Способ определения заколонного движения жидкости в действующих скважинах Российский патент 2024 года по МПК E21B47/07 E21B47/10 

Изобретение относится к области геофизического контроля технического состояния обсаженных скважин в процессе разработки нефтегазовых месторождений и может быть использовано для определения движения жидкости, вызванного негерметичностью цементного кольца, в пространстве за обсадной колонной в действующих скважинах, в частности, определения заколонного движения жидкости к пресноводным горизонтам.

Известен способ определения заколонного движения жидкости в добывающей скважине, включающий регистрацию распределения температур в зумпфе, определение эффективного радиуса зоны разогрева эксплуатируемого пласта, выявление заколонного движения жидкости по различию зарегистрированного распределения температур с расчетным, полученным с учетом эффективного радиуса разогрева пласта(авторское свидетельство SU 1182161, МПК E21B 47/10, опубл. 09.30.1985).

Недостатком известного способа является низкая достоверность определения заколонного движения жидкости выше работающих пластов, в частности, заколонного движения сверху вниз, поскольку в этом случае на температурное поле определяющее влияние оказывает конвективный теплоперенос вследствие движения жидкости в стволе скважины.

Известен способ определения интервалов заколонного перетока жидкости в действующих скважинах, включающий регистрацию термограмм по стволу скважины до и после кратковременного локального нагрева обсадной колонны в предполагаемом интервале движения флюида, регистрацию температуры во времени в процессе локального кратковременного нагрева колонны и по стволу скважины в исследуемом интервале при работе скважины, определение интервалов заколонного перетока по повышенному темпу изменения температуры жидкости(патент RU 2585301, МПК Е21В 47/103, Е21В 47/06, опубл. 27.05.2016).

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет определить факт заколонного движения жидкости без выхода в ствол скважины, например, заколонного движения жидкости снизу вверх к пресноводным горизонтам, приводящего к их загрязнению. Также недостатком известного способа является снижение достоверности определения заколонного движения жидкости при увеличении притока жидкости из работающего пласта и расхода жидкости в стволе скважины, поскольку в этом случае регистрируемая температура определяется в основном тепловыми процессами, связанными с работающим пластом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ определения работающих интервалов в действующих скважинах, включающий спуск по стволу скважины скважинного прибора, содержащего индукционный нагреватель и датчики температуры, индукционный нагрев обсадной колонны при движении скважинного прибора по потоку и против потока скважинной жидкости, регистрацию термограмм в процессе нагрева сканированием температуры внутренней поверхности обсадной колонны датчиками температуры, равномерно распределенными по длине окружности поперечного сечения корпуса скважинного прибора и имеющими тепловой контакт с внутренней поверхностью обсадной металлической колонны, определение работающих интервалов по повышенному темпу изменения температуры (патент RU2795225, МПКE21B 47/06, опубл. 02.05.2023).

Недостатком известного способа является малая величина индукционного разогрева обсадной колонны вследствие постоянного перемещения скважинного прибора вдоль ствола скважины, не позволяющая достоверно определять заколонное движение жидкости.

Задачей изобретения является снижение эксплуатационных затрат в процессе разработки нефтяных месторождений.

Технический результат заключается в повышении достоверности определения заколонного движения жидкости, в частности, к пресноводным горизонтам, в действующих скважинах благодаря повышению чувствительности температуры, регистрируемой в процессе исследований, к заколонному движению.

Данная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в способе определения заколонного движения жидкости в действующих скважинах, включающем индукционный нагрев обсадной колонны, регистрацию температуры ее внутренней поверхности в процессе нагрева датчиками, равномерно распределенными по периметру колонны и имеющими тепловой контакт с ней, осуществляют локальный индукционный нагрев обсадной колонны продолжительностью не менее длительности радиального распространения тепловых возмущений по колонне и цементу Δt

,

где Δh_к, Δh_ц – толщина стенки обсадной колонны и цементного кольца соответственно, a_к, a_ц – температуропроводность обсадной колонны и цемента соответственно, регистрацию температуры внутренней поверхности обсадной колонны по периметру в процессе нагрева и после его прекращения осуществляют на участке нагрева, о наличии заколонного движения судят по отличию показаний температурных датчиков относительно друг друга вследствие неоднородности азимутального распределения температуры.

Достоверность предлагаемого способа определения заколонного движения жидкости обусловлена, во-первых, обоснованной продолжительностью индукционного нагрева, в течение которой температурное возмущение радиально распространяется от нагреваемой обсадной колонны до границы цементного кольца с горными породами, в связи с чем заколонное движение жидкости вне зависимости от его местоположения (между колонной и цементом, по трещинам в цементе, между цементом и горными породами) будет влиять на температуру внутренней поверхности обсадной колонны. В случае герметичного цементного кольца в отсутствие заколонного движения жидкости температурное поле относительно оси скважины является аксиально-симметричным. При наличии негерметичности цементного кольца (трещин, пустот, в большинстве своем неравномерно распределенных по периметру скважины) в заколонном пространстве возникает поток жидкости, нарушающий симметрию температурного поля. Во-вторых, регистрация изменения температуры в предлагаемом способе проводится на участке нагрева, в котором достигаются максимальное изменение температуры и соответственно максимальная чувствительность температуры колонны к заколонному движению жидкости. В-третьих, благодаря регистрации температуры по периметру колонны предлагаемый способ позволяет определить факт заколонного движения жидкости с малым расходом, локализованного в небольшом секторе.

