Разработка методики нестационарной термометрии для диагностики заколонной среды в верхней части разреза скважин (на примере месторождений Республики Татарстан)

Вид материала

Автореферат

Содержание Общая характеристика работы Целью диссертационной работы Основные задачи исследований Методы исследований. Научная новизна. Основные защищаемые положения. Практическая ценность и реализация работы. Апробация работы. Структура и объем работы. Краткое содержание работы 1- за колонной вода, за кондуктором – вода + переток Публикации по теме диссертации

Подобный материал:

• Программа семинара «капитальный ремонт скважин», 53.5kb.
• М. В. Газонаполненные тампонажные системы для крепления скважин, 1466.7kb.
• Учебный план программы профессиональной переподготовки «Эксплуатация нефтяных и газовых, 141.36kb.
• Обоснование технологии строительства скважин для эффективной разработки месторождений, 175.91kb.
• Положение о рейтинге Кафедра разработки и эксплуатации газовых и газоконденсатных месторождений, 11.25kb.
• Повышение эффективности эксплуатации скважин электроцентробежными насосами после гидравлического, 237.59kb.
• Кабинет министров республики татарстан постановление от 31 августа 2004 г. N 395, 479.08kb.
• Разработка и совершенствование технологических решений по повышению эксплуатационных, 285.93kb.
• Методические указания и задания на контрольные работы учебной дисциплины «Бурение нефтяных, 375.09kb.
• Совершенствование методик построения карт карбонатности и выбора скважин для соляно-кислотных, 277.75kb.

На правах рукописи

Баженов Владимир Валентинович


Разработка методики нестационарной термометрии для диагностики ЗАКОЛОННОЙ СРЕДЫ В ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ РАЗРЕЗА СКВАЖИН

(на примере месторождений Республики Татарстан)

Специальность:

25.00.10 – «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Уфа – 2007


Работа выполнена в ООО «ТНГ-Групп» и Башкирском государственном университете.

Научный руководитель:	доктор технических наук, профессор Валиуллин Рим Абдуллович
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, старший научный сотрудник Кнеллер Леонид Ефимович
	кандидат технических наук, старший научный сотрудник Коровин Валерий Михайлович
Ведущая организация:	Институт «ТатНИПИнефть» ОАО «Татнефть» (г.Бугульма)

Защита диссертации состоится «14» ноября 2007 года в 15⁰⁰ часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 520.020.01 при открытом акционерном обществе «Научно-производственная фирма «Геофизика» (ОАО НПФ «Геофизика») по адресу: 450005, г.Уфа, ул.8-ое Марта, 12.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО НПФ «Геофизика».


Автореферат разослан «13» октября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук

Д.А. Хисаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы. Одним из важнейших этапов природоохранной деятельности в районах разработки нефтяных месторождений Республики Татарстан является контроль за чистотой и сохранностью естественных запасов пресных вод.

Особое внимание при этом уделяется состоянию пресноводных пластов, находящихся в пределах верхнепермских отложений, перекрытых кондуктором. Некачественное цементирование кондуктора в процессе строительства скважины создает предпосылки для возникновения межпластовых перетоков, следствием которых может быть:

- загрязнение и осолонение пресноводных пластов при прорыве вверх минерализованных вод из разрабатываемого интервала (восходящий переток);

- потери запасов пресных вод при их перетекании в нижележащие высокоминерализованные водоносные горизонты (нисходящий переток).

Очевидно, выявление и определение направления межпластовых заколонных перетоков относится к важнейшим задачам контроля за разработкой нефтегазовых месторождений.

В практике геофизических исследований для непосредственного выявления перетоков жидкости и газа по заколонному пространству во время исследований используются термические, радиоактивные и акустические методы. Термометрия – наиболее распространенный и информативный метод по выявлению заколонных перетоков. Однако известные методики не позволяют однозначно определить интервал межпластового заколонного перетока в условиях скважины многоколонной конструкции в верхней части разреза. Это связано со сложным характером теплового поля в интервале заколонного движения, разнообразием проявления температурных эффектов в скважине, различием в условиях проведения измерений.

В связи с этим возникает необходимость дальнейшего развития метода термометрических исследований для диагностики верхней части скважины. Перспективным здесь является использование нестационарных температурных полей, искусственно создаваемых в интервале исследования. При этом важным для решения задач диагностики является период расформирования нарушенного теплового поля.

