ПРЯМОЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОЛОНН Российский патент 2017 года по МПК E21B41/02 C23F13/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способу и системе контроля катодной защиты эксплуатационных колонн.

Уровень техники

Строительство нефтепромысловых объектов и коммуникаций требует больших капиталовложений. Наряду с этим с каждым годом растут и вложения для поддержания подземных сооружений в необходимом для эксплуатации состоянии. Особенно остро стоит вопрос обеспечения требуемой долговечности эксплуатационных колонн нефтяных и нагнетательных скважин, находящихся в агрессивных пластовых водах разреза месторождений. Причиной высокой коррозионной активности пластовых вод является содержание в них таких агрессивных компонентов, как сероводород, углекислота и т.д. Максимальная скорость наружной коррозии металла труб по вышедшим из строя обсадным колоннам на Ромашкинском нефтяном месторождении находится, например, в пределах 0,6-1,2 мм/год. Такая коррозия наблюдается в основном в условиях отсутствия цементного камня за эксплуатационной колонной скважин (в объединении «Татнефть» примерно половина всего фонда скважин имеет частично зацементированные колонны с интервалом отсутствия цементного камня 800 м и более).

Как известно, внутренняя коррозия обсадных колонн может быть предотвращена технологическими мероприятиями - закачкой воды по насосно-компрессорным трубам с установкой пакеров и использованием нейтральных надпакерных жидкостей. Однако в настоящее время вопросы предотвращения коррозии наружной поверхности труб для старого фонда скважин решены не полностью. Капитальные ремонты трудоемки и требуют значительных материальных затрат.

Как правило, темпы коррозионных нарушений обсадных колонн скважин ежегодно увеличиваются, т.е. динамика ежегодных нарушений является функцией времени, и чем выше возраст скважин, тем больше частота этих нарушений. Количество ежегодных нарушений колонн в объединении «Татнефть» описывается уравнением N=a⋅t^b (коэффициенты а и b степенной функции для Ромашкинского месторождения находятся в пределах: а=1,1-2,0; b=1,5-2,2).

Причины коррозии обсадных колонн скважин:

1. Коррозия металла обсадных труб вызывается его низкой термодинамической устойчивостью в пластовых водах, содержащих такие агрессивные компоненты, как сероводород и углекислота.

2. Различие физико-химических параметров вод отдельных разрезов скважины (температура, pH, ионный и газовый состав) в ряде случаев может вызвать увеличение скорости коррозии труб за счет протекания макрокоррозионных токов.

3. Наличие межпластовых перетоков пластовой жидкости в затрубном пространстве скважины улучшает обмен коррозионной среды и, как следствие, резко увеличивает скорость коррозии обсадных труб.

4. Обсадные трубы подвержены интенсивной наружной коррозии по всей глубине скважины в интервале отсутствия цементного камня за счет наличия в разрезе водоносных горизонтов.

При этом коррозия обсадных труб развивается неравномерно и преимущественно носит язвенный характер, вызывающий появление сквозных отверстий (течей) на трубах.

Надежная изоляция проявляющих и поглощающих водоносных пластов в процессе бурения скважины способствует снижению коррозионного разрушения обсадных труб. Качественное цементирование заколонного пространства также предотвращает коррозию обсадной колонны за счет пассивации и исключения возможности межпластовых перетоков.

Капитальные ремонты скважин по ликвидации негерметичности колонн (цементирование нарушенного интервала колонны, установка латок) не останавливают коррозионные процессы в других интервалах колонны, поэтому после появления первого нарушения, как правило, имеют место повторные нарушения с достаточно большой частотой. Кроме того, обсадные колонны, отремонтированные цементированием интервала нарушения, не отвечают предъявляемым требованиям по интенсификации добычи нефти и не способны выдерживать все возрастающие нагрузки. Это обусловливает увеличение количества ежегодных повторных ремонтов.

Поэтому требуется обеспечение дополнительной защиты обсадных колонн от наружной коррозии.

Существуют различные способы коррозионной защиты колонн, и одним из самых эффективных и технологичных способов является способ катодной защиты наложенным током.

Как правило, катодная защита обсадных колонн рассчитывается заранее по относительно сложной и длительной (до 10 суток и более) методике для каждого объекта. При этом известные методы применимы либо к случаям бурения новых скважин, либо в случае уже существующего фонда скважин требуют дорогостоящего капитального ремонта с вынужденной приостановкой работы скважины.

Практическое применение систем катодной защиты показывает, что точность измерений, проводимых по стандартным методикам, также является недостаточно высокой и даже ухудшается с увеличением исследуемой глубины, что приводит к невозможности получения достоверных результатов измерений в области эксплуатационной колонны, особенно ее низа, тогда как именно эксплуатационные колонны, как указывалось выше, подвергаются наибольшему воздействию факторов коррозии вследствие отсутствия цементного камня вокруг колонны. В результате из-за неточности получаемых сведений о состоянии необсаженной скважины, а также отсутствия возможности исследования эксплуатационной колонны возникают ситуации недозащиты или перезащиты, которые ускоряют процесс коррозии и сокращают тем самым срок службы скважины и межремонтный интервал.

Сущность изобретения

Как следует из вышесказанного, существует необходимость в разработке быстрого и точного способа контроля катодной защиты эксплуатационных колонн.

Настоящее изобретение направлено на устранение вышеупомянутых недостатков уровня техники и решает указанную задачу за счет применения способа контроля катодной защиты эксплуатационных колонн.

