СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может найти применение при контроле герметичности обсаженных нагнетательных скважин, оборудованных колонной насосно-компрессорных труб и пакером.

Известен способ исследования на герметичность эксплуатационной колонны нагнетательной скважины (патент РФ №2225506, МПК Е21В 47/00, опубл. 10.03.2004), включающий спуск в скважину пакера на кабель-канате, приводящегося в рабочее положение с помощью электрического двигателя, перекрытие ствола скважины пакером, создание давления над пакером путем нагнетания жидкости в скважину, регистрацию изменения давления одновременно над и под пакером с помощью манометров, по соответствию или несоответствию изменений показателей которых судят о негерметичности пакера или эксплуатационной колонны, и поднятие пакера на поверхность, отличающийся тем, что пакер спускают на заданную глубину через трубное пространство насосно-компрессорных труб и при герметичности эксплуатационной колонны только пакер поднимают на поверхность, а при негерметичности эксплуатационной колонны поднимают на поверхность также насосно-компрессорные трубы.

Известен способ контроля герметичности эксплуатационной колонны нагнетательной скважины (патент РФ №2214508, МПК Е21В 47/00, Е21В 17/00, опубл. 20.10.2003), включающий изменение режима работы скважины и фиксацию изменения давления на устье скважины, при этом изменением режима работы скважины расход рабочей жидкости уменьшают до 70-50% от первоначального, а изменение давления фиксируют в промежутке времени с момента изменения режима работы скважины, в процессе которого наблюдается максимальный темп падения давления до его стабилизации, после чего определяют коэффициент K1 кривой падения давления из соотношения: Κ1=ΔΡ1/Δt1, где ΔΡ1 - изменение давления в промежутке времени Δt1 с момента изменения режима работы скважины, в процессе которого наблюдается максимальный темп падения давления до его стабилизации, МПа; Δt1 - время, в течение которого фиксировалось изменение давления, мин; и аналогично определяют коэффициент K2 кривой падения давления частотой не менее чем один раз в год, при этом эксплуатационная колонна не герметична, если K2>K1, при условии, что после определения K1 в этой скважине не проводились работы по увеличению проницаемости пласта, отличающийся тем, что расход рабочей жидкости уменьшают до 30-49% и 71-80% от первоначального.

Известен способ контроля герметичности эксплуатационной колонны нагнетательной скважины (патент РФ №2165016, МПК Е21В 47/00, опубл. 10.04.2001), включающий изменение режима работы скважины и фиксацию изменения давления на устье скважины, отличающийся тем, что изменение режима работы скважины осуществляют прикрытием задвижки на устье скважины с уменьшением при этом расхода рабочей жидкости на 30-50% от первоначального, а изменение давления фиксируют в промежутке времени с момента изменения режима работы скважины, в процессе которого наблюдается максимальный темп падения давления, до его стабилизации, после чего определяют коэффициент падения давления из соотношения где ΔP1 - изменение давления в промежутке времени от начала максимального темпа падения до его стабилизации, МПа; Δt1 - время, в течение которого фиксировалось изменение давления, мин, и аналогично определяют коэффициент K2 кривой падения давления частотой не менее чем один раз в год, при этом, если K2≈K1, то эксплуатационная колонна герметична, и она не герметична, если K2>K1, при условии, что после определения K1 в этой скважине не проводились работы по увеличению проницаемости пласта.

Известен способ контроля герметичности нагнетательной скважины (патент РФ №2246613. МПК Е21В 47/00, опубл. 20.02.2005), ближайший по технической сущности и принятый за прототип, включающий остановку скважины, регистрацию изменения давления в межтрубном пространстве, перекрытом пакером, и в скважинном пространстве и определение герметичности межтрубного пространства, отличающийся чем, что при регистрации изменения давления в скважинном пространстве производят замер давления на устье на входе в колонну насосно-компрессорных труб, регистрацию изменения давления проводят по сравнению давлений до и после остановки скважины по скорости падения давления на устье и в межтрубном пространстве после остановки работающей скважины и по сравнению давлений до и после пуска скважины под закачку по скорости повышения давления на устье и в межтрубном пространстве после пуска скважины под закачку, при этом при определении герметичности межтрубного пространства за критерий оценки герметичности межтрубного пространства принимают расчетную величину расхода жидкости, входящей или выходящей из межтрубного пространства скважины.

