Изучение заколонных перетоков в скважинах подземных газохранилищ с использованием нестационарной термометрии Кульгавый, Игорь Александрович

Введение к работе

Актуальность темы. Подземные хранилища газа (ПХГ) обеспечивают оптимальный режим работы системы газоснабжения, сглаживая проблемы, связанные с существенной сезонной неравномерностью потребления газа.

Одним из приоритетных направлений научно-практической деятельности в области ПХГ РАО "Газпром" считает новые методы диагностики технического состояния скважин и технологии капитального ремонта в целях обеспечения их безопасной эксплуатации¹.

К важнейшим задачам контроля за эксплуатацией ПХГ относятся выявление и оценка интенсивности заколонных перетоков газа из пласта объекта хранения.

Для непосредственного выявления перетоков газа по заколонному пространству во время исследований можно использовать термические, радиоактивные и акустические методы. Термометрия - наиболее распространенный и информативный метод по выявлению заколонных перетоков газа. Однако известные методики решения этой задачи не всегда достаточно эффективны и нуждаются в дальнейшем совершенствовании, что в первую очередь связано со сложным характером теплового поля в интервале заколонного движения, разнообразием проявления температурных эффектов в скважине, различием в условиях проведения измерений. Все это приводит к неоднозначности интерпретации термограмм.

Следовательно, для повышения возможностей термометрии большое значение приобретает теоретический анализ тепловых полей и разрабатываемые на его основе новые методологические и технологические приемы контроля за эксплуатацией ПХГ.

Цель и задачи работы. Целью диссертации является разработка новых технологий и методик нестационарной термометрии для изучения

"Решение научно-практического семинара в области подземного хранения газа на тему "Опыт создания и эксплуатации подземных хранилищ газа РАО "Газпром", проблемные вопросы и перспектива их развития до 2030 года".

заколонных перетоков в скважинах подземных газохранилищ и их опробование на результатах исследований.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:

1. Выбор физической и математической модели теплообмена в интервале заколонного перетока в условиях многоцикличной работы скважины ПХГ.

2. Обоснование условий применимости критериев выявления перетоков по данным термометрии на основе теоретического анализа особенностей распределения температуры в стволе простаивающей после эксплуатации скважины в интервале заколонного перетока.

3. Разработка методик по выявлению и оценке заколонных перетоков газа в простаивающей после эксплуатации скважине.

4. Проведение опробования методик на результатах моделирования перетока в скважинах ПХГ и термических исследований скважин.

Научная новизна.

1. На основании теоретических исследований установлены основные зако
номерности поведения фонового (без влияния перетока) нестационарно
го теплового поля в скважинах ПХГ с учетом :

тепловых свойств заполнителей ствола и горных пород;

режима работы скважины (продолжительности периодов ее эксплуатации и последующих простоев);

технологии подготовки исследований (предварительная закачка газа по НКТ или затрубью НКТ).

2. На основании теоретических исследований установлены основные зако
номерности поведения нестационарного поля перетока в скважинах
ПХГ с учетом:

размера канала перетока и его местоположения в заколонном пространстве скважины;

времени возникновения заколонного движения;

интенсивности заколонного движения;

технологии воздействия на скважину;

нестационарности поведения пласта.

3. Классификация основных факторов помех, определяющих информатив
ность выявления и оценки интенсивности заколонных перетоков :

утечка газа через сальник лубрикатора;

искажающее влияние геологических факторов или особенностей конструкции скважины;

неверный выбор интервала для определения интенсивности перетока и др.

4. На основании теоретических исследований определены условия приме
нимости следующих признаков обнаружения заколонного движения с
учетом факторов помех :

Характерное экспоненциальное изменение температуры в подошве покрышки, наблюдающееся с увеличением простоя скважины на все больших расстояниях от пласта-объекта хранения газа.

Инверсия темпа изменения температуры во времени вблизи пласта объекта хранения газа при малой продолжительности эксплуатации скважины и высокой интенсивности перетока.

Ассиметричная форма температурной аномалии, соответствующая отличающимся по тепловым свойствам интервалам. В пределах этих интервалов наблюдается резкое расхождение в форме температурных кривых в простаивающей после эксплуатации скважине и термограмм ОЦК.

5. На базе условий применимости признаков обнаружения заколонного
движения обоснована методика выявления и оценки интенсивности за
колонных перетоков в скважинах ПХГ посредством регистрации серии
разновременных замеров температуры:

после эксплуатации по НКТ;

после закачки по затрубью НКТ.

6. На основе теоретических исследований, классификации помех и промысловых экспериментов созданы приемы получения и обработки избыточной информации, исключающие из интерпретации некачественные замеры температуры.

7. По теоретическим исследованиям обоснована возможность выявления и оценки заколонного перетока путем локального прогрева участка ствола

искусственным обогревателем. Предложена методика количественной оценки перетока и определения местоположения канала перетока в за-колонном пространстве скважины.

Основные защищаемые результаты.

1. Критерии применимости информативных признаков выявления и оценки заколонных перетоков в условиях существенной нестационарности теплового поля в скважине ПХГ и возможной недостоверности исходной информации.

2. Технологии и методики нестационарных термических исследований скважин ПХГ на переток, которые используют воздействие на скважину путем закачки газа или локального прогрева ствола искусственным нагревателем.

3. Алгоритм и программа для выявления и оценки интенсивности заколон-ного перетока с учетом многообразия факторов, формирующих тепловое поле скважины подземного газохранилища.

Практическая ценность. Разработанные в диссертации методики позволяют выявлять интервалы заколонных перетоков газа и оценивать их интенсивность непосредственно после остановки скважин, что значительно расширяет количество исследуемых скважин на переток, сокращает время исследований и повышает их достоверность. Оценка интенсивности производится по программе, учитывающей конкретные условия проведения исследований.

Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации методики опробованы на опытных и производственных материалах термических исследований скважин Инчукалнского, Калужского, Красно-Партизанского, Осиповичского и Северо-Ставропольского ПХГ.

Для применения разработанных технологий исследований скважин на перетоки и методик интерпретации ДОАО "Газпромгеофизика" РАО "Газпром" передан "Регламент по применению нестационарной термометрии при изучении герметичности заколонного пространства скважин подземных хранилищ газа".

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на семинарах кафедры ГИС ГАНГ (Москва, 1984,1986 гг.), на НТС ДОАО "Газпромгеофизика" (Москва, 1997 г.).

Важнейшие положения работы изложены в отчетах отраслевой лаборатории геотермии ГАНГ им И.М. Губкина за 1982, 1985, 1988, 1990, 1991, 1992 гг.

Публикации. Содержание основных разделов работы изложено в 10 печатных работах и 1 авторском свидетельстве.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем работы 112 страниц и включает список литературы (121 наименование), 54 рисунка и 2 таблицы.

Диссертационная работа начата автором в 1982 г. на кафедре ГИС ГАНГ им. И.М.Губкина, а начиная с 1996 г. выполнялась в ДОАО "Газпромгеофизика".

Особую признательность автор выражает научному руководителю работы кт.н. Кременецкому М.И., с которым выполнены совместные работы по постановке задач и основным методологическим положениям, коллективам кафедры ГИС ГАНГ им. И.М.Губкина и ДОАО "Газпром-геофизика" за консультации и помощь в выполнении данной работы.