Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Контроль технического состояния подземного оборудования нагнетательных скважин геофизическими методами на современном этапе 10
1.1. Термические исследования в нагнетательных скважинах при различных режимах
1.1.1. Режим длительной остановки. Способ продавки 11
1.1.2. Режим закачки 15
1.1.3. Режим излива. 16
1.1.4. Термические исследования в нагнетательных скважинах при определении герметичности обсадной колонны выше башмака НКТ
1.2. Термодебитометрия 20
1.3. Механическая расходометрия 27
1.4. Выводы по главе 38
ГЛАВА2. Теоретическое изучение распределения температуры вдоль ствола в процессе закачки воды через НКТ в нагнетательную скважину при нарушенной или не нарушенной герметичности обсадной колонны и/или НКТ 41
2.1 Нарушена герметичность НКТ 41
2.2 Нарушение герметичности колонны находится на глубине выше воронки НКТ 45
2.3 Нарушена герметичность обсадной колонны в двух местах, расположенных выше воронки НКТ 51
2.4 Изучение радиального градиента температуры в потоке закачиваемой воды в нагнетательной скважине 59
2.5 Выводы по главе 65
ГЛАВА 3. Развитие термодебитометрии 68
3.1 Физические основы определения скорости потока закачиваемой воды в нагнетательные скважины по измерениям термодебитомером 68
3.1.1 Измерения с переменной скоростью протяжки прибора 68
3.1.2 Измерения с различными постоянными скоростями протяжки прибора
3.2 Определение «экстремальных» скоростей потока жидкости в скважине 83
3.3 Выводы по главе 87
ГЛАВА 4. Практическое применение теоретических разработок при определении технического состояния обсадной колонны и НКТ в нагнетательных скважинах 89
4.1 Определение технического состояния нагнетательных скважин по измерениям термометром 89
4.1.1 Определение характера нарушения герметичности НКТ в нагнетательных скважинах по измерениям термометром 89
4.1.2 Использование радиального градиента температуры для определения герметичности колонны и НКТ в нагнетательных скважинах 98
4.1.3 Определение герметичности обсадной колонны в нагнетательных скважинах выше воронки НКТ по измерениям термометром 105
4.1.4 Совершенствование конструкции комплексных приборов при определении технического состояния нагнетательных скважинах 121
4.2 Определение технического состояния в нагнетательных скважинах по измерениям термодебитометром 132
4.2.1 Проведение измерений с переменной скоростью протяжки прибора 132
4.2.2 Проведение измерений с различными постоянными скоростями протяжки прибора 135
4.3 Выводы к главе 139
Основные выводы и рекомендации 141
Библиографический список использованной литературы 143
- Термические исследования в нагнетательных скважинах при определении герметичности обсадной колонны выше башмака НКТ
- Нарушена герметичность обсадной колонны в двух местах, расположенных выше воронки НКТ
- Измерения с различными постоянными скоростями протяжки прибора
- Использование радиального градиента температуры для определения герметичности колонны и НКТ в нагнетательных скважинах
Введение к работе
Актуальность темы.
Разработка нефтяных месторождений в отрасли осуществляется с поддержанием пластового давления путём закачки воды в разрабатываемые пласты через нагнетательные скважины. Впервые закачку воды осуществили на Туймазинском месторождении в 1948 г. На начальном этапе закачивали пресную воду непосредственно по эксплуатационной колонне, а затем начали закачивать через НКТ и сточную высокоминерализованную воду, добываемую попутно с нефтью. В настоящее время доля пресной воды в общем объёме закачиваемой воды составляет единицы процента.
Большие объёмы и высокие давления закачки, коррозия
эксплуатационной колонны, естественное старение цементного камня приводят к нарушению герметичности обсадной колонны в нагнетательных скважинах. В результате этого возникают заколонные перетоки закачиваемой воды, приводящие к неконтролируемому заводнению не разрабатываемых пластов, снижается эффективность разработки нефтяных месторождений. Кроме того, на некоторых месторождениях наблюдается осолонение пресноводных горизонтов. Поэтому задача контроля технического состояния обсадной колонны в нагнетательных скважинах является очень важной как с точки зрения эффективности разработки месторождения, так и с экологической точки зрения.