Задачей заявляемого изобретения является предоставление возможности с высокой точностью выявлять наличие или отсутствие герметичности на устье нагнетательной скважины.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является сокращение количества исследований на герметичность системы «НКТ-пакер» на скважинах, эксплуатируемых по технологии ОРЗ (одновременно-раздельная закачка).

Изобретение позволяет снизить риск выхода из строя наземного оборудования скважин, находящихся под закачкой пресной воды по причине замерзания при проведении исследований в зимнее время.

Технический результат достигается тем, что в способе контроля герметичности нагнетательной скважины, включающем этапы, на которых: регистрируют изменение давления в скважинном пространстве, перекрытом пакером, путем замера давления на устье на входе в колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) в верхнем и нижнем пластах соответственно, проводят анализ полученных данных и определяют герметичность, новым является то, что анализ полученных данных проводят следующим образом: определяют фактический перепад давления на пакере

ΔΡ_{п_ф}=P_у1-P_тр1-Ρ_у2+Ρ_тр2-P_погр1-Р_погр2,

где Р_y1 и Р_y2 - замеренное устьевое давление закачки в верхний и нижний пласты соответственно, атм,

P_тр1 и P_тр2 - потери давления на трение при движении воды по короткой и длинной колоннам соответственно, атм,

P_погр1 и P_погр2 - значения абсолютной погрешности измерений техническим манометром, атм,

при этом за критерий оценки герметичности принимают заранее заданную критическую величину перепада давления

о герметичности судят, сравнивая фактический перепад давления на пакере и заранее заданную критическую величину перепада давления, при - скважина герметична.

Заранее заданная критическая величина перепада давления

Перепад давления на пакере равен перепаду давления на штуцере, установленном на одной из линий нагнетания, если штуцеры установлены на обеих линиях - то разнице перепадов давления на штуцерах.

Изменение перепада давления пропорционально квадрату изменения расхода жидкости через него.

Значения абсолютных погрешностей P_погр1 и P_погр2 результатов измерений определяют:

P_погр1=ВПИ₁*КТ₁/100 - для манометра, которым замерено давление в одной линии нагнетания,

P_погр2=ВПИ₂*КТ₂/100 - для манометра, которым замерено давление в другой линии нагнетания,

где ВПИ₁, ВПИ₂ - верхние пределы измерений; КТ₁, КТ₂ - классы точности.

Технический результат также достигается тем, что в способе контроля герметичности нагнетательной скважины, включающем этапы, на которых: регистрируют изменение давления в скважинном пространстве, перекрытом пакером, путем замера давления на устье на входе в колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) в верхнем и нижнем пластах соответственно, проводят анализ полученных данных и определяют герметичность, новым является то, что предварительно замеряют текущий расход воды по водоводу Q_т, о герметичности судят при выполнении следующего условия:

где и Q_т - соответственно замеренные текущий устьевой перепад давления и текущий расход воды по водоводу, и Q_n - соответственно фактический перепад давления и общий расход воды по водоводу, если условие выполняется, скважина герметична.

Давление на устье скважины замеряют один раз в месяц при замере приемистости скважины.

Анализ полученной информации проводят периодически не реже одного раза в месяц.

Технический результат также достигается тем, что в способе контроля герметичности нагнетательной скважины, включающем этапы, на которых: регистрируют изменение давления в скважинном пространстве, перекрытом пакером, путем замера перепада давления на устье на входе в колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) в верхнем и нижнем пластах соответственно, проводят анализ полученных данных и определяют герметичность, новым является то, что анализ полученных данных проводят следующим образом:

определяют расчетную величину перепада давления на устье

ΔΡ_{у_р}=P_у1-Ρ_у2=ΔP_п-(Ρ_гидр1-Ρ_тр1)+(Ρ_гидр2-Ρ_тр2)+P_погр1+Р_погр2,

ΔΡ_у1=P₁-Ρ_гидр1+Ρ_тр1

ΔΡ_у2=P₂-Ρ_гидр2+Ρ_тр2

где P₁, P₂ - давление в точках над пакером и под пакером соответственно, атм;

Р_гидр1 и P_гидр2 - гидростатическое давление столба жидкости соответственно в короткой колонне НКТ и длинной, атм,

P_тр1 и P_тр2 - потери давления на трение при движении воды по короткой и длинной колоннам соответственно, атм,

ΔΡ_п - величина перепада давления на пакере, атм,

о герметичности судят, сравнивая расчетную величину перепада давления на устье и фактическую (замеренную) при - система герметична. При закачке в разделенные пласты воды с одного водовода (одинаковой плотности) перепад давления на устье принимает вид:

ΔΡ_у=P_у1-Ρ_у2=ΔP_п+Ρ_тр1-Ρ_тр2+P_погр1+Р_погр2,

где P_у1 и Р_у2 - замеренное устьевое давление закачки в верхний и нижний пласты соответственно, атм,

ΔР_п - величина перепада давления на пакере, атм,

P_тр1 и Р_тр2 - потери давления на трение при движении воды по коро ткой и длинной колоннам соответственно, атм,

P_погр1 и Ρ_погр2 - значения абсолютной погрешности измерений техническим манометром по короткой и длинной колоннам соответственно, атм.