Следовательно, для обеспечения информативности метода и достоверности решения задач диагностики состояния закондукторной среды, выявления межпластовых заколонных перетоков в верхней части скважины методом нестационарной термометрии, большое значение приобретает теоретическое и экспериментальное исследование процесса расформирования искусственного теплового поля и разрабатываемые на его основе новые методологические и технологические приемы контроля за техническим состоянием скважины.

Целью диссертационной работы является повышение информативности и достоверности решения задач диагностики закондукторной среды методом нестационарной термометрии на основе теоретических и экспериментальных исследований температурных полей в системе скважина-пласт, разработка технологии нестационарной термометрии для геолого-технологических условий верхней части разреза Ромашкинского нефтяного месторождения.

Основные задачи исследований:

1. Анализ информации для характеристики объектов геофизического контроля в верхней части разреза Ромашкинского нефтяного месторождения. Анализ литературных источников, геофизических методов и технологий для определения межпластовых заколонных перетоков в нефтяных и газовых скважинах.
   
2. Проведение экспериментальных исследований на физических моделях по изучению расформирования искусственного теплового поля для условий скважины с несколькими колоннами при межпластовом перетоке и различном заполнении заколонного пространства.
   
3. Разработка математической модели теплопереноса при расформировании искусственного теплового поля в системе скважина-пласт для условий скважины многоколонной конструкции при горизонтальной фильтрации, межпластовом перетоке и различном заполнении слоев заколонного пространства.
   
4. Выбор и обоснование параметров теплового возмущения скважины в верхней части разреза.
   
5. Разработка методики обработки и интерпретации данных нестационарной термометрии в скважинах с многоколонной конструкцией при горизонтальной фильтрации, межпластовом перетоке и различном заполнении слоев заколонного пространства Ромашкинского нефтяного месторождения.
   

Методы исследований. Методика исследований включает анализ и обобщение промыслово-геофизических исследований, проведение экспериментальных работ на моделях скважин, постановку и решение математических задач, качественное сопоставление полученных результатов с экспериментальными данными, апробацию разработанной методики в верхней части разреза скважин.

Научная новизна.

1. На основании экспериментальных и теоретических исследований установлены основные закономерности расформирования искусственного теплового поля в системе скважина-пласт:

- для двухслойной заколонной среды процесс восстановления температуры можно разделить на два этапа. В течение первого этапа скорость восстановления первоначальной температуры определяется теплофизическими свойствами слоя межколонной среды. Если межколонное пространство модели заполнено водой, то длительность первого этапа составляет порядка 20 минут. Теплофизические свойства слоя закондукторной среды оказывают определяющее влияние на втором этапе восстановления температуры. Этот этап охватывает интервал времени ∆t = 20 - 80 минут после создания искусственного теплового поля;

- при прочих равных геолого-технологических условиях в интервалах горизонтальной фильтрации жидкости скорость восстановления первоначальной температуры больше, чем в интервалах ее вертикального движения (заколонного перетока).

2. Установлено, что для достоверной диагностики состояния скважины в верхней части разреза длительность возмущения теплового поля в скважине должна определяться временем распространения температурного сигнала от среды, заполняющей эксплуатационную колонну до закондукторного пространства.

3. Разработана технология диагностики состояния закондукторной среды методом нестационарной термометрии путем временного анализа параметров расформирования искусственного теплового поля.


Основные защищаемые положения.

1. Результаты физического и математического моделирования расформирования нарушенного теплового поля в скважине многоколонной конструкции при наличии межпластового перетока, горизонтальной фильтрации и различного заполнения слоев заколонного пространства.

2. Технология диагностики закондукторной среды в верхней части разреза скважины методом нестационарной термометрии, основанная на создании теплового возмущения и временном анализе восстановления температуры в интервале исследования.

3. Научно-обоснованные алгоритмы обработки и интерпретации данных нестационарной термометрии в верхней части разреза скважины.

Практическая ценность и реализация работы. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы в геофизических предприятиях при совершенствовании технологии термометрических исследований по определению интервалов межпластовых закондукторных перетоков, направления фильтрации межпластовых перетоков, интервалов с активной горизонтальной фильтрацией, оценке характера заполнения закондукторного пространства. Технология проведения исследований методом нестационарной термометрии включена в РД 153 - 39.1 - 415 - 05 «Инструкция по выбору методов исследований при ремонте скважин» в качестве одного из методов информационного обеспечения при ремонте кондукторов в ОАО «Татнефть». С использованием результатов проведенных работ составлен проект «Методических рекомендаций по применению методов нестационарной и инфракрасной термометрии для выявления заколонных и закондукторных перетоков». Программа обработки нестационарной термометрии, реализующая разработанный автором алгоритм расчета интерпретационных параметров, внедрена и используется в Научно-техническом управлении ООО «ТНГ-Групп».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

1. XXI Научно-техническая конференции молодых ученых и специалистов ТатНИПИнефть, Бугульма, 1990 г.

2. Международная конференция «Нефть и газ - 96», Уфа, 1996г.

3. Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов «Геофизика-97», Санкт-Петербург, 1997г. (Устный доклад по применению метода нестационарной термометрии для решения задач экологии признан одним из лучших и получил медаль).

4. Семинар-тендер в ОАО «Татнефтегеофизика» по проблемам методов определения качества цемента за кондуктором и закондукторных перетоков, Бугульма, 1997г.

5. Международная конференция и выставка по геофизическим исследованиям скважин «Москва-98», Москва, 1998г.

6. Международный симпозиум «Новые высокие информационные технологии для нефтегазовой промышленности», Уфа, 1999г.

7. Межрегиональная научно-практическая конференция, посвященная 60-летию начала разработки месторождений нефти в Татарстане и 50-летию г.Альметьевска «Перспективы и эффективность разработки залежей нефти в карбонатных и слабопроницаемых коллекторах», Альметьевск, 2003г.

8. Научно-техническая конференция, посвященная 50-летию ТатНИПИнефть, Бугульма, 2006г.

Кроме того, результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на научно- и производственно-технических семинарах и совещаниях в подразделениях ОАО «Татнефть», ОАО «Татнефтегеофизика» и ООО «ТНГ-Групп».

Публикации. По теме диссертации автором и в соавторстве опубликовано 9 печатных работ, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК, -2. Список указанных работ приведен в конце автореферата.

В работах, опубликованных в соавторстве, автору принадлежат постановка задач, участие в теоретических, экспериментальных и промысловых исследованиях, интерпретация и обобщение полученных результатов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 173 страницы и включает список литературы из 84 наименований, 73 рисунка и 9 таблиц.

Выражаю признательность сотрудникам кафедры геофизики БашГУ Р.Ф.Шарафутдинову, А.Ш. Рамазанову за консультации в области теории тепло- и массопереноса.

Автор признателен сотрудникам геологической службы ОАО «Татнефть», в особенности НГДУ «Азнакаевскнефть», НГДУ «Альметьевнефть», Азнакаевского и Альметьевского УПНП и КРС за профессиональную поддержку и содействие в организации скважинных исследований, особенно в начальный период проведения исследовательской работы.

Выражаю признательность Р.М.Миннуллину, Г.С.Каримову, Н.И.Хаминову, В.И.Дворкину, Р.Л.Ибрагимову, плодотворное сотрудничество с которыми способствовало решению поставленных перед автором задач.


КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель, задачи исследования, научная новизна и практическая значимость, приводятся основные результаты работы и защищаемые положения.

В первой главе проведен анализ геолого-технологических условий верхней части разреза Ромашкинского нефтяного месторождения. Показано, что в пресноводной части разреза существуют геологические и техногенные предпосылки для возникновения заколонных перетоков. Это различие пластовых давлений, некачественное разобщение водоносных пластов по различным причинам.

В интервале кондуктора при отсутствии цемента возможно возникновение перетоков пресных или слабоминерализованных вод. Это могут быть нисходящие перетоки сверху вниз пресных вод или восходящие перетоки снизу вверх слабоминерализованных вод. Причиной их возникновения является разность пьезометрических уровней водоносных горизонтов в верхней части разреза.

В зависимости от геолого-технологических условий в верхней части разреза можно выделить 4 случая закондукторных перетоков:

1. Башмак кондуктора прихвачен цементом. Скважина расположена на водоразделе или высокой надпойменной террасе. Наблюдаются перетоки пресных вод сверху вниз. При этом на водоразделе за счет обрушения терригенных пород затрубное пространство постепенно заполняется терригенным материалом и перетоки могут прекратиться.

2. Башмак кондуктора прихвачен цементом. Скважина расположена в долине реки на низких отметках. Наблюдаются заколонные перетоки снизу вверх слабоминерализованных вод в пресные водоносные горизонты. Происходит осолонение последних.

Если башмак кондуктора не прихвачен цементом, то положение дел значительно осложняется. Здесь добавляется еще 2 случая.

3. За кондуктором цемент отсутствует. За эксплуатационной колонной цемент недоподнят. На водоразделах и высоких надпойменных террасах наблюдаются перетоки сверху вниз и потеря пресных вод. Такой переток может длиться годами.