Изучением тепловых процессов в скважине и пласте занимались
многие исследователи – Л.И. Рубинштейн, Э.Б. Чекалюк, Н.Н. Непримеров,
А.И. Филиппов, А.Ш. Рамазанов, А.И. Марков, М.А. Пудовкин, А.Х. Галин,
А.И. Саламатин и др. Однако в этих работах рассматривались задачи при
закачке воды в нагнетательную скважину при условии, что обсадная колонна
герметична. Распределение температуры вдоль ствола скважины при закачке
жидкости в скважину с нарушенной герметичностью эксплуатационной
колонны впервые исследуется в работах В.Ф. Назарова и Д.Б. Зайцева (2002).
В работе В.Ф. Назарова не учитывался радиальный градиент температуры в
потоке закачиваемой воды, а в работе Д.Б. Зайцева рассматривались только ламинарные потоки.
Поэтому необходимо дальнейшее теоретическое изучение тепловых полей при закачке, а также разработка технологии исследования нагнетательных скважин с целью повышения однозначности заключений о состоянии обсадной колонны в нагнетательной скважине является актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является повышение
информативности и достоверности решения задачи по определению места нарушения герметичности обсадной колонны выше воронки НКТ в нагнетательной скважине на основе теоретических и экспериментальных исследований температурных полей в системе скважина-пласт, разработки методики определения количества воды, поглощаемой в месте нарушения герметичности колонны по измерениям термодебитомером.
Основные задачи исследований:
-
Анализ литературных источников при определении герметичности обсадной колонны в нагнетательных скважинах.
-
Разработка математической модели теплопереноса в системе скважина-пласт в процессе закачки воды в нагнетательную скважину с нарушенной и не нарушенной герметичностью обсадной колонны выше воронки НКТ.
-
Изучение влияния конструкции термометра на результаты измерений температуры в скважине.
-
Разработка технологии измерений термодебитомером при определении скорости потока жидкости в скважине, внедрение разработанных методик на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» и ПАО «Татнефть» при определении герметичности обсадной колонны в нагнетательных скважинах в интервале, перекрытом НКТ.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
-
Выявлены признаки герметичности обсадной колонны в интервале, перекрытом лифтовыми трубами, по измерениям термометром внутри НКТ.
-
Доказано, что зависимость показаний СТД от скорости протяжки прибора описывается колоколообразной кривой. Эту зависимость можно получить как непосредственно путём измерения термодебитомером с переменной скоростью протяжки прибора, так и в результате построения кривой по данным серии измерений термодебитограмм с различными постоянными скоростями.
-
Выявлено, что максимальная чувствительность метода СТД может быть достигнута только в том случае, когда направление движения термодебитомера совпадает с направлением потока закачиваемой воды в скважине.
Основные защищаемые научные положения.
1. Результаты теоретических, экспериментальных и промысловых
исследований выявления герметичности обсадной колонны в нагнетательных
скважинах в интервале, перекрытом НКТ.
2. Критерии эффективности термометрии при определении нескольких
мест нарушения герметичности колонны в скважине.
-
Новый способ измерений термометром в нагнетательных скважинах, обеспечивающий повышение однозначности заключения о техническом состоянии обсадной колонны выше воронки НКТ.