Определяют значения абсолютных погрешностей Ρ_погр1 и Р_погр2 результатов измерений:

P_погр1=ΒΠИ₁*ΚΤ₁/100 - для манометра, которым замерено давление в одной линии нагнетания,

P_погр2=ВПИ₂*КТ₂/100 - для манометра, которым замерено давление в другой линии нагнетания,

где ВПИ₁, ВПИ₂ - верхние пределы измерений; КТ₁, КТ₂ классы точности.

Давление на устье скважины замеряют один раз в месяц при замере приемистости скважины.

Анализ полученной информации проводят периодически не реже одного раза в месяц.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема компоновки подземного оборудования для ОРЗ.

На фиг. 2 представлен график исследования системы на герметичность.

Сущность изобретения заключается в контроле разницы забойных давлений (перепада давления на пакере) и принятии условия, что при обеспечении определенного перепада давления (критической величины) система герметична. Резкое снижение перепада ниже критического является сигналом о потере герметичности системы.

Перепад давления на пакере можно определить следующим образом:

ΔΡ_п=(P_у1+Ρ_гидр1-Ρ_тр1)-(P_у2+Ρ_гидр2-Ρ_тр2)-P_погр1-Р_погр2, (1)

где ΔΡ_п - величина перепада давления на пакере, атм;

Ρ_у1 и Р_у2 - измеренное устьевое давление закачки соответственно в верхний пласт и нижний, атм;

P_гидр1 и P_гидр2 - гидростатическое давление столба жидкости соответственно в короткой колонне НКТ и длинной, атм,

где ρ - плотность закачиваемой воды, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²;

h - глубина установки пакера (середина пакера), м;

P_тр1 и P_тр2 потери давления на трение при движении воды соответственно по короткой колонне и длинной, атм;

P_погр1 и Р_погр2 - значения абсолютной погрешности измерений техническим манометром, атм.

Перепад давления на устье (3) определяют, задаваясь величиной перепада давления на пакере (ΔΡ_п):

ΔΡ_у=P_у1-Ρ_у2=ΔP_п-(Ρ_гидр1-Ρ_тр1)+(Ρ_гидр2-Ρ_тр2)+P_погр1+Р_погр2, (3)

ΔΡ_у1=P₁-Ρ_гидр1+Ρ_тр1

ΔΡ_у2=P₂-Ρ_гидр2+Ρ_тр2

где Р₁ - давление в точке над пакером, Р₂ - давление в точке под пакером.

Данная зависимость наглядно представлена на схеме компоновки подземного оборудования для ОРЗ (фиг. 1).

Сравнивая расчетную величину перепада давления на устье и фактическую (замеренную), можно судить о герметичности системы «ДК НКТ-пакер-ЭК»: при - система герметична (ΔΡ_{у_ф} - фактический (замеренный) перепад давления на устье, - расчетный).

При закачке в разделенные пласты воды с одного водовода (одинаковой плотности) перепад давления на устье принимает вид:

ΔΡ_у=P_у1-Ρ_у2=ΔP_п+Ρ_тр1-Ρ_тр2+P_погр1+Р_погр2 (4)

При достижении величины перепада давления на пакере ΔΡ_п=20 атм можно судить о герметичности системы «ДК НКТ-пакер-ЭК».

Р_тр определяются по соответствующим формулам гидродинамики. В таблице 1 представлены значения Р_тр на 1000 м труб при закачке пресной воды (плотностью 1,00 г/см³) для различных приемистостей.

Величина потерь давления на трение прямо пропорциональна плотности жидкости, поэтому для пересчета Р_тр для другого закачиваемого агента достаточно величину из таблицы 1 умножить на его плотность (в г/см³).

Значение абсолютной погрешности результатов измерений техническим манометром определяют:

P_погр=ВПИ∗КТ/100, (5)

где ВПИ - верхний предел измерений; КТ - класс точности.

Для манометров с пределом измерений от 0 до 250 атм и классом точности 1,5, наиболее часто используемых в цехах ППД, P_погр=3,75 атм.

Перепад давления ΔР_у равен перепаду давления на штуцере, установленном на одной из линий нагнетания (если штуцеры установлены на обеих линиях то разнице перепадов давления на штуцерах). Перепад давления на штуцере зависит от расхода жидкости через него, причем изменение перепада давления пропорционально квадрату изменения расхода. Соответственно при снижении расхода воды по водоводу (при изменении режима работы КНС, регулировании закачки по водоводам и т.д.) ΔР_у может уменьшиться до значения ниже расчетного. Поэтому при уменьшении величины перепада устьевого давления необходимо проверить, не является ли это следствием снижения расхода воды по водоводу. При следующем условии система «ДК НКТ-пакер-ЭК» может быть признана герметичной:

где и Q_т - соответственно замеренные текущий устьевой перепад давления и текущий расход воды по водоводу;

и Q_n - соответственно фактический перепад давления и общий расход воды по водоводу в одном из предыдущих исследований, при котором фактический перепад давления был выше расчетного, а также при условии, что операции по установке или снятию штуцеров после этого не производились.

Порядок действий при контроле герметичности системы «ДК НКТ-пакер-ЭК».

При отсутствии влияния закачки на реагирующие добывающие скважины исследование системы «ДК НКТ-пакер-ЭК» на герметичность по методике НГДУ «АН» производится в обязательном порядке. При отсутствии штуцеров на обеих линиях нагнетания возможно использование заявленного способа только после установки на одну из линий штуцера и вывода скважины на установившийся режим закачки.

Для проведения исследования необходимо:

1. Произвести замер приемистости и давления закачки после штуцера по каждой линии нагнетания. Замер должен производиться одновременно по обеим линиям (или последовательно с перерывом не более 10 мин.) при работающей КНС.

1.1. Рабочее давление на устье нагнетательных скважин замеряется один раз в месяц при замере приемистости скважины.

1.2. При оснащении скважин телемеханизированными датчиками расхода и давления контроль ведется по получаемой с них информации. Максимальная периодичность анализа полученной информации - один раз в месяц.

2. Вычислить правую часть уравнения 3 или 4 (при закачке разных агентов в разделенные пласты - формула 3, при закачке одного агента - 4), используя табл. 1.

3. Сравнить результат расчета по п. 2 с результатом замера по п. 1, проанализировать результаты предыдущих исследований и по карте (табл. 2) определить состояние системы и/или необходимость дополнительных исследований.

Осуществление изобретения

Пример 1

Скважина №1

Исходные данные

ДК НКТ: D=48 мм, L=1676 м, Q=39 м³/сут, Р_у=62 атм, на линии установлен штуцер d=3 мм; агент закачки - сточная вода (ρ=1,09 г/см³). КК НКТ: D=48 мм, L=l655 м, Q=24 м³/сут, P_у=94 атм, на линии штуцер не установлен; агент закачки - ст очная вода (ρ=1,09 г/см³). При замере Р_у использовался технический манометр класса точности 1,5 с пределом измерений от 0 до 160 атм.

Расчет

Вычисляем

ΔΡ_п=20 атм

P_погр1=Ρ_погр2=160×1,5/100=2,40 атм (формула 5)

P_тр1=0,88 (табл.1, выбираем значение, соответствующее ближайшему большему расходу)×1,68 (L НКТ в км)×1,09 (плотность воды)=1,61 атм

P_тр2=0,88×1,66×1,09=1,59 атм

Результат (31,21>20,00)

Согласно карте (табл. 2) это условие является достаточным для признания системы герметичной.

Пример 2

Скважина №2

Исходные данные

ДК НКТ: D=48 мм, L=1676 м, Q=29 м³/сут, Р_у=69 атм, на линии установлен штуцер d=3 мм; агент закачки - сточная вода (ρ=1,09 г/см³). КК НКТ: D=48 мм, L=1655 м, Q=20 м³/сут, P_у=90 атм, на линии штуцер не установлен; агент закачки - сточная вода (ρ=1,09 г/см³).

При замере Р_у использовался технический манометр класса точности 1,5, с пределом измерений от 0 до 160 атм.

