Анализ работы узлов ск при исследовании скважин и пластов

Информация ниже переписана со статьи Вольпин С.Г., Мясников Ю.А., Свалов А.В., Штейнберг Ю.М., Дяченко А.Г., Вольпин А.С. "Анализ применения ГДИС-технологий в информационном обеспечении проектирования разработки" Нефтяное хозяйство, 2002 г., № 10, С. 61-65.

Одним из основных источников информации о продуктивном пласте, его фильтрационно-емкостных свойствах (ФЕС), происходящих в нем процессах являются гидродинамические исследования скважин (ГДИС).

Важная их особенность заключается в том, что эти исследования позволяют определять фильтрационные параметры пласта в процессе фильтрации по нему флюидов, т. е. в условиях, соответствующих условиям разработки пласта. Кроме того, они характеризуют пласт как в призабойной зоне скважин, так и на удалении от них.

ГДИС с точки зрения информатики- это система обработки данных, комплекс взаимоувязанных методов и средств сбора и обработки данных, необходимых для организации управления объектами. Эффективность системы обработки данных и достоверность конечных результатов определяются уровнем организации технологического процесса на всех этапах сбора и обработки данных.

Для оценки степени достоверности информации, получаемой по данным ГДИС, и выявления возможных источников ошибок проанализируем все этапы технологического процесса сбора и обработки данных. Весь комплекс работ, называемый гидродинамические исследования скважин, можно разделить на следующие этапы.

1. Подготовительные работы на скважине и планирование промысловых исследований.

2. Проведение исследований скважин с использованием различных технологий.

3. Компьютерная интерпретация материалов исследований скважин:

- подготовка первичных данных к обработке;

- анализ кривых, диагностика и выбор интерпретационной модели;

- определение фильтрационных и геометрических параметров в соответствии с выбранной интерпретационной моделью.

На первом этапе на скважине проводится ревизия системы замера дебита, исправности задвижек, герметичности фонтанной арматуры, лубрикатора и сальниковой головки. Если исследуется добывающая скважина действующего фонда, то в ней необходимо провести работы по определению режима ее эксплуатации, заключающиеся в непрерывном измерении в течение 1-3 сут дебита, устьевых давлений и уровня жидкости в затрубном (межтрубном) пространстве.

На подготовительном этапе также выполняется планирование промысловых исследований. На основании анализа результатов проведенных работ по определению режима эксплуатации скважины и задач, которые необходимо решать с помощью данных исследований, выбираются метод исследований, технология проведения работ и измерительная техника.

Метрологические характеристики глубинных измерительных приборов используемых для регистрации давления, такие как чувствительность, разрешающая способность, стабильность (повторяемость) показаний и возможность длительной регистрации давления в скважине в условиях высоких температур, должны соответствовать поставленным задачам. Возможность длительного нахождения прибора в скважине и его высокая чувствительность особенно необходимы при исследованиях скважин вскрывающих низкопроницаемые коллекторы. Невысокие и медленно изменяющиеся темпы восстановления давления в скважине приводят к значительному разбросу точек при дифференцировании кривых изменения давления для расчета притока из пласта, построения диагностических кривых, позволяющих определять тип коллектора, характер фильтрации и др. Регистрация кривой реагирования при гидропрослушивании также требует высокочувствительной аппаратуры. Опыт проведения исследований с использованием разных отечественных электронных автономных манометров показывает, что их метрологические характеристики не всегда соответствуют паспортным данным.

На втором этапе – этапе проведения исследований скважин разных категорий с использованием различных технологий возможно появление различных источников ошибок. Анализ возможных источников ошибок, характерных для данного типа месторождений, пластов, скважин должен быть представлен в методических рекомендациях по проведению на данном месторождении ГДИ скважин, вскрывающих коллекторы данного типа. В большинстве случаев подобные источники ошибок можно устранить технологическими или методическими приемами. Рассмотрим два наиболее часто встречающихся случая, связанных с необходимостью уточнения дебита притока.

Малодебитные скважины, вскрывающие низкопроницаемые коллекторы, работают в основном в периодическом режиме как при фонтанном, так и при механическом способе эксплуатации. При этом невозможно установить прямую зависимость между измеренным дебитом на поверхности и дебитом в пластовых условиях, знание которого необходимо для обработки результатов исследований. Кратковременный выброс жидкости приводит к опустошению части НКТ, что вызывает быстрое падение давления.