-
Методика определения скорости потока жидкости в нагнетательной скважине и выявление герметичности обсадной колонны выше воронки НКТ по измерениям термодебитомером с переменной скоростью протяжки прибора.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
подтверждается использованием фундаментальных уравнений тепло - и
массопереноса, физической и математической непротиворечивостью
построенных моделей общим гидродинамическим и термодинамическим
представлениям, математической строгостью методов решения и согласованностью результатов, полученных различными способами.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Разработанные автором технологии исследования термометром позволяют повысить однозначность заключений о техническом состоянии обсадной колонны нагнетательных скважин в интервале, перекрытом НКТ, сокращают продолжительность работ на проведение геофизических исследований, не нарушают технологический режим работы скважины. Эти технологии внедрены при исследовании нагнетательных скважин в ПАО «Татнефть». В этом объединении выдают величину приёмистости скважины по измерениям каналом СТД. В отличие от механического расходомера на показания СТД не оказывают влияние механические примеси, содержащиеся в потоке закачиваемой воды.
Кроме того, разработана новая технология проведения измерений каналом термодебитомера в нагнетательных скважинах. Эта технология внедрена в ПАО «Татнефть».
Личный вклад автора заключается в постановке задач, проведении и анализе результатов расчётов, обсуждении и составлении как технологии проведения исследований в нагнетательных скважинах ОАО «Сургутнефтегаз» и ПАО «Татнефть», а также при интерпретации их результатов при определении герметичности обсадной колонны и НКТ.
Апробация работы.
Основное содержание и результаты работы докладывались и обсуждались на:
. VII Конгрессе нефтегазопромышленников России. (Уфа, 2007);
. XIX Научно-практическая конференция «Новая техника и технологии
для геофизических исследований скважин», в рамках XVI
Международной специализированной выставки «Газ. Нефть.
Технологии 2008».(Уфа, 2008);
. VI Международная школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и её приложения в естествознании» (Уфа, 2013);
. Восьмой молодёжной научно-практической конференции. Повышение эффективности геологоразведочных работ. (Уфа, 2013);
. XIX Научно-практической конференции «Новая техника и технологии для геофизических исследований скважин». Тезисы докладов конференции в рамках XXI Международной специализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии 2013». (Уфа, 2013);
Юбилейной XX Научно-практической конференции «Новая техника и технологии для геофизических исследований скважин» посвященной 50-летию кафедры «Геофизика» Башкирского государственного университета в рамках XXII Международной специализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии 2014». (Уфа, 2014). Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 18 научных работах, включая 1 патент РФ и 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объём работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка цитированной литературы. Общий объём работы составляет 156 страниц машинописного текста, включая 56 рисунков и список использованной литературы из 115 наименований.
Автор выражает благодарность своему руководителю за внимание к работе.
Термические исследования в нагнетательных скважинах при определении герметичности обсадной колонны выше башмака НКТ
Эта скважина находится у полярного круга, зона вечной мерзлоты находится на устье скважины. Для исключения влияния вечной мерзлоты в интервале 0 - 394 м эксплуатационная колонна состояла из труб термокейз с внутренним диаметром 7", а внешним - 103/4 . Труба термокейз представляет из себя следующее: по торцам трубы диаметром 103/4 и 7" сварены; межтрубное пространство заполнено чередующимися слоями фольги и поролона. Пространство между технической колонной диаметром 13 3/4" и трубами термокейз заполнено соляркой. При опрессовке эксплуатационной колонны давление в скважине упало с 210 до 80 атм. Для определения места нарушения герметичности колонны провели замеры термометром по способу продавки.
При сопоставлении исходных кривых невозможно однозначно определить место нарушения герметичности труб. Однако, после построения разностных термограмм (см. кр.4,5) стало очевидно, что на глубинах: 28м; 77м; 286м нарушена герметичность колонны. После подъема труб «термокейз» выяснилось, что в резьбовые соединения на этих глубинах попала стружка.
Из приведённого примера следует, что по результатам измерений термометром, проведённых по способу продавки, используя разностную термограмму, можно определить место нарушения герметичности колонны независимо от их числа в скважине. В настоящее время способ продавки применяют и в перфорированных скважинах для определения герметичности обсадной колонны.
