Исследование температурных полей в скважине с источниками тепла

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
I. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАКОЛОННЫХ ПЕРЕТОКОВ (ОБЗОР РАБОТ). 10
1.1. Способы определения заколонных перетоков 12
1.1.1. Акустические методы определения заколонных перетоков 12
1.1.2. Радиоактивные методы определения заколонных перетоков 14
1.1.3. Термические методы определения заколонных перетоков 15
Выводы 30
II. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ПРИ НАЛИЧИИ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОТЫ В СКВАЖИНЕ С ЗАКОЛОННЫМИ ПЕРЕТОКАМИ. 31
2.1. Постановка задачи 32
2.1.1. Основные допущения 32
2.1.2. Основные уравнения . 3 2
2.1.3. Методика решения 34
2.2. Численное исследование особенностей радиального и азимутального распределения температуры в обсаженной скважине при наличии канала заколонного перетока жидкости 35
2.2.1. Влияние конструкции скважины 36
2.2.2. Влияние размеров канала перетока 39
2.2.3. Влияние теплофизических свойств скважины и горных пород 40
2.2.4. Влияние источника тетоты в скважине 40
2.3.Экспериментальное изучение теплового поля в скважине с источником теплоты 44
2.3.1 .Экспериментальная установка 44
2.3.2.Результаты экспериментальных исследований. 46
2.3.3. Сравнен не теории и эксперимента. 5 2
2
2.3.4. Некоторые подходы к разработке скважинного сканирующего термометра 53
2.3.5. Автоматизированная обработка данных азимутальной термометрии. 54
Методика обработки. 54
2.3.5. Некоторые подходы к методике азимутальных и радиальных измерений температуры. 56
Выводы 58
III. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ ЗАКОЛОННЫХ ПЕРЕТОКАХ В СКВАЖР1НЕ В ПРОЦЕССЕ НАГРЕВА ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ 58
3.1. Математическая модель тепловых процессов в скважине с заколонным перетоком при нагреве колонны. 59
3.1.1. Численная модель для расчета полей давления, скорости и температуры. 59
3.1.2. Аналитическая модель теплопереноса 60
3.2. Численное решение задачи об индукционном нагреве колонны при наличии заколонного перетока жидкости. 62
3.3. Аналитическое решение задачи об индукционном нагреве колонны при наличии заколонного перетока жидкости 66
3.5. Методика проведения термометрических исследований с целью определения интенсивности заколонного перетока и диаметра канала перетока 69
Выводы 70
3
IV. ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЛОКАЛЬНОГО ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ВЫЯВЛЕНИЮ ЗАКОЛОННЫХ ПЕРЕТОКОВ 71
4.1. Физические основы измерения расхода методом тепловых меток 71
4.2. Математическая модель теплового поля при локальном нагреве обсадной колонны в системе скважина- пласт. 73
4.2.1. Основные уравнения. 73
4.2.2. Результаты расчета. 16
4.3. Экспериментальное изучение теплового поля в скважине с заколонным перетоком при локальном индукционном нагреве обсадной колонны 78
4.3Л. Экспериментальные исследования по изучению заколопных перетоков снизу. 83
4.3.2. Экспериментальные исследования температурных полей при заколопных перетоках сверху 92
Выводы 100
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 101
ЛИТЕРАТУРА 103
4
Введение
Акту альность темы. Одним из широко используемых в настоящее время методов контроля за разработкой нефтяных месторождений является термометрия. К числу решаемых с помощью термометрии задач относится определение работающих интервалов, заколонных перетоков и другие. Заколонный переток- это движение флюида (преимущественно закачиваемой или пластовой воды) из водоносного в продуктивный пласт по затрубному пространству. Заколонный переток жидкости сопровождается проявлением Джоуля- Томсона эффекта, поэтому в этом интервале жидкость разогревается, т.е интервал перетока является источником тепла.
