Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 7
1. ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ В СТВОЛЕ НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ
СКВАЖИНЫ ВЫШЕ ПЕРФОРИРОВАННЫХ ПЛАСТОВ 13
1.1. Распределение температуры при закачке 13
1.1.1. Теплообмен в системе скважина-пласт по модели
Чекалюка ' 14
1.1.2. Влияние радиальной теплопроводности на температуру
в скважине 18
-
Определение коэффициента теплопередачи в системе скважина-пласт 23
-
Влияние длительной закачки на форму термограммы при отборе воды из скважины 26
-
Распределение температуры при закачке и отборе жидкости
из скважины в интервале нарушения герметичности колонны 31
1.5. Распределение температуры в НКТ в интервале нарушения
герметичности колонны 36
-
Излив в межтрубном пространстве 36
-
Излив в НКТ 41
1.6. Распределение температуры при закачке жидкости в скважину
в интервале нарушения герметичности колонны, перекрытом
НКТ 46
-
Отсутствие градиента температуры в системе скважина-пласт в радиальном направлении 47
-
Учет радиальной составляющей теплопроводности на температуру в скважине 51
1.7. Влияние охлаждения горных пород на распределение
температуры потока жидкости в скважине 54
Выводы 59
2. ФОРМИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ПОЛЯ В ЗУМПФЕ
НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ 61
-
Теплоотдача в подстилающие пласт породы 61
-
Задача о теплообмене потока в поглощающем пласте с окружающими породами 65
-
Теория температурных полей в зумпфе с учетом радиальной
теплопроводности пород 70
-
Нестационарное распределение температуры 71
-
Стационарное распределение температуры 74
2.4. Влияние сезонных изменений температуры закачиваемой
воды на распределение температуры в зумпфе нагнетательной
скважины 78
Выводы 81
3. МЕТОДИКА ТЕРМОМЕТРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В
НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ СКВАЖИНАХ 84
3.1. Определение принимающих закачиваемую воду пластов 85
-
Режим закачки 85
-
Режим излива 90
-
Режим остановки 96
3.2. Выявление места нарушения герметичности
эксплуатационной колонны в интервалах отсутствия НКТ 99
3.2.1. Выявление места нарушения герметичности в зумпфе
- - , скважины , 100
3.2.2. Особенности технологии исследования скважины при
определении места нарушения герметичности колонны
выше интервалов, вскрытых перфорацией 102
3.2.3. Развитие способа продавки 104
3.3. Выявленте места нарушения герметичности эксплуатационной
колонны в интервалах, перекрытых НКТ. 109
3.3.1. Совершенствование применяемых в отрасли методик
определения герметичности колонны выше воронки
Нкт по
3.3.2. Временная фильтрация температурных аномалий 115
3.4. Определение интервала заколонного перетока жидкости в
зумпфе скважины ' 126
-
Определение интервала заколонного перетока вверх от перфорированных пластов 136
-
Технические требования к проведению исследований 140
-
Выбор скорости и направления регистрации термограмм 140
-
Последовательность проведения исследований 143
-
К вопросу о расположении датчика температуры в зонде 146 Выводы 150
4. АЛГОРИТМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ И
ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ ТЕРМОМЕТРИИ 155
-
Приведение каротажных кривых к абсолютным глубинам 155
-
Выявление движения жидкости за эксплуатационной колонной 156
4.3. Расчленение горных пород в интервале пресноводных
горизонтов по замерам НГК 161
-
Выявление места нарушения герметичности колонны в нагнетательных скважинах без НКТ 162
-
Выявление места нарушения герметичности колонны в интервале, перекрытом НКТ 174
-
Выявление заколонного движения жидкости вниз и вверх от интервалов перфорации 177
Выводы 181
5. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ НЕФТЯНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ 184
5.1. Экологический мониторинг температурных аномалий на
Кушкульской площади 185
-
Алгоритм «ручного» мониторинга 185
-
Техническое состояние нагнетательных скважин до начала термических исследований ' 186
