способ локализации источников техногенного загрязнения водоносных горизонтов

Формула изобретения

Способ локализации источников техногенного загрязнения водоносных горизонтов, включающий виброакустическую цементометрию скважин (ВАЦ), отличающийся тем, что дополнительно к ВАЦ осуществляют съемку естественных электрических потенциалов (ЕП) в прискважинной зоне, при этом путем съемки ЕП определяют наличие и направление заколонных перетоков жидкости в скважине, а с помощью ВАЦ определяют элементы конструкции скважины и локализуют по глубине интервалы заколонного цемента, являющиеся источником загрязнения и подлежащие исправительному цементированию.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области экологического мониторинга, в частности к охране гидрогеологической среды в нефтедобывающих регионах путем оперативного выявления скрытых источников осолонения подземных вод питьевого назначения наземными геофизическими методами.

В районах интенсивной нефтедобычи (например, на юго-востоке Татарии) отмечаются факты осолонения питьевых вод, одной из причин которого являются внутрискважинные перетоки жидкости, обусловленные дефектами заколонного цемента (преимущественно кондуктора или частично выполняющей его функции технической колонны). Ликвидация такого рода источников загрязнения осуществляется путем исправительного цементирования дефектных интервалов, для чего необходима их точная локализация по глубине.

Известен способ выявления заколонных перетоков жидкости и оценки качества заколонного цемента, включающий термометрию, метод радиоактивных изотопов и различные модификации акустического каротажа (Кривко Н.Н. Аппаратура геофизических исследований скважин. - М.: Недра, l991, 384 c.).

Основным недостатком указанного способа является высокая трудоемкость и недостаточная оперативность, обусловленные необходимостью вывода скважины из эксплуатации и проведения продолжительных подготовительных работ с привлечением бригад капитального ремонта скважин и спецтехники (установка мачты каротажного подъемника, демонтаж и извлечение скважинного оборудования и т.п.).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ виброакустической цементометрии (ВАЦ). Определение качества заколонного цемента методом ВАЦ основано на эффекте отражения части энергии упругой волны при ее прохождении по образуемому исследуемым элементом конструкции скважины звукопроводу (эксплуатационная колонна, кондуктор и т.п.) через границы раздела сред с разным акустическим сопротивлением, определяемым сцеплением в системе металл - цемент (Близеев А.Б., Козлов А.В., Смеркович Е.С. и др. Акустический способ диагностики качества цементного кольца за кондуктором скважины. Патент РФ №2055176, МПК Е 21 В 47/00 за 1996 г., бюл.№6). Для этого на торце исследуемой колонны формируют распространяющийся вдоль нее короткий акустический импульс, после чего регистрируют вторичные (отраженные) сигналы. При этом повышение амплитуды вторичного сигнала свидетельствует о наличии дефектов заколонного цемента, а время поступления позволяет локализовать последние по глубине и протяженности (определить расстояние границ дефектов от устья скважины по известной скорости прохождения акустических колебаний в металле колонны).

Недостатком метода ВАЦ является то, что он не позволяет судить о наличии или отсутствии заколонных перетоков, поскольку даже при весьма низком общем качестве цементирования, например кондуктора, возможно наличие участков сцепленного цемента или плотного прилегания глинистых пород, предотвращающих затрубную циркуляцию жидкости и осолонение пресноводных горизонтов. Таким образом, недостатком метода ВАЦ является недостаточная достоверность получаемых результатов, не позволяющих судить о наличии или отсутствии заколонных перетоков жидкости.

Задачей изобретения является повышение достоверности результатов исследований по локализации источников техногенного загрязнения водоносных горизонтов.

Поставленная задача решается способом, включающим виброакустическую цементометрию скважин (ВАЦ) с использованием съемки естественных электрических потенциалов (ЕП) в прискважинной зоне.

Новым является то, что дополнительно к ВАЦ осуществляют съемку естественных электрических потенциалов (ЕП) в прискважинной зоне. С помощью съемки ЕП по величине и знаку градиента потенциалов в прискважинной зоне определяют наличие и направление заколонных перетоков жидкости в скважине. Затем при наличии перетоков с помощью ВАЦ определяют качество цементирования элементов конструкции скважины и местоположения дефектов заколонного цемента на них, ответственных за возникновение перетоков. На основании этих данных решают вопрос о необходимости проведения ремонтно-изоляционных работ по каждому из элементов и локализуют по глубине интервалы их протяженности, подлежащие исправительному цементированию.

