АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗУЕМОГО РАДИОНУКЛИДА НА СКВАЖИНАХ АСТРХАНАСКОГО ГКМ

Биряльцев Е.В. ˡ, Беляев С.Н. ², Игнатова Н.М.³, Суншалиева А.Э.⁴, Тинакина Л.В.⁵

ˡКандидат физико-математических наук, сотрудник ЗАО «Октопус»; ²Начальник геологического отдела ЗАО «Октопус»; ³Студентка Астраханского государственного университета - сотрудница ЗАО «Октопус»; ⁴сотрудница ЗАО «Октопус»; ⁵сотрудница ЗАО «Октопус"

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗУЕМОГО РАДИОНУКЛИДА НА СКВАЖИНАХ АСТРХАНАСКОГО ГКМ

Аннотация

Учитывая особенности скважин АГКМ, обусловленные сложностью геолого-технических условий, а также уникальным составом добываемой пластовой смеси (сероводорода 28 % и диоксида углерода 20 %), необходим эффективный мониторинг герметичности конструкции скважин и заколонного пространства. Традиционные способы исследования скважин обладают небольшим радиусом действия и оказываются, в большинстве своем, низкочувствительны к слабоинтенсивной заколонной фильтрации флюидов, поэтому в процессе мониторинга применяются радиоактивные индикаторы.

Проведен анализ эффективности радионуклида Цезия-137, определяющий месторасположения источников МКД. Даны рекомендации по дальнейшему его использованию.

Ключевые слова: радиоактивный индикатор, Цезий-137, межколонное пространство, радионуклид, протяженные метки, гамма-каротаж.

ˡBiryaltsev E.V., ²Bеlyaev S.N., ³Ignatova N.M., ⁴Sunshalieva A.E., ⁵Tinakina L.V.

PhD in Physics and mathematics, employee of company “Octopus” ˡ; Head of the Geology Department of company “Octopus” ²; student of Astrakhan State University³; employee of company “Octopus” ⁴; employee of company “Octopus” ⁵

ANALYSIS OF THE EFFECTIVENESS OF THE RADIONUCLIDE USED IN THE WELLS OF THE ASTRAKHAN GAS CONDENSATE FIELD

Abstract

The article considers analysis of the effectiveness of the radionuclide cesium-137, which determines the location of the sources of the intercolumned pressure. There are recommendations for its further use.

Keywords: radiotracer, Cesium-137, intercolumned space, radionuclide extended label, gamma ray.

Для обеспечения контроля за герметичностью обсадных колонн, межколонных и заколонных пространств на Астраханском ГКМ применен метод радиоактивных индикаторов (РАИ). Установка РАИ проводится с 1993г и по настоящее время, за это время РАИ были установлены в 46 скважинах. Для решения промыслово-геологических задач используются гамма-каротажные РК (ГК) исследования, определяющие места расположения РАИ по стволу скважины и околоствольной зоне, а также дальнейшие изменения, происходящие с ними (см. рис.1).

Радиоактивные индикаторы (РАИ) находятся в латунных капсулах, помещенных в цилиндрический контейнер, который устанавливается на центраторах  обсадных колонн с таким расчетом, чтобы располагаться над проявляющими пластами (см. рис. 2).

Контейнер имеет перфорированную боковую поверхность. На дне корпуса и крышки капсулы имеются отверстия. Внутри контейнера, также помещается навеска кристаллического каустика. Донышко капсулы изготовлено из алюминия высокой чистоты, в крышке капсулы установлен обратный клапан шарикового типа. Контейнеры капсулы устанавливается на центраторе и закрепляется металлической скобой.

После спуска колонны и ее цементирования, под воздействием температуры и химических составляющих окружающей жидкости, контейнеры разрушаются и раствор изотопа попадает в межколонное пространство. При движении флюида происходит перенос радиоактивной жидкости, что фиксируется при записи гамма-каротажа.

При этом к РАИ предъявлялись следующие требования, как:

- индикатор должен меньше адсорбироваться на поверхности цементного камня, должен иметь период полураспада, позволяющий регистрировать гамма-аномалии через 10-15 лет после его введения;

- радионуклид должен хорошо растворяться в воде.

