жестком центраторе 13 эксплуатационной колонны 14 в специально для этой цели сделанную прорезь 15 и закрепляют его металлической скобой 16.

Для выявления предполагаемых источников флюидопроявлений, например на Астраханском ГКМ, в одной скважине устанавливают контейнеры с радиоизотопами в четырех центраторах. Размещают их над или под предлагаемым источником флюидопроявления: первый между продуктивным горизонтом (Башкирский ярус) и филипповским горизонтом, второй под кровлей филипповского горизонта, третий на расстоянии 30-50 м от башмака в технической 244,5 мм колонне и четвертый над кровлей имеющихся пропластков с АВПД в кунгурском ярусе. Для исследования подбирают радиоактивный изотоп с периодом полураспада 2,5 г и мощностью 100 Р/ч, например хлористый кобальт. Радиоизотоп 8 в объеме 9 мл заливают в медную капсулу 7 с алюминиевым донышком 10, куда предварительно помещают 2,5 г запарафиненного кристаллического каустика 9 (NaOH). Капсулу 7 закрывают крышкой 11, выполненной из того же материала, что и контейнер. В крышку 11 капсулы вмонтирован обратный клапан 12 шарикового типа, а с другой стороны в капсулу ввернуто донышко 10 из алюминия толщиной 1 мм. Контейнер изготовлен из стали ст. 3 и имеет отверстия (на боковой поверхности 2, в дне контейнера, в крышке 5 контейнера отверстие 4 для обеспечения работы клапана). Отверстие 4 крышки перегораживают фильтром 6, представляющим собой металлическую сетку для защиты обратного клапана 12 от твердых частиц бурового раствора. Капсула 7 к дну контейнера прижимается крышкой 5. Перфорация поверхности 2 контейнера служит для сообщения капсулы со средой кольцевого пространства скважины. Заправленный контейнер устанавливают в пружину центратора 13. Для охвата всего кольцевого пространства скважины контейнеры с радиоизотопами помещают в четырех пружинах центратора 13. Центраторы 13 с контейнерами устанавливают в скважине, спуск колонны завершают и скважину цементируют. Спуск колонны и цементирование скважины производят в течение 3 сут. На это время рассчитывают величину навески каустика, необходимого для разрушения алюминиевого донышка капсулы, после чего радиоактивные изотопы попадают в кольцевое пространство скважины.

Использование паредлагаемого способа позволит точно и быстро определить их место нахождения и, следовательно, резко сократить сроки подготовки скважины к сдаче ее в эксплуатацию или принять более правильное решение по ликвидации межколонного перетока, а также вести контроль с момента цементирования скважины за флюидопроявлениями минимальных дебитов при низкой проницаемости исследуемых пластов. Кроме того, предлагаемый способ является экологически безопасным, так как радиоизотопы используются в малых количествах, в ограниченном пространстве, что не дает радиоактивного загрязнения скважины и бурового оборудования и не оказывает влияния на эксплуатацию скважины. Выбор радиоизотопов и все работы по зарядке контейнера и проведения РК ведутся с учетом рекомендаций и ограничений службы радиометрического контроля. Специфика Астраханского ГКМ заключается в высокой токсичности добываемого газа. Поэтому присутствие постоянного контроля позволит различить флюидопроявления, связанные с состоянием скважины от действия продуктивного пласта, и провести своевременный ремонт скважины.