4. За кондуктором цемент отсутствует. За эксплуатационной колонной цемент недоподнят. В долинах рек на низких отметках за кондуктором наблюдается переток слабоминерализованных вод снизу вверх, который может дополняться заколонным перетоком соленых вод и рассолов снизу вверх. Это ведет к осолонению пресных вод.

Проведен анализ существующих методов диагностики заколонной среды и выявления заколонных перетоков. Наиболее информативными методами при определении заколонных перетоков являются термометрия, шумометрия и методы РК. Изучению и решению данной проблемы указанными методами посвящены многочисленные публикации отечественных (Дахнов В.Н., Дьяконов Д.И., Чекалюк Э.Б., Череменский Г.А., Позин Л.З., Пудовкин М.А., Резванов Р.А., Непримеров Н.Н., Николаев С.А., Гаврина Т.Е., Дворкин И.Л., Афанасьев Е.Ф., Буевич А.С., Филлипов А.И., Кременецкий М.И., Кирпиченко Б.И., Проселков Ю.П., Яковлев Б.А., Воронков Л.Н., Хайретдинов Р.Ш., Хуснуллин М.Х., Шумилов В.А., Юсупов М.З. и др.) и зарубежных авторов (Batchelor G.K., Britt E.L., Claude E., Cooke Jr., McKeon D.C., Scott H.D. и др).

Применение метода термометрии для определения заколонных межпластовых перетоков широко используется в практике геофизических исследований скважин. Исследованию особенностей температурных полей в задачах диагностики коллекторов и скважин посвящены работы сотрудников кафедры геофизики БГУ Валиуллина Р.А., Шарафутдинова Р.Ф., Рамазанова А.Ш., Назарова В.Ф., Федотова В.Я., Яруллина Р.К. и др.

Исследования с применением шумометрии, радиоактивных методов и термометрии позволяют в большинстве случаев выявить наличие межпластовых перетоков в интервалах продуктивных горизонтов. Однако область применения существующих методик выделения межпластовых перетоков в верхней части разреза ограничена, с одной стороны, требованиями безопасности и экологии, а с другой - низкой информативностью методов в условиях многочисленных внешних помех и искажающих факторов.

Во второй главе приводятся результаты экспериментальных работ и численного моделирования по изучению скорости восстановления первоначальной температуры в зависимости от геометрии и свойств заколонного пространства для условий скважин многоколонной конструкции в верхней части разреза.

Для установления основных закономерностей процесса расформирования искусственного теплового поля в скважине проведена серия экспериментальных работ на моделях участка скважины, имитирующих реальные скважинные условия.

Основными целями проведения экспериментальных работ на физических моделях скважины были:

1. Изучение основных закономерностей процесса расформирования искусственного теплового поля для разработки технологии создания искусственного теплового поля в верхней части разреза.

2. Изучение основных закономерностей процесса расформирования искусственного теплового поля для разработки технологии регистрации процесса расформирования искусственного теплового поля в верхней части разреза.

3. Изучение основных закономерностей расформирования искусственного теплового поля для разработки методики интерпретации нестационарной термометрии в верхней части разреза.

Для проведения экспериментальных работ были изготовлены модели скважины (рис. 1).

Рис. 1. Схематическое изображение конструкции моделей скважины: а) – модель одноколонной скважины; б) – модель одноколонной скважины с цементным кольцом; в) модель двухколонной скважины

По результатам физического моделирования установлено, что скорость восстановления первоначальной температуры в скважине определяется теплофизическими свойствами слоев заколонного пространства. При наличии двухслойной заколонной среды скорость восстановления первоначальной температуры в скважине изменяется при распространении тепла из одной среды в другую и зависит от теплофизических свойств этих слоев. На рис. 2 показано, как изменяется характер нестационарной температуры на моделях однослойной и двухслойной среды.

Установлено, что наличие за обсадной колонной промежуточного слоя цементного камня с отличными от вмещающей среды теплофизическими свойствами уменьшает скорость восстановления первоначальной температуры, но не изменяет общие закономерности восстановления первоначальной температуры, характерные для водо- и нефтенасыщенного песчаника.

На модели двухколонной скважины проведены экспериментальные исследования с целью выбора оптимального времени диагностики закондукторной среды. Исследования проводились для наиболее распространенного случая, когда между колонной и кондуктором находится вода. Было установлено, что теплофизические свойства слоя закондукторной среды оказывают определяющее влияние на величину темпа охлаждения в интервале времени ∆t = 20 - 80 минут после создания искусственного теплового поля.