Исходя из этих требований, в качестве РАИ был выбран хлорид щелочной группы металлов - Цезий-137 (Cs-137).

Хлориды щелочной группы металлов входят в состав пластовой воды и жидкости затворения цементного раствора.

Ядерно-физические характеристики радионуклида Цезий-137 представлены в таблице 1

Таблица 1 - Ядерно-физические характеристики радионуклида Цезий-137

Период полураспада, лет	30.174
Энергия гамма-квантов, Мэв	0.661
Гамма-постоянная, Р*см2/ч*мКн	3.192
Группа радиационной опасности	Б
Предел годового поступления, Бк/год	4.8*109
Растворимость в воде	хорошая

Пусковая активность используемого на АГКМ радионуклида (Цезий-137) для одной капсулы составляет 0.169 мКн.

Способ определения межколонных и межпластовых перетоков с помощью радиоактивных индикаторов (РАИ) признан изобретением и включен в «Технологический регламент крепления эксплуатационных скважин на Астраханском ГКМ» 2004г.

В скважинах, где РАИ не прослеживаются, γ-активность снизилась, по сравнению с первоначальными показаниями РК (ГК) в колонне, проведенном сразу же, после спуска эксплуатационной колонны и сопоставима с радиоактивностью пород, напротив которых они установлены. В скважинах, где РАИ сохраняются, γ-активность или сохраняется на прежнем уровне (РАИ установлены 2010 – 2013 гг.), или снижается за счет естественного распада радионуклида. Практически во всех скважинах, где РАИ сохранились, в интервалах, ниже и выше их установки отмечается увеличение радиоактивности пород, связанное с размывом РАИ во время цементажа. Проводя анализ сводной интерпретации (см. таблицу 2), мы отмечаем, что только в двух скважинах геофизические исследования подтверждают «сохранность» РАИ на протяжении 9 и 13 лет. В среднем регистрация приборами РК (ГК) радиоактивного вещества (РВ) составляет 6 – 8 лет. Повышение количества РВ, для увеличения срока регистрации РАИ будет угрожать экологической безопасности эксплуатации месторождения.

Анализируя процессы, протекающие после установки радиоактивных изотопов, можно отметить, что:

1. РАИ устанавливается с 1993 г. В период с 1993 г. по 2001 г. установлены на 13-и скважинах, с 2001 г. по 2006 г. на 6-и скважинах, с 2006 г. по 2011 г. – на 20-и скважинах и с 2011 г. по 2013 г. – на 7-и скважинах.
2. Не все установленные радионуклиды прослеживаются на временных замерах РК (ГК).

Таблица 2

Кол-во скважин	Радионуклиды не прослеживаются после установки через…..
	0 лет	1 год	2 года	3 года	4 года	6 лет	8 лет	9 и более	Всего
	5	2	2	1	2	1	2	2	17

В остальных 22-х скважинах, кроме семи скважин, на которых установлены РАИ в 2010 – 2013 гг. произошло снижение радиоактивности в 2 – 5 раз.

3. Особенно быстрое снижение радиоактивности РАИ до естественной радиоактивности окружающих пород наблюдается в сакмаро-артинских (P₁s-ar) и филипповских отложениях (P₁k fl). Эти отложения отличаются повышенным содержанием радиоактивных изотопов, относительно пород других стратиграфических подразделений.  
4.  Существуют две скважины, на которых с 2005г. был установлен РАИ. При проведении временных геофизических исследований было зарегистрировано увеличение γ-активности радиоактивного вещества (РВ) выше пусковой. Природа этого явления не выяснена.
5. В интервале установки РАИ отмечается, как правило, максимальное значение γ-активности и постепенное уменьшение ее в интервале протяженностью 2 – 3 м над установкой радионуклида до уровня показаний в открытом стволе скважины, что связанно с размывом РАИ при цементаже.
6. В 2-х скважинах при спуске и цементаже колонн произошел разрыв капсул с РАИ, с продвижением его по затрубному пространству и дальнейшей фиксацией на глубинах отличных от глубин установки (см. рис. 3).
7. Наблюдается размыв РАИ протяженностью 15 – 20 м на временных замерах РК (ГК), связанный с продвижением флюида по МКП 7(6)×9 в 7-и скважинах, по МКП 9×12 в одной скважине. При этом давление было в МКП 6×9 в 16-и скважинах, 9×12 в 8-и скважинах.
8. В одной скважине размыв РАИ наблюдался с 1998 г., а МКД 9×12 появилось только в 2007 г. (источник – возможно рапонасыщенный пропласток P₁k ir).
9. В 4-ех скважинах размыва РАИ не наблюдается, происходит снижение радиоактивности, вследствие естественного распада. В тоже время присутствует МКД в МКП 7(6)×9 и 9×12.
10. Устанавливаемые  на центраторах капсулы с РАИ являются стационарными точечными метками на основе изотопа Cs-137. 

