Диссертация (1173004), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Причем подобная оценка достаточно устойчива к погрешностямв априорных данных (прежде всего – для тепловых свойств вмещающей среды).Хотелось бы обратить внимание на тот факт, что диапазон времени, прикоторых диагностировались эти эффекты, составляет не более первых десятковминут.С точки зрения иллюстрации возможностей оптоволоконного мониторинганаиболее интересными являются случаи, когда удается зафиксировать переходныепроцессы в начальные периоды циклов работы пласта на репрессии или депрессии.61Иными словами, необходимо создание некого контраста для более четкоговыявления подключенных в эксплуатацию участков.Таким образом, с учётом всех вышеупомянутых особенностей, стационарныескважинные системы, основанные на применении оптоволокна, имеют следующиепреимущества перед традиционными средствами измерения [94, 95, 96, 109]:1.

Дают возможность регистрировать параметры по всей длине стволаскважины с пространственным разрешением от 0.2 м и более;2. Данные могут оперативно поступать в распоряжение инженера черезстанции управления, расположенные на поверхности. Оптоволокноявляется и датчиком, и каналом связи с поверхностью одновременно.Системыраспределенногоизмерениятемпературыспомощьюоптоволоконного проводника может производить значительное количествотермограмм (с частотой каждые 5 сек.) на протяжении эксплуатационного цикласкважины, поскольку ее заранее устанавливают вместе с системой заканчиванияскважины. В дополнение, система определяет источник изменений в работескважины, если это случается, скорее, чем это определяется позже в процессе ПГИ,и, в отличии от промыслового каротажа, распределенное измерение температурыпосредством оптоволокна не требует внутрискважинного вмешательства, котороеможет повлиять на текущее состояние скважины.Сейчас подобным оборудованиям владеют множество компаний нанефтяном рынке, способные оптимизировать и упростить процесс мониторинга спомощью распределенной волоконно-оптической системы измерения температурыDTS и распределенной волоконно-оптической акустической системы DAS, средикоторыхчислятся«Sensa»(Schlumbergercompany),«Lasersolutions»,«Петрофайбер», «Optical path», «Геоптикс», «Weatherford» и др.За последние годы стоимость промысловых геофизических исследованийзначительно возросла за счет того, что многие скважины забуриваются вгоризонтальном направлении и для спуска каротажных приборов требуетсяиспользование колтюбинга или тяговых систем на каротажном кабеле.

Вопределенных экзотических случаях, таких, например, как в некоторых подводных62скважинах, спуск приборов для промысловых ГИС вообще невозможен.Следовательно,целесообразнымстановитсявнедрениеальтернативныхтехнологий, если, конечно, стоимость по их внедрению в скважину будет разумной,а данные, приобретённые в процессе применения этих технологий, можно будетпроинтерпретировать в целях получения информации о притоке и прочих сведенийпо добыче. Системы волоконно-оптического мониторинга для распределенногоизмерения температуры как раз и является такой технологией [94, 95, 96, 109].

ВпоследующихразделахинформативныевозможностяхОВСпритермомониторинге кратковременно протекающих переходных процессов будутрассмотрены более детально.632.7 Основные выводы к главеДетальное рассмотрение принципов работы распределенных измерительныхдатчиков в виде современных оптоволоконных систем помогло выделить основныепреимущества и достоинства, представленного в данной главе инструмента, атакже определить некоторые её недостатки при сравнении с классическойаппаратурной.Несомненное преимущество технологии ОВС связано с тем, то на ее основевозможен непрерывный мониторинг происходящих в скважине и пласте процессов,в том числе и тех, которые сложно изучать с помощью классической термометриив силу интенсивного изменения температуры во времени.В силу указанной причины ОВС-термометрия по мнению автора являетсяидеальным средством для решения задач, поставленных в диссертационной работе,поскольку именно она позволяет диагностировать и изучать максимально полныйспектр подобных процессов.Очевидно, что распределенная стационарная термометрия в ближайшеевремянестанетполнойальтернативой«классических»исследований,предполагающих стандартную регистрацию разновременных температурныхпрофилей в скважине.