Слабые стороны термометрии проявляются при решении задач выявления и количественной оценки заколонных перетоков, особенно заколонных перетоков «сверху», а также по трещинам, малых перетоках. В этом случае значительно снижается информативность современных термометрических методов, так как возникают трудности с дифференциацией аномалий температуры, вызванных движением флюида на фоне температурных полей, вызванных другими факторами.
Наличие заколонного перетока в эксплуатационной или нагнетательной скважине является серьезной проблемой. Утечка жидкости через канал перетока ведет к снижению эффективности нагнетательной и добывающей скважины, обводнению продукции. Переток может возникать и между двумя и более неперфорированными пластами. Гидродинамическое сообщение по каналу перетока с пресноводными горизонтами ведет к ухудшению экологии.
Очевидно, выявление и оценка интенсивности заколонных перетоков относятся к важнейшим задачам контроля за разработкой нефтегазовых месторождений.
5
Для непосредственного выявления перетоков жидкости и газа по заколонному пространству во время исследований можно использовать термические, радиоактивные и акустические методы. Термометрия - наиболее распространенный и инфорхмативный метод по выявлению зако-лонных перетоков. Однако известные методики решения этой задачи не позволяют определить количественные характеристики заколонного перетока, что 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 развития метода термометрических исследований, обладающего большей инфорхМативностыо. В этом отношении перспективным является использование искусственных источников тепла в скважине, например, электронагревателей (ТЭН), индукционного нагревателя и.т.д.
Температурное поле, созданное искусственными источниками тепла изменяется под действием заколонного движения жидкости и менее подвержено влиянию фоновых процессов.
Следовательно, для повышения информативности и достоверности решения задач выявления заколонных перетоков методом термометрии, большое значение приобретает теоретическое и экспериментальное исследование тепловых полей при наличии источников тепла в скважине 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 по определению заколонных перетоков методом термометрии на основе теоретических и экспериментальных исследований температурных полей в системе скважина-пласт
6
при наличии источников тепла в скважине, разработка методики определения количественных параметров заколонных перетоков.
Основные задачи исследований:
1. Анализ литературных источников в области геофизических методов определения заколонных перетоков в добывающих скважинах.
2. Разработка математической модели теплопереноса в системе скважина- пласт при наличии каналов заколонного движения жидкости.
3. Изучение особенностей формирования и динамики изменения нестационарных температурных полей при наличии канала перетока за колонной и нагревателя внутри скважины.
4. Проведение экспериментальных исследований по изучению формирования теплового поля при наличии заколонных перетоков с источниками тепла в скважине. Разработка и обоснование методики оценки интенсивности заколонного перетока жидкости с применением индукционного нагревателя.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
1. На основании теоретических и экспериментальных исследований установлены основные закономерности нестационарного температурного поля в системе скважина- пласт при наличии источников тепла в скважине:
• эффект шунтирования температурного сигнала по обсадной колонне;
• в длительно работающей скважине создание “контрастной” температуры (путем нагревания жидкости внутри обсадной колонны) и измерение углового (азимутального) распределе-
7
ния температуры в процессе ее восстановления после отключения нагревателя позволяет определить размеры канала за-колонного перетока.
2. Предложена методика оценки интенсивности заколонного перетока и диаметра канала перетока на основе использования индукционного нагревателя.
3. Установлено, что локальный индукционный нагрев колонны и временные температурные измерения позволяют достоверно определить заколонный переток жидкости из вышележащего пласта.
На защиту' выносятся следующие основные положения и результаты:
1. Математическая модель теплообмена в системе скважина- пласт с учетом заколонного движения жидкости и источников тепла.
2. Результаты экспериментальных исследований теплового поля в скважине с учетом заколонного движения жидкости и источников тепла.
3. Методика проведения температурных исследований в добывающих скважинах с использованием источников тепла в скважине с целью оценки направления заколонного перетока жидкости и его интенсивности.
Достоверность полученных результатов обусловлена корректным применением уравнений механики сплошных сред, численных методов, качественным сопоставлением полученных результатов с экспериментальными данными.
Научная и практическая ценность работы.
8