В частности, в настоящем изобретении раскрывается способ контроля катодной защиты эксплуатационных колонн, содержащий этапы, на которых:

- помещают в скважину с помощью спуско-подъемного оборудования груз-зонд зондовой установки бокового каротажного зондирования (БКЗ), содержащий первый измерительный электрод, электрически соединенный со вторым измерительным электродом, расположенным на поверхности вблизи устья скважины;

- измеряют потенциал самопроизвольной поляризации (ПС) путем измерения разности потенциалов между первым измерительным электродом и вторым измерительным электродом с помощью вольтметра, расположенного в гальванической цепи зондовой установки БКЗ,

причем измерения потенциала ПС производят по мере перемещения зонда вдоль ствола скважины,

причем измерения потенциала ПС производят для состояния скважины с подключенной катодной защитой и для состояния скважины с отключенной катодной защитой;

- передают данные об измеренном потенциале ПС в блок анализа; и

- в блоке анализа на основании принятых данных оценивают текущее состояние катодной защиты эксплуатационной колонны.

В одном из вариантов осуществления, выполняют измерения потенциала ПС за два или более полных прохода зонда вдоль ствола скважины с наложением результатов измерений друг на друга, причем полным проходом является операция спуска зонда до области забоя и подъема зонда до области устья скважины.

В одном из вариантов осуществления, перемещение зонда вдоль ствола скважины является непрерывным, при этом измерения потенциала ПС производят в процессе перемещения зонда.

В одном из вариантов осуществления, перемещение зонда вдоль ствола скважины является пошаговым, при этом измерения потенциала ПС производят после очередной остановки перемещения зонда.

В одном из вариантов осуществления, по мере перемещения зонда вдоль ствола скважины попеременно подключают и отключают катодную защиту, при этом измерения потенциала ПС производят в моменты после подключения и отключения катодной защиты.

В одном из вариантов осуществления, измерения потенциала ПС производят через предварительно определенный временной интервал после подключения и отключения катодной защиты, обеспечивающий затухание переходных процессов, вызванных подключением и отключением катодной защиты.

В одном из вариантов осуществления, предварительно определенный временной интервал, обеспечивающий затухание переходных процессов, выбирают из диапазона 1-20 с, предпочтительно 5 с.

В одном из вариантов осуществления, измерения потенциала ПС производят в контрольных точках для измерений, соответствующих по меньшей мере одному из следующих: в псевдослучайных контрольных точках, через фиксированные расстояния после предыдущего измерения, через фиксированные временные интервалы после предыдущего измерения, через псевдослучайные временные интервалы после предыдущего измерения и/или на предварительно заданных глубинах,

при этом в каждой контрольной точке выполняют измерение только для одного состояния подключения/отключения катодной защиты.

В одном из вариантов осуществления, измерения потенциала ПС производят с увеличенной частотой контрольных точек для измерений в предварительно заданных зонах скважины.

В одном из вариантов осуществления, способ дополнительно содержит этапы, на которых:

- после прохождения зонда до области забоя в блоке анализа из принятых данных определяют уровень условного нуля; и

- в блоке анализа определяют зоны скважины, требующие более тщательного контроля,

при этом при последующем обратном прохождении зонда до области устья измерения потенциала ПС производят с увеличенной частотой контрольных точек для измерений в зонах скважины, требующих более тщательного контроля.

В одном из вариантов осуществления, способ дополнительно содержит этап, на котором:

- в блоке анализа определяют зоны скважины, не требующие тщательного контроля,

при этом при последующем обратном прохождении зонда до области устья измерения потенциала ПС производят с уменьшенной частотой контрольных точек для измерений в зонах скважины, не требующих тщательного контроля.

В одном из вариантов осуществления, определяют зону скважины как требующую более тщательного контроля, если при прохождении зонда до области забоя в этой зоне при заданном состоянии подключения/отключения катодной защиты были зарегистрированы потенциалы ПС, превышающие уровень условного нуля на предварительно определенный порог.

В одном из вариантов осуществления, определяют зону скважины как не требующую тщательного контроля, если при прохождении зонда до области забоя в этой зоне при заданном состоянии подключения/отключения катодной защиты были зарегистрированы потенциалы ПС, превышающие уровень условного нуля на предварительно определенный порог.

В одном из вариантов осуществления, в качестве зоны рассматривают, при заданном состоянии подключения/отключения катодной защиты, интервал в скважине между по меньшей мере тремя последовательными измерениями, для каждого из которых зарегистрировано, соответственно, превышение или непревышение уровня условного нуля на предварительно определенный порог.

В одном из вариантов осуществления, уровень условного нуля определяют отдельно для состояния скважины с подключенной катодной защитой и для состояния скважины с отключенной катодной защитой.

В одном из вариантов осуществления, задают различный предварительно определенный порог для состояния скважины с подключенной катодной защитой и для состояния скважины с отключенной катодной защитой.

В одном из вариантов осуществления, при обратном прохождении зонда до области устья измерения потенциала ПС производят с пошаговым перемещением зонда в зонах скважины, требующих более тщательного контроля.

В одном из вариантов осуществления, при обратном прохождении зонда до области устья измерения потенциала ПС производят с непрерывным перемещением зонда в зонах скважины, не требующих тщательного контроля.

В одном из вариантов осуществления, состояние катодной защиты оценивают как нормальное, недозащита или перезащита.

В одном из вариантов осуществления, способ дополнительно содержит этап, на котором:

- в блоке анализа формируют отчет о текущем состоянии катодной защиты эксплуатационной колонны, причем отчет содержит упомянутую оценку.

