Способ определения заколонного движения жидкости при освоении скважины Советский патент 1992 года по МПК E21B47/10 

Изобретение относится к геофизическим способам исследования скважин и может быть использовано при термометрических исследованиях скважин в процессе их опробования и освоения.

Известен способ определения заколонного движения жидкости в длительно эксплуатирующейся скважине путем регистрации термограммы в интервале продуктивного пласта. Недостатком способа является невозможность использования его после пуска скважины, когда температурное поле в скважине нестационарно.

Наиболее.близким по технической сущности и достигаемому результату к рассматриваемому является способ определения затрубного движения жидкости путем регистрации изменения температуры в зумпфе

после пуска скважины. О наличии затрубного движения жидкости судят по увеличенному темпу установления теплового поля в зумпфе, приводящему к нарушению температурного поля в интервале ниже перфорированного пласта. Способ реализуется в начальной стадии эксплуатации скважины, т.е. после ее пуска.

Недостатком известного способа является неоднозначность определения заколонного перетока жидкости в условиях гравитационной конвекции в зумпфе (в случае /Опл рскв), которая приводит к аналогичным изменениям температуры в исследуемом интервале. Здесь /Эпл./Эскв- плотности жидкости, соответственно пластовой и находящейся в скважине. Вклад конвекции в распределение температуры особенно значителен сразу после пуска

VI

W

VJ

о

00

скважины, что имеет место при опробовании и освоении скважины.

Цель изобретения - повышение точности и эффективности способа за счет возможности выделения температурных аномалий вследствие гравитационной конвекции.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения заколон- ного движения жидкости, включающем регистрацию фоновой термограммы в простаивающей скважине, измерение изменения температуры в зумпфе после пуска скважины м определение заколонного движения жидкости по результатам измерений, после регистрации фоновой термограммы перед пуском скважины производят перекрытие забоя ниже перфорированного пласта в интервале возможного заколонного движения жидкости, при этом измерение изменения температуры осуществляют ниже интервала перекрытия, после получения датчиком термометра сигнала из закояон- ного пространства забой открывают и про- изводят регистрацию температуры в зумпфе, по изменению которой ниже и выше области перекрытия судят о заколонном движении жидкости.

Сущность предлагаемого способа основана из возможности учета и исключения влияния гравитационной конвекции при выявлении интервалов заколонных перетоков жидкости по данным термометрии при компрессорном опробовании м освоении нефтяных скважин. Возникновение гравитационной конвекции в сквэжинных условиях связано с неоднородностью поля плотностей, когда более плотные слои жидкости находятся в гравитационном поле выше, чем менее плотные, т.е./Элл /эСкв (фиг.Ча). Здесь кривые 1-4 зарегистрированы соответственно через 5; 20; 60 и 120 мин после пуска скважины. Примерами такой ситуации могут быть случаи охлаждения пласта закачиваемыми водами или при получении из пласта жидкости с более высокой минерализацией по сравнению с жидкостью в скважине после ее промывки и пр. Искажение теплового поля при этом аналогично изменению, связанному с заколонным движением (фиг. 16). Поскольку в обоих случаях нарушение температурного поля носит одинаковый характер, то разделение гравитационной конвекции от заколонного перетока является довольно сложной задачей, особенно в условиях их совместного проявления. Гравитационное движение в вертикальной скважине направлено вниз, поэтому исключение такого движения возможно при перекрытии ствола скважины ниже перфорированного пласта, например, управляемым пакером или другими устройствами. С пуском скважины и в отсутствие перетока за

колонной тепловое поле в интервале зумпфа ниже пакера будет определяться теплоотдачей от работающего пласта (фиг.1в). Кривые 1-4 зарегистрированы соответственно через 5; 60; 120 и 240 мин после пуска

скважины. Для реальных времен опробования или освоения скважины (3-4 ч) зона распространения тепловой аномалии путем кондуктивной теплопроводности будет значительно меньше 1 м, При наличии перетока

за колонной характер нарушения первоначального распределения температуры будет определяться конвективным переносом тепла при дросселировании жидкости на всем пути ее движения. Изменение температуры в скважине при этом наблюдается во всем интервале заколонного перетока (фиг.16) и происходит путем кондуктивного теплопереноса в радиальном направлении. Кривые 1-4 зарегистрированы через 5; 60;