Но постепенное внедрение подобного комплекса в практикуисследования эксплуатационных скважин позволило бы не только проводитькомплексный мониторинг интересующей области месторождения, но и оперативнорешать ряд производственных задач.Анализ существующей практики использования ОВС для решения задачконтроля разработки показывает, что в основном результаты подобных измеренийиспользуются пока на качественном уровне для оценки текущего состоянияобъектов исследования. В связи с этим сохраняется актуальность разработки ивнедрения количественных методов интерпретации получаемой информации. Этивыводы подтверждают последующее изложение, посвященное методическомуобеспечению термических исследований и их практической реализации.64ГЛАВА 3.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СТВОЛАХРиски, связанные с неоднозначной интерпретацией результатов измерений,могут быть уменьшены посредством широкого использования нестационарныхтехнологий исследования скважин. Но и в этом случае возможность и точностьрешения задач мониторинга должна быть обоснована. Именно в этом обоснованииавтор видит одну из основных задач температурного моделирования. Чтобыминимизироватьразличноетолкованиеполучаемыхданныхнаэтапемоделирования необходимо поставить еще одну цель – очень важно выбратьоптимальную технологию проведения измерений и выбрать корректный методинтерпретации результатов.Данныйразделпосвящендетальномуразборупараметровмоделитепломассопереноса в горизонтальной скважине. При этом следует отметить, чтосоздание подобной модели не является основной целью – она выступает в качествеинструмента для решения поставленных задач.

Новизну автор видит прежде всегоне в специфике модели, а в выявленных на ее основе особенностях температурныхпроцессов, которые могут быть использованы в практике термометрии скважин.3.1 Основные факторы, влияющие на формирование теплового поля вдействующих горизонтальных скважинахВ предыдущей главе довольно подробно были разобраны системамониторинга на основе оптоволокна (ОВС) со своими преимуществами инедостатками, которые на сегодняшний момент являются, пожалуй, единственныминструментом, способным предоставить возможность досконально и максимальнополно изучить термодинамические процессы в скважине, особенно на раннихстадиях исследования.

Для концептуального создания методики или ряда методикобработки данных горизонтальных скважин, подразумевающих под собой каккачественную, так и количественную оценку, необходимо разобрать природувозникновения и образования эффектов, которые формируют температурныеаномалии.65Условно по происхождению принято разделять тепловые поля, рассматриваемые всистеме «скважина-пласт», на естественные (т.е. природные) и искусственные.Именно они являются объектом изучения при интерпретации [6, 19, 23, 30, 32, 55,86, 87, 91, 112].Естественное, или по-другому стационарное, поле обусловлено наличиемтеплового потока, направленного из недр Земли к её поверхности. Этот тепловойпоток испытывает региональные вариации. Поскольку единичные месторожденияуглеводородов относительно всего земного шара являются не столь громадными всвоих объемах, то величина теплового потока на них очень слабо меняется и, какправило, принимается постоянной.

Но всё же наличие подобного явленияспособствует росту температуры с глубиной (2-3оС на каждые 100 м). Еслиотобразить это на графике, то можно наблюдать небольшие наклоны, которыеменяются при переходе от одного пласта к другому с различными тепловымисвойствами (рис. 3.1).Рис. 3.1 Естественное распределение температуры по глубине.Поэтому зависимость температуры от глубины является нелинейной с учетомналичия тепловыделений или теплопоглощений в массиве пропластков.

Но в66мощных однородных пластах таких четких границ не прослеживается, и подобныйэффект практически отсутствует. Если количественно отобразить данноевыражение в упрощенном виде, то мы получим следующее:Tg  T0  Г  z ,(3.1)где:T0 – температура на поверхности;Г – термоградиент;z – глубина.Следует отметить, что знать естественное распределение температуры поглубине чрезвычайно важно в ходе интерпретации данных ПГИ, так какотносительно геотермограммы производится выделение работающих интервалов,выявление возможных перетоков и дальнейший поинтервальный расчет дебитаисследуемой скважины.Однако подобная схема решения поставленных перед инженером задачсправедлива лишь для традиционных вертикальных скважин.