В одном из вариантов осуществления, отчет дополнительно содержит данные об измеренном потенциале ПС.

В одном из вариантов осуществления, способ дополнительно содержит этап, на котором:

- выводят отчет для пользователя.

В одном из вариантов осуществления, способ дополнительно содержит этапы, на которых:

- в блоке управления принимают ввод от пользователя; и

- формируют управляющую команду в соответствии с вводом от пользователя,

причем управляющая команда содержит требуемое абсолютное значение тока защиты или коэффициент требуемого изменения тока защиты.

В одном из вариантов осуществления, способ дополнительно содержит этапы, на которых:

- из блока анализа передают отчет о текущем состоянии катодной защиты в блок управления; и

в блоке управления формируют управляющую команду, соответствующую упомянутой оценке,

причем если оценка указывает на перезащиту, то формируют команду на снижение тока защиты,

если оценка указывает на недозащиту, то формируют команду на увеличение тока защиты, и

если оценка указывает на нормальное состояние, то формируют команду на поддержание текущего значения тока защиты,

причем управляющая команда содержит требуемое абсолютное значение тока защиты или коэффициент требуемого изменения тока защиты.

В одном из вариантов осуществления, способ дополнительно содержит этапы, на которых:

- из блока управления передают управляющую команду в станцию катодной защиты; и

- в станции катодной защиты настраивают значение тока защиты в соответствии с принятой управляющей командой.

В одном из вариантов осуществления, способ дополнительно содержит этапы, на которых:

- сохраняют отчеты, сформированные блоком анализа, в блоке памяти;

- в блоке анализа на основании текущих данных и на основании статистики из предыдущих отчетов, сохраненных в памяти, формируют прогноз касательно предполагаемого срока службы эксплуатационной колонны и/или прогноз касательно даты следующего необходимого ремонта; и

- включают прогноз в текущий формируемый отчет.

Настоящее изобретение позволяет повысить производительность скважины за счет сокращения времени, затрачиваемого на проведение измерений с целью контроля катодной защиты, при этом сохраняется необходимая степень точности измерений.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображена схема каротажа ПС.

На фиг. 2 изображена диаграмма изменения потенциала электрического поля у электрода, перемещающегося по стволу скважины, с глубиной, полученная с использованием способа согласно настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

Критерии необходимости катодной защиты обсадных колонн:

1. Необходимость катодной защиты обсадных колонн от наружной коррозии на начальной стадии разработки нефтяного месторождения устанавливается в зависимости от величины скорости коррозии труб.

2. Необходимость защиты обсадных колонн при условии отсутствия или устранения внутренней коррозии определяют по критерию

где Τ - планируемый срок службы скважины, годы; Δδ - допустимое коррозионное уменьшение толщины стенки труб, мм; K - скорость проникновения коррозии, мм/год. При B>0 катодная защита необходима, а при B≤0 защита не требуется.

3. Необходимость катодной защиты при условии наличия и нерентабельности устранения внутренней коррозии обсадных труб определяют с учетом ее скорости путем сравнения сроков службы обсадных колонн с катодной защитой и без нее и дальнейшего экономического анализа.

4. Величину скоростей внутренней и наружной коррозии наиболее достоверно можно определить непосредственными измерениями на извлеченных обсадных трубах. Скорость коррозии определяется как отношение глубины максимальной каверны к фактическому сроку службы обсадной колонны до ее извлечения;

5. Ориентировочно скорость коррозии обсадных труб можно оценить в лаборатории путем определения скорости коррозии образцов трубной стали в наиболее агрессивных водах разреза месторождения в динамических и статических условиях. Если имеются сведения о межпластовых перетоках вод в заколонном пространстве скважин, то используют скорость коррозии, определенную в динамических условиях. При этом скорость движения электролита относительно образца должна соответствовать скорости движения пластовой воды относительно обсадной трубы в скважине;

6. При отсутствии сильных агрессивных компонентов в пластовых водах месторождения или при полном цементировании колонны в ряде случаев заметная коррозия обсадных труб может обусловливаться макрокоррозионными токами. Скорость такой коррозии определяют снятием кривой падения напряжения по колонне двухконтактным зондом (например, И-10, И-31, K-3 и т.д.);

7. Скорость коррозии труб в анодной зоне колонны K_а рассчитывается по формуле

где ΔU₁ и ΔU₂ - величины падения напряжения на концах исследуемого участка анодной зоны, измеренные двухконтактным зондом, В; l - длина второго участка, м; Δl - расстояние между контактами зонда (обычно 7,5 м), м; r_с - продольное электрическое сопротивление 1 м обсадной трубы Ом/м; Д_с - диаметр обсадной трубы, м.

8. Необходимость применения катодной защиты обсадных колонн на средней или поздней стадии разработки месторождения устанавливается путем сравнения прогнозных кривых динамики ежегодных коррозионных нарушений обсадных колонн без катодной защиты и после ее внедрения.

9. Прогнозирование динамики ежегодных нарушений обсадных колонн производится на базе фактических динамических рядов количества ежегодных нарушений для каждой группы скважин определенного возраста*. Для этого динамические ряды аппроксимируются математической зависимостью вида

где N - количество ежегодных нарушений обсадных колонн; t - число лет с момента появления первых нарушений в данной группе скважин в форме натурального ряда чисел (1, 2, 3….).