180 и 240 мин соответственно после пуска скважины. При раскрытом пакере датчик термометра будет находиться на оси скважины, и для выявления, в первую очередь, заколонного перегока необходимо выполнение соотношения d r0, где d - расстояние от пакера до датчика температуры; г0 - радиус скважины. Время подхода температурного сигнала из переточного канала до датчика термометра после пуска скважины

определяется расстоянием от канала до датчика и коэффициентом температуропроводности среды, заполняющей скважину, Расстояние до датчика температуры (датчик при перекрытом забое находится на оси

скважины) определяется тем, где происходит движение перетекающей жидкости. Наиболее неблагоприятный по времени установления температуры случай (наиболее удаленный канал), когда движение идет

между цементом и породой. Если диаметр обсадной колонны die 146 мм, а следовательно, диаметр скважины dCKB 168 мм, то расстояние до датчика г 84 мм 0,084 м. Температуропроводность жидкости, заполняющей скважину, а 0, м2/ч. Опыт показывает, что наиболее часто встречающаяся величина разогрева перетекающей за колонной жидкости составляет АТ0 1°С. Достоверной считается зарегистрированная аномалия AT, составляющая 10% от максимальной, т.е. при отношении, равном

-ту- 0,1. Исходя из этого и используя кривые на фиг,2, отражающие характер формирования температурного поля по сечению скважины при заколонном перетоке, можно определить время, по истечении которого следует открывать забой и проводить регистрацию термограмм в открытом стволе скважины (цифрами здесь указаны значеа т

ния параметра Фурье F0 -j-). В рассматриваемом случае это время будет составлять т 0,08 rVa, или 1,4 ч. В случае, если переток осуществляется между колонной и цементом, то г 0,7 .ч. В отсутствие перетока, как указывалось выше, температурный сигнал, регистрируемый датчиком температуры, будет обусловлен теплоотдачей от работающего пласта в вертикальном направлении, при этом время прихода сигнала будет значительно больше, чем при наличии движения за колонной, и часто влиянием пласта на температуру датчика можно пренебречь. Проводя временные замеры в перекрытом и открытом стволе скважины и сопоставляя полученные результаты, можно с достаточной точностью обнаруживать заколонный переток, исключая при этом неоднозначность, связанную с влиянием гравитационной конвекции.

Способ осуществляется следующим образом.

В простаивающей скважине регистрируют фоновую термограмму. Перед пуском скважины термометр устанавливают ниже интервала перфорации и осуществляют перекрытие забоя в интервале возможного движения жидкости за колонной, т.е. между неперфорированным водоносным пластом и перфорированным пластом. После этого осуществляют пуск скважины и регистрируют изменение температуры ниже области перекрытия. После подхода температурного сигнала из заколонного пространства до датчика термометра забой открывают и проводят повторное измерение изменения тем- пературы в зумпфе. По характеру изменения температуры до и после перекрытия забоя судят о существовании заколонного перетока.

Способ реализован в лабораторных условиях на модели скважины в соответствии с формулой изобретения. На фиг.З представлены температурные кривые: 1 - фоновая до пуска скважины; 2,3- после пуска с перекрытым забоем через время, необходимое для подхода температурного сигнала из заколонного пространства до датчика термометра; 4 - после открытия забоя; 5, б - характеризуют изменение температуры выше и ниже перекрытия при сопоставлении. Рассмотрены все возможные ситуации проявления тех или иных процессов, определяющих температурное поле в зумпфе скважины.