Следует отметить, что в нагнетательных скважинах после прекращения закачки уровень жидкости в колонне понижается тем на большую глубину, чем дольше она простаивает в покое. Уровень жидкости в скважине отмечается на термограммах аномальным изменением температуры. Поэтому, для исключения ошибочных заключений необходимо одновременно проводить измерение термометром и манометром. По измерению манометром определяют уровень жидкости в скважине, а по измерениям термометром определяют место нарушения герметичности обсадной колонны.
Отмеченный недостаток способа продавки легко устраняется в настоящее время, так как измерения в скважинах проводятся комплексной аппаратурой, включающей весь набор промыслово-геофизических методов, в том числе и манометрию.
В способе продавки проводится сопоставление двух термограмм, зарегистрированных в остановленной скважине, простаивающих в покое в течение различного времени. Наряду с этим имеются работы, в которых термограмма, зарегистрированная при закачке, сопоставляется с серией термограмм, зарегистрированных через различный промежуток времени после прекращения закачки воды в скважину [64, 70, 75]. В работе указывается, что «на температурных кривых, снимаемых периодически, зона нарушения целостности колонны будет отмечаться температурными положительными или отрицательными аномалиями». Однако, «положительные» или «отрицательные» аномалии будут отмечаться на термограммах, зарегистрированных после прекращения закачки, не только за счёт нарушения технического состояния обсадной колонны, но также и за счёт влияния литологии. Причём, чем больше время простоя скважины в покое, тем больше будет увеличиваться амплитуда аномалии температуры за счёт увеличения вклада литологии. Поэтому для определения места нарушения герметичности обсадной колонны по измерениям термометром в остановленной скважине после прекращения закачки необходимо привлечение других измерений, как термометром, так и другими методами.
Это является существенным недостатком результатов измерений термометром, проведённых в остановленной нагнетательной скважине, при определении герметичности обсадной колонны.
По измерениям термометром в остановленной скважине можно определять место нарушения герметичности обсадной колонны также и в интервале, перекрытом НКТ. Для этого разработана методика «временной фильтрации температурных аномалий» [МВФТА]. Об этой методике будет описано ниже.
Теоретическим изучением распределения температуры при закачке воды в нагнетательную скважину занимались многие исследователи [5, 81, 107]. В этих работах считалось, что начальное распределение температуры в породах геотермическое, а техническое состояние обсадной колонны не нарушено. При таких условиях распределение температуры закачиваемой воды вдоль ствола скважины было монотонное. Поэтому можно было бы предполагать, что если распределение температуры в нагнетательной скважине при закачке воды монотонное, то техническое состояние обсадной колонны не нарушено. Однако это утверждение требует уточнения.
В [68, 70-72, 75, 77, 80] рассматривается распределение температуры вдоль ствола при закачке воды в нагнетательную скважину с нарушенной герметичностью обсадной колонны выше перфорированных интервалов. В этих работах теоретически показано, что распределение температуры вблизи места нарушения герметичности колонны зависит от величины приёмистости в интервале перфорированных пластов. Если приёмистость перфорированных интервалов превышает 50-60 м3/сут, то изменение градиента температуры вблизи интервала нарушения герметичности обсадной колонны, практически, не отмечается. При уменьшении приёмистости перфорированных интервалов градиент температуры ниже места нарушения герметичности колонны увеличивается в сравнении с вышележащим участком и стремится к бесконечности, когда приёмистость интервалов перфорации стремится к нулю. В этом случае определяется нижняя граница движения закачиваемой воды в нагнетательной скважине. Рассмотренные выше особенности распределения температуры вблизи интервала нарушения герметичности обсадной колонны при закачке воды в нагнетательную скважину физически объясняется следующим. На распределение температуры воды при закачке воды в скважину оказывает влияние как конвективная, так и кондуктивная составляющая теплопроводности. При увеличении скорости потока закачиваемой воды, т.е. приёмистости скважины, увеличивается вклад конвективной составляющей теплопроводности по сравнению с кондуктивной. Величина кондуктивной теплопроводности остаётся постоянной и определяется составом закачиваемой жидкости в скважину.
