Тема 1.6 Исследование нефтяных и газовых скважин и пластов

 

Цель исследования скважин заключается в определении ее продуктивности, получении данных о строении и свойствах продуктивных пластов, оценке технического состояния скважин. Существуют следующие методы исследований скважин и пластов: гидродинамические, дебитометрические, термодинамические и геофизические.

Гидродинамические исследования проводят с целью установления зависимости между дебитом жидкости и депрес­сией на пласт и последующего определения параметров пласта.

Теоретическая база методов исследования — законы, описы­вающие процесс фильтрации жидкости и газа в пластах, а так­же данные изменения отбора из скважин.

Гидродинамические методы подразделяются на:

o исследования скважин при установившихся отборах (снятие индикаторных диаграмм);

o исследование скважин при неустановившихся режимах (снятие КВД и КПД);

o исследование скважин на взаимодействие (гидропрослушивание).

а. Сущность метода исследования на установившихся режимах заключается в многократном изменении режима работы скважины и, после установления каждого режима, регистрации дебита и забойного давления. Коэффициент продуктивности скважин определяют с помощью уравнения Q = К(Рпл - Рзаб)^П,

где Q - дебит скважины; К - коэффициент продуктивности; Р_пл, Р_заб - пластовое и забойное давления, соответственно; n - коэффициент, равный 1, когда индикаторная линия прямая; n<1, когда линия выпуклая относительно оси перепада давления; n>1, когда линия вогнутая относительно оси перепада давления.

При дальнейшей обработки исследований дополнительно определяют коэффициент проницаемости ПЗП, подвижность нефти в ПЗП, гидропроводность ПЗП, а также ряд дополнительных параметров.

Об установившемся режиме фильтрации жидкости (газа) в пласте судят по постоянству дебита и давления, измеряемых в небольших интервалах времени (2—3 измерения за 4—6 ч).

Установлено, что чем выше проницаемость пласта, тем быст­рее наступает установившийся режим фильтрации после изме­нения условий эксплуатации скважины.

Исследование при установившихся режимах выполняют по­следовательным изменением дебита скважин с измерением за­бойных давлений, соответствующих данному дебиту. Об уста­новившемся режиме судят по постоянству дебита и забойного давления при условии работы скважины в заданном режиме. Результаты измерений дебита и забойного давления заносят в карточку исследования скважины. Предпочтительным при ис­следовании скважин является изменение режима их работы в сторону постепенного возрастания дебита. По завершении ис­следований скважину останавливают для измерения пластового давления.

По результатам исследований строят индикаторную кривую, которая представляет собой график зависимости дебита сква­жины от депрессии.

б. Исследование скважин на неустановившихся режимах заключается в прослеживании скорости подъема уровня жидкости в насосной скважине после ее остановки и скорости восстановления забойного забойного давления после остановки фонтанной скважины (снятие КВД). Таким же образом можно исследовать и нагнетательные скважины, регистрируя скорость падения давления на устье после ее остановки (снятие КПД). По полученным данным определяют коэффициент проницаемости пласта, подвижность нефти в пласте, гидропроводность пласта, пьезопроводность пласта в зоне дренирования скважины, а также скин-эффект (степень загрязнения ПЗП).

----Значительные затраты времени на получение индикаторной кривой при исследовании скважин по методу установившихся отборов обусловили поиск метода получения параметров пласта при непродолжительных исследованиях. Сокращение продолжи­тельности исследований приводит к тому, что фильтрационный поток в пласте становится неустановившимся и, в связи с этим, используемые в методе теоретические решения становятся не­приемлемыми.

Очевидно, что для условий неустановившейся фильтрации требуется новое теоретическое решение, устанавливающее связь между изменением дебита, давлением и временем.

Исследования проводят в следующей последовательности.

1) В скважину спускают скважинный манометр, который ре­гистрирует на бланке меловой бумаги изменение давления на забое во времени.

 

 

2) После непродолжительной выдержки манометра на забое работающей скважины ее закрывают.

3) Через два, три часа пребывания манометра на забое его поднимают на поверхность и извлекают бланк записи измене­ния давления во времени.