10. Прогнозирование динамики ежегодных нарушений после внедрения катодной защиты, обеспечивающей степень защиты Ρ в наиболее агрессивном интервале колонны, производится по формуле:

где t' - время появления Ν' нарушений в годах после внедрения защиты, принимающее значения с интервалом 1/1 -Р, т.е. 1/1 -Ρ, 2/1-Р, …, n/1-P; t₃ - период времени с момента появления первых нарушений до года внедрения защиты, годы; Ρ - степень защиты, в долях единицы.

11. Эффективность катодной защиты определяется экономическим расчетом на основе величины снижения коррозионных потерь, вычисляемой по формуле

где N_i - прогнозное количество ежегодных нарушений обсадных колонн без катодной защиты; N'₁ - - то же с катодной защитой; n - натуральное число, равное сроку расчета эффективности защиты (от года внедрения защиты до проектного конца разработки месторождения).

12. Внедрение катодной защиты целесообразно, если все расходы на катодную защиту не больше расходов на производство капитальных ремонтов по восстановлению герметичности обсадных колонн (или другие методы защиты от коррозии), количество которых определяется из прогнозной кривой без катодной защиты.

Исходный материал для расчета и проектирования катодной защиты

1. Поскольку параметры катодной защиты обсадных колонн в значительной мере зависят от гидрогеологической характеристики разреза скважин, то все скважины месторождения (площади), намеченные к катодной защите, группируются по этому признаку. В дальнейшем сбор исходного и первичного экспериментального материалов, а также расчеты по определению параметров защиты производятся для каждой группы с учетом ее особенностей.

2. Для расчета и проектирования катодной защиты обсадных колонн необходимы следующие исходные данные:

а) сводные геологические разрезы отдельных групп с кривыми КС и ПС;

б) конструкция скважин (диаметр, толщина стенки и глубина спуска обсадных труб, высота подъема цементного камня);

в) длина, диаметр, толщина стенки труб, глубина прокладки в грунте и сопротивление изоляционного покрытия нефтесборного коллектора;

д) удельное электрическое сопротивление верхних слоев грунта (в интервале 0-20 м от поверхности земли);

е) удельное электрическое сопротивление пород разреза месторождения (площади);

ж) ионный и газовый состав, величина pH пластовых вод разреза месторождения;

з) план месторождения (площади) или отдельных его участков, где нанесены все ликвидированные, действующие и проектируемые подземные металлические сооружения, их основные параметры, а также точки измерения удельного электрического сопротивления верхних слоев грунта, значения которого в виде таблицы прилагается к плану.

3. Проектированию катодной защиты должны предшествовать опытные работы, в результате которых необходимо получить следующие первичные экспериментальные материалы для каждой группы скважин:

а) катодные поляризационные кривые «плотность тока электрохимическая поляризация» трубной стали для наиболее агрессивных пластовых вод разрезов скважин с временем экспозиции при каждом значении плотности тока не менее 10 суток (могут быть использованы естественные или синтетические пластовые воды, состав и компоненты которых в процессе опыта поддерживаются в узких пределах изменения путем периодической смены среды);

б) кривые падения напряжения по обсадной колонне, снятые двухконтактным устройством (зонды И-10, И-31, контактор К-3 и т.д.) для наиболее типичных по конструкции скважин группы в процессе опытной катодной защиты при, как минимум, трех значениях защитного тока: 5, 10 и 20 A (время экспозиции при каждом значении тока не менее 24 часов; нефтесборный коллектор электрически изолирован от обсадной колонны);

в) если в разрезе скважин выше уровня цементного камня имеются пласты с аномально высоким (низким) удельным электрическим сопротивлением, дополнительно устанавливается влияние удаления анодного заземления от скважины на распределение падения напряжения по колонне, для чего получают кривые падения напряжения при удалениях заземления на 30, 100, 200 и 400 м.

Способ контроля катодной защиты эксплуатационной колонны

Согласно предписаниям предусматривается пересчет и корректировка параметров катодной защиты (в частности, уточнение величины защитного тока) через некоторые временные интервалы из-за возможного изменения степени защищенности обсадных труб в процессе длительной эксплуатации. Причиной изменения защищенности может быть ухудшение защитных свойств цементного камня, изменение гидродинамической ситуации в заколонном пространстве, образование катодных осадков и т.д.

Как правило, исходным материалом для определения катодной защиты обсадной колонны является каротаж кривой самопроизвольной поляризации (ПС). Он является наиболее универсальным скважинным методом. Метод ПС является одним из основных электрических методов при исследовании разрезов нефтегазовых месторождений.

Методы потенциалов самопроизвольной поляризации горных пород основаны на изучении естественных электрических полей в скважинах. Естественные поля возникают в результате процессов электрической активности диффузионно-адсорбционного, окислительно-восстановительного, фильтрационного и электродного характера, протекающих на поверхностях раздела скважина - порода и между пластами различной литологии. Диаграммы метода ПС характеризуют изменения соответствующих потенциалов - дифузионно-адсорбционных, фильтрационных, электродных в зависимости от глубины скважины.

Главную роль в формировании естественных электрических полей в скважине, заполненной буровым раствором на водной основе, играют потенциалы диффузионного происхождения. Исследования методом ПС проводят, регистрируя диаграмму изменения по разрезу скважины разности потенциалов между электродом, перемещающимся по стволу скважины, и электродом, расположенным на земной поверхности близ устья скважины.

Кривая ПС обычно записывается одновременно с кривой Кажущегося сопротивления (КС).