Нарушена герметичность обсадной колонны в двух местах, расположенных выше воронки НКТ
Рассмотрим цилиндрическую систему координат ( p,r,z). Проводится закачка воды через НКТ. Скорость потока закачиваемой воды в НКТ составляет Vh После выхода из НКТ часть закачиваемой воды движется вниз к интервалам перфорации, а другая её часть движется по межтрубному пространству вверх. Скорость потока воды в межтрубном пространстве составляет V2. Пусть ось Oz совпадает с осью НКТ и эксплуатационной колонны. Поместим начало координат по оси Oz на устье скважины. Эта глубина совпадает с глубиной нейтрального температурного слоя Земли. НКТ спущены до глубины z = Н. Вскрытые перфорацией пласты находятся на глубине z Я, то есть вне рассматриваемой в задаче области. Начальная температура в НКТ, в межтрубном пространстве и в породе описывается одной и той же зависимостью - T0+Tz. Температура закачиваемой воды на устье - Гі(г,0,0 = ГЗАК При таких предположениях математическая постановка задачи об осесимметричном тепловом поле при закачке жидкости в скважину через НКТ будет следующая:
Здесь ГІ - температура; У1и V2 - скорости потока воды в НКТ и межтрубном пространстве; а,2 и Л, - коэффициенты температуропроводности и теплопроводности среды; Г - геотермический градиент. Индекс /=1 соответствует области 0 г і?НКТ, 0 z H (область НКТ); /=2 - ДНКТ r RК, 0 z Н (область межтрубного пространства); /=3–ДК г оо, 0 z H (область горных пород), где і?НКТ и RК - радиусы НКТ и колонны соответственно.
Задача (17)-(28) решается численно методом методом переменных направлений. Область интегрирования отсекается по г: Уравнение (20) рассматривается лишь в области 0 r R, где R достаточно велико, чтобы можно было считать, что (29) выполняется с нужной точностью при замене г-юо на r=R. Разностные схемы строятся методом баланса. Рис.2.3. Геометрия задачи.
Полученная система линейных уравнений решается методом верхней релаксации. Доказательство сходимости и устойчивости разностных схем приведено в работе [31].
Разработана компьютерная программа. Расчёты проведены при следующих параметрах: температура закачиваемой воды на устье 7ЗАК=20С; естественная температура пород на глубине z=0 есть Г0=6оС; геотермический градиент Г=0,017 С/м; наружный диаметр НКТ 4.НКТ=73 мм; внутренний - в.НКТ=63 мм (толщина стенки НКТ не учитывалась при построении расчётной сетки, но учитывалась при расчёте скорости движения жидкости, зависящей от площади сечения потока в межтрубном пространстве); внутренний диаметр колонны dК = 130 мм; длина НКТ Н=1000м; приёмистость скважины Qx = 100 [м3/сут], приёмистость места нарушения герметичности обсадной колонны, расположенной выше воронки НКТ, составляла Qx = 100; 90; 75; 50; 25; 20; 10 [м3/сут].
На рис.2.4. приведены результаты расчётов распределения температуры вдоль ствола скважины в НКТ. Шифр кривых на рисунке - это величина приёмистости в месте нарушения герметичности обсадной
Как видно из рис.2.4, при закачке «горячей» воды (температура закачиваемой воды на устье больше геотермической, т.е. Тзак То), температура при увеличении глубины в скважине сначала уменьшается, достигает минимальное значение, а затем постепенно увеличивается. Если обсадная колонна выше воронки НКТ герметична (см. кр.1), то температура с минимального значения (на глубине 620м) увеличивается при увеличении глубины монотонно до местоположения воронки НКТ. Рассмотрим поведение градиента температуры Г1(z) = Т/z на этой кривой, здесь Т = Т2 –Т1 – приращение температуры, z. = z2 – z1 – приращение глубины. Т1 – температура кривой на глубине z1, Т2 -температура кривой на глубине z2. Градиент температуры в интервале: устье – 620м имеет отрицательное значение, так как на этом участке Т 0, а z 0. На глубине z 620м градиент температуры Г = 0 (здесь Т = 0). Ниже этой глубины градиент температуры положительный, монотонно увеличивается и приближается к геотермическому градиенту.