в. Исследование скважин на взаимодействие заключается в наблюдении за изменениями уровня или давления, происходящими в одних скважинах (реагирующих) при изменении отбора жидкости в других соседних скважинах (возмущающих). По результатам этих исследований определяют те же параметры, что и при исследовании скважин на неустановившихся режимах. Отличие заключается в том, что эти параметры характеризуют область пласта в пределах исследуемых скважин.

Для измерения Р на забое скважин используют абсолютные и дифференциальные (регистрируют приращение отклонения от начального давления) манометры.

Дебитометрические исследования. Сущность метода исследований профилей притока и поглощения заключается в измерении расходов жидкостей и газов по толщине пласта. Скважинные приборы, предназначенные для измерения притока жидкости и газа (дебита) называются дебитомерами, а для измерения поглощения (расхода) - расходомерами. Кроме своего основного назначения, скважинные дебитомеры и расходомеры используют и для установления затрубной циркуляции жидкости, негерметичности и мест нарушения эксплуатационной колонны, перетока жидкости между пластами.

Термодинамические исследования основаны на сопоставлении геотермы и термограммы действующей скважины. Геотерма снимается в простаивающей скважине и дает представление о естественном тепловом поле Земли. Термограмма фиксирует изменение температуры в стволе скважины. С помощью данных исследований можно определить интервалы поглощающих и отдающих пластов, а также использовать полученные результаты для: определения затрубной циркуляции; перетока закачиваемой воды и места нарушения колонны; определения высоты подъема цементного раствора за колоннами после их цементирования.

Геофизические исследования. Геофизические методы исследования скважин включают в себя различные виды каротажа электрическими, магнитными, радиоактивными акустическими и другими методами с целью определения характера нефте-, газа- и водонасыщенности пород, а также некоторые способы контроля за техническим состоянием скважин.

По результатам эхометрии определяется уровень жидкости в затрубном пространстве скважины. Исследование производится с помощью эхолота - прибора для измерения положения уровня жидкости в скважине. Суть эхолотировани: в трубное пространство с помощью датчика импульса звуковой волны (пороховой хлопушки) посылается звуковой импульс. Звуковая волна, пройдя по стволу скважины, отражается от уровня жидкости, возвращается к устью скважины и улавливается кварцевым микрофоном. Микрофон соединен через усилитель с регистрирующим устройством, которое записывает все сигналы (исходящий и

отраженный) на бумажной ленте в виде диаграммы. Лента перемещается с помощью лентопротяжного механизма с постоянной скоростью.

Информацию, необходимую для подсчета запасов, проектирования и эффективного контроля процессов разработки, получают путем измерения на поверхности дебитов скважин по нефти, воде и газу, контроля расходов и количества рабочего агента, закачиваемого в продуктивные пласты, а также путем исследования скважин и изучения изменения свойств горных пород и насыщающих их жидкостей и газов в процессе разведки и разработки залежи. Изучение продуктивных пластов на всех стадиях промышленной разведки и разработки залежей осуществляют в основном лабораторными, промыслово-геофизическими и гидродинамическими методами.

Лабораторные методы.

К лабораторным относят методы, основанные на прямых измерениях физико-химических, механических, электрических и других свойств образцов горных пород и проб пластовых жидкостей (газов), отбираемых в процессе бурения и эксплуатации. При этих методах исследования определяются такие основные параметры как пористость, проницаемость пород, вязкость и плотность нефти и другие свойства пород и жидкостей.

Эти методы имеют большое практическое значение, особенно при подсчете запасов нефти и газа и составлении проектов разработки месторождений нефти и газа.

Промыслово-геофизические методы.

К промыслово-геофизическим относят методы, основанные на изучении электрических, радиоактивных и других свойств горных пород с помощью приборов, спускаемых в скважину на кабеле.

По результатам геофизических исследований можно определить толщину пласта, пористость, проницаемость, нефтенасыщенность и др. Для этого данные промысловых измерений сопоставляют с результатами лабораторных испытаний образцов горных пород и проб пластовых жидкостей (газов). Поэтому такие методы исследования относят к косвенным методам изучения свойств продуктивных пластов. Их широко используют в процессе разведки и начальных стадий разработки месторождений.