После этого ствол скважины снова заполняется в течение некоторого периода времени. Для определения истинного дебита притока к забою в каждый момент времени необходимо кроме измерений его на поверхности измерять во времени забойное и устьевое давление. Это позволит определять дебит притока расчетным путем.

На рисунке 2.1 показана технологическая карта гидродинамических исследований малодебитной скважины. Около 2 сут. проводились наблюдения за естественным режимом ее эксплуатации. Происходило периодическое фонтанирование со временем перелива 1-2 ч и временем подъема уровня (временем накопления) около 10 ч. Очевидно, что данные о динамике q зу (пунктирная линия) не отражают истинной динамики притока жидкости из пласта в скважину. Истинный дебит притока на всем протяжении исследований на каждый момент времени определяется расчетным путем по непрерывно замеряемым забойным и устьевым давлениям и объему отбираемой из скважины жидкости, замеряемому на замерной установке.

Рисунок 2.1- Результаты гидродинамических исследований малодебитной скважины:

p_заб, р_нас, р_буф, р_затр – давление соответственно забойное, расчетное, буферное и затрубное; q_зу, q_расч, - дебит, определенный соответственно по показаниям замерной установки и расчетным путем.

Истинный дебит притока из пласта рассчитывается по формуле

q_пл=(DV_зу+DV_тр+DV_затр)/Dt (2.1)

Где Dt-интервал времени, в пределах которого определяется дебит: DV_затр – объем жидкости, соответственно прошедший за интервал времени Dt в НКТ и затрубное пространство.

Объем DV_зу замеряется по счетчику на замерной установке, а объемы DV_тр и DV_затр рассчитываются по формулам:

DV_тр= ¦(Dp_заб-Dp_буф)/r_жg. (2.2)

DV_затр=F(Dp_заб-Dp_затр),/r_жg, (2.3)

где ¦,F-площадь сечения соответственно трубного и затрубного пространства; r_c-плотность притекающей из пласта жидкости; g-ускорение свободного падения; Dp_заб ,Dp_буф ,Dp_затр – изменение за интервал времени Dt давления соответственно на забое скважины, буферного и затрубного.

На третьем этапе - этапе компьютерной интерпретации материалов исследований скважин ошибки часто возникают в результате применения упрощенных методик обработки, не соответствующих происходящим в пласте и скважине процессам. Например, далеко не во всех компьютерных программах полностью учитывается история работы скважины до остановки. В некоторых программах кривые восстановления уровня обрабатываются, как кривые восстановления давления, например методом Хорнера. При этом не учитывается что на протяжении всего времени регистрации кривой восстановления уровня из пласта поступает жидкость.

Информативность и достоверность материалов гидродинамических исследований существенно возрастают, если применяемая компьютерная программа содержит набор интерпретационных моделей для разных типов коллекторов, пластов различной формы, разных условий в скважине и на границе пласта. Программа должна иметь аппарат для диагностики интерпретационных моделей. Успешное диагностирование возможно лишь в том случае, если на все предыдущих этапах не было существенных нарушений: использовались глубинные манометры с требуемыми метрологическими характеристиками, строго выполнялись технологии исследований и др. На рисунке приведен диагностический график для рассмотренной выше насосной скважины, при исследованиях которой происходил отток жидкости в пласт после отключения УШСН. На графике производной (Dp)^¢, хорошо виден участок ее уменьшения, сменяющийся участком резкого роста. Эти участки полностью совпадают по времени с оттоком жидкости в пласт. Резкий рост производной заканчивается в момент прекращения оттока. Если бы не было зарегистрировано изменение давление над насосом, то не был бы выявлен отток жидкости к пласту. При этом диагностика интерпретационной модели была бы выполнена неправильно, а следовательно, неправильно были бы определены параметры пласта. Диагностические графики, построенные по результатам исследований скважин, оборудованных УШСН довольно часто имеют форму кривой, приведенной на рисунке 2.2. Это свидетельствует о том, что во всех таких случаях происходит отток жидкости в пласт.

Рисунок 2.2 - Диагностическая кривая восстановления давления в скважине с ЭЦН.

По данным геофизических исследований - основных в комплексе контроля за разработкой, изучают процесс вытеснения нефти в пласте, определяют эксплуатационные характеристики пласта и техническое состояние скважины.

При изучении процесса вытеснения нефти водой определяют положение водо-нефтяного контакта и скорость его перемещения, а также текущую нефтенасыщенность пласта.

Геофизические исследования (ГИС) в эксплуатационных и нагнетательных скважинах могут производиться как при нахождении их в режиме работы, так и при остановке на подземный или капитальный ремонт.

Контроль за техническим состоянием скважин проводится по мере необходимости.

Применение ГИС основано на различии физических свойств горных пород и полезных ископаемых. В зависимости от того, какие физические свойства изучаются в скважине, ГИС подразделяются на электрические, радиоактивные, акустические, магнитные, термические, геохимические и др. При этом в скважине изучаются следующие физические параметры: удельное электрическое сопротивление (или электрическая проводимость), диэлектрическая проницаемость, естественное электрическое поле, естественное и искусственно созданное гамма-излучение и плотность потока нейтронов, время пробега и амплитуда упругих колебаний, магнитная восприимчивость и напряженность магнитного поля, время бурения 1 м скважины, температура, газосодержание промывочной жидкости, диаметр скважины и т.д.

В связи с необходимостью комплексного изучения разрезов скважин методами ГИС созданы современные многоканальные автоматические каротажные станции и различные комплексные скважинные приборы. В настоящее время на производстве работают автоматические каротажные лаборатории с фотозаписью типа АКС/Л-7 (непрерывная регистрация физических параметров в аналоговой форме в скважинах глубиной до 7 км), ЛКЦ-10 (регистрация параметров в аналоговой и цифровой форме в скважинах глубиной до 10 км), автоматические двухканальные каратажные станции типа АЭКС-1500 с регистрацией параметров на бумаге, автоматические газокаротажные станции АГКС-4 и АГКС-4АЦ с регистрацией параметров в аналоговой и цифровой форме.

На ряду с новейшими образцами аппаратуры разрабатываются и совершенствуются методика и техника ГИС. От того, как настроена и отрегулирована геофизическая аппаратура, как соблюдаются основные методические и технические требования при выполнении ГИС, зависит качество первичных материалов, определяющих успех всех геолого-геофизических работ.

Лабораторные методы основаны на прямых измерениях физико-химических, механических, электрических и других свойств образцов горных пород и проб пластовых жидкостей, отбираемых в процессе бурения и эксплуатации скважин.

При гидродинамических исследованиях определяют средние значения свойств продуктивных пластов на значительном расстоянии от стенок скважин или между ними. К ним относятся:

-контроль за энергетическим состоянием залежей;

-уточнение гидродинамических характеристик пластов;

-выявление изменения гидродинамических параметров от обводненности;

-уточнение расчетных методов определения забойных, пластовых давлений в механизированных скважинах по замерам динамических и статических уровней, путем спуска дистанционных датчиков на глубину интервала пласта;

-определение взаимосвязи скважин с помощью гидропрослушивания или закачки меченой жидкости в нагнетательные скважины.

Применяют следующие основные методы гидродинамических исследований:

- Метод установившихся отборов:

Основан на изучении зависимости дебита скважины от забойного давления, заключается в фиксации последовательных изменений отборов жидкости из пласта, и замерах дебита и забойного давления (после того, как в скважине устанавливается постоянный приток при каждом режиме).

- Метод неустановившихся отборов:

Основан на фиксации распределения давления в залежи после нарушения режима работы скважины. При нарушении режима работы скважины, ее исследуют методом прослеживания скорости подъема уровня жидкости в насосной скважине после ее остановки. При этом получают данные о восстановлении давления и времени его восстановления.

- Метод взаимодействия скважин:

Заключается в наблюдении за изменением пластового давления или статического уровня в простаивающих скважинах, происходящего при изменении отбора жидкости из соседних скважин.

Гидродинамические исследования осуществляются с помощью глубинных манометров и расходометров, спускаемых в скважину на кабеле, а также с помошью приборов, установленных на устье скважины.

Достоверность характеристик пласта обеспечивается проведением полного комплекса контроля, включающего в себя промыслово-геофизические, лабораторные и гидродинамические методы исследований, а также систематические измерения параметров.