Подобный характер распределения температуры отмечается и в случае, когда нарушена герметичность обсадной колонны выше воронки НКТ. Однако между этими распределениями имеется существенное расхождение. Если градиент температуры монотонно увеличивается при приближении к воронке НКТ в случае, когда обсадная колонна герметична выше воронки НКТ, то в случае, когда герметичность обсадной колонны выше воронки НКТ нарушена, градиент температуры при приближении сверху к воронке НКТ уменьшается. Следовательно, поведение термограмм вблизи воронки НКТ, зарегистрированных при квазистационарном режиме закачки, указывает на техническое состояние обсадной колонны выше воронки НКТ. Монотонное увеличение градиента температуры при приближении сверху к воронке НКТ указывает на то, что обсадная колонна выше воронки НКТ герметична, уменьшение градиента температуры при приближении сверху к воронке НКТ указывает на то, что нарушена герметичность обсадной колонны выше воронки НКТ.
На рис.2.5. приведены результаты расчётов распределения температуры в процессе закачки воды через НКТ в нагнетательную скважину, приёмистость которой составляет Q=400 м3/сут. Шифр кривых на рисунке – это величина приёмистости в месте нарушения герметичности обсадной колонны, расположенной выше воронки НКТ : 1 – Q = 0 м3/сут; 2 – Q = 40 м3/сут; 3 – Q = 80 м3/сут; 4 – Q = 100 м3/сут; 5 – Q = 200 м3/сут; 6 – Q = 300 м3/сут; 7 – Q = 360 м3/сут; 8 – Q = 400 м3/сут.
Измерения с различными постоянными скоростями протяжки прибора
В этой главе приведены результаты расчётов распределения температуры вдоль ствола нагнетательной скважине при закачке воды через НКТ для трёх случаев: 1. нарушена герметичность НКТ; 2. нарушена герметичность обсадной колонны выше воронки НКТ; 3. нарушена герметичность обсадной колонны выше воронки НКТ на двух глубинах. Кроме того, проведены расчёты распределения температуры с целью изучения радиального градиент температуры в потоке закачиваемой воды в нагнетательную скважину. По каждой задаче проведён анализ результатов расчётов.
Из анализа результатов расчётов по первой задаче следует, что при малых нарушениях герметичности место нарушения герметичности НКТ определить представляет трудности. Изменение градиента температуры на глубине нарушения герметичности НКТ, практически не отмечается. Только при больших нарушениях, когда через место нарушения герметичности уходит более 50% закачиваемой воды проблемное место НКТ определяется скачкообразным изменением градиента температуры.
По второй задаче получены практические важные результаты. Анализ результатов исследований в нагнетательных скважинах на нефтяных месторождениях России показывает, что температура закачиваемой воды вблизи воронки НКТ меньше геотермической. Такие условия в нагнетательной скважине определяются температурой закачиваемой воды на устье, величиной приёмистости, а также геотермическим градиентом температуры. Именно для таких условий были проведены расчёты распределения температуры при закачке воды в нагнетательную скважину.