С помощью лабораторных и промыслово-геофизических методов можно изучать свойства пластов только в зоне, прилегающей к стенкам скважины. Поэтому получаемая с их помощью информация не достаточно точно характеризует свойства пласта в целом или те свойства, которые могут резко изменяться по площади его распределения (например, проницаемость). Степень достоверности данных о свойствах пластов зависит от числа пробуренных скважин и количества отобранных образцов горных пород.

Гидродинамические методы.

К гидродинамическим относят методы, основанные на косвенном определении некоторых важных свойств продуктивных пластов по данным прямых измерений дебитов скважин и забойных давлений при установившихся и неустановившихся процессах фильтрации жидкостей и газов в пласте.

В основу этих методов положены формулы гидродинамики, описывающие связь между дебитами, давлениями и характеристиками продуктивных пластов (проницаемость, гидропроводность и др.).

Гидродинамические исследования осуществляют с помощью глубинных манометров и расходомеров, спускаемых в скважину на кабеле (проволоке), а также с помощью приборов, установленных на устье скважины.

В отличие от лабораторных и промыслово-геофизических методов при гидродинамических исследованиях определяют средние значения свойств продуктивных пластов на значительном расстоянии от стенок скважин или между ними. Гидродинамические исследования несут больший объем информации о работе пласта.

В нефтепромысловой практике применяют следующие основные методы гидродинамических исследований:

- установившихся отборов;

- восстановления давления;

- взаимодействия скважин (гидропрослушивание),

- термодинамические.

Исследование газовых скважин также проводят при стационарных (установившихся) и нестационарных режимах фильтрации газов. В последнем случае используют следующие методы:

- восстановления забойного давления после остановки скважины;

- стабилизации забойного давления и дебита при пуске скважин.

По данным, полученным в результате исследования газовых скважин, оценивают изменение параметров пласта в процессе эксплуатации скважин.

Технология исследования состоит в непосредственном измерении дебитов скважин Q и соответствующим их значений забойного давления р_з при нескольких обеспеченных режимах работы. Одновременно определяют газовый фактор и отбирают на выкидных линиях пробы жидкости на обводненность и наличие песка. Время выхода скважины на стабильный режим зависит от фильтрационной характеристики пласта и составляет от нескольких часов до пяти суток. О достижении установившегося режима судят по постоянству дебита и забойного давления. По завершении исследований скважину останавливают для исследования в неустановившемся режиме и измерения пластового давления р_пл.

По результатам исследования в установившемся режиме строят график зависимости дебита скважины от депрессии

р_пл-р_з), который называют индикаторной диаграммой. На рис. 13 приведены некоторые формы индикаторных диаграмм.

При фильтрации однофазной жидкости, подчиняющейся закону Дарси, уравнение радиального установившегося притока описывается зависимостью Дюпюи:

, (15)

где м³/с; м²; -мощность пласта, м; и -пластовое и забойное давления, Па; -вязкость флюида, Па*с; -радиус контура питания скважины, который принимают равным половине расстояния между двумя соседними скважинами, для одиночных скважин принимают R_{к=250-400м;} -радиус скважины, м.

Согласно (15) зависимость дебита от депрессии является линейной (линия 1) и может быть представлена в следующем виде:

Рис. 13.

Q = К , (16)

Искривление индикаторной линии в сторону оси давления (линия2) означает увеличение фильтрационного сопротивления по отношению к линейному закону Дарси. Это обстоятельство может быть вызвано следующими явлениями, происходящими в пласте:

-изменение проницаемости за счет изменения раскрытия трещин в пласте при изменении пластового давления;

-увеличение скорости фильтрации в призабойной зоне до сверхкритических значений, при которых нарушается закон Дарси;

-образование в прискважинной зоне двухфазной фильтрации при забойном давлении ниже давления насыщения (р_з р_нас).

Для залежей с высоковязкой нефтью индикаторная линия не проходит через начало координат (линия 3), а отсекает на оси давлений некоторый отрезок. Это указывает на то, что нефть исследуемой скважины обладает высокопластичными свойствами.

Полученная индикаторная диаграмма позволяет по тангенсу угла определить коэффициент продуктивности К, после чего можно определит коэффициент гидропроводности.

(17)

Зная по геофизическим данным или по результатам глубинной дебитометрии мощност пласта h, а по лабораторным данным динамическую вязкость нефти , из (17) можно определить проницаемость в зоне действия исследуемой скважины.