Диагностика нефтяных и газовых скважин системами телеинспекции

В данной статье рассматриваются задачи телевизионного обследования (видео каротажа) нефтяных и газовых скважин, особенности условий в нефтегазовых скважинах и их влияния на требования, предъявляемые к системам телеинспекции. Также проводится сравнение возможностей систем телеинспекции на основе оптоволоконного кабеля, передающего живое цветное видеоизображение и систем на основе черно-белой видеокамеры, передающей покадровое видеоизображение по стандартному геофизическому кабелю.

1. Задачи телевизионной диагностики нефтегазовых скважин.

К основным задачам диагностики нефтегазовых скважин методом телеинспекции относятся исследование насосно-компрессорных труб (НКТ) и обсадных труб на предмет расстыковок и механических повреждений, обследование застрявших в скважине предметов, исследование притока пластовых флюидов, исследование перфорации и образовавшихся твердых осадков, а также обследование забоя скважины.

При помощи телеинспекции можно идентифицировать упавшие в скважину предметы и детали бурильного оборудования для выбора метода их извлечения (без телеинспекции эта задача решается многократным спуском свинцовой печати и определения типа застрявшего предмета по полученному оттиску, что значительно дольше и менее информативно). Можно также идентифицировать повреждения обсадных колонн, устанавливать положение и ориентацию заглушек, отводных клиньев, окон в многопластовых скважинах и т.д.

Обследование обсадной колонны скважины, как правило, проводится в ходе капитального ремонта скважины (КРС). Обследование НКТ в некоторых случаях может проводиться и без останова скважины на капитальный ремонт.

2. Параметры нефтяных и газовых скважин и требования, которые они накладывают на системы телеинспекции.

Хотя задачи телеинспекции нефтяных и газовых скважин близки к задачам обследования водозаборных скважин, оборудование для телеинспекции нефтегазовых скважин имеет существенные отличия. Это определяется параметрами нефтегазовых скважин.

Первый существенный фактор – это глубина нефтегазовых скважин, которая может достигать 4000 метров (и более). Передача цветного живого видеоизображения на такое расстояние по тонкому коаксиальному кабелю или по витой паре невозможна. В связи с этим применяют либо системы с оптическим кабелем для передачи цветного живого видео, либо видеокамеры, которые подсоединяются к стандартным геофизическим кабелям и передают последовательный набор черно-белых фотографий. Большая глубина скважин накладывает дополнительные требования и на скорость спуска и подъема видеокамеры для оптимизации времени обследования скважины.

Второй фактор – это температура, которая на уровне забоя нефтегазовой скважины может достигать 90-125 градусов Цельсия (и более). Соответственно, видеокамера должна оставаться работоспособной при такой температуре.

Третьим фактором является то, что при телеинспекции нефтегазовых скважин часто интерес представляет обследование внутреннего состояния НКТ, для этого диаметр видеокамеры не должен превышать 42 мм.

Четвертым фактором является высокая мутность скважинного флюида в нефтяных скважинах. Особенно это характерно для скважин в России, и это может оказаться серьезным препятствием для широкого внедрения телеинспекции нефтяных скважин в нашей стране.

Для видеообследования стенок обсадной колонны в условиях повышенной мутности применяют комбинированные видеокамеры с модулем прямого обзора и модулем бокового обзора, каждый из которых имеет собственные светильники. Модуль прямого обзора смотрит вниз и может хорошо увидеть застрявшие в скважине предметы и состояние забоя, но плохо видит стенки обсадной колонны, так как расстояние до стенки и, соответственно, слой мутной воды, с учетом угла обзора видеокамеры достаточно велики. Видеокамера модуля бокового обзора смотрит непосредственно на стенки обсадной колонны и может вращаться для осмотра стенки по всей окружности. Расстояние между видеокамерой бокового обзора и стенкой обсадной колонны минимально, слой мутной воды небольшой, что позволяет увидеть состояние стенки колонны.

Еще одним фактором является наличие слоя нефти у зеркала скважины. Для предотвращения образования нефтяной пленки на стеклах камеры при прохождении зеркала скважины используются специальные методы и материалы.

