В связи с этим актуальной задачей является разработка методических основ обработки, интерпретации и технологии термогидродинамических исследований скважин на основе новых диагностических признаков, характеризующих термодинамические эффекты, проявляющиеся в скважине при неустановившихся режимах работы (дроссельный эффект, эффект адиабатического расширения и сжатия, калориметрический эффект), а также геофизических приборов для реализации промысловых термогидродинамических исследований в условиях высоких пластовых температур.
^ Целью работы является разработка аппаратурно-методического
комплекса для термогидродинамических исследований (включающего теоретическое обоснование, математическое моделирование, лабораторные исследования, разработку технологии промысловых исследований и средств измерения комплекса параметров, методику обработки и интерпретации) анизотропного пласта, дренируемого горизонтальными и пологими скважинами при совместной разработке пластов для обеспечения контроля разработки, построения и информационного обеспечения постоянно-действующих геолого-гидродинамических моделей.
Л В соответствии с поставленной целью при выполнении
диссертационной работы решались следующие основные задачи:
1. Выявление основных закономерностей проявления термодинамических эффектов на границе системы пласт-скважина_методами математического моделирования полей температуры и давления в окрестности горизонтальной скважины при нестационарной, неизотермической фильтрации пластового флюида.
2. Лабораторные исследования термодинамических эффектов (адиабатического расширения и сжатия, дроссельного (баротермического)) для пластовых жидкостей, характерных для месторождений Западной Сибири. Изучение закономерности изменения адиабатического эффекта от термобарических условий залегания пласта.
3. Разработка методики обработки и интерпретации результатов термогидродинамических исследований скважин.
4. Проведение анализа известных технологий исследования пологих и горизонтальных скважин, методов доставки средств измерения в горизонтальные скважины, методов обработки термо- и гидродинамических
^ исследований скважин для определения фильтрационных параметров продуктивного пласта и определения продуцирующих интервалов, а также анализа известных средств измерения и преобразователей сопротивления
резистивных датчиков с точки зрения комплексирования преобразуемых ^ параметров и достижения инвариантности к влиянию параметров линии связи как для скважинных температурных условий до 120°С, так и для высокотемпературной среды (свыше 200°С).
5. Разработка технологии исследования горизонтальных и пологих скважин, включающей доставку и размещение комплексных приборов в изучаемом интервале ствола скважины, обоснование метрологических характеристик используемых приборов, обоснование способа вызова притока исследуемой скважины на основе результатов моделирования нестационарных полей температуры и давления.
«f 6. Разработка термостойких преобразователей сопротивления
резистивных датчиков комплекса параметров с использованием двухпроводной линии связи, основанных на новом методе повышения информативности преобразователей, использующем многофункциональность некоторых резистивных датчиков.
7. Исследование метрологических характеристик двухпроводных преобразователей резистивных датчиков комплекса параметров и разработка способа алгоритмической коррекции температурной погрешности результатов преобразования.
Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы и приложения.
В первой главе диссертации выполнен анализ современного состояния гидродинамических исследований скважин, исследований методом термометрии, а также решения задач неизотермической фильтрации пластового флюида с учетом взаимосвязи теплового и гидродинамического полей на основе обзора известных технологий и методик обработки результатов при неизотермической фильтрации пластовых флюидов.
Для получения достоверной информации о фильтрационных параметрах при обработке КВД горизонтальной скважины необходимо использовать эффективную длину горизонтального ствола, которую многими
исследователями предлагается определять методами термометрии. Отмечается, что теория тепло- и массопереноса применительно к задачам скважинной термометрии для неизотермической фильтрации пластовых флюидов разработана достаточно хорошо, однако для нестационарных полей температуры и давления в окрестности пологих и горизонтальных скважин прямой перенос известных решений невозможен.
