СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И ГРАНИЦ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ПЛАСТА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2002 года по МПК E21B49/00 E21B47/06 

Изобретение относится к области нефтяной промышленности, а именно к способам исследования продуктивных пластов, вскрытых скважинами. Предлагаемый метод пригоден для исследования неоднородных коллекторов с использованием деформаций горных пород.

Известен способ определения гидропроводности и пьезопроводности пластов, основанный на изменении давления в пласте, регистрации возникающих при этом смещений горных пород и вычислении по ним коэффициентов гидропроводности и пьезопроводности [1] . Недостатком данного способа является то, что в нем регистрируют только смещения горных пород и не может быть использована информация, заложенная в деформациях, можно производить лишь однократные пуски или закрытия скважин, пласт предполагается однородным, а фильтрация - однофазной, в результате определяют лишь такие параметры, как гидропроводность и пьезопроводность, и способ не позволяет определять распределение давления в пласте и местоположение границ неоднородностей в нем.

Целью изобретения является определение распределения давления в пласте и местоположения границ неоднородностей в нем.

Поставленная цель достигается двумя вариантами осуществления способа, в котором установленными на поверхности земли датчиками регистрируют изменения во времени поперечных деформаций горных пород u_zz(r',t) или смещений u_z(r', t), возникающих при однократных или многократных (периодических) пусках и закрытиях возмущающих скважин, и вычисляют распределения давления в пласте. Путем обработки распределения давления, а именно дифференцирования, определяют местоположение границ неоднородностей в пласте.

По первому варианту сущность изобретения заключается в следующем: создают нестационарные режимы фильтрации в пласте путем разовых и многократных пусков и закрытий скважин, при этом в пласте возникают нестационарные поля давлений, которые вызывают соответствующие поперечные деформации во всей толще горных пород. Установленными на поверхности земли датчиками, которые расположены на заданных расстояниях от скважины, регистрируют изменения во времени поперечных деформаций горных пород u_zz(r',t) и вычисляют распределения давления в пласте по формуле

где G(ξ) = [a₀+ξHf(ξ)]e^ξH - безразмерная величина, введена для удобства записи и самостоятельного смысла не имеет;
f(ξ) = 1-(1+2ξH+2ξ²H²)e^-2ξH - безразмерная величина, введена для удобства записи и самостоятельного смысла не имеет;
- безразмерная величина, введена для удобства записи и самостоятельного смысла не имеет;
p(r,t) - распределение давления, Па;
r - расстояние от оси скважины в пласте, м;
t - время, с;
Е - модуль Юнга горных пород, Па;
σ - коэффициент Пуассона, безразмерная величина;
Н - глубина залегания пласта, м;
ξ - переменная интегрирования, м^-1;
r' - расстояние от оси скважины на поверхности; штрих показывает, что переменная интегрирования, м;
J₀) - функция Бесселя первого рода, безразмерная величина;
u_zz(r', t) - величина измеренных поперечных деформаций, безразмерная величина;
h - толщина пласта, м;
Е_п - модуль Юнга пласта, Па.

Штрихи у переменной расстояния от скважины в выражениях u_zz(r',t), J₀(ξr′) означают, что по данной переменной производится интегрирование. Данное различие вводится специально, чтобы не было путаницы между случаями, когда данная переменная под интегралом является параметром (r), а когда - переменной интегрирования (r'), как это принято в интегральном исчислении.

Затем вычисляют производные от давлений по расстояниям для любого момента времени и по виду распределения этих производных по расстоянию определяют местоположения границ неоднородностей пласта, каковыми могут быть границы зон с различными проницаемостями, линии разделов фаз и т.п.

По второму варианту сущность изобретения заключается в следующем: создают нестационарные режимы фильтрации в пласте путем разовых и многократных пусков и закрытий скважин, при этом в пласте возникают нестационарные поля давлений, которые вызывают соответствующие смещения во всей толще горных пород. Установленными на поверхности земли датчиками, которые расположены на заданных расстояниях от скважины, регистрируют изменения во времени поперечных смещений горных пород u_z(r',t) и вычисляют распределения давления в пласте по формуле

где G(ξ) = [a₀+ξHf(ξ)e^ξH - безразмерная величина, введена для удобства записи и самостоятельного смысла не имеет;
f(ξ) = 1-(1+2ξH+2ξ²H²)e^-2ξH - безразмерная величина, введена для удобства записи и самостоятельного смысла не имеет;
- безразмерная величина, введена для удобства записи и самостоятельного смысла не имеет;
p(r,t) - распределение давления, Па;
r - расстояние от оси скважины в пласте, м;
t - время, с;
Е - модуль Юнга горных пород, Па;
σ - коэффициент Пуассона, безразмерная величина;
Н - глубина залегания пласта, м;
ξ - переменная интегрирования, м^-1;
r' - расстояние от оси скважины на поверхности; штрих показывает, что переменная интегрирования, м;
J₀ - функция Бесселя первого рода, безразмерная величина;
u_z(r',t) - величина измеренных поперечных смещений горных пород, м;
h - толщина пласта, м;
Е_п - модуль Юнга пласта, Па.

