СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ СКВАЖИН (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК E21B47/00 

Изобретение относится к термическим методам исследования нагнетательных скважин и может быть использовано при определении места нарушения герметичности насосно-компрессорных труб (НКТ), эксплуатационной колонны в интервалах, перекрытых НКТ, и при выявлении движения жидкости за обсадной колонной.

Известен способ определения места негерметичности эксплуатационной колонны в нагнетательной скважине в интервалах, перекрытых НКТ, по измерениям температуры вдоль ствола через 0 - 0,5 часов и в течение времени, не превышающего t = 0,2R²/a после смены режима закачки на отбор, а продолжительность закачки определяют по формуле t = V/Q, где V - внутренний объем НКТ от устья до аномалии температуры, м³, Q - приемистость скважины, м³сут, R - расстояние от НКТ до обсадной колонны, м, а - коэффициент температуропроводности среды, заполняющей межтрубное пространство, м²ч /А.С. N 1359435, кл. E 21 В 47/00, 1985/.

Недостатком данного способа является то, что невозможно отличить нарушение герметичности НКТ от нарушения герметичности эксплуатационной колонны по одному измерению температуры, проведенному в течение времени, не превышающего t = 0,2 R²/a после смены режима закачки на отбор. Кроме того, при больших дебитах отбора жидкости через НКТ невозможно определить место нарушения герметичности эксплуатационной колонны вследствие того, что вклад радиальной составляющей коэффициента теплопроводности (полезной составляющей, несущей информацию об изменении температуры в межтрубье и породе) пренебрежимо мал в сравнении с конвективной (осевой) составляющей коэффициента теплопроводности потока жидкости в НКТ.

Наиболее близким к предлагаемому является способ термических исследований нагнетательных скважин, заключающийся в следующем: проводят измерение температуры вдоль ствола через 0 - 0,5 часов после смены режима закачки на отбор; выделяют аномалии температуры; в каждом выявленном интервале температурных аномалий проводят два измерения температуры, причем первое - в течение времени, не превышающего 2 мин, а второе - в интервале 5-12 мин после перевода скважины с режима закачки на отбор /Положительное решение о выдаче патента на изобретение по заявке N 97106571/03 (006841). Дата поступления заявки 21.04.97/.

Недостатком способа является то, что измерения температуры вдоль ствола надо проводить в режиме отбора ранее закачанной жидкости в нагнетательную скважину. Кроме того, при проведении исследований необходимо использовать емкость для сбора и дальнейшей утилизации высокоминерализованной воды, изливающейся из скважины.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение технологичности и понижение стоимости работ при определении места нарушения герметичности НКТ и колонны вследствие отсутствия режима отбора жидкости из нагнетательной скважины.

Технический результат достигается тем, что в известном способе исследования нагнетательных скважин, оборудованных НКТ, включающем регистрацию изменения температуры вдоль ствола скважины через 0,5 - 5 часов после перевода ее с режима квазистационарного распределения температуры в НКТ в процессе закачки на отбор жидкости через НКТ, проведение в каждом выявленном интервале аномалии температуры двух измерений температуры, причем первое - в течение времени, не превышающего 2 мин, а второе - в течение 5-12 мин после перевода скважины с режима квазистационарного распределения температуры в НКТ выше аномалии в процессе закачки на отбор жидкости через НКТ, при этом о нарушении герметичности НКТ судят по форме аномалии температуры при первом измерении, а о нарушении герметичности эксплуатационной колонны судят по отсутствию аномалии при первом и по наличию аномалии при втором измерениях, измерения термометром проводят после прекращения закачки в процессе восстановления температуры без отбора жидкости из скважины.