Рис.2. Зависимость скорости изменения относительной температуры U=(T-T0)/Tн-T0) от времени при отсутствии (а) и при наличии (б) цементного кольца. Заколонная среда: 1- нефтенасыщенный песчаник, 2-водонасыщенный песчаник

С использованием термодатчиков, расположенных в радиальном направлении в закондукторном пространстве модели (рис.1в), экспериментальным путем было получено оптимальное значение начальной температуры при создании искусственного теплового поля в интервале исследования. Оказалось, что при диагностике закондукторного пространства необходимо и достаточно создать начальную температурную аномалию ∆T, равную 30°C. С одной стороны это позволит получить необходимую информацию для диагностики закондукторной среды, а с другой - сэкономить время и средства на непродуктивном нагреве скважины в интервале исследования.

Наличие межпластового перетока за кондуктором ускоряет процесс восстановления первоначальной температуры. Экспериментально установлено, что чем выше дебит перетока, тем интенсивнее идет процесс остывания воды в колонне. На рис. 3 приведены результаты экспериментального изучения влияния интенсивности перетока за кондуктором на процесс восстановления первоначальной температуры в стволе скважины.

Рис. 3 Зависимость скорости изменения относительной температуры U=(T-T0)/Tн-T0) от времени в колонне скважины (а) и относительного изменения показаний термодатчика на стенке скважины (б) при перетоках за кондуктором различного дебита.

Для расширения возможностей изучения процессов теплопередачи в геометрии многоколонной скважины в дополнение к экспериментальному моделированию было разработано техническое задание на проведение численных расчетов температурных полей в системе скважина-пласт. На основании технического задания были разработаны математические модели для следующих скважинных условий, характерных для скважины в интервале кондуктора:

- численная модель восстановления температуры в среде с коаксиальными границами раздела при отсутствии фильтрации;

- численная модель восстановления температуры в среде с коаксиальными границами раздела при горизонтальной фильтрации;

- численная модель восстановления температуры в среде с коаксиальными границами раздела при межпластовом перетоке за кондуктором.

Разработанные численные модели были использованы при создании программы расчета расформирования искусственного теплового поля. Программа была разработана на кафедре геофизики физического факультета Башкирского госуниверситета и предназначена для получения численных параметров процесса расформирования искусственных тепловых полей в условиях скважины двухколонной конструкции.

Проведение численного моделирования позволило уточнить закономерности расформирования искусственного теплового поля для различных геолого-технологических условий. В частности, расчетным путем было установлено, что в одинаковых геолого-технологических условиях в интервалах горизонтальной фильтрации жидкости скорость восстановления первоначальной температуры больше, чем в интервалах ее вертикального движения (заколонного перетока). Быстрее всего восстановление температуры происходит в интервале горизонтальной фильтрации в случае полного отсутствия цемента за колонной и кондуктором (рис. 4).

Были рассмотрены результаты физического и математического моделирования процессов расформирования искусственного теплового поля. Выявлены основные закономерности расформирования искусственного теплового поля в различных геолого-технологических условиях, характерных для скважин двухколонной конструкции.

Результаты математического и физического моделирования показали, что процесс восстановления первоначальной температуры для двухколонной скважины можно разделить на два этапа.

В течение первого этапа скорость восстановления первоначальной температуры определяется теплофизическими свойствами слоя межколонной среды. На втором этапе, в процессе дальнейшего остывания на скорость восстановления первоначальной температуры начинают оказывать влияние теплофизические свойства закондукторной среды и процессы фильтрации.

Рис. 4 Зависимость скорости изменения относительной температуры U=(T-T0)/Tн-T0) от времени в колонне скважины при фильтрации по пласту и при заколонном перетоке
Шифр кривых:	1- за колонной вода, за кондуктором – вода + переток; 2- за колонной цемент, за кондуктором – вода+ переток; 3- за колонной вода, за кондуктором – вода+гориз. фильтрация; 4- за колонной цемент, за кондуктором – вода+гориз. фильтрация

Показано, что основные закономерности расформирования искусственного теплового поля для условий скважины двухколонной конструкции при различном заполнении заколонного пространства и при заколонных перетоках различных дебитов, полученные в расчетах и экспериментальным путем, совпадают. Это свидетельствует об адекватности предложенных математических моделей физическому процессу.

В третьей главе приведены результаты работ по разработке технологии нестационарной термометрии для диагностики состояния заколонной среды в скважинах в интервале кондуктора. Разработанная технология включает в себя три основных этапа: создание искусственного теплового поля, регистрация процесса его расформирования, обработка и интерпретация полученных результатов.

Создание искусственного теплового поля осуществляется путем промывки интервала исследования горячей водой. Схема монтажа технологического оборудования приведена на рис. 5.

