Исследование температурных полей в скважине с источниками тепла тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат технических наук Шарафутдинов, Тимур Рамилевич

• Шарафутдинов, Тимур Рамилевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шарафутдинов, Тимур Рамилевич

ВВЕДЕНИЕ

I. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАКОЛОННЫХ ПЕРЕТОКОВ (ОБЗОР РАБОТ).

1.1. Способы определения заколонных перетоков

1.1.1. Акустические методы определения заколонных перетоков

1.1.2. Радиоактивные методы определения заколонных перетоков

1.1.3. Термические методы определения заколонных перетоков 15 Выводы

II. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ПРИ НАЛИЧИИ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОТЫ В СКВАЖИНЕ С ЗАКОЛОННЫМИ ПЕРЕТОКАМИ.

2.1. Постановка задачи

2.1.1. Основные допущения

2.1.2. Основные уравнения.

2.1.3. Методика решения

2.2. Численное исследование особенностей радиального и азимутального распределения температуры в обсаженной скважине при наличии канала заколонного перетока жидкости

2.2.1. Влияние конструкции скважины

2.2.2. Влияние размеров канала перетока

2.2.3. Влияние теплофизических свойств скваэ/сины и горных пород

2.2.4. Влияние источника теплоты в сквалсине 40 2.3.Экспериментальное изучение теплового поля в скважине с источником теплоты

2.3.1. Экспериментальная установка

2.3.2.Результаты экспериментальных исследований.

2.3.3. Сравнение теории и эксперимента.

2.3.4.Некоторые подходы к разработке скважинного сканирующего термометра

2.3.5. Автоматизированная обработка данных азимутальной термометрии. 54 Методика обработки. 54 2.3.5. Некоторые подходы к методике азимутальных и радиальных измерений температуры.

Выводы

III. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ ЗАКОЛОННЫХ ПЕРЕТОКАХ В СКВАЖИНЕ В ПРОЦЕССЕ НАГРЕВА ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

3.1. Математическая модель тепловых процессов в скважине с заколонным перетоