Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИНЫ

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при эксплуатации скважины и определении нарушений сплошности эксплуатационной колонны скважины, определении заколонных перетоков.

Известен способ испытания скважины на герметичность, включающий проведение гамма-каротажа, закачку в скважину мягкого меченого снаряда, состоящего из 3-х секций: очищающей, индикаторной и разделяющей, и определение интервалов нарушения герметичности обсадной колонны по повышению интенсивности гамма-активности (патент РФ №2184843, кл. Е21В 47/00, опублик 2002.07.10).

Известный способ требует применения специального оборудования - меченого снаряда. Способ не позволяет с достаточной точностью определить места нарушения обсадной колонны и заколонные перетоки.

Известен способ эксплуатации скважины, согласно которому ведут гамма-каротаж, проводят контрольный гамма-каротаж и сопоставление их друг с другом. В качестве радиоизотопа при гамма-каротаже используют радиоактивные элементы породы. При сопоставлении гамма-каротажей совмещают последующую и предыдущую кривые гамма-каротажа, строят кривую разницы между значениями гамма-единиц последующей и предыдущей кривой, максимальную разницу между значениями гамма-единиц принимают за 100%, определяют динамику и % изменения гамма-единиц в зонах скважины. При определении нарушения эксплуатационной колонны выше уровня жидкости в скважине нарушение определяют на сухом участке по началу изменения кривой разницы между значениями гамма-единиц последующей и предыдущей кривой гамма-каротажа, а источник поступления воды в заколонное пространство определяют по концу изменения той же кривой, при этом за показатель наличия нарушения выбирают разницу между значениями гамма-единиц 80-100% и отсутствие динамики и скачкообразное изменение показателя гамма-каротажа. При определении нарушения эксплуатационной колонны ниже уровня жидкости в скважине нарушение определяют по началу изменения кривой разницы между значениями гамма-единиц последующей и предыдущей кривой гамма-каротажа, при этом за показатель наличия нарушения выбирают разницу между значениями гамма-единиц 5-60%, отсутствие динамики и скачкообразное изменение показателя гамма-каротажа, интервал заколонных перетоков определяют совместно с термометрией по изменению температурных аномалий и выполаживанию термокривой. Выявленные нарушения ремонтируют (патент РФ №2235193, кл. Е21В 43/00, опублик. 2004.08.27)

Известный способ не обладает достаточной достоверностью обнаружения нарушения сплошности эксплуатационной колонны скважины из-за скапливания радиоактивных изотопов на муфтах колонны насосно-компрессорных труб и эксплуатационной колонны.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения мест нарушений эксплуатационной колонны скважины, в котором скважину оборудуют колонной насосно-компрессорных труб, закачивают рабочий агент по колонне насосно-компрессорных труб в пласт в течение 3 и более сут., останавливают скважину и проводят технологическую выдержку в течение 1-2 сут. Выполняют гамма-каротаж и термометрию по колонне насосно-компрессорных труб с определением интервала температурных аномалий по кривой распределения температуры по глубине скважины. После термометрии скважины и регистрации кривой фонового распределения температуры по глубине скважины прокачивают воду по колонне насосно-компрессорных труб или межтрубному пространству в пласт. Повторно проводят термометрию скважины и регистрацию кривой распределения температуры по глубине скважины. Сравнивают кривые распределения температуры по глубине скважины до и после прокачки воды в пласт. Определение места нарушения ведут по общему интервалу скачкообразного изменения показателя гамма-каротажа и интервала температурных аномалий при термометрии. В качестве скачкообразного изменения показателя интервала температурных аномалий рассматривают участок кривой распределения температуры по глубине скважины в виде зигзага или ступени при аналогичности основной конфигурации кривой до и после анализируемого участка (патент РФ №2319001, опублик. 2008.03.10 - прототип).

В предложенном изобретении решается задача повышения достоверности обнаружения нарушений сплошности эксплуатационной колонны скважины, а также заколонных перетоков и горизонтальных движений вод в заколонном пространстве.

Задача решается тем, что в способе исследования скважины, включающем оборудование скважины колонной насосно-компрессорных труб, закачку рабочего агента по колонне насосно-компрессорных труб в пласт в течение 3 и более сут., остановку скважины, проведение технологической выдержки в течение 1-2 сут., проведение гамма-каротажа и термометрии по колонне насосно-компрессорных труб для регистрации кривой фонового распределения температуры по глубине скважины, прокачку первого возмущающего объема воды по колонне насосно-компрессорных труб или межтрубному пространству в пласт, повторную термометрию скважины и регистрацию кривой распределения температуры по глубине скважины, анализ данных и вынесение заключения о состоянии скважины согласно изобретению, башмак колонны насосно-компрессорных труб размещают выше кровли интервала перфорации на 10-30 м, при прокачке первого возмущающего объема воды неоднократно перемещают приборы от забоя скважины до интервала, расположенного на 40-60 м выше башмака колонны насосно-компрессорных труб на разных скоростных режимах, и фиксируют показания расходомера, после повторной термометрии возобновляют закачку воды и в процессе закачки воды поднимают приборы до устья скважины с регистрацией показаний термометра и расходомера, закачивают второй возмущающий объем и производят запись термограммы по всему стволу скважины через 5-10 минут после остановки закачки.

После повторной термометрии спускают приборы в интервал продуктивного пласта, закачивают третий возмущающий объем воды с одновременным проведением одного замера термометрии в интервале продуктивного пласта и после остановки закачки третьего возмущающего объема проводят термометрию в интервале продуктивного пласта со снятием не менее двух термограмм.

После анализа полученной информации проводят детализацию температурных измерений на участке ствола скважины с выявленными температурными аномалиями.

Дополнительно прокачивают возмущающий объем воды, прекращают закачку и производят термометрию в интервале от устья скважины до интервала, перекрывающего зону активного движения подземных вод, через 5-7 мин, после 30 мин, после 60 мин и после 3 часов прекращения закачки.

Продолжают проведение термометрии до достижения температуры воды в стволе скважины, равной температуре окружающих пород.

Признаками изобретения являются:

1.) оборудование скважины колонной насосно-компрессорных труб;

2.) закачка рабочего агента по колонне насосно-компрессорных труб в пласт в течение 3 и более сут.;

3.) остановка скважины;

4.) проведение технологической выдержки в течение 1-2 сут.;

5.) проведение гамма-каротажа и термометрии по колонне насосно-компрессорных труб для регистрации кривой фонового распределения температуры по глубине скважины;

6.) прокачка возмущающего объема воды по колонне насосно-компрессорных труб или межтрубному пространству в пласт;

7.) повторная термометрия скважины и регистрация кривой распределения температуры по глубине скважины;

8.) анализ данных и вынесение заключения о состоянии скважины;

9.) размещение башмака колонны насосно-компрессорных труб выше кровли интервала перфорации на 10-30 м;

10.) при прокачке возмущающего объема воды неоднократное перемещение приборов от забоя скважины до интервала, расположенного на 40-60 м выше башмака колонны насосно-компрессорных труб, на разных скоростных режимах и фиксирование показаний расходомера и термометра;

11.) возобновление закачки воды и в процессе закачки воды подъем приборов до устья скважины с регистрацией показаний термометра и расходомера;

12.) закачка второго возмущающего объема воды и запись термограммы закачки по всему стволу скважины через 5-10 минут после остановки;

13.) после повторной термометрии спуск приборов в интервал продуктивного пласта, закачка третьего возмущающего объема воды с одновременным проведением одного замера термометрии в интервале продуктивного пласта и после остановки закачки третьего возмущающего объема, проведение термометрии в интервале продуктивного пласта со снятием не менее двух термограмм;

14.) после анализа полученной информации проведение детализации температурных измерений на участке ствола скважины с выявленными температурными аномалиями;

15.) дополнительная прокачка возмущающего объема воды, прекращение закачки и проведение термометрии в интервале от устья скважины до интервала, перекрывающего зону активного движения подземных вод, через 5-7 мин, после 30 мин, после 60 мин и после 3 часов прекращения закачки,

16.) продолжение термометрии до достижения температуры воды в стволе скважины, равной температуре окружающих пород.

Признаки 1-8 являются общими с прототипом, признаки 9-12 являются существенными отличительными признаками изобретения, признаки 13-16 являются частными признаками изобретения.