Схема каротажа ПС изображена на Фиг. 1, на которой 1 - это блок-баланс, 2 - регистратор, 3 - наземный электрод, 4 - лебедка с коллектором.

Имеются два измерительных электрода - M и N. Электрод M помещается в скважину и перемещается вдоль ее оси, электрод N располагается неподвижно на поверхности вблизи устья скважины (и заземляется). Регистрируется разность потенциалов, возникающая между электродами. В аппаратуре ЭК-1 каротаж ПС осуществляется путем измерения по гальванической цепи потенциала токового электрода зондовой установки бокового каротажного зондирования (БКЗ) относительно удаленного электрода на поверхности.

Однако когда используются широко известные стандартные методы каротажа, на пересчет может уходить более 24 часов, и скважина на все это время останавливается, то есть она не участвует в процессе добычи нефти, что снижает ее эффективность и рентабельность.

Предложенный способ позволяет проводить высокоэффективные исследования в эксплуатационной колонне путем контроля катодной защиты, что может предотвратить выход скважины из строя, при этом сохраняется необходимая степень точности измерений.

В предложенном способе контроля катодной защиты эксплуатационных колонн помещают в скважину с помощью спуско-подъемного оборудования (например, лебедки 4 и блок-баланса 1) груз-зонд зондовой установки БКЗ, содержащий первый измерительный электрод М, электрически соединенный со вторым измерительным электродом N, расположенным на поверхности вблизи устья скважины; измеряют потенциал ПС путем измерения разности потенциалов между первым измерительным электродом и вторым измерительным электродом с помощью вольтметра, расположенного в гальванической цепи зондовой установки БКЗ (например, в регистраторе 2). Измерения потенциала ПС производят по мере перемещения зонда вдоль ствола скважины. Выполняют измерения для состояния скважины с подключенной катодной защитой и измерения для состояния скважины с отключенной катодной защитой.

Затем передают, проводным или беспроводным образом, данные об измеренном потенциале ПС в блок анализа (не показан на Фиг. 1), и в блоке анализа на основании принятых данных оценивают текущее состояние катодной защиты эксплуатационной колонны. Например, состояние катодной защиты может оцениваться как нормальное, недозащита или перезащита. Методы определения по результатам полученных измерений того, каково состояние катодной защиты, известны из уровня техники и в данном документе не рассматриваются.

В блоке анализа может формироваться отчет о текущем состоянии катодной защиты эксплуатационной колонны, причем отчет может содержать сделанную оценку и данные об измеренном потенциале ПС.

Отчет может выводиться для пользователя в формате и на носителе/устройстве, удобном для восприятия. Пользователь, получив отчет об измерениях, может сделать вывод о том, следует ли скорректировать параметры катодной защиты, и выполнить соответствующий ввод данных в блок управления (не показан), в котором в соответствии с вводом от пользователя может формироваться управляющая команда, которая содержит требуемое абсолютное значение тока защиты или коэффициент требуемого изменения тока защиты относительно текущего значения.

В альтернативном варианте осуществления, отчет о текущем состоянии катодной защиты может передаваться из блока анализа в блок управления проводным или беспроводным образом. В блоке управления может формироваться управляющая команда, соответствующая упомянутой оценке, причем если оценка указывает на перезащиту, то может формироваться команда на снижение тока защиты, если оценка указывает на недозащиту, то может формироваться команда на увеличение тока защиты, и если оценка указывает на нормальное состояние, то может формироваться команда на поддержание текущего значения тока защиты, причем управляющая команда содержит требуемое абсолютное значение тока защиты или коэффициент требуемого изменения тока защиты.

Управляющая команда, сформированная блоком управления в ответ на ввод от пользователя или в ответ на отчет из блока анализа, передается в станцию катодной защиты; и в станции катодной защиты настраивается значение тока защиты в соответствии с принятой управляющей командой.

Отчеты, сформированные блоком анализа, могут сохраняться в блоке памяти. На основании текущих данных и на основании статистики из предыдущих отчетов, сохраненных в памяти, блок анализа может формировать прогноз касательно предполагаемого срока службы эксплуатационной колонны и/или прогноз касательно даты следующего необходимого ремонта. Прогноз может включаться в текущий формируемый отчет.

За счет заблаговременного определения возможности коррозии на стенках эксплуатационных колонн, применение данного способа позволяет повысить эффективность контроля катодной защиты, а также увеличить срок службы эксплуатационных колонн.

Измерение потенциала по стволу скважины позволит оценить эффективность защиты, а также протяженность распределения защитного поля. Это, в свою очередь, позволит внести изменения в настройки станции катодной защиты: снизить токи защиты в случае наличия избыточного потенциала на забое скважины (позволит сократить расходы на электроэнергию) или, наоборот, увеличить величину тока с целью защиты низа эксплуатационной колонны, неохваченной воздействием (позволит предотвратить возможные нарушения герметичности эксплуатационной колонны по причине электрохимической коррозии и, соответственно, возможные расходы на капитальный ремонт).

В одном из вариантов осуществления, выполняют измерения потенциала ПС за два или более полных прохода зонда вдоль ствола скважины с наложением результатов измерений друг на друга, причем полным проходом является операция спуска зонда до области забоя и подъема зонда до области устья скважины.