-
Изучение экологического состояния пресноводных горизонтов по данным термических исследований 189
5.2. Алгоритм экологического мониторинга на ПЭВМ 210
-
Выбор площади 212
-
Создание базы данных 213
5.2.3. Разработка алгоритма и программы глубинного
экологического мониторинга 214
5.3. Использование разработанного алгоритма на Арланской и
Николо-Березовской площадях 216
Выводы 221
6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОМЕТРИИ ДЛЯ
РЕШЕНИЯ ПРОМЫСЛОВО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ СКВАЖИН 224
-
Определение работающих интервалов 224
-
Выявление ЗКЦ в зумпфе нагнетательной скважины 227
-
Выявление ЗКЦ выше интервалов перфорации 237
-
Выявление мест нарушения герметичности эксплуатационной
колонны и НКТ -- 243
6.4.1. Нарушение колонны в зумпфе 243
-
Нарушение колонны выше интервалов перфорации 246
-
Использование способа продавки 247
-
Нарушение колонны в интервалах, перекрытых НКТ 253
6.5. Определение места утечки жидкости через НКТ или
эксплуатационную колонну 269
-
Влияние нестационарности термогидродинамических процессов на распределение температуры в НКТ 279
-
Контроль за температурным режимом пород, залегающих выше разрабатываемых нефтяных пластов 280
6.8. Внедрение результатов работы в нефтяной отрасли 290
Выводы 297
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 300
ЛИТЕРАТУРА 303
Введение к работе
Разработка нефтяных месторождений в России предусматривает поддержание пластового давления (ППД) путем закачки воды в продуктивные пласты через нагнетательные скважины. Впервые закачку воды в нефтяные пласты осуществили на Туймазинском месторождении в 1948 г. Вначале проводили закачку пресной воды непосредственно по эксплуатационной колонне, а затем наряду с пресной начали закачивать через НКТ сточную высокоминерализованную воду, добываемую попутно с нефтью. В настоящее время объем закачки сточной воды в АНК «Башнефть» составляет приблизительно 98% от общего объема, равного 121 млн.м" в год. Больщие объемы и высокое давление закачки, естественное старен^е и коррозия эксплуатационной колонны и цементного кольца приводят к нарушению герметичности нагнетательных скважин. Кроме того, в «старых» скважинах, введенных в эксплуатацию до 1978 г, вероятность нарушения герметичности обсадной колонны была очень высокой вследствие того, что цемент за эксплуатационной колонной поднимали не до устья. В результате этих факторов снижается эффективность разработки нефтяных месторождений, возникают заколонные перетоки, приводящие к неконтролируемому заводнению пластов и неоправданным расходам энергии и воды. с экологической точки зрения особенно опасна неконтролируемая закачка высокоминерализованной сточной или пластовой воды в пресноводные горизонты, используемые в качестве источника питьевых вод. /4,11/. Экспериментальными исследованиями,, проведенными в НГДУ «Лениногорскнефть» в 1992-93 г. (Кандаурова Г.Ф.), показано, что источниками осолонения пресноводных горизонтов является система ППД, в том числе и нагнетательные скважины. Осолонение пресноводных горизонтов, рек, родников, колодцев наблюдается на нефтяных месторождениях Башкирии. Татарии. Удмуртии, Самарской и Пермской областях и др, регионах.
Геофизические исследования для определения работающих интервалов, профиля приемистости, мест нарушения герметичности эксплуатационной колонны и НКТ, интервалов заколонной циркуляции (ЗКЦ) в скважинах начали проводить в конце 50-х начале 60-х годов. Для этого использовалась радиометрия при закачке радиоактивных изотопов /184/. Однако этот метод весьма трудоемкий, не применим в интервале пресноводных горизонтов. Также ограничены возможности использования потокометрии и традиционных акустических методов в интервалах, перекрытых НКТ. В последние 10-15 лет показаны большие возможности скважинной акустической шумометрии. Однако широкое ее внедрение сдерживается отсутствием высокочувствительной скважинной акустической аппаратуры.
Впервые измерения максимальными термометрами в скважине были проведены Д.В.Голубятниковым в 1906 г. Однако промышленное использование термометрии началось с 1932 г. после разработки В.Н.Дахновым электрического термометра сопротивления. В 1952 г. в монографии В.Н.Дахнова и Д.И.Дьяконова /52/ впервые был обобщен опыт применения термометрии в простаивающих скважинах. Эффективность разработанных способов при определении места нарушения герметичности колонны была невысокой. Это было связано как с несовершенством способов исследования, так и с низкой разрешающей способностью аппаратуры.
В 1964 г. Л.З.Позин /140/ разработал дифференциальный термометр с, разрешающей способностью до ,0,001 С. Позднее термометры с разрешающей способностью до 0,01 "С были разработаны в Западной Сибири (Дубина М.А. и др.), в Татарии (АХ.Корженевский и др.), в Башкирии (А.С.Буевич.идрД.
Теоретические работы Н.А.Авдонина, А.А.Буйкиса, М.А.Пудовкина, А.Ш.Рамазанова, Л.И.Рубинштейна, А.И.Филиппова, Э.Б.Чекалюка.
Г.А.Чсрсмснского /1.2,144,148,149,157,174,186,189/ посвящены исследованию тсплопотерь вдоль ствола при закачке жидкости в скважину и определению элементов термозаводнения при разработке нефтяных месторождений.
В 70-х, 80-х годах начинается широкое использования термометрии при исследовании нагнетательных скважин /12,17,61,137,171,182,183/. Однако методика исследования нагнетательных скважин в различных нефтедобывающих регионах различная, теоретически необоснованная. Эффективность их низкая.
Таким образом, к началу работ по теме диссертации (1978 г) было изучено в процессе закачки при различных допущениях тепловое поле в пласте и скважине при исправном ее техсостоянии и при отсутствии НКТ, а методика исследований далека от совершенства.
Целью работы является: повышение информативности, достоверности и оперативности геофизических исследований в действующих и находящихся в ремонте нагнетательных скважинах путем создания новых и совершенствования существующих методов термометрии для диагностики скважин и пласта.
В соответствии с поставленной целью при выполнении диссертационной работы решались следующие основные задачи:
1. Анализ современного уровня развития теории, методики и аппаратурного обеспечения термометрических исследований в нагнетательных скважинах.
2. Теоретическое изучение особенностей формирования температурных , полей в нагнетательной скважине: - при нарушенной и ненарушенной герметичности эксплуатационной колонны и НКТ, при конечной и бесконечной величине коэффициента радиальной теплопроводности в процессе закачки и отбора жидкости из скважины: - при наличии или отсутствии нарушения естественной температуры пород, обусловленного движением закачиваемой жидкости вдоль неперфорированного пласта.
Изучение особенностей формирования теплового поля в зумпфе нагнетательной скважины.
Разработка новых способов диагностики пласта и технического состояния нагнетательной скважины на основе: использования переходных температурных полей при смене режима длительной закачки либо на остановку, либо на излив или закачку при ограниченной скорости потока воды в скважине; учета различного темпа восстановления температуры, обусловленного различием как теплофизических свойств, так и радиуса охлаждения пород. изучения вклада различных процессов-конвективного и кондуктивного теплопсреноса, дроссельного и адиабатического эффектов на формирование температуры в скважине и пласте.
Разработка алгоритма глубинного экологического мониторинга температурных аномалий в скважинах.
Разработка алгоритмов автоматизированной интерпретации па ПЭВМ результатов термометрических исследований в нагнетательных скважинах.