Рис.5 Схема монтажа оборудования для закачки воды при создании искусственного теплового поля в интервале кондуктора

Для успешного проведения работ и получения достоверной информации необходимо, чтобы тепловое возмущение, формируемое в процессе закачки жидкости, не охватило исследуемую область за кондуктором. Это достигается за счет ограничения времени теплового воздействия при закачке жидкости в скважину. Время закачки выбирается из условия:

tзак< tкр = 0.2(Rk - R)2 /а,

где:

Rk - радиус кондуктора;

R - радиус колонны;

а - температуропроводность среды между колонной и кондуктором.

Протяженность интервала исследования означает, что при промывке его горячей водой фронт закачиваемой воды достигает различные точки интервала в различные моменты времени. Из этого следует, что в процессе создания теплового поля длительность теплового воздействия изменяется в интервале исследования. В условиях кратковременных промывок этот фактор необходимо учитывать.

В процессе экспериментальных работ было изучено влияние длительности закачки на временной режим восстановления температурного поля. Сравнение температурных спадов показало, что спады, полученные после прокачки горячей воды, как бы «отстают» по времени от аналогичного спада для «мгновенного» теплового поля. Причем чем более длительный был процесс закачки, тем больше наблюдаемое «отставание».

Рис. 6. Зависимость коррекции времени для температурного спада от длительности закачки при создании искусственного теплового поля.

На рис. 6 представлена зависимость ∆Т_кор = f(Т_зак), построенная по результатам экспериментов на модели скважины двухколонной конструкции. Здесь ∆Т_кор - это коррекция времени для приведения нестационарной температуры к условиям «мгновенного» создания теплового поля, а Т_зак – продолжительность закачки.

Зная длительность начального теплового воздействия в процессе закачки на каждом шаге квантования по глубине, путем введения временной коррекции в температурные спады приводим их к условиям «мгновенного» теплового поля, т.е. к единым условиям по всему изучаемому интервалу. Этот алгоритм включен в программу обработки нестационарной термометрии.

Регистрация процесса расформирования искусственного теплового поля проводится в течение 2,5 - 3 часов от момента начала закачки. Запись всех термограмм осуществляется через НКТ при спуске прибора. Из-за скоротечности процессов восстановления начальной температуры (особенно в течение первого часа) скорость записи термограмм должна быть не менее 1500 м/час. В зависимости от протяженности интервала исследования в указанный временной период удается зарегистрировать 10 - 12 термограмм.

На рис. 7 представлена технологическая карта проведения работ на скважине по созданию искусственного теплового поля и регистрации процесса его расформирования.

Рис. 7 Технологическая карта работ на скважине при проведении исследований методом нестационарной термометрии

В процессе работ на скважине ведется хронометраж технологических операций, а именно: фиксируются времена начала и конца закачки, времена начала и конца записи каждой термограммы. Точная привязка результатов измерений к разрезу проводится по кривой ГК, также регистрируемой при проведении исследований. Весь цикл работ на скважине (включая подготовку и закачку нагретой воды) занимает не более 4 часов.

Для математической обработки затухающего теплового поля создается массив исходных данных, в котором с заданным шагом квантования по глубине зарегистрирована изменяющаяся температура в скважине и определено время, которому эта температура соответствует.

Алгоритм обработки нестационарной термометрии состоит из двух основных этапов:

• создание и редактирование температурно-временного массива исходных данных, описывающего процесс затухания искусственного теплового поля в интервале исследования;
  
• собственно расчет параметров затухания искусственного теплового поля
  

Расчет координаты времени остывания (t) на каждом шаге квантования по глубине для каждой термограммы (кроме фоновой) проводится по следующей схеме:

0. Рассчитывается момент времени (t_фронт) прихода в точку наблюдения фронта закачиваемой горячей воды.
   
1. Рассчитывается момент времени (t_рег) прихода термометра в точку наблюдения при записи обрабатываемой термограммы.
   
2. Рассчитывается величина временной поправки (t_попр) за длительность закачки для данной точки интервала исследования скважины.
   

Результирующая временная координата (t) определяется как разность между моментами времени прихода термометра в точку наблюдения (t_рег) и времени прихода в точку наблюдения фронта закачиваемой горячей воды (t_фронт) с учетом временной поправки за длительность закачки (t_попр):

t = tрег - tфронт - tпопр

При обработке результатов нестационарной термометрии определяются интерпретационные параметры, позволяющие всесторонне оценить состояние заколонной и закондукторной среды по параметрам затухания теплового поля во времени. Для этого рассчитываются три группы интерпретационных параметров: динамические, интегральные, а также параметр Fц для оценки степени заполнения закондукторного пространства.