Авторами были сняты кривые ПС в обсадной колонне. Исследования показали положительный результат. Кривая ПС, представленная на Фиг. 2 (каротаж), показывает изменение потенциала электрического поля у электрода, перемещающегося по стволу скважины, с глубиной. По каротажу видно, что кривые ПС доходят до забоя скважины. Характерным является участок интервала 1155-1280 м. На Фиг. 2 SP(вкл) - это потенциал ПС при подключенной катодной защите, 8Р(выкл) - это потенциал ПС при отключенной катодной защите, a SP_d(вкл) и SP_d(выкл) - это результаты повторных измерений.

В одном из вариантов осуществления, перемещение зонда вдоль ствола скважины является непрерывным, при этом измерения потенциала ПС производят в процессе перемещения зонда. Это позволяет значительно повысить скорость каротажа. Чтобы повысить точность измерений, на время измерений скорость перемещения может снижаться, но без полной остановки.

В одном из вариантов осуществления, перемещение зонда вдоль ствола скважины является пошаговым, то есть после очередного перемещения зонда происходит его полная остановка. При этом измерения потенциала ПС производятся после очередной остановки перемещения зонда. Это позволяет повысить точность измерений.

В одном из вариантов осуществления, по мере перемещения зонда вдоль ствола скважины попеременно подключают и отключают катодную защиту, при этом измерения потенциала ПС производят в моменты после подключения и отключения катодной защиты. За счет этого, за один спуск или подъем зонда можно одновременно снять кривые ПС и для подключенной, и для отключенной катодной защиты, что, в сущности, почти в два раза сокращает время, требуемое на проведение контроля катодной защиты.

В одном из вариантов осуществления, измерения потенциала ПС производят через предварительно определенный временной интервал после подключения и отключения катодной защиты, обеспечивающий затухание переходных процессов, вызванных подключением и отключением катодной защиты. Тем самым можно повысить точность измерений, поскольку на полученные результаты не будут оказывать влияние возможные ошибки из-за переходных процессов в скважине.

В одном из вариантов осуществления, предварительно определенный временной интервал, обеспечивающий затухание переходных процессов, может выбираться из диапазона 1-20 сек, предпочтительно 5 сек.

Управление приводом спуско-подъемного оборудования с целью регулировки скорости перемещения зонда вдоль скважины и его остановкой может выполняться блоком управления.

Измерения потенциала ПС могут производиться в контрольных точках для измерений, соответствующих по меньшей мере одному из следующих: в псевдослучайных контрольных точках, через фиксированные расстояния после предыдущего измерения, через фиксированные временные интервалы после предыдущего измерения, через псевдослучайные временные интервалы после предыдущего измерения и/или на предварительно заданных глубинах.

Псевдослучайными в данном случае следует считать такие расстояния или временные интервалы после предыдущего измерения, которые выбираются блоком управления случайным образом из предварительно заданного диапазона. Границы диапазона задаются предварительно и могут быть обусловлены требуемой точностью измерений, степенью износа скважины, результатами предыдущих измерений и т.д.

Например, при псевдослучайном режиме выбора контрольных точек расстояние между измерениями может случайным образом выбираться из диапазона 1-20 м. То есть в одном примере измерения могут производиться на глубинах 5 м, 17 м, 31 м, 38 м, 42 м… Аналогичным образом, при псевдослучайном режиме выбора временных интервалов интервал между измерениями может случайным образом выбираться из диапазона 1-20 сек. То есть в одном примере измерения могут производиться в моменты времени 5 сек, 17 сек, 31 сек, 38 сек, 42 сек…

Следует отметить, что в разных зонах скважины могут производиться измерения в разных режимах. Например, в зоне 100-300 м, где требуется одна точность измерений, измерения выполняются на высокой скорости при непрерывном перемещении через псевдослучайные временные интервалы, в зоне 300-1000 м, где требуется другая точность измерений, измерения выполняются на средней скорости при непрерывном перемещении через фиксированные расстояния 20 м, а в зоне 1000-1300 м измерения выполняются на предварительно заданных глубинах с пошаговым перемещением зонда вдоль ствола скважины.

Такой подход к измерениям является очень гибким и позволяет обеспечить максимально возможную скорость измерений без потери точности с учетом особенностей скважины и особенностей пластов, которые она пересекает.

Измерения потенциала ПС могут производиться с увеличенной частотой контрольных точек для измерений в предварительно заданных зонах скважины.

Кроме того, в каждой контрольной точке может выполняться измерение только для одного состояния подключения/отключения катодной защиты, а смена состояния подключения/отключения катодной защиты может выполняться по существу немедленно после измерения. Таким образом, во время ожидания окончания переходных процессов зонд не стоит на месте, а двигается, что позволяет дополнительно ускорить процесс измерений без потери точности.

Нижней границей псевдослучайного диапазона в таком случае может быть время, заданное в качестве времени ожидания окончания переходных процессов, или расстояние, которое при заданной скорости пройдет зонд за это время.

В одном из вариантов осуществления, после прохождения зонда до области забоя, в блоке анализа из принятых данных определяется уровень условного нуля и определяются зоны скважины, требующие более тщательного контроля. Затем, при последующем обратном прохождении зонда до области устья измерения потенциала ПС могут производиться с увеличенной частотой контрольных точек для измерений в зонах скважины, требующих более тщательного контроля. Также в блоке анализа могут определяться зоны скважины, не требующие тщательного контроля, и затем, при последующем обратном прохождении зонда до области устья измерения потенциала ПС могут производиться с уменьшенной частотой контрольных точек для измерений в зонах скважины, не требующих тщательного контроля.

Это позволяет корректировать скорость движения зонда (то есть скорость измерений) с учетом только что произведенных измерений. То есть при обратном прохождении зонда будет обеспечена максимально возможная скорость измерений без потери точности с учетом текущих измерений.