Следует понимать,что если мы рассматриваем случай, когда продуктивную толщу вскрываетскважина с весьма продолжительной горизонтальной частью ствола, то полученнаякартина станет «размытой» – зарегистрированная температура практический небудет меняться в связи с отсутствием привычного градиента, посколькуабсолютное значение глубинной отметки останется примерно постоянным. Прощеговоря, на зарегистрированной кривой вместо наклона, в том месте, где начинаетсягоризонтальный ствол, будет диагностироваться прямой участок вдоль глубины спрактически одним температурным значением. Этот факт сильно осложняет анализи делает итоговое заключение по работе объекта субъективным, неоднозначным, ав большинстве случаев вовсе ошибочным.Искусственные (нестационарные) температурные поля проявляются впроцессе восстановления первоначального поля после его вынужденногоизменения.

В основном оно преобразуется за счет бурения, процессацементирования,промывкипризабойной67зоны,перфорацииипрочихтехнологических операций. Также температурные поля принято считатьпереходными в условиях освоения, пуска или остановки скважины, изменения еёрежима работы, закачки различных агентов и т.д.Формирование искусственного температурного поля сопровождается рядомсложных динамических эффектов.

Для начала, необходимо вспомнить, что сама посебе температура в скважине может быть представлена, как скалярная функциякоординат и времени в трехмерном пространстве:T  T ( x, y, z, t )(3.2)Ранее уже упоминалось, что поле температур характеризуется градиентомтемпературы, при эксплуатации вдобавок к этому подключается и плотностьтеплового потока. Наиболее сильно воздействуют два основных механизма –кондуктивныйиконвективныйтепломассоперенос,атакжепроцессы,характеризующие выделение или поглощение теплоты [6, 19, 23, 30, 32, 55, 86, 87,91, 112].Согласно закону теплопроводности Фурье, градиент температуры прямопропорционален тепловому потоку и обратно – теплопроводности [6, 19, 23, 30, 32,55, 86, 87, 91, 112]. Из этого кондукция описывается таким образом:qT  T  gradT(3.3)где:T – теплопроводность породы;gradT – градиент температуры.Вынужденныйконвективныйтеплопереностеплотыобусловленфильтрацией флюида (воды, нефти или газа) через пористую среду подвоздействием внешних сил, например, перепада давления.Повеличинескоростифильтрацииопределяетсяинтенсивностьмассопереноса в направлении движения флюида и рассчитывается по формуле:68ф QA(3.4)Где:Q – расход;A – площадь поперечного сечения канала.Таким образом, зная скорость фильтрации, тепловая мощность, связанная сконвективым теплопереносом, записывается следующим образом:qm  c ф  ф  gradT(3.5)Где:сф – объемная теплоемкость флюида;ф – скорость фильтрации флюида.Изменение температуры в системе «горизонтальная скважине-пласт»подразумевает наличие основных процессов, которые связаны с еще двумя неменее важными по своей значимости эффектами.

Речь идет о дроссельном иадиабатическом эффектах.Дроссельным называется термодинамический процесс, характеризующийсяпостоянством энтальпии. Заметные изменения температуры в местах перфорации,как правило, располагающихся ближе к забою, происходят вследствие движенияфлюида (жидкости) через пористую среду. В результате изменение расстояниямежду молекулами фильтрующегося флюида, способствует его нагреванию за счетработысилтрения.Приэтоминтенсивностьизменениятемпературыхарактеризуется коэффициентом Джоуля-Томсона, который представляет собойчастную производную от температуры T по давлению P. Упрощенно можнозаписать подобное выражение:T    P69(3.6)Следует отметить, что природа дроссельного эффекта обусловленавнутренним трением и адиабатическим расширением, следовательно, это можноописать следующим выражением:   ad   tr(3.7)Значение коэффициента Джоуля-Томсона от свойств среды не зависит иопределяется лишь параметрами флюида (Таблица №2.1).Таблица №2.1, оС/атм-(0.4 – 0.25)0.04 – 0.060.018 – 0.024ФлюидГазНефтьВодаДругим немаловажным эффектом описывается процесс, при которомтермодинамическая система в процессе работы рассматриваемая система неподразумевает выделение теплоты, а также не получает ее извне.

Характеристики

Список файлов диссертации