Из проведённых расчётов следует, что характер распределения температуры вблизи воронки НКТ при закачке воды в нагнетательную скважину через НКТ существенно отличаются между собой при герметичной и нарушенной герметичности обсадной колонны выше воронки НКТ. При герметичной колонне выпуклость на кривой направлена в сторону, противоположную относительно геотермического распределения, а при нарушенной герметичности колонны выше воронки НКТ выпуклость на кривой направлена к геотермическому распределению. Для того, чтобы определить герметичность обсадной колонны выше воронки НКТ, надо провести прямую линию, которая соединяла бы две точки на термограмме, одна из этих точек находится на глубине воронки НКТ, а другая – на 20-30м выше воронки НКТ. Если термограмма находится левее этой прямой, то обсадная колонна герметична (в этом случае выпуклость на кривой направлена в сторону противоположную от геотермического распределения), иначе – нарушена герметичность колонны выше воронки НКТ.
По третьей задаче, когда нарушена герметичность обсадной колонны выше воронки НКТ, определить место нарушения герметичности по измерения термометром при закачке представляет большие трудности даже при небольших приёмистостях нагнетательной скважине. Поэтому проводить измерения термометром при закачке не ограничивая её приёмистость не следует.
В четвёртой задаче изучается распределение температуры вдоль радиуса при закачке воды в нагнетательную скважину. Показано, что распределение температуры вдоль радиуса не остаётся постоянным. В приустьевой части температура на стенке и на оси скважины мало отличаются между собой. При увеличении глубины разница температуры между стенкой и осью увеличивается, достигает максимальной величины на какой-то глубине, а затем начинает уменьшаться. Причём уменьшение температуры до нуля между различными образующими, проходящими на различном расстоянии от оси, наблюдается на различных глубинах z. Эта разница глубин увеличивается при увеличении приёмистости скважины. Так при Q=20 м3/сут величина z75м, а при Q=100 м3/сут z375м.
Если будем считать точкой инверсии глубину, где температура на различных образующих равны между собой, то окажется, что глубина инверсии занимает некоторую область по протяжённости, отличную от нуля. Поэтому, видимо, надо говорить не о точке, а об области инверсии.
При дальнейшем увеличении глубины, считая от области инверсии, разница температуры между стенкой и осью скважины в потоке закачиваемой воды начинает увеличиваться. Вместе с этим изменяется также и знак градиента температуры. Если в приустьевой части скважины градиент температуры отрицательный (температура на оси больше чем на стенке), то ниже точки инверсии градиент температуры положительный. Радиальный градиент температуры выше области инверсии составляет десятки оС/м. причём, при уменьшении величины приёмистости скважины градиент температуры увеличивается. Ниже области инверсии радиальный градиент температуры составляет более одной сотни оС/м. Например, при Q=100 м3/сут величина радиального градиента температуры составляет Г=150 оС/м.
Таким образом, величина радиального градиента температуры на четыре порядка превосходит геотермический градиент температуры. Это можно использовать на практике при определении, например, места нарушения герметичности обсадной колонны или НКТ.
Использование радиального градиента температуры для определения герметичности колонны и НКТ в нагнетательных скважинах
Для определения места нарушения герметичности НКТ будем использовать методику временной фильтрации температурных аномалий [100-102] (МВФТА). В этих работах не предъявлялись какие-либо требования к выбору масштаба температуры. Это было бы справедливо при автоматизированной обработке и интерпретации результатов измерений температуры в скважине. При «ручной» или визуальной интерпретации термограмм результат заключения будет определяться «видимой» конфигурацией кривой, а следовательно и выбором масштаба температуры. Как показывает практика, вертикальный градиент температуры при закачке может быть очень маленький. Поэтому масштаб температуры при использовании данной методики должен быть достаточно маленький, порядка нескольких десятых или даже сотых долей градуса Цельсия на один сантиметр диаграммной бумаги.