При необходимости телевизионного обследования забоя нефтяной скважины в условиях высокой мутности жидкости в скважине применяется спуск видеокамеры через НКТ до забоя с последующим нагнетанием чистой воды через НКТ вниз к забою, что позволяет создать область прозрачной воды в зоне обследования.

Проведение телевизионной диагностики НКТ при вводе видеокамеры через лубрикатор в НКТ скважины, находящейся под давлением, необходимо учитывать давление, выталкивающее видеокамеру из скважины и препятствующее ее спуску. Это давление зависит от площади сечения кабеля видеокамеры — так как площадь нижней части видеокамеры, на которую действует давление, больше площади верхней части видеокамеры на величину площади сечения кабеля, уходящего в лубрикатор.

Характерной особенностью видеокамер для нефтяных и газовых скважин изначально являлся вынос галогенного светильника камеры прямого обзора вперед на некоторое расстояние от объектива камеры – для улучшения освещения стенок скважины в зоне их осмотра.

Однако с развитием светодиодных светильников последнее время чаще делают камеры со светодиодами, расположенными на уровне объектива камеры.

Как правило, видеокамеры для нефтяных и газовых скважин дополнительно оснащают датчиками температуры и давления.

Чаще всего питание видеокамеры для скважин осуществляется по кабелю, хотя встречаются и системы с питанием от аккумуляторов.

3. Сравнение систем телевизионной диагностики скважин, передающих живое цветное видео и систем, передающих покадровое черно-белое изображение.

Система телеинспекции нефтяных и газовых скважин на основе оптоволоконного кабеля, позволяющая передавать живое цветное видео, состоит из поста управления с монитором и устройством видеозаписи, цветной видеокамеры со встроенными светильниками (которая может быть как только прямого обзора, так и двуракурсной – с модулями прямого и бокового обзора), центраторов и кабельного барабана со специальным комбинированным грузонесущим оптическим кабелем длиной до 4000 метров на специальном кабельном барабане.

Комбинированный оптический кабель изготавливается специально для таких систем. На сегодня не известны отечественные кабели, которые выдержали бы большое количество смоток и размоток и были бы достаточно надежны, даже при использовании нескольких резервных оптических линий. Импортные специальные оптические кабели значительно надежнее, но их цена очень высока.

Преимуществом такой системы является цветное видеоизображение в реальном времени, которое значительно более информативно, чем покадровая передача черно-белых фотографий и позволяет, в том числе, оценивать притоки пластовых флюидов и анализировать характер образовавшихся отложений по их цвету.

Использование двуракурсной видеокамеры (с управляемым приводом вращения камеры бокового обзора) в такой системе дает дополнительные возможности по качественному обследованию стенок НКТ и обсадной колонны. А в случае низкой прозрачности скважинного флюида двуракурсная камера может являться единственным решением, позволяющим производить обследование стенок скважины.

Недостатками такой системы являются высокая стоимость, необходимость размещения системы на отдельном специальном грузовике, который, как правило, не несет на себе больше никакого геофизического оборудования. С точки зрения ремонтопригодности самым слабым местом таких систем является оптический кабель, так как его восстановление в случае обрыва жилы может выполнить только квалифицированный специалист со специальным оборудованием.

Фильм по системе телеинспекции скважин с оптическим кабелем.

Система телеивизионной диагностики скважин на основе черно-белой камеры с покадровой передачей информации состоит из видеокамеры со светильником, центраторов и поста управления. В качестве кабеля такая система использует любой стандартный геофизический кабель, в котором есть хотя бы одна жила кроме оплетки, а в качестве кабельного барабана – стандартный геофизический подъемник с регулируемой в нужных пределах скоростью спуска и подъема.

Видеокамера передает по кабелю последовательность быстро обновляемых черно-белых фотографий с интервалом 1,7 с (или более). Использование двуракурсной камеры в такой системе невозможно. Такая система проще, компактнее, надежнее и дешевле, но возможности ее сильно ограничены. При этом такая система вполне может использоваться в большом количестве случаев, когда обследование касается неподвижных объектов, цвет не имеет большого значения и одной качественной фотографии бывает достаточно, чтобы определить проблему.

Фильм по системе телеинспекции скважин с покадровой передачей информации.