Штрихи у переменной расстояния от скважины в выражениях u_z(r',t), J₀(ξr′) означают, что по данной переменной производится интегрирование. Данное различие вводится специально, чтобы не было путаницы между случаями, когда данная переменная под интегралом является параметром, а когда - переменной интегрирования, как это принято в интегральном исчислении.

Затем вычисляют производные от давлений по расстояниям для любого момента времени и по виду распределения этих производных по расстоянию определяют местоположения границ неоднородностей пласта, каковыми могут быть границы зон с различными проницаемостями, линии разделов фаз и т.п.

При выводе данных формул предполагалось, что скважина создает плоскорадиальный фильтрационный поток в пласте. Использована модель со следующими параметрами: толщина пласта - h, глубина залегания - Н, толщина пласта мала по отношению к глубине его залегания, то есть выполняется условие h<H, ось z цилиндрической системы координат совпадает с осью скважины, плоскость z=Н перпендикулярна оси скважины и является свободной поверхностью - поверхностью земли, плоскость z=0 совпадает с серединной плоскостью пласта, горная порода характеризуется усредненным коэффициентом Пуассона σ и модулем Юнга Е, а пласт соответственно характеризуется модулем Юнга Е_п.

Предлагаемый способ в отличие от известного позволяет, основываясь на измерении деформаций или смещений, вычислять распределение давления в пласте, по которому затем можно определить интересующие гидродинамические параметры, упоминаемые в известном способе, используя известные предназначенные для этого методы, а также определять местоположение границ неоднородностей. Кроме того, предлагаемые варианты способа позволяют вычислять распределение давления на различных нестационарных режимах не только после однократных пусков или остановок, а и на периодических режимах типа простой - нагнетание и т.п., в зависимости от того, какие операции со скважиной производят и информацию о каком временном отрезке используют.

Сущность изобретения поясняется рассмотрением примеров с графическими материалами, где на фиг.1 показаны в виде штрихпунктирной линии деформации в зависимости от расстояния от скважины в полулогарифмическом масштабе, на фиг. 2 - распределение давления по расстоянию, рассчитанное по приведенной выше формуле (2), а соответствующая производная давления по расстоянию показана на фиг. 3, на фиг.4 показаны смещения в зависимости от расстояния от скважины в полулогарифмическом масштабе, на фиг.5 - распределение давления по расстоянию рассчитанное по приведенной выше формуле (1), а соответствующая производная от давления по расстоянию показана на фиг.6.

Для первого варианта осуществления способа графики рассчитаны для случая, когда в пласте с заданными гидродинамическими параметрами в момент времени t= 0 начинает работать скважина с постоянным дебитом, при этом Е=10⁵ МПа, σ= 0,25, Н=1000 м, h=10 м, Е_п=10⁴ МПа, время регистрации деформаций t= 432000 с. Место неоднородности пласта выделяется по скачку производной от давления по расстоянию (dP/dr), в данном примере при r = 100 м.

Для реализации способа используют устройство для измерения времени (таймер), датчики деформаций, устройство для измерения расстояний (мерная лента), формулы для вычисления давлений, справочники по деформационным свойствам горных пород.

Для осуществления изобретения выполняют следующие действия: датчики, способные регистрировать деформации, устанавливают на поверхности земли на заданных расстояниях r' от возмущающей скважины, создают нестационарные режимы работы возмущающей скважины путем разовых и многократных пусков и закрытий скважин, регистрируют изменение во времени показания датчиков, указывающих поперечные деформации горных пород u_zz(r,t), и рассчитывают по указанной выше формуле (1) распределения давления в пласте для поперечных в плоскости пласта деформаций, затем вычисляют производные от давлений по расстояниям для любого момента времени и по виду распределения этих производных по расстоянию определяют местоположения границ неоднородностей пласта, каковыми могут быть границы зон с различными проницаемостями, линии разделов фаз и т.п.