Способ осуществляют следующим образом:

1. В действующей скважине осуществляют локальный индукционный нагрев обсадной колонны продолжительностью не менее длительности радиального распространения тепловых возмущений по колонне и цементу Δt:

,

где Δh_к, Δh_ц – толщина стенки обсадной колонны и цементного кольца соответственно, a_к, a_ц – температуропроводность обсадной колонны и цемента соответственно.

2. Осуществляют регистрацию изменения во времени температуры внутренней поверхности обсадной колонны на участке индукционного нагрева датчиками, равномерно распределенными по периметру колонны и имеющими тепловой контакт с ней, в процессе нагрева и после его прекращения.

3. О наличии заколонного движения жидкости судят по отличию показаний температурных датчиков, распределенных по периметру обсадной колонны, относительно друг друга, обусловленному неоднородностью азимутального распределения температуры.

Пример осуществления способа проиллюстрирован на диаграмме, где представлены результаты экспериментальных замеров температуры внутренней поверхности обсадной колонны в процессе ее локального индукционного нагрева длительностью 20 мин и после прекращения нагрева при наличии заколонного движения жидкости снизу вверх в секторе B (диапазон азимутального угла 90-180°, движение жидкости происходит по трещине внутри цементного кольца), толщина стенки обсадной колонны составляет 7 мм, толщина цементного кольца – 35 мм, температуропроводность обсадной колонны и цемента составляют 10^-6 и 10^-5 м²/c соответственно. Расчетная длительность радиального распространения тепловых возмущений по колонне и цементу составляет около 390 секунд (5,5 минут), таким образом, длительность индукционного нагрева 20 мин достаточна для достоверного определения заколонного движения жидкости. На диаграмме приняты следующие условные обозначения: A, B, C, D – секторы; кривые, выполненные штриховой линией, соответствуют процессу индукционного нагрева, сплошной линией построены кривые после прекращения нагрева; шифр кривых – время после начала/прекращения индукционного нагрева.

Как видно из диаграммы, наличие заколонного движения жидкости в секторе B приводит к локальному охлаждению обсадной колонны в этой области за счет отвода тепла от колонны потоком жидкости, и, как следствие, отличию показаний температурных датчиков, расположенных в секторе B, относительно датчиков, расположенных в других секторах, связанному с неоднородностью азимутального распределения температуры. Различие показаний температурных датчиков достигает по величине 7°С в процессе индукционного нагрева и 4°С после прекращения нагрева.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет обеспечить достоверное определение заколонного движения жидкости в действующих скважинах, а его оперативное устранение путем восстановления герметичности цементного кольца на основании полученной информации позволяет сократить эксплуатационные затраты, ликвидировать загрязнение пресноводных горизонтов и повысить эффективность разработки нефтегазовых месторождений.

Изобретение относится к области геофизического контроля технического состояния обсаженных скважин в процессе разработки нефтегазовых месторождений. Способ определения заколонного движения жидкости в действующих скважинах включает индукционный нагрев обсадной колонны и регистрацию температуры ее внутренней поверхности в процессе нагрева датчиками, равномерно распределенными по периметру колонны и имеющими тепловой контакт с ней. Локальный индукционный нагрев обсадной колонны осуществляют продолжительностью не менее длительности радиального распространения тепловых возмущений по колонне и цементу. Регистрацию температуры внутренней поверхности обсадной колонны по периметру в процессе нагрева и после его прекращения осуществляют на участке нагрева. По показаниям температурных датчиков строят диаграмму кривой азимутального распределения температуры в обсадной колонне, на которой выделяют сектор с резким понижением значения температуры, указывающего на локальное охлаждение обсадной колонны в этом секторе за счет отвода тепла от колонны потоком жидкости, соответствующего наличию заколонного движения жидкости. Обеспечивается повышение достоверности определения заколонного движения жидкости. 1 ил.

Способ определения заколонного движения жидкости в действующих скважинах, включающий индукционный нагрев обсадной колонны, регистрацию температуры ее внутренней поверхности в процессе нагрева датчиками, равномерно распределенными по периметру колонны и имеющими тепловой контакт с ней, отличающийся тем, что осуществляют локальный индукционный нагрев обсадной колонны продолжительностью не менее длительности радиального распространения тепловых возмущений по колонне и цементу Δt:

где Δh_к, Δh_ц – толщина стенки обсадной колонны и цементного кольца соответственно,

a_к, a_ц – температуропроводность обсадной колонны и цемента соответственно,

регистрацию температуры внутренней поверхности обсадной колонны по периметру в процессе нагрева и после его прекращения осуществляют на участке нагрева, по показаниям температурных датчиков строят диаграмму кривой азимутального распределения температуры в обсадной колонне, на которой выделяют сектор с резким понижением значения температуры, указывающим на локальное охлаждение обсадной колонны в этом секторе за счет отвода тепла от колонны потоком жидкости, соответствующим наличию заколонного движения жидкости.