Применение съемки ЕП для выявления наличия заколонных перетоков или утечки минерализованных вод основано на возникновении электрического (фильтрационного) потенциала при движении последних в пористой среде. Этот потенциал может быть измерен на поверхности, причем величина и знак градиента потенциала в прискважинной зоне указывают на интенсивность и направление движения жидкости соответственно. (Швыдкин Э.К., Напалков В.Н., Чернышева М.Г. и др. Выявление источников загрязнения питьевых вод нефтепромысловыми стоками методом электрических потенциалов фильтрации.// Вопросы геологии, разведки и разработки нефтяных и битумных месторождений. - Казань, изд-во КГУ, 1997, с.171-176).

Вместе с тем этот метод без привлечения ВАЦ не позволяет определить конкретный элемент конструкции скважины и локализовать по глубине интервал его протяженности, обуславливающий наличие заколонных перетоков и подлежащий исправительному цементированию. Кроме того, ЕП самостоятельно (без ВАЦ) не позволяет решить вопрос о самой необходимости проведения ремонтных работ, т.к. перетоки могут иметь место на значительной глубине за пределами залегания пресноводных горизонтов и вод технического назначения, не вызывая техногенного загрязнения последних. Таким образом, недостатком метода съемки ЕП является недостаточная достоверность получаемых результатов, не позволяющих судить о необходимости и конкретном месте проведения исправительного цементирования.

Таким образом, комплексное применение методов ЕП и ВАЦ дает принципиально новый технический результат, позволяя с высокой достоверностью определить как необходимость проведения ремонтно-изоляционных работ, так и конкретный интервал по глубине элемента конструкции скважины (преимущественно кондуктора), подлежащий исправительному цементированию. Раздельное же применение любого из вышеуказанных методов не обеспечивает необходимой достоверности получаемых результатов.

Представленные фигуры поясняют суть изобретения, где на фиг.1, 4, 7 представлены планы изопотенциалов; на фиг.2, 5, 8 - графики распределения электрического поля; на фиг.3, 6, 9 - цементограммы по приводимым в качестве примера скважинам.

Способ осуществляется в следующей последовательности.

Методом ЕП осуществляют съемку естественных потенциалов в районе обследуемой скважины. Величина градиента потенциала ЕП в пределах фоновых значений (до 2 мВ/м) соответствуют естественным фильтрационным процессам, дальнейшее увеличение этого параметра свидетельствует о наличии заколонных перетоков жидкости, причем отрицательная аномалия соответствует направлению последних сверху вниз, а положительная - снизу вверх. Определение интервалов заколонных перетоков ведут по результатам ВАЦ, представляющим собой график в координатах глубина - амплитуда вторичного сигнала, последняя отградуирована в значениях: “X” (хорошее), “XX” (частичное) и “XXX” (плохое сцепление с цементом, вероятны перетоки).

Предлагаемый способ успешно прошел промысловое опробование на 200 скважинах ОАО “Удмуртнефть” и позволил локализовать свыше 20 источников загрязнения пресных вод.

В качестве примера конкретной реализации заявляемого способа приведены результаты обследования скв.547 (фиг.1-3), 726 (фиг.4-6) и 354 (фиг.7-9) ОАО “Удмуртнефть”.

На скв.547 имеется отрицательная аномалия ЕП, свидетельствующая о наличии перетоков сверху вниз (фиг.1, 2). Причиной перетоков являются дефекты заколонного цемента кондуктора в интервале 5-145 м (фиг.3).

На скв.726 аномалии ЕП отсутствуют (фиг.4, 5), что соответствует отсутствию перетоков и хорошему качеству цементирования кондуктора (фиг.6).

На скв.354 отмечена положительная аномалия ЕП (фиг.7,8), свидетельствующая о наличие перетоков снизу вверх, связанных с дефектами заколонного цемента в интервале 10-187 м (фиг.9).

Технико-экономическая эффективность от применения предлагаемого способа достигается за счет повышения достоверности результатов исследований по локализации источников техногенного загрязнения водоносных горизонтов. Комплексное применение методов ЕП и ВАЦ дает принципиально новый технический результат (недостижимый при раздельном применении любого из вышеуказанных методов), позволяя с высокой достоверностью определить как необходимость проведения ремонтно-изоляционных работ, так и конкретный интервал элемента конструкции скважины, подлежащий исправительному цементированию. Это положительно влияет на своевременность проведения работ по ликвидации источников загрязнения и как следствие на экологическую ситуацию в нефтедобывающих регионах.