Технический результат также достигается тем, что в известном способе исследования нагнетательных скважин, оборудованных НКТ, включающем регистрацию изменения температуры вдоль всего ствола скважины через 0,5 - 5 часов после перевода ее с режима квазистационарного распределения температуры в НКТ выше аномалии в процессе закачки на отбор жидкости через НКТ, проведение в каждом выявленном интервале температурных аномалий трех временных измерений температуры, причем первое - после установления в НКТ выше аномалии квазистационарного распределения температуры в процессе закачки, а второе и третье - в течение времени, не превышающего 2 мин, и в интервале 5-12 мин, соответственно, после перевода скважины с режима квазистационарного распределения температуры в НКТ в процессе закачки на отбор жидкости через НКТ, измерения термометром вдоль всего ствола, а также второе и третье временные измерения проводят после прекращения закачки в процессе восстановления температуры без отбора жидкости из скважины, при этом о нарушении герметичности НКТ судят по наличию аномалии при втором измерении, а о нарушении герметичности эксплуатационной колонны судят по отсутствию аномалии температуры при первом и втором и по наличию аномалии при третьем измерениях.

Возможность достижения технического результата обусловлена тем, что скорость распространения аномалии температуры имеет конечную величину. Кроме того, возможность регистрации в НКТ влияния локальных аномалий температуры в межтрубье и горных породах связана с величиной скорости потока жидкости в НКТ. Поэтому при соответствующей технологии проведения исследований в НКТ на фоне монотонного распределения температуры вдоль ствола можно раздельно регистрировать на термограммах влияние НКТ, или НКТ и межтрубья, или НКТ, межтрубья и породы одновременно. По результатам этих временных измерений температуры определяем, нарушена или не нарушена герметичность НКТ или эксплуатационной колонны, отсутствует или есть движение жидкости за эксплуатационной колонной.

Из научно-технической литературы и патентной документации не известно проведение в НКТ трех измерений температуры в простаивающей в покое нагнетательной скважине, а также одного измерения температуры при закачке с целью определения места нарушения герметичности НКТ или эксплуатационной колонны. Однако, известно проведение серии измерений температуры ниже НКТ во времени в режиме закачки и отбора жидкости из скважины в процессе ее освоения (А.С. СССР N 987082, кл. E 21 B 47/00, 1980), где технический результат - повышение точности выявления работающих интервалов - достигается за счет увеличения температурной аномалии.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень" как новая совокупность существенных признаков, проявляющая новое техническое свойство.

Способ осуществляют следующим образом:
а. Проводят измерение температуры вдоль всего ствола при подъеме от верхнего интервала перфорации до устья через t ≥ 0,5 часа после прекращения закачки воды в скважину. Если на этом измерении нет аномалий температуры, то дальнейшие измерения температуры выше перфорированных пластов не проводятся. В этом случае заключение следующее: колонна и НКТ герметичны, движение жидкости за эксплуатационной колонной отсутствует.

б. Если на основном измерении температуры имеются аномалии, то для выяснения причины их возникновения продолжают исследования. С этой целью нужно опустить термометр на глубину H₁, которая находится на 50-70 м ниже аномалии температуры, отмеченной на основном измерении. Перевести скважину под закачку через НКТ. Через время t ≥ V/Q (здесь V, м³ - внутренний объем НКТ в интервале H₁-устье; Q, м³/сут - величина приемистости скважины) в интервале H₁-устье устанавливается квазистационарное распределение температуры в процессе закачки. Далее последовательность операций распадается на варианты 1 или 2 (см. ниже пп. в1, в2 соответственно).

в1. Прекратить закачку воды в скважину. Произвести два измерения температуры при подъеме через время: первое - сразу, второе - 5-12 минут после прекращения закачки воды в скважину при герметичном устье. Продолжительность каждого измерения составляет ≈ 5 минут.

в. 2. Провести измерение температуры при подъеме в течение 5 минут после установления в НКТ квазистационарного распределения температуры в процессе закачки. Прекратить закачку. Начиная с глубины 50-70 м ниже аномалии температуры, отмеченной на основном измерении, провести два измерения (временные) температуры при подъеме через время: первое - сразу, второе - 5-12 минут после начала отбора воды. Продолжительность каждого временного измерения составляет ≈ 5 минут.

Скорость измерения температуры вдоль ствола скважины во всех этих, способах определяется зависимостью: v [м/ч] = 3600/τ, но не менее 2100 м/ч. Здесь τ [с] - постоянная времени термометра.