В одном из вариантов осуществления, определяют зону скважины как требующую более тщательного контроля, если при прохождении зонда до области забоя в этой зоне при заданном состоянии подключения/отключения катодной защиты были зарегистрированы потенциалы ПС, превышающие уровень условного нуля на предварительно определенный порог. В одном из вариантов осуществления, определяют зону скважины как не требующую тщательного контроля, если при прохождении зонда до области забоя в этой зоне при заданном состоянии подключения/отключения катодной защиты были зарегистрированы потенциалы ПС, превышающие уровень условного нуля на предварительно определенный порог.

Это позволяет получить высокую точность измерений при максимально возможной скорости прохождения зонда за счет того, что можно выбирать для более тщательных измерений только те зоны, которые действительно требуют особого внимания, и менее тщательно, но более быстро проходить те зоны, в которых не наблюдаются существенные аномалии.

В одном из вариантов осуществления, в качестве зоны рассматривают, при заданном состоянии подключения/отключения катодной защиты, интервал в скважине между по меньшей мере тремя последовательными измерениями, для каждого из которых зарегистрировано, соответственно, превышение или непревышение уровня условного нуля на предварительно определенный порог. То есть если в отдельно взятом интервале в скважине между тремя последовательными измерениями одно измерение отличается по порогу от других, то такой интервал не причисляется ни к зоне, требующей более тщательного контроля, ни к зоне, не требующей тщательного контроля, и при обратном прохождении в этой зоне будет применяться такой же режим, который применялся при прямом прохождении.

Это позволяет игнорировать те показания, которые получены в результате сбоев, ошибок или помех и повысить достоверность полученных данных.

Уровень условного нуля может определяться отдельно для состояния скважины с подключенной катодной защитой и для состояния скважины с отключенной катодной защитой. В качестве нуля на диаграмме условно выбирают положение, соответствующее положительному максимальному отклонению - линию глин. Отсчет берут справа налево. Следовательно, амплитуда ПС в чистых глинах равна нулю. Для состояния скважины с подключенной катодной защитой и для состояния скважины с отключенной катодной защитой может задаваться различный предварительно определенный порог.

Это также позволяет повысить точность измерений.

При обратном прохождении зонда до области устья измерения потенциала ПС производят с пошаговым перемещением зонда в зонах скважины, требующих более тщательного контроля, и с непрерывным перемещением зонда в зонах скважины, не требующих тщательного контроля.

Это также позволяет повысить скорость и точность измерений.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способу и системе контроля катодной защиты эксплуатационных колонн. Техническим результатом является повышение производительности скважины за счёт сокращения времени измерений при сохранении необходимой точности. Способ контроля катодной защиты эксплуатационной колонны содержит этапы, на которых: помещают в скважину с помощью спуско-подъемного оборудования груз-зонд зондовой установки бокового каротажного зондирования (БКЗ), который содержит первый измерительный электрод, электрически соединенный со вторым измерительным электродом, расположенным на поверхности вблизи устья скважины. Измеряют потенциал самопроизвольной поляризации (ПС) путем измерения разности потенциалов между первым измерительным электродом и вторым измерительным электродом с помощью вольтметра, расположенного в гальванической цепи зондовой установки БКЗ. Измерения потенциала ПС производят по мере перемещения зонда вдоль ствола скважины и для состояния скважины с подключенной катодной защитой, и для состояния скважины с отключенной катодной защитой. Данные об измеренном потенциале ПС передают в блок анализа и на основании принятых данных оценивают текущее состояние катодной защиты эксплуатационной колонны. 24 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ контроля катодной защиты эксплуатационной колонны, содержащий этапы, на которых:

- помещают в скважину с помощью спуско-подъемного оборудования груз-зонд зондовой установки бокового каротажного зондирования (БКЗ), содержащий первый измерительный электрод, электрически соединенный со вторым измерительным электродом, расположенным на поверхности вблизи устья скважины;

- измеряют потенциал самопроизвольной поляризации (ПС) путем измерения разности потенциалов между первым измерительным электродом и вторым измерительным электродом с помощью вольтметра, расположенного в гальванической цепи зондовой установки БКЗ,

причем измерения потенциала ПС производят по мере перемещения зонда вдоль ствола скважины,

причем измерения потенциала ПС производят для состояния скважины с подключенной катодной защитой и для состояния скважины с отключенной катодной защитой;

- передают данные об измеренном потенциале ПС в блок анализа; и

- в блоке анализа на основании принятых данных оценивают текущее состояние катодной защиты эксплуатационной колонны.

2. Способ по п. 1, в котором выполняют измерения потенциала ПС за два или более полных прохода зонда вдоль ствола скважины с наложением результатов измерений друг на друга, причем полным проходом является операция спуска зонда до области забоя и подъема зонда до области устья скважины.

3. Способ по п. 1, в котором перемещение зонда вдоль ствола скважины является непрерывным, при этом измерения потенциала ПС производят в процессе перемещения зонда.

4. Способ по п. 1, в котором перемещение зонда вдоль ствола скважины является пошаговым, при этом измерения потенциала ПС производят после очередной остановки перемещения зонда.

5. Способ по п. 1, в котором по мере перемещения зонда вдоль ствола скважины попеременно подключают и отключают катодную защиту, при этом измерения потенциала ПС производят в моменты после подключения и отключения катодной защиты.