В случае, когда в скважине отсутствуют 5 гравитационная конвекция и заколонная циркуляция жидкости (фиг.За), тепловое поле в зумпфе скважины формируется только за счет теплоотдачи от работающего пласта. Кривые 2-4 зарегистрированы соответст0 венно через 0,5; 1,5 и 3 ч после пуска скважины. При этом температура в точках наблюдения, находящихся соответственно выше и ниже перекрытия (причем верхняя точка не охвачена воздействием работы

5 пласта), не изменяется и остается постоянной как при перекрытом, так и при открытом забое. Это иллюстрирует график, представленный в третьей колонке (кривые 5 и 6). При существованииза колонной цирку0 ляции и отсутствии конвекции (фиг.Зб) зона нарушения первоначального теплового поля охватывает весь интерва л движения жидкости за колонной. Поскольку движение жидкости в самой скважине отсутствует, то

5 применение перекрытия, как и в первом случае, не влияет на процесс формирования температуры. На всех кривых (2-4) интервал заколонного перетока отмечается полностью, наблюдается лишь изменение температуры

0 во времени. Кривые 2 и 3 зарегистрированы соответственно через 0,5 и 1,5 ч после пуска скважины. Сразу же после регистрации кривой 3 забой был открыт. Кривая 4 зарегистрирована через 3 ч после пуска скважины.

5 Изменения температуры выше и ниже перекрытия связаны только с кондуктивным т.еп- лопереносом в радиальном направлении, кривые 5 и 6 определяют характер установления температуры соответственно выше и

0 ниже перекрытия, при этом хорошо заметны различия со случаем За.

Если заколонного перетока нет, а существует только гравитационная конвекция (фиг.Зв), то в области выше перекрытия дви5 жение жидкости в скважине приводит практически сразу же после пуска к резкому изменению температуры, и температура в этой области становится равной пластовой. Ниже перекрытия тепловое поле формиру0 ется за счет кондуктивного теплопереноса в вертикальном направлении. Кривые 2 и 3 зарегистрированы через 0,5 и 1,5 ч после пуска скважины. После регистрации кривой 3 забой был открыт, что из-за наличия гра5 витации привело к более интенсивному теп- лообмену в этой области. Кривая 4 зарегистрирована через 3 ч после пуска скважины. Сравнение кривых 5 и 6, характеризующих изменение температуры выше и ниже перекрытия, позволяет определить наличие в скважине только гравитационной конвекции.

При совместном проявлении заколон- ной циркуляции и гравитационной конвекции нарушение температуры происходит во асем интервале действия этих процессов (фиг.Зг). Кривые 2 и 3 получены соответственно через 0,5 и 1,5 ч после пуска скважины. После регистрации термограммы 3 забой был открыт. Кривая 4 зарегистрирована через 3 ч после пуска скважины. Различия в изменении температуры выше и ниже перекрытия (кривые 5 и 6) на фоне существования гравитационной конвекции определяют наличие заколонного перетока.

Таким образом, предлагаемый способ определения заколонного движения позволяет ПОРЫСИТЬ точность и эффективность определения причины нарушения температурного поля в зумпфе скважины и однозначно выявлять наличие заколонного перетока. Для реализации способа необходимы высокочувствительные термометры со специальным устройством для перекрытия ствола.

0

5

0

5

Формула изобретения

Способ определения заколонного движения жидкости при освоении скважины, включающий регистрацию фоновой термограммы в простаивающей скважине, измерение изменения температуры в зумпфе после пуска скважины и определение заколонного движения жидкости по результатам измерений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и эффективности способа, после регистрации фоновой термограммы перед пуском скважины производят перекрытие забоя ниже перфорированного пласта в интервале возможного заколонного движения жидкости, при этом измерение изменения температуры осуществляют ниже области перекрытия, после получения датчиком термометра сигнала из заколонного пространства забой открывают и производят регистрацию температуры в зумпфе, по изменению которой ниже и выше области перекрытия судят о заколонном движении жидкости.

Использование: нефтяная промышленность, геофизические методы исследования скважин, при термометрических исследованиях скважин в процессе их опробования и освоения. Сущность изобретения: регистрируют фоновую термограмму в простаивающей скважине, производят перекрытие забоя ниже перфорированного пласта в интервале возможного заколонного движения жидкости, производят пуск скважины, осуществляют измерение изменения температуры ниже области перекрытия, после получения датчиком термометра сигнала из заколонного пространства забой открывают и производят регистрацию температуры в зумпфе, по изменению которой ниже и выше области перекрытия судят о заколонном движении жидкости. 3 ил. у Ё

ffi

6 ФигЛ

со

О

г- т гS- S5