Если на основном измерении температуры, проведенным вдоль всего ствола выше воронки НКТ, имеется несколько аномалий температуры, то для выяснения причины формирования аномалии необходимо провести измерения температуры на режимах скважины, указанных в пп. б, в1 (вариант 1) или пп. б, в2 (вариант 2).

Эта методика - "методика временной фильтрации температурных аномалий" - основана на конечной величине скорости распространения температурных сигналов. После прохождения фронта закачиваемой воды в скважине устанавливается квазистационарное распределение температуры. При отсутствии нарушения герметичности колонны распределение температуры как в межтрубье, так и в НКТ, монотонное и характеризует в основном скорость потока воды в НКТ. При нарушении герметичности колонны выше воронки НКТ распределение температуры в НКТ практически монотонное, а в межтрубье вблизи нарушения герметичности колонны - нарушена монотонность.

После прекращения закачки начинается процесс восстановления температуры в системе скважина - пласт. В этот период распределение температуры вдоль радиуса в НКТ зависит от времени простоя скважины в покое. Если учесть, что прибор всегда находится на стенке НКТ, а НКТ "лежит" на стенке эксплуатационной колонны, то время начала влияния межтрубья на регистрируемую температуру в НКТ определяется расстоянием от датчика температуры до стенки прибора, а время начала влияния породы на регистрируемую температуру в НКТ определяется суммарным расстоянием от датчика температуры до стенки прибора, а также расстоянием между НКТ и эксплуатационной колонной. Толщиной стенок НКТ и эксплуатационной колонны можно пренебречь, так как коэффициент теплопроводности металла в 70 раз больше коэффициента теплопроводности воды, заполняющей ствол скважины. Так, для прибора СТЛ-28 (расстояние от датчика температуры до стенки НКТ d = (⊘_пр-⊘_д) /2 = (28-4)/2 мм = 12 мм, где ⊘_пр и ⊘_д - диаметр прибора и датчика температуры соответственно) оказывает влияние: межтрубье - через 2,5-3,5 мин; породы - через 12-15 мин. При регистрации прибором К-2-321М (d= (36-4)/2 мм = 16 мм) на температуру в НКТ оказывают влияние: межтрубье - через 3,5-4,5 мин; породы - через 15-18 мин.

На чертеже приведен пример практической реализации способа при определении глубины нарушения герметичности колонны и НКТ в нагнетательной скважине в интервале, перекрытом НКТ. Здесь представлены результаты измерений температуры, проведенные автономным прибором (⊘_пр = 36 мм, ⊘_д = 4 мм), спускаемым в скважину на проволоке: кр. 1 - основной замер; кр. 2-9 - временные замеры. Кроме того, здесь также приведены измерения расходомером, проведенные этим же прибором в процессе закачки: кр. 2р, 5р, 8р. В скважину опущены насосно-компрессорные трубы до глубины 1153 м. Перфорированы пласты в интервале глубин: 1206,8-1210,4 м, 1224,0-1239,0 м. Через 40 мин после прекращения закачки проведено основное измерение температуры (см. кр. 1) при подъеме прибора в интервале: 1120-10 м. На этом измерении отмечаются аномалии температуры на глубинах 950-975 м; 510-550 м; 225-340 м. Для выяснения причины возникновения этих аномалий проведены временные измерения температуры при подъеме прибора со средней скоростью v=4000-4500 м/час: кр. 3, 6, 9 - сразу; кр. 4, 7 - через 9 и 8 мин соответственно после прекращения закачки; кр. 2, 5, 8 - при квазистационарном режиме закачки.

Проведем интерпретацию результатов исследований. Появление аномалии температуры вблизи глубины 962 м через 1,5 мин после прекращения закачки указывает однозначно на нарушение герметичности НКТ. На это же указывает и замер расходомером (см. кр. 2р).

Отсутствие аномалий температуры в интервале 600-370 м на всех временных измерениях (см. кр. 5-7) свидетельствует о герметичности НКТ и эксплуатационной колонны. Следовательно, аномальное изменение температуры на кр. 1 в интервале глубин 510-550 м и выше до 450 м связаны с заколонным движением жидкости.

