Введение к работе
Актуальность темы. Одним из важнейших этапов природоохранной деятельности в районах разработки нефтяных месторождений Республики Татарстан является контроль за чистотой и сохранностью естественных запасов пресных вод.
Особое внимание при этом уделяется состоянию пресноводных пластов, находящихся в пределах верхнепермских отложений, перекрытых кондуктором. Некачественное цементирование кондуктора в процессе строительства скважины создает предпосылки для возникновения межпластовых перетоков, следствием которых может быть:
- загрязнение и осолонение пресноводных пластов при прорыве вверх минерализованных вод из разрабатываемого интервала (восходящий переток);
- потери запасов пресных вод при их перетекании в нижележащие высокоминерализованные водоносные горизонты (нисходящий переток).
Очевидно, выявление и определение направления межпластовых заколонных перетоков относится к важнейшим задачам контроля за разработкой нефтегазовых месторождений.
В практике геофизических исследований для непосредственного выявления перетоков жидкости и газа по заколонному пространству во время исследований используются термические, радиоактивные и акустические методы. Термометрия – наиболее распространенный и информативный метод по выявлению заколонных перетоков. Однако известные методики не позволяют однозначно определить интервал межпластового заколонного перетока в условиях скважины многоколонной конструкции в верхней части разреза. Это связано со сложным характером теплового поля в интервале заколонного движения, разнообразием проявления температурных эффектов в скважине, различием в условиях проведения измерений.
В связи с этим возникает необходимость дальнейшего развития метода термометрических исследований для диагностики верхней части скважины. Перспективным здесь является использование нестационарных температурных полей, искусственно создаваемых в интервале исследования. При этом важным для решения задач диагностики является период расформирования нарушенного теплового поля.
Следовательно, для обеспечения информативности метода и достоверности решения задач диагностики состояния закондукторной среды, выявления межпластовых заколонных перетоков в верхней части скважины методом нестационарной термометрии, большое значение приобретает теоретическое и экспериментальное исследование процесса расформирования искусственного теплового поля и разрабатываемые на его основе новые методологические и технологические приемы контроля за техническим состоянием скважины.
Целью диссертационной работы является повышение информативности и достоверности решения задач диагностики закондукторной среды методом нестационарной термометрии на основе теоретических и экспериментальных исследований температурных полей в системе скважина-пласт, разработка технологии нестационарной термометрии для геолого-технологических условий верхней части разреза Ромашкинского нефтяного месторождения.
Основные задачи исследований:
-
Анализ информации для характеристики объектов геофизического контроля в верхней части разреза Ромашкинского нефтяного месторождения. Анализ литературных источников, геофизических методов и технологий для определения межпластовых заколонных перетоков в нефтяных и газовых скважинах.
-
Проведение экспериментальных исследований на физических моделях по изучению расформирования искусственного теплового поля для условий скважины с несколькими колоннами при межпластовом перетоке и различном заполнении заколонного пространства.
-
Разработка математической модели теплопереноса при расформировании искусственного теплового поля в системе скважина-пласт для условий скважины многоколонной конструкции при горизонтальной фильтрации, межпластовом перетоке и различном заполнении слоев заколонного пространства.
-
Выбор и обоснование параметров теплового возмущения скважины в верхней части разреза.
-
Разработка методики обработки и интерпретации данных нестационарной термометрии в скважинах с многоколонной конструкцией при горизонтальной фильтрации, межпластовом перетоке и различном заполнении слоев заколонного пространства Ромашкинского нефтяного месторождения.
Методы исследований. Методика исследований включает анализ и обобщение промыслово-геофизических исследований, проведение экспериментальных работ на моделях скважин, постановку и решение математических задач, качественное сопоставление полученных результатов с экспериментальными данными, апробацию разработанной методики в верхней части разреза скважин.
Научная новизна.
1. На основании экспериментальных и теоретических исследований установлены основные закономерности расформирования искусственного теплового поля в системе скважина-пласт:
- для двухслойной заколонной среды процесс восстановления температуры можно разделить на два этапа. В течение первого этапа скорость восстановления первоначальной температуры определяется теплофизическими свойствами слоя межколонной среды. Если межколонное пространство модели заполнено водой, то длительность первого этапа составляет порядка 20 минут. Теплофизические свойства слоя закондукторной среды оказывают определяющее влияние на втором этапе восстановления температуры. Этот этап охватывает интервал времени t = 20 - 80 минут после создания искусственного теплового поля;
- при прочих равных геолого-технологических условиях в интервалах горизонтальной фильтрации жидкости скорость восстановления первоначальной температуры больше, чем в интервалах ее вертикального движения (заколонного перетока).
2. Установлено, что для достоверной диагностики состояния скважины в верхней части разреза длительность возмущения теплового поля в скважине должна определяться временем распространения температурного сигнала от среды, заполняющей эксплуатационную колонну до закондукторного пространства.
3. Разработана технология диагностики состояния закондукторной среды методом нестационарной термометрии путем временного анализа параметров расформирования искусственного теплового поля.
Основные защищаемые положения.
1. Результаты физического и математического моделирования расформирования нарушенного теплового поля в скважине многоколонной конструкции при наличии межпластового перетока, горизонтальной фильтрации и различного заполнения слоев заколонного пространства.
2. Технология диагностики закондукторной среды в верхней части разреза скважины методом нестационарной термометрии, основанная на создании теплового возмущения и временном анализе восстановления температуры в интервале исследования.
3. Научно-обоснованные алгоритмы обработки и интерпретации данных нестационарной термометрии в верхней части разреза скважины.
Практическая ценность и реализация работы. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы в геофизических предприятиях при совершенствовании технологии термометрических исследований по определению интервалов межпластовых закондукторных перетоков, направления фильтрации межпластовых перетоков, интервалов с активной горизонтальной фильтрацией, оценке характера заполнения закондукторного пространства. Технология проведения исследований методом нестационарной термометрии включена в РД 153 - 39.1 - 415 - 05 «Инструкция по выбору методов исследований при ремонте скважин» в качестве одного из методов информационного обеспечения при ремонте кондукторов в ОАО «Татнефть». С использованием результатов проведенных работ составлен проект «Методических рекомендаций по применению методов нестационарной и инфракрасной термометрии для выявления заколонных и закондукторных перетоков». Программа обработки нестационарной термометрии, реализующая разработанный автором алгоритм расчета интерпретационных параметров, внедрена и используется в Научно-техническом управлении ООО «ТНГ-Групп».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:
1. XXI Научно-техническая конференции молодых ученых и специалистов ТатНИПИнефть, Бугульма, 1990 г.
2. Международная конференция «Нефть и газ - 96», Уфа, 1996г.
3. Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов «Геофизика-97», Санкт-Петербург, 1997г. (Устный доклад по применению метода нестационарной термометрии для решения задач экологии признан одним из лучших и получил медаль).
4. Семинар-тендер в ОАО «Татнефтегеофизика» по проблемам методов определения качества цемента за кондуктором и закондукторных перетоков, Бугульма, 1997г.
5. Международная конференция и выставка по геофизическим исследованиям скважин «Москва-98», Москва, 1998г.
6. Международный симпозиум «Новые высокие информационные технологии для нефтегазовой промышленности», Уфа, 1999г.
7. Межрегиональная научно-практическая конференция, посвященная 60-летию начала разработки месторождений нефти в Татарстане и 50-летию г.Альметьевска «Перспективы и эффективность разработки залежей нефти в карбонатных и слабопроницаемых коллекторах», Альметьевск, 2003г.
8. Научно-техническая конференция, посвященная 50-летию ТатНИПИнефть, Бугульма, 2006г.
Кроме того, результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на научно- и производственно-технических семинарах и совещаниях в подразделениях ОАО «Татнефть», ОАО «Татнефтегеофизика» и ООО «ТНГ-Групп».
Публикации. По теме диссертации автором и в соавторстве опубликовано 9 печатных работ, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК, -2. Список указанных работ приведен в конце автореферата.
В работах, опубликованных в соавторстве, автору принадлежат постановка задач, участие в теоретических, экспериментальных и промысловых исследованиях, интерпретация и обобщение полученных результатов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 173 страницы и включает список литературы из 84 наименований, 73 рисунка и 9 таблиц.
Выражаю признательность сотрудникам кафедры геофизики БашГУ Р.Ф.Шарафутдинову, А.Ш. Рамазанову за консультации в области теории тепло- и массопереноса.
Автор признателен сотрудникам геологической службы ОАО «Татнефть», в особенности НГДУ «Азнакаевскнефть», НГДУ «Альметьевнефть», Азнакаевского и Альметьевского УПНП и КРС за профессиональную поддержку и содействие в организации скважинных исследований, особенно в начальный период проведения исследовательской работы.
Выражаю признательность Р.М.Миннуллину, Г.С.Каримову, Н.И.Хаминову, В.И.Дворкину, Р.Л.Ибрагимову, плодотворное сотрудничество с которыми способствовало решению поставленных перед автором задач.