Для второго варианта осуществления способа графики рассчитаны для случая, когда в пласте с заданными гидродинамическими параметрами в момент времени t= 0 начинает работать скважина с постоянным дебитом, при этом Е=10⁵ МПа, σ= 0,25, Н=1000 м, h=10 м, Е_п=10⁴ МПа, время регистрации деформаций t= 432000 с. Место неоднородности пласта выделяется по скачку производной от давления по расстоянию (dP/dr), в данном примере при r=100 м.

Для реализации способа также используются устройство для измерения времени (таймер), датчики смещений, устройство для измерения расстояний (мерная лента), формулы для вычисления давлений, справочники по деформационным свойствам горных пород.

Для осуществления изобретения выполняют следующие действия: датчики, способные регистрировать смещения, устанавливают на поверхности земли на заданных расстояниях r от возмущающей скважины, создают нестационарные режимы работы возмущающей скважины путем разовых и многократных пусков и закрытий скважин, регистрируют изменение во времени показания датчиков, указывающих смещения u_z(r', t), и рассчитывают по указанной выше формуле (1) распределения давления в пласте для поперечных в плоскости пласта деформаций, затем вычисляют производные от давлений по расстояниям для любого момента времени и по виду распределения этих производных по расстоянию определяют местоположения границ неоднородностей пласта, каковыми могут быть границы зон с различными проницаемостями, линии разделов фаз и т.п.

Источники информации
1. SU 65643630 А, кл. Е 21 В 49/00, 25.01.1979.

Изобретение может быть использовано в нефтяной промышленности для определения давлений в нефтеводонасыщенных пластах и обнаружения местоположения неоднородностей в них. Технологическим эффектом изобретения является определение распределения давления в пласте и месторождения границ неоднородностей в нем. Для этого на нестационарных режимах фильтрации, создаваемых разовыми или многократными пусками и закрытиями скважин, создаются возмущения давлений в пластах и производятся замеры возникающих смещений или деформаций горных пород на поверхности земли с помощью системы датчиков. По полученным данным рассчитываются давления в пласте и места расположения неоднородностей. 2 с.п.ф-лы, 6 ил.

1. Способ определения распределения давления в пласте и границ неоднородностей пласта, характеризующийся тем, что на нестационарных режимах фильтрации, которые создают разовыми и многократными пусками и закрытиями скважин, измеряют датчиками, расположенными на заданных расстояниях на поверхности земли, изменение во времени поперечных деформаций горных пород и рассчитывают распределение давления по формуле

где введены обозначения
G(ξ) = [a₀+ξHf(ξ)]e^ξH,
f(ξ) = 1-(1+2ξH+2ξ²H²)e^-2ξH,

r - расстояние от оси скважины в пласте, м;
t - время, с;
Е - модуль Юнга горных пород, Па;
σ - коэффициент Пуассона, безразмерная величина;
Н - глубина залегания пласта, м;
ξ - переменная интегрирования, м^-1;
r' - переменная интегрирования, м;
J₀ - функция Бесселя первого рода, безразмерная величина;
u_zz(r', t) - величина измеренных поперечных деформаций, безразмерная величина;
h - толщина пласта, м;
E_п - модуль Юнга пласта, Па;
затем рассчитывают производную от давления по расстоянию и по изменениям этой производной определяют границы неоднородностей. 2. Способ определения распределения давления в пласте и границ неоднородностей пласта, характеризующийся тем, что на нестационарных режимах фильтрации, которые создают разовыми и многократными пусками и закрытиями скважин, измеряют датчиками, расположенными на заданных расстояниях на поверхности земли, изменение во времени поперечных смещений горных пород и рассчитывают распределение давления по формуле

где введены обозначения
G(ξ) = [a₀+ξHf(ξ)]e^ξH,
f(ξ) = 1-(1+2ξH+2ξ²H²)e^-2ξH,

r - расстояние от оси скважины в пласте, м;
t - время, с;
Е - модуль Юнга горных пород, Па;
σ - коэффициент Пуассона, безразмерная величина;
Н - глубина залегания пласта, м;
ξ - переменная интегрирования, м^-1;
r' - переменная интегрирования, м;
J₀ - функция Бесселя первого рода, безразмерная величина;
u_z(r', t) - величина измеренных поперечных смещений горных пород, м;
h - толщина пласта, м;
E_п - модуль Юнга пласта, Па;
затем рассчитывают производную от давления по расстоянию и по изменениям этой производной определяют границы неоднородностей.