Сущность изобретения

При эксплуатации скважин возникают нарушения сплошности эксплуатационной колонны, нарушения целостности цементного камня в заколонном пространстве и заколонные перетоки. Эти нарушения приводят к обводнению добываемой нефти, поступлению пластовых вод в водоносные пласты, полезные для жизнедеятельности человека, ослаблению конструкции скважины, к ненормальной работе скважины. Возможными источниками ускоренной коррозии являются также горизонтальные движения подземных вод. В предложенном способе решается задача более точного нахождения интервалов возникновения нарушений, что позволяет планировать мероприятия при проектировании строительства новых скважин. Задача решается следующим образом.

Нагнетательную, пьезометрическую или контрольную скважину оборудуют колонной насосно-компрессорных труб с воронкой на нижнем конце. Башмак колонны насосно-компрессорных труб размещают выше кровли интервала перфорации на 10-30 м с целью обеспечения пространства для исследования профиля приемистости скважины при исследованиях расходомерами на различных скоростях подъема прибора.

Перед проведением исследований проводят эксплуатацию скважины с закачкой рабочего агента, используемого при разработке нефтяной залежи, по колонне насосно-компрессорных труб в течение 3 и более сут. Это время необходимо для насыщения рабочим агентом продуктивного пласта и околоскважинной зоны в месте нарушения эксплуатационной колонны и выравнивания температурного поля в околоскважинной зоне. Останавливают скважину. Проводят технологическую выдержку в течение 1-2 сут для выравнивания температурного поля вокруг скважины. Как показала практика исследований, время нахождения под закачкой должно быть в 2-3 раза больше времени простоя после остановки.

Проводят термометрию и гамма-каротаж (ГК) скважины по колонне насосно-компрессорных труб с записью фонового значения естественной радиоактивности пород ГК и фонового распределения температуры Т₀ по стволу скважины для выявления всех имеющихся аномалий температуры.

Закачивают первый возмущающий объем воды в пласт через колонну насосно-компрессорных труб или межтрубное пространство для того, чтобы уточнить, является ли температурная аномалия проявлением нарушения колонны или она вызвана воздействием закачиваемых вод от соседней скважины или остаточной температурной аномалией от ранее существовавшего, но ликвидированного нарушения.

При закачке воды через колонну насосно-компрессорных труб возмущающий объем воды составляет не менее суммы объемов колонны насосно-компрессорных труб и объема эксплуатационной колонны от воронки до подошвы продуктивного пласта. При закачке через межтрубное пространство объем закачиваемой воды составляет от трети до половины объема эксплуатационной колонны.

При прокачке возмущающего объема воды неоднократно перемещают приборы от забоя скважины до интервала, расположенного на 40-60 м выше башмака колонны насосно-компрессорных труб, на разных скоростных режимах и фиксируют показания расходомера. В случае герметичности эксплуатационной колонны, исходя из принципа неразрывности потока, показание расходомера в колонне насосно-компрессорных труб в «К» раз превышает показания расходомера в эксплуатационной колонне.

К=Nнкт/Nэк=(dнкт/D_эк)²

где Nнкт - показание расходомера в колонне насосно-компрессорных труб,

Nэк - показание расходомера в колонне,

dнкт - диаметр колонны насосно-компрессорных труб,

Dэк - диаметр колонны насосно-компрессорных труб.

При отсутствии заколонной циркуляции показание расходомера в колонне насосно-компрессорных труб и в эксплуатационной колонне соответствует отношению

Nнкт/Nэк=(dнкт/Dэк)²

При наличии нарушений в эксплуатационной колонне величина Nнкт/Nэк превышает соотношение (dнкт/Dэк)².

Для получения температурной кривой в измененном температурном поле и подтверждения выводов, сделанных после закачки первого возмущающего объема воды, закачку останавливают и проводят повторную термометрию скважины от забоя до устья с записью текущего распределения температуры по стволу скважины T₁.

После повторной термометрии возобновляют закачку воды и в процессе закачки воды поднимают приборы до устья скважины с регистрацией показаний термометра и расходомера.

Закачивают второй возмущающий объем и производят запись термограммы закачки по всему стволу скважины через 5-10 минут после остановки Т₂.

После закачки второго возмущающего объема воды и термометрии Т₂ спускают приборы в интервал продуктивного пласта, закачивают третий возмущающий объем воды с одновременным проведением, как минимум, одного замера термометрии в интервале продуктивного пласта и после остановки закачки третьего возмущающего объема проводят термометрию со снятием не менее двух термограмм в интервале продуктивного пласта от забоя и на 50 м выше пласта для определения заколонной циркуляции.