На измерении температуры (см. кр. 9), проведенном в интервале 380-180 м сразу после прекращения закачки, не отмечаются аномалии температуры. Следовательно, НКТ в этом интервале глубин герметична. Расходомер вертушечный (беспакерный) также не указывает на нарушение герметичности НКТ в этом интервале глубин (см. кр. 8р).

В интервале детализации 380-180 м отмечаются на глубинах 320 м, 250-260 м и 220-225 м аномалии температуры (см. кр. 7), зарегистрированные через 12-13,5 мин после прекращения закачки. Эти времена близки к тому времени, когда на регистрируемую температуру в НКТ начнется влияние породы. Для используемого при исследованиях прибора (⊘_пр = 36 мм) последнее начнет оказывать влияние через 15-18 мин. Следовательно, наличие аномалии температуры в интервале глубин 320 м, 250-260 м и 220-225 м на кр. 6 и отсутствие их на кр. 8 и 9 указывает на нарушение герметичности колонны в этих интервалах.

Изобретение относится к термическим методам исследования нагнетательных скважин и может быть использовано при определении места нарушения герметичности насосно-компрессорных труб (НКТ), эксплуатационной колонны в интервалах, перекрытых НКТ, и при выявлении движения жидкости за обсадной колонной. Техническим результатом изобретения является повышение технологичности и понижение стоимости работ при определении места нарушения герметичности НКТ и колонны вследствие отсутствия режима отбора жидкости из нагнетательной скважины. Для этого при соответствующей технологии проведения исследований в НКТ на фоне монотонного распределения температуры вдоль ствола можно раздельно регистрировать на термограммах влияние НКТ, или НКТ и межтрубья, или НКТ, межтрубья и породы одновременно. По результатам этих временных измерений температуры определяют, нарушена или не нарушена герметичность НКТ или эксплуатационной колонны, отсутствует или есть движение жидкости за эксплуатационной колонной. При этом производят три измерения в простаивающей в покое нагнетательной скважине и одно измерение при закачке. 2 c.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ исследования нагнетательных скважин, оборудованных насосно-компрессорными трубами (НКТ), включающий регистрацию изменения температуры вдоль ствола скважины через 0,5 - 5 ч после перевода ее с режима квазистационарного распределения температуры в НКТ в процессе закачки на отбор жидкости через НКТ, проведенные в каждом выявленном интервале аномалии температуры двух измерений температуры, причем первое проводится в течение времени, не превышающего 2 мин, а второе - в интервале 5 - 12 мин после перевода скважины с режима квазистационарного распределения температуры в НКТ выше аномалии в процессе закачки на отбор жидкости через НКТ, при этом о нарушении герметичности НКТ судят по форме аномалии температуры при первом измерении, а о нарушении герметичности эксплуатационной колонны судят по отсутствию аномалии температуры при первом и по наличию аномалии во втором измерениях, отличающийся тем, что измерения температуры проводят после прекращения закачки в процессе восстановления температуры без отбора жидкости из скважины. 2. Способ исследования нагнетательных скважин, оборудованных НКТ, включающий регистрацию измерения температуры вдоль всего ствола скважины через 0,5 - 5 ч после перевода ее с режима квазистационарного распределения температуры в НКТ выше аномалии в процессе закачки на отбор жидкости через НКТ, проведение в каждом выявленном интервале температурных аномалий трех временных измерений температуры, причем первое проводится после установления в НКТ выше аномалии квазистационарного распределения температуры в процессе закачки, а второе и третье - в течение времени, не превышающего 2 мин, и в интервале 5 - 12 мин соответственно после перевода скважины с режима квазистационарного распределения температуры в НКТ в процессе закачки на отбор жидкости через НКТ, при этом о нарушении герметичности НКТ судят по наличию аномалии при втором временном измерении, а о нарушении герметичности эксплуатационной колонны судят по отсутствию аномалии температуры при первом и втором и по наличию аномалии при третьем временных измерениях, отличающийся тем, что измерение температуры вдоль всего ствола, а также второе и третье временные измерения проводят после прекращения закачки в процессе восстановления температуры без отбора жидкости из скважины.