Динамика расформирования искусственного теплового поля представляется через серию значений относительных тепловых потерь, рассчитываемых последовательно за равные промежутки времени. Ширина временного окна для расчета динамических параметров задается в диапазоне от 10 до 30 мин. Расчет значений относительных тепловых потерь проводится в «узких» временных окнах: 20 - 40 мин, 40 - 60 мин, 60 - 80 мин, 80 -100 мин, 100 - 120 мин.

Интегральные относительные тепловые потери в отличие от динамических определяются в «широком» временном окне, например 20 – 90 мин, 20 – 140 мин, 20 – 180 мин. Анализируя поведение интегрального параметра Инт по разрезу, можно определить интервалы с естественным и принудительным характером потерь тепла и таким образом локализовать активные водопроявления, являющиеся источниками принудительного отбора тепла.

Физический смысл параметра, называемого цементным отношением Fц, состоит в том, что сравниваются тепловые потери в момент наибольшего влияния кольцевого слоя закондукторного пространства в период времени (t₁ - t₂) с такими же потерями в период времени (t₃ – t₄), когда преобладает влияние окружающих скважину горных пород.

Для обработки нестационарной термометрии разработано специальное программное обеспечение. Подготовка исходных данных, а также построение результирующих планшетов осуществляется в графическом редакторе системы «Прайм».

Интерпретация результатов нестационарной термометрии заключается в анализе изменения интерпретационных параметров в интервале исследования. Используя результаты физического моделирования и опыт проведения скважинных исследований методом нестационарной термометрии, были определены основные закономерности в изменении интерпретационных параметров при различных состояниях закондукторной среды. Для упрощения процедуры интерпретации физические состояния закондукторной среды были классифицированы на типичные случаи. Каждому из таких случаев соответствует свой набор значений интерпретационных параметров. Для удобства пользования и наглядности вся эта информация сведена в таблицу и представлена графически.

Проведен анализ результатов интерпретации нестационарной термометрии, который показал, что проведение исследований методом нестационарной термометрии снимает неоднозначность при определении закондукторных перетоков.

На рис. 8 приведен планшет результатов интерпретации нестационарной термометрии по скважине Восточно-Сулеевской площади. По результатам исследований выявлен межпластовый закондукторный переток в интервале 151 – 315 м. Анализируя особенности расформирования теплового поля в интервале перетока, по интенсивности процесса остывания были определены отдающий и принимающий пласты. В данном случае направление перетока - снизу вверх. Это подтверждается наличием в отдающем пласте мощной радиогеохимической аномалии.

Рис. 8. Результаты обработки нестационарной термометрии по скважине Восточно-Сулеевской площади.

Характер заполнения закондукторного пространства в интервале исследования полностью соответствует картине выявленного перетока. Наиболее плотная закондукторная среда отмечается в интервалах 80 – 151 м и от подошвы отдающего пласта до нижней границы интервала исследования (315-335 м). Таким образом, интервал перетока изолируется сверху и снизу участками плотной закондукторной среды. В верхней части интервала исследования (до глубины 80 м) кондуктор не зацементирован. Однако по результатам исследований закондукторные перетоки в этом интервале отсутствуют.

Для повышения достоверности при интерпретации нестационарной термометрии следует привлекать информацию, полученную другими методами ГИС, например ГК (выявление радиогеохимических аномалий), периодические замеры термометрии (обычной и инфракрасной, если в скважине низкий динамический уровень), результаты цементометрии (АКЦ и ГГК), сведения о геологических и гидрогеологических особенностях исследуемого интервала скважины. Кроме того необходима информация о ремонтных операциях в интервале исследования и режимах работы скважины перед проведением исследований.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


На основании теоретических и экспериментальных исследований, а также опытно-методических работ на скважинах получены следующие выводы и результаты:

1. Разработаны физические модели скважин с несколькими колоннами, позволяющие создавать тепловые возмущения в них и моделировать перетоки за колонной с различными теплофизическими свойствами сред заполняющих меж- и заколонное пространства.

2. Разработаны математические модели теплопереноса при расформировании искусственного теплового поля в системе скважина – многоколонная конструкция - окружающие породы при наличии горизонтальной фильтрации, заколонного перетока и различного (по свойствам) заполнения слоёв заколонного пространства.