Анализируют полученные данные. Интервал нарушений эксплуатационной колонны определяют по совпадению скачкообразного изменения показателя гамма-каротажа и интервала температурных аномалий, выявленных при фоновом измерении и сохранившихся при возмущенном. Отсутствием одного из условий обнаружения интервала нарушения может быть неявное проявление нарушения. Причиной отсутствия температурных аномалий могут служить неправильно подобранные условия проведения исследований по выдержке, давлению, объему и температуре закачиваемой воды.

После анализа полученной информации возможно проведение детализации температурных измерений на участке ствола скважины с выявленными температурными аномалиями. В выявленных интервалах проводят дополнительные исследования для подтверждения или опровержения наличия аномалий для уточнения интервалов аномалий.

Для определения интервалов ствола скважины, в которых имеет место горизонтальное движение подземных вод, дополнительно прокачивают возмущающий объем воды, прекращают закачку и производят термометрию в интервале от устья скважины до интервала, перекрывающего зону активного движения подземных вод, через 5-10 мин, через 30 мин, через 60 мин и через 3 часа после прекращения закачки. В случае наличия температурных аномалий исследования заканчивают. При отсутствии температурных аномалий продолжают проведение термометрии до достижения температуры воды в стволе скважины, равной температуре окружающих пород. Как правило, активное горизонтальное движение подземных вод наблюдается в интервале от устья до 350 м от уровня земли. Для гарантированного перекрытия этого интервала достаточно провести исследования от устья скважины до глубины 400 м.

В стволе скважины в интервалах активного движения вод происходит более интенсивная теплопередача. Поэтому при закачке воды с температурой на 2-3°С выше температуры пластовых вод происходит усиленное охлаждение в интервале пласта по отношению к выше и нижележащим участкам. Это приводит к образованию температурной аномалии. Чем интенсивнее горизонтальное движение вод, тем быстрее образуется аномалия. Величина аномалии зависит от разницы в температуре между закачиваемой водой и температурой в пласте с горизонтальным движением.

В результате удается точно определить нарушения сплошности эксплуатационной колонны скважины, заколонные перетоки и горизонтальные движения вод в заколонном пространстве.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1. Проводят исследования нагнетательной скважины Результаты представлены на фиг.1.

Условные обозначения:

1 - термограмма фонового распределения температуры - Т₀;

2 - термограмма после прокачки первого возмущающего объема - T₁;

3 - термограммы в процессе закачки второго возмущающего объема воды в интервале продуктивного пласта;

4 - первая термограмма после закачки второго возмущающего объема;

5 - вторая термограмма после закачки второго возмущающего объема;

6 - показания расходомера;

7 - термограмма через 5-10 минут после закачки по колонне насосно-компрессорных труб;

8 - термограмма в процессе закачки на участке детализации;

9 - термограмма для детализации сразу после прекращения закачки воды;

10 - термограмма через 7 минут после остановки закачки;

11 - термограмма при закачке воды для исследования на наличие горизонтального движения вод;

12 - термограмма через 6 минут после прекращения закачки в интервале исследования на наличие горизонтального движения вод;

13 - термограмма через 30 минут после остановки закачки;

14 - ГК-гамма-каратаж.

Эксплуатируют нагнетательную скважину, снабженную колонной насосно-компрессорных труб с воронкой на нижнем конце. Башмак колонны насосно-компрессорных труб размещают выше кровли интервала перфорации на 20 м. Перед проведением исследований проводят эксплуатацию скважины с закачкой рабочего агента по колонне насосно-компрессорных труб в течение 7 сут. Останавливают скважину. Проводят технологическую выдержку в течение 2 сут.

Проводят термометрию и гамма-каротаж скважины по колонне насосно-компрессорных труб от устья до забоя скважины с записью фонового распределения температуры Т₀ (кривая 1) по стволу скважины и фонового значения естественной радиоактивности пород ГК (кривая 14).

Среднее значение показателя гамма-каротажа составляет 500 имп/мин.

Закачивают первый возмущающий объем воды в колонну насосно-компрессорных труб. Объем закачки равен сумме объемов колонны насосно-компрессорных труб и объема обсадной колонны от воронки до подошвы продуктивного пласта, т.е 6 м³. Давление закачки составляет 9 МПа. Температура закачиваемой воды составляет 18°С.

При прокачке возмущающего объема воды три раза перемещают приборы от забоя скважины до интервала, расположенного на 50 м выше башмака колонны насосно-компрессорных труб, на разных скоростных режимах: 1 режим 2500 м/ч, 2 режим 1500 м/ч, 3 режим 800 м/ч. При этом фиксируют показания расходомера, которые составляют соответственно в колонне насосно-компрессорных труб 2700, 1360 и 680 имп/мин. При отсутствии нарушений показания расходомера в эксплуатационной колонне должны быть соответственно 400, 200 и 100 имп/мин. Однако эти же показания при замере составили соответственно 200, 100 и 50 имп/мин. Это означает, что часть воды уходит за колонну насосно-компрессорных труб в нарушение сплошности эксплуатационной колонны.

Закачку первого возмущающего объема воды останавливают и проводят повторную термометрию скважины от забоя до устья скважины с записью текущего распределения температуры по стволу скважины T₁ (кривая 2). Анализируют полученные данные. Интервал нарушений эксплуатационной колонны определяют по совпадению скачкообразного изменения показателя гамма-каротажа и интервала температурных аномалий. В данном случае выявлены нарушения эксплуатационной колонны в интервале 1400-1405 м и наличие заколонных перетоков в интервале 1725-1760 м.

После термометрии T₁ спускают приборы в интервал продуктивного пласта, закачивают второй возмущающий объем воды с проведением термометрии в интервале 1650-1770 м (кривая 3) и после остановки закачки второго возмущающего объема проводят термометрию со снятием двух термограмм в этом же интервале продуктивного пласта (кривая 4 и 5).

Возобновляют закачку воды и в процессе закачки воды поднимают приборы до устья скважины с регистрацией показаний термометра (кривая не показана) и расходомера (кривая 6).

Через 5-10 минут после прекращения закачки проводят запись термограммы по стволу скважины (кривая 7).

Анализ всех кривых показывает, что в интервале 1400-1405 м имеет место нарушение эксплуатационной колонны и колонны насосно-компрессорных труб, что подтверждается данными измерений расходомера, (снижение импульсов с 800 имп/мин до 200 имп/мин) и термометрии. На кривых 1, 2 имеются температурные аномалии в 5°С и 1°С соответственно.

В интервале продуктивного пласта 1700-1730 м имеется переток жидкости из верхнего интервала в нижний, что подтверждается данными термометрии. На кривых 3, 4, 5 видно, что закачиваемая вода доходит до 1760 м. При этом на кривых 4 и 5 видно, что происходит восстановление температуры.

После анализа полученной информации проводят детализацию температурных измерений на участке ствола скважины с выявленными температурными аномалиями на глубине 1400 м, для чего снимают термограммы в интервале 1350-1450, (фиг.2, кривые 8, 9, 10). На кривых имеет место нарушение колонны насосно-компрессорных труб и эксплуатационной колонны, что подтверждается наличием аномалий на кривой 9 (замер сразу после прокачки) и на кривой 10 (замер через 7 минут после прекращения закачки).

Проводят работы по ликвидации нарушения сплошности эксплуатационной колонны скважины. Проверку сплошности после ремонта выполняют опрессовкой скважины.

Пример 2. Выполняют как пример 1 (зона А ствола скважины). Для определения интервалов ствола скважины, в которых имеет место горизонтальное движение подземных вод, после проведения детализации температурных измерений прокачивают возмущающий объем воды и проводят термометрию (кривая 11, фиг.1), прекращают закачку и производят термометрию в интервале от устья скважины до глубины 400 м, т.е. до интервала, перекрывающего зону активного движения подземных вод, через 6 мин (кривая 12), через 35 мин (кривая 13), через 65 мин (не показано) и через 3,5 часа (не показано) прекращения закачки.

В данном случае выявлены температурные аномалии в интервале 180-200 м, что свидетельствует о наличии движения подземных вод в данном интервале. Наличие горизонтального движения вод подтверждено, исследования завершены.

Применение предложенного способа позволит решить задачу повышения достоверности обнаружения нарушений сплошности эксплуатационной колонны скважины, а также заколонных перетоков и горизонтальных движений вод в заколонном пространстве.