Расчет

По формуле 4 (т.к. один и тот же агент) вычисляем ΔΡ_{у_р}

ΔΡ_п=20 атм

P_погр1=P_погр2=160×1,5/100=2,40 атм (формула 5)

P_тр1=0,88 (табл. 1)×1,68 (L НКТ в км)×1,09 (плотность воды)=1,61 атм

Р_тр2=0,17×1,66×1,09=0,31 атм

Результат (13,00<26,10)

В этом случае (табл. 2) необходимо проанализировать результаты исследований за предыдущие 6 месяцев и проверить выполнение условия формулы 6. Результат исследования представлен в примере скв. №1.

Согласно карте (табл. 2) система герметична.

Пример 2

Скважина №3

Исходные данные те же, что по скважине №2. При этом ни в одном из предыдущих 6 месяцев не получены данные, удовлетворяющие условию формулы 6.

Результат

Констатировать герметичность системы не представляется возможным. Необходимо провести исследование при других значениях Q и Р_у (например, после замены штуцера на меньший диаметр).

В процессе эксплуатации скважин по технологии ОРЗ необходимо не реже 1 раза в полугодие исследовать систему на герметичность. Целью исследования является определение наличия гидродинамической связи между зонами закачки. Исследование проводится при установившемся режиме работы скважины. Данное исследование производится подключением одновременно к каждой линии электронных манометров (для фиксации показаний), с поочередной остановкой и запуском закачки по каждой линии и контролем влияния одной линии на давление в другой (фиг. 2). На фиг. 2 видно, что перепад давлений между пластами составляет 2 атм, при остановке закачки в пласт 1 изменений по пласту 2 не произошло, увеличение давления по пласту 2 произошло по причине перераспределения давления в водоводе. При запуске закачки в пласт изменения давления закачки по пласту 2 нет. По данному графику можно сказать, что система негерметична.

Длительность исследования составляет от 1-го до 5-ти часов. Зимой, при отрицательных температурах, за время проведения исследования при остановке закачки в один из пластов происходит замерзание устьевых манометров, а также обвязки устья скважины, что приводит к выходу из строя обвязки скважины и дополнительным затратам на обогрев и восстановление обвязки скважины. В целях сокращения затрат на исследование системы, а также возможности исследования в зимнее время усовершенствовать методику исследования. В скважинах ОРЗ основным требованием к оборудованию является обеспечение герметичности системы при перепаде давлений между пластами, то есть при наличии разницы давлений можно считать, что система герметична. Усовершенствование заключается в том, что можно определять герметичность системы без проведения длительного исследования электронными манометрами, а также без риска заморозить скважину при низких температурах. Ежемесячно по каждой скважине замеряется приемистость и давление закачки. Как правило, используются манометры с пределом измерений 0-250 атм классом точности 1,5. Т.е. максимальная погрешность манометра составляет 3,75 атм (разница показаний двух манометров при отсутствии разницы давлений может составить 7,5 атм). Необходимо учесть потери давления при движении воды в НКТ (от 1 до 12 в зависимости от приемистости пласта, необходим расчет для каждой скважины). Необходимо также взять минимальный перепад давлений на пакере, при котором система считается герметичной. Предлагается принять в качестве этой величины 20 атм. В результате при разнице давлений на устье, равной сумме этих трех величин, система считается герметичной. Скважины, на которых при эксплуатации выдерживается данный перепад давлений, можно дополнительно не исследовать. В зимнее время по скважинам, где данный перепад при эксплуатации не достигается, можно изменять режим работы на несколько дней с помощью штуцеров, и если он достигается, тогда система будет считаться герметичной. Также данный метод позволяет оперативно выявлять герметичность системы, при снижении перепада давлений закачки между пластами. При снижении перепада давлений ниже минимально допустимого значения давления (20 атм) на устье необходимо провести исследования герметичности.

Возможностью применения данного изобретения является практический пример. Скважина эксплуатировалась с 2006 года со средним перепадом давления 29 атм. Проводимое исследование герметичности системы подтвердило исправность подземного оборудования и отсутствие гидродинамической связи между пластами.

В соответствии с установленной периодичностью был проведен замер устьевого давления, который показал равные значения устьевых давления по работающим пластам. Далее было проведено исследование, которое подтвердило, что на данной скважине имеется гидродинамическая связь между работающими пластами. При остановке закачки в пласт 1 (ранее давление закачки составляло 80-90 атм, нижний 50-60 атм) происходит снижение давления на пласте 2, что говорит о наличии пропусков жидкости подземного оборудования в результате потери герметичности системы.

Таким образом, проведение исследований на скважинах эксплуатируемых по технологии ОРЗ, при перепадах более чем на 20 атм можно сократить количество исследований и проводить их при уменьшении перепада давлений закачки между пластами.