3. Установлены основные закономерности расформирования искусственного теплового поля в рассмотренной системе сред для скважины с многоколонной конструкцией:

- наличие межпластового перетока за кондуктором ускоряет процесс восстановления первоначальной температуры, при этом установлено, что чем выше дебит перетока, тем интенсивнее идет процесс остывания воды в колонне. В отличие от ситуации, когда перетоков нет, аномальные значения темпа охлаждения сохраняются до завершения процесса восстановления первоначальной температуры;

- в одинаковых геолого-технологических условиях скважины многоколонной конструкции в интервалах горизонтальной фильтрации жидкости скорость восстановления первоначальной температуры больше, чем в интервалах ее вертикального движения (заколонного перетока).

4. Установлено, что для диагностики закондукторной среды возмущение теплового поля должно быть кратковременным. Это может достигаться за счет ограничения времени, например, промывки скважины. На основании экспериментальных исследований установлено, что при создании теплового поля путем кратковременных промывок необходимо учитывать разновременность создания искусственного теплового поля в интервале исследования. Это обеспечивается введением поправки за длительность закачки на этапе обработки нестационарной термометрии.

5. Предложен способ и разработана методика диагностики закондукторной среды с использованием нестационарной термометрии путем временного анализа параметров расформирования искусственного теплового поля. Проведено опробование методики на скважинах ОАО «Татнефть».

6. Разработаны и внедрены в производство методические рекомендации по применению метода нестационарной термометрии для выявления заколонных и закондукторных перетоков. Методика нестационарной термометрии включена в РД 153-39.1-415-05 «Инструкция по выбору методов исследования при ремонте скважины».


ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ


Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Журналы рекомендованные ВАК.

1. Баженов В.В., Юсупов Р.И., Миннуллин Р.М., Назимов Н.А. Опыт использования нестационарной термометрии для решения природоохранных задач при капитальном ремонте скважин старого фонда // Научно-технический вестник «Каротажник», выпуск 109. Тверь, 2003. - С. 382 – 393.

2. Воронков Л.Н., Юсупов Р.И., Баженов В.В., Лифантьев В.А. Геофизический контроль насыщенности терригенных коллекторов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений Республики Татарстан // Научно-технический вестник «Каротажник», выпуск 109. Тверь, 2003. - С. 298 – 313.

3. Офиц. Бюл. Изобретения. Полезные модели.- 1997. Патент на изобретение № 2130543 RU, МПК 6 Е 21 В47/06. Способ термических исследований скважин / Баженов В.В., Юсупов Р.И., Панарин А.Т., Миннуллин Р.М., Залятов М.Ш., Магалимов А.Ф., Валиуллин Р.А., Шарафутдинов Р.Ф. № 97115145/03 Опубликовано: Офиц. Бюл. Изобретения. Полезные модели. – 1999.- №14.


Статьи в других журналах и материалы конференций.

4. Баженов В.В., Воронков Л.Н., Ведерников И.Р. Определение перетоков в интервале кондуктора по комплексу, включающему ГК, термометрию и шумометрию. // Тезисы докладов XXI – научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ТатНИПИнефть, Бугульма, 1990. - С.40.

5. Баженов В.В., Воронков Л.Н. Изучение процессов расформирования искусственного теплового поля во времени на моделях пласта обсаженной скважины. // Тезисы докладов XXI – научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ТатНИПИнефть, Бугульма, 1990. - С.70.

6. Баженов В.В., Юсупов Р.И., Миннуллин Р.М. Применение метода нестационарной термометрии для решения задач экологического контроля при ремонте и эксплуатации скважин. // Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Геофизика-97», Санкт-Петербург, 1997. - С.36-38.

7. Баженов В.В., Юсупов Р.И., Миннуллин Р.М., Валиуллин Р.А., Шарафутдинов Р.Ф. Использование метода нестационарной термометрии для определения интервалов межпластовых перетоков в кондукторах нефтяных и газовых скважин // Сборник тезисов международной конференции и выставки по геофизическим исследованиям скважин «Москва-98», Москва, 1998, раздел К.1.7.

8. Баженов В.В., Юсупов Р.И., Миннуллин Р.М. Определение межпластовых перетоков за кондуктором скважин // книга «Как выжить в условиях кризиса. Технологии НГДУ Альметьевнефть», Москва, ОАО ВНИИОЭНГ, 1999. - С. 81-87.

9. Баженов В.В., Миннуллин Р.М., Назимов Н.А. Применение метода нестационарной термометрии для определения интервалов межпластовых перетоков в кондукторах ремонтируемых скважин // Сборник докладов научно-технической конференции, посвященной 50-летию ТатНИПИнефть ОАО «Татнефть», Бугульма, 2006. - С. 294-299.