При исследовании нагнетательных скважин будем подразделять нарушения герметичности НКТ на «большие» и «маленькие». Как следует из МВФТА «большие» нарушения герметичности отмечаются изменением градиента температуры, зарегистрированные при квазистационарном режиме закачке воды через НКТ, а «маленькие» – не отмечаются. При закачке воды в течение длительного времени «большое» нарушение герметичности НКТ может сыграть роль гидроперфоратора. В результате получится сквозное отверстие в обсадной колонне, нарушив тем самым герметичность нагнетательной скважины. «Маленькие» нарушения герметичности в теле трубы НКТ в дальнейшем перерастают в «большие». При нарушении герметичности муфтового соединения НКТ уход закачиваемой воды здесь незначительный. Однако при длительной закачке вода промоет резьбовое соединение муфты настолько, что это приведёт к «полёту» НКТ на забой скважины. Из этого следует, что необходимо обращать серьёзное внимание на решение задачи по определению герметичности НКТ в нагнетательных скважинах.
На рис.4.1 приведены результаты исследований в нагнетательной скважине 6821/724 Фёдоровского месторождения. Здесь приведены термограммы: кр.1 (фоновая) зарегистрирована при спуске прибора в простаивающей длительное время скважине, кр.2 – при подъёме прибора в кратковременно остановленной скважине.
Фоновая термограмма (кр.1), зарегистрированная в простаивающей длительное время скважине, не может быть использована для определения места нарушения герметичности обсадной колонны или НКТ. Такие измерения надо использовать при изучении экологического состояния месторождения, а также при площадном мониторинге температурных аномалий, в результате которого выявляются (однозначно) нагнетательные скважины с нарушенным техническим состоянием обсадной колонны2.
Для определения технического состояния НКТ и/или обсадной колонны в интервале, перекрытом НКТ, используется термограмма, зарегистрированная в кратковременно остановленной скважине – кр.2. Эта кривая зарегистрирована в такое время, когда тепловые аномалии, сформировавшиеся при движении закачиваемой воды через нарушение герметичности НКТ или обсадной колонны в процессе закачки, ещё не успели расформироваться в скважине. Кроме того, положительным
Проведённый анализ площадного мониторинга на Кушкульской площади показал сто процентную эффективность такой методики выявления скважин с нарушенной герметичности колонны. моментом для решения рассматриваемой задачи является то, что при регистрации кр.2 режим течения воды в скважине был ламинарным, а не турбулентным. J L -башмакНЕТ Как видно из рисунка, на кр.2 отмечаются аномалии температуры на глубине: 303 и 987м. Для выяснения причины аномалии на глубине 987м провели дополнительные исследования (детализацию). При детализации решается вопрос: связана ли эта аномалия с нарушением герметичности НКТ или обсадной колонны или связана с нарушением температуры пород.
Детализацию аномалии температуры, отмеченной на глубине 303м, не проводили, так как дистанционный прибор на кабеле с такой глубины может выбросить из скважины в процессе закачки воды.
На рис.4.2 приведены результаты измерений термометром в скважине 6821/724, проведённые при детализации аномалии температуры на глубине 987м с использованием МВФТА. Здесь приведены термограммы в масштабе n = 2оС/см. Условные обозначения: кр.1 – зарегистрирована по стволу в кратковременно остановленной скважине, кр.2 – зарегистрирована при спуске прибора в простаивающей в течение длительного времени скважине, кр.3 и 4 – зарегистрированы при подъёме и спуске прибора при квазистационарном режиме закачки воды в скважину через НКТ, кр.5 и 6 – зарегистрированы при подъёме прибора сразу и через 8 минут после прекращения закачки воды в скважину соответственно.
Как видно из рисунка, распределение температуры при закачке, зарегистрированное непосредственно перед остановкой скважины, монотонное, близкое к прямолинейной зависимости температуры при изменении глубины. На фоне этого распределения температуры начинается восстановление температуры в системе скважина-пласт. Кр.5 зарегистрирована сразу после прекращения закачки воды в скважину. На этом распределении не отмечается аномальное изменение температуры. Эта кривая зарегистрирована в течение 4 минут после остановки скважины. Поэтому на это распределение не оказывает влияние межтрубное пространство, а оказывает влияние только НКТ. Так как на кр.5 нет аномалий температуры, поведение кривой монотонное, то, следовательно, нет нарушения герметичности НКТ.