Выводы и рекомендации

1. Проведенный анализ установленных РАИ в 46 скважинах на Астраханском ГКМ указывает на необходимость применения не только радиоактивного изотопа Цезия-137 на месторождении, но возможно предложение другого радиоактивного изотопа, так как мы наблюдаем малый срок регистрации приборами РК (ГК) Цезия-137 (6 – 8 лет).
2. В настоящее время на скважинах АГКМ устанавливаются в заколонном пространстве стационарные точечные метки на основе изотопа Cs-137. 

Основным недостатком точечных меток является то, что они охватывают очень ограниченный объем заколонного пространства, поэтому в случае возникновения заколонного перетока вероятность воздействия на них возникшим потоком пластовых флюидов сокращается. Данное обстоятельство требует увеличения количества капсул в интервале установки РАИ, что приведет к экологическому ухудшению объекта мониторинга, и к технологическому осложнению. Поэтому эффективнее устанавливать метки, которые заполняют полностью заколонное пространство, мощностью 50 – 100 м (протяженные).

3. Протяженные метки можно получить, если в тампонажный раствор на устье вводить расчетное количество радиоактивных изотопов.
4. Не всегда наличие размыва РАИ поступающим флюидом подтверждается появлением давлений в МКП. Флюид может поступить к устью через несколько лет или не поступить совсем.
5.  При отсутствии размыва РАИ и наличии МКД, источником его являются вышерасположенные пласты-коллекторы, поэтому необходимо установка дополнительных РАИ.

Рекомендуемые интервалы установки РАИ:

• в МКП, в районе башмаков колонн с целью определения интервала расположения источника МКД ниже или выше башмака;
• в МКП и заколонном пространстве, в кровле вероятного источника МКД (кепрок, ангидритовые пачки, рапоносные линзы P₁k ir, меловые (К₂, К₁), юрские (J₃, J₂), неогеновые отложения N₂а);
• интервалы установок РАИ за различными колоннами не должны совпадать, минимальное расстояние между индикаторами должно составлять не менее 100 м.

(См. рис. 5).

6. Опыт применения Cs-137 на АГКМ показывает, что его период полураспада (6 – 8 лет) недостаточен для длительного мониторинга при установке протяженной метки. Использование указанного изотопа для удаленного мониторинга имеет тот недостаток, что для подобного типа индикаторов наблюдается отставание его от движущегося заколонного потока. Указанного выше недостатка можно избежать, если использовать для длительного мониторинга заколонного (околоствольного), межколонного и внутрискважинного пространства другие РАИ.
7. Новые радионуклиды, выбранные к применению в целях мониторинга, должны отвечать следующим требованиям:

- иметь период полураспада, обеспечивающий надежный, длительный мониторинг скважин до 50 лет в условиях АГКМ;

- иметь при распаде гамма-кванты с энергией более 0,5 Мэв;

- обладать растворимостью или подвижностью в газообразных и жидких углеводородах;

- быть инертным веществом, либо иметь водорастворимые соединения, то есть слабо адсорбироваться на твердой поверхности (в целях обнаружения заколонных перетоков и для удаленного мониторинга);

- быть экономически доступным и экологически безопасным.

Рис. 1. Пример интерпретации радиоактивных методов с размывом при цементаже

Рис. 2. Схема фактической установки РАИ

Рис. 3. Пример интерпретации радиоактивных методов с  разрывом капсул РАИ

Рис. 4  Рекомендуемая схема установки РАИ

Рис. 5 Пример интерпретации радиоактивных методов с размывом РАИ поступающим флюидом в МКП