В задачах скважинной термометрии на формирование температурного поля основное влияние оказывают процессы дросселирования, расширения (сжатия), разгазирования, кристаллизации, смешивания потоков, кондуктивный и конвективный теплоперенос. Представление о роли указанных факторов в механизме тепло- и массопереноса неизотермической фильтрации дается в обзоре экспериментальных и теоретических работ, а также экспериментальных данных, полученных при участии автора. Приводится краткий анализ известных работ по определению коэффициента Джоуля-Томсона, адиабатического коэффициента для жидкостей и газов (среднее значение коэффициента Джоуля-Томсона для нефти составляет « 0,4 К/МПа, для метана при 293 К « 4 К/МПа. Значения адиабатического коэффициента для воды « 0,02 К/МПа, для нефти « 0,04 К/МПа).
Определен круг решаемых задач термо- гидродинамическими исследованиями скважин и обоснована объективная необходимость развития этого вида исследований.
Во второй главе диссертации описана математическая модель динамического поля давления с учетом силы тяжести и температуры с учетом Джоуля-Томсона, адиабатического эффекта для анизотропного пласта, вскрытого горизонтальной скважиной. Приведены решения распределения полей давления и температуры в окрестности горизонтальной скважины при нестационарных режимах работы (пуске-остановке). Для приведения прямой задачи распределения температурного поля и поля давления в пласте при нестационарном режиме фильтрации к конечному виду - параметрам температуры и давления в точке регистрации прибором в
стволе скважины, полученное численное решение дополнено модельным ^ описанием термобарических процессов в стволе скважины. Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований термогидродинамических полей в системе «горизонтальная скважина -пласт» для случаев размещения прибора в неработающем и продуцирующем интервале ствола скважины. По результатам моделирования термогидродинамических процессов в стволе скважины выделены термодинамические эффекты, оказывающие влияние на формирование температурного поля в скважине, и определены термодинамические признаки, диагностирующие наличие или отсутствие притока жидкости из ф пласта в скважину.
Проведен анализ результатов моделирования влияния характера изменения давления в скважине на тепловое поле адиабатического эффекта.
Представлены результаты лабораторных определений коэффициентов адиабатического расширения и расчетные значения коэффициентов Джоуля-Томсона для пластовых жидкостей ряда месторождений Среднего Приобья. Для определения адиабатического коэффициента разработана и изготовлена экспериментальная лабораторная установка. Для лабораторного определения коэффициента Джоуля-Томсона доработана установка FDTES в части оснащения кернодержателя дифференциальными датчиками температуры. Расчетные значения коэффициента Джоуля-Томсона получены на основе значительного статистического материала результатов лабораторных исследований пластовых флюидов месторождений Сургутского свода, позволившие получить эмпирические зависимости термодинамических параметров от компонентного состава.
Определены требования к режимам изменения забойного давления для
реализации методики определения работающих интервалов в стволе
** горизонтальной скважины на основе анализа термодинамических эффектов.
Результаты опытных работ на скважинах позволили сделать вывод о том, что
достижение поставленной цели обусловлено обязательным отсечением
продуктивного интервала ствола скважины пакером с вызовом притока струйными насосами.
Определены требования, предъявляемые к преобразователям комплекса глубинных параметров со стороны особенностей изучаемого нестационарного поля температур и поля давления в окрестности горизонтальной скважины при изменении пластовых температур в широком диапазоне (до 300 С).
В третьей главе диссертации приведен обзор и анализ выпускаемых отечественными и зарубежными компаниями приборов для измерения комплекса параметров (температуры и давления) в скважине. Сделан вывод о том, что известные геофизические приборы и измерительные преобразователи не удовлетворяют всему комплексу предъявляемых требований и на их базе невозможно создание термостойкой геофизической аппаратуры для измерения комплекса параметров. Известные измерительные преобразователи обеспечивают инвариантность, в основном, к активному сопротивлению проводов линии связи и не могут эффективно использоваться для измерения комплекса параметров в высокотемпературной скважине, поскольку комплексирование на их основе сопряжено либо с наращиванием количества проводов линии связи, либо с увеличением времени преобразования. В результате этого увеличивается время пребывания скважинного снаряда и линии связи в условиях высоких температур, что не допустимо. Обосновано направление повышения числа комплексируемых параметров.