7. Обеспечение опытно-промышленного опробования и практической реализации в геофизических предприятиях научно-обоснованных технических решений для температурной диагностики.
Основные защищаемые положения:
1. Созданные аналитические и численные модели термодинамических процессов в пластах и скважинах при закачке и отборе воды обеспечивающие достаточную точность и детальность учета различных"" физических эффектов применительно к реальным скважинам и пластам при использовании термометров с высокой ра?решающей способностью.
2. Разработанные научно-обоснованные экспресс - технологии термогидродинамических исследований дистанционной и автономной аппаратурой в нагнетательных скважинах при нестационарных процессах, основанные на установленных закономерностях образования температурных аномалий при измерениях в колонне и насосно-компрессорных трубах при различных режимах, обеспечивающие эффективный контроль технического состояния скважины.
Способы обработки и приемы интерпретации результатов измерений температуры в нагнетательных скважинах и реализованные на их основе программы автоматизированной выдачи заключений позволяющие эффективно решать комплекс геолого-промысловых задач при контроле разработки нефтяных месторождений.
Способы оценки экологического состояния и методы выявления источников загрязнения пресноводных горизонтов, основанные на мониторинге температурных аномалий, зарегистрированных в режиме покоя или небольшого дебита излива воды из скважины, способные выявить нагнетательные скважины с дефектами обсадной колонны.
Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы.
Базовой основой диссертации являются 47 опубликованных работ в том числе 10 авторских свидетельств и патентов на изобретение. Кроме того материалы диссертации изложены в научных отчетах, переданных с 1983 по 2001 г. в фонды БашГУ, БНГФ, Красноленинск НГФ, Управление по недрам при КМ РБ.
В диссертации представлены результаты исследований, выполненных лично автором, под его руководством и при непосредственном участии в тресте «Коминефтегеофизика» и на специализации «Геофизика» Башгосуниверситета в период с 1977 по 2001 годы.
Постановка данного направления исследований была осуществлена И.Л.Дворкиным. Постановка теоретических задач, обсуждение их результатов проводилась совместно с Филипповым А.И. и Рамазановым А.Ш. Численные расчеты распределения температуры вдоль ствола нагнетательной скважины выполнены аспирантом кафедры Зайцевым Д.Б. Результаты экспериментальных исследований в скважинах обсуждались с участием ведущих специалистов кафедры геофизики - Валиуллина Р.Д., Рамазанова А.Ш., Федотова В.Я., Шарафутдинова Р.Ф., Яруллина Р.К.. Разработка алгоритмов и программ автоматизированной интерпретации результатов измерений термометром в скважинах'проводилась совместно с Ремеевым И.С и Чуповым М. Проведение опытно-методических исследований в нагнетательных скважинах и внедрение результатов работы в практику было бы невозможно без поддержки ведущих специалистов геофизических и нефтедобывающих предприятий отрасли: Алиева Я.Р., Антонова К.В., Асмоловского B.C., Ахметова К.Р., Булгакова Р.Б., Викторова П.Ф., Гайнуллина К.Х., Закирова А.Ф., Зудилина Н.Н., Ершова A.M., Ихиятдинова Т.З., Коновалова В.А., Кузнецова Г.Ф., Кузнецовой Р.И., Лукина Г.М., Миннуллина P.M., Мухамадеева Р.С., Осипова A.M., Расторгуева В.П., Сорокиной В.А., Тахаутдинова Р.К., Сыртланова А.Ш., Усманова М.Г., Фойкина П.Т., Хабибрахманова Ф.М., Шеленина A.M., Шилова А.А., Якупова Ф.И., Юнусова Н.К. и др. Автор выражает глубокую признательность этим ученым и ироизводственникам научных и производственных организаций, с которыми он с большим удовлетворением сотрудничал при выполнении работы. Автор благодарит также сотрудников специализации «Геофизика» БашГУ Павленко И.М. и Ильясову Р.Х. за оказание помощи в оформлении работы.