6. Способ по п. 5, в котором измерения потенциала ПС производят через предварительно определенный временной интервал после подключения и отключения катодной защиты, обеспечивающий затухание переходных процессов, вызванных подключением и отключением катодной защиты.

7. Способ по п. 6, в котором предварительно определенный временной интервал, обеспечивающий затухание переходных процессов, выбирают из диапазона 1-20 с, предпочтительно 5 с.

8. Способ по п. 5, в котором измерения потенциала ПС производят в контрольных точках для измерений, соответствующих по меньшей мере одному из следующих: в псевдослучайных контрольных точках, через фиксированные расстояния после предыдущего измерения, через фиксированные временные интервалы после предыдущего измерения, через псевдослучайные временные интервалы после предыдущего измерения и/или на предварительно заданных глубинах,

при этом в каждой контрольной точке выполняют измерение только для одного состояния подключения/отключения катодной защиты.

9. Способ по п. 8, в котором измерения потенциала ПС производят с увеличенной частотой контрольных точек для измерений в предварительно заданных зонах скважины.

10. Способ по п. 8, дополнительно содержащий этапы, на которых:

- после прохождения зонда до области забоя в блоке анализа из принятых данных определяют уровень условного нуля; и

- в блоке анализа определяют зоны скважины, требующие более тщательного контроля,

при этом при последующем обратном прохождении зонда до области устья измерения потенциала ПС производят с увеличенной частотой контрольных точек для измерений в зонах скважины, требующих более тщательного контроля.

11. Способ по п. 10, дополнительно содержащий этап, на котором:

- в блоке анализа определяют зоны скважины, не требующие тщательного контроля,

при этом при последующем обратном прохождении зонда до области устья измерения потенциала ПС производят с уменьшенной частотой контрольных точек для измерений в зонах скважины, не требующих тщательного контроля.

12. Способ по п. 10, в котором определяют зону скважины как требующую более тщательного контроля, если при прохождении зонда до области забоя в этой зоне при заданном состоянии подключения/отключения катодной защиты были зарегистрированы потенциалы ПС, превышающие уровень условного нуля на предварительно определенный порог.

13. Способ по п. 11, в котором определяют зону скважины как не требующую тщательного контроля, если при прохождении зонда до области забоя в этой зоне при заданном состоянии подключения/отключения катодной защиты были зарегистрированы потенциалы ПС, превышающие уровень условного нуля на предварительно определенный порог.

14. Способ по любому из пп. 12-13, в котором в качестве зоны рассматривают, при заданном состоянии подключения/отключения катодной защиты, интервал в скважине между по меньшей мере тремя последовательными измерениями, для каждого из которых зарегистрировано, соответственно, превышение или непревышение уровня условного нуля на предварительно определенный порог.

15. Способ по п. 10, в котором уровень условного нуля определяют отдельно для состояния скважины с подключенной катодной защитой и для состояния скважины с отключенной катодной защитой.

16. Способ по любому из пп. 12-13, в котором задают различный предварительно определенный порог для состояния скважины с подключенной катодной защитой и для состояния скважины с отключенной катодной защитой.

17. Способ по п. 10, в котором при обратном прохождении зонда до области устья измерения потенциала ПС производят с пошаговым перемещением зонда в зонах скважины, требующих более тщательного контроля.

18. Способ по п. 11, в котором при обратном прохождении зонда до области устья измерения потенциала ПС производят с непрерывным перемещением зонда в зонах скважины, не требующих тщательного контроля.

19. Способ по п. 1, в котором состояние катодной защиты оценивают как нормальное, недозащита или перезащита.

20. Способ по п. 19, дополнительно содержащий этап, на котором:

- в блоке анализа формируют отчет о текущем состоянии катодной защиты эксплуатационной колонны, причем отчет содержит упомянутую оценку.

21. Способ по п. 20, в котором отчет дополнительно содержит данные об измеренном потенциале ПС.

22. Способ по п. 20, дополнительно содержащий этап, на котором:

- выводят отчет для пользователя;

- в блоке управления принимают ввод от пользователя; и

- формируют управляющую команду в соответствии с вводом от пользователя,

причем управляющая команда содержит требуемое абсолютное значение тока защиты или коэффициент требуемого изменения тока защиты.

23. Способ по п. 20, дополнительно содержащий этапы, на которых:

- из блока анализа передают отчет о текущем состоянии катодной защиты в блок управления; и

- в блоке управления формируют управляющую команду, соответствующую упомянутой оценке,

причем если оценка указывает на перезащиту, то формируют команду на снижение тока защиты,

если оценка указывает на недозащиту, то формируют команду на увеличение тока защиты, и

если оценка указывает на нормальное состояние, то формируют команду на поддержание текущего значения тока защиты,

причем управляющая команда содержит требуемое абсолютное значение тока защиты или коэффициент требуемого изменения тока защиты.

24. Способ по любому из пп. 22-23, дополнительно содержащий этапы, на которых:

- из блока управления передают управляющую команду в станцию катодной защиты; и

- в станции катодной защиты настраивают значение тока защиты в соответствии с принятой управляющей командой.

25. Способ по п. 20, дополнительно содержащий этапы, на которых:

- сохраняют отчеты, сформированные блоком анализа, в блоке памяти;

- в блоке анализа на основании текущих данных и на основании статистики из предыдущих отчетов, сохраненных в памяти, формируют прогноз касательно предполагаемого срока службы эксплуатационной колонны и/или прогноз касательно даты следующего необходимого ремонта; и

- включают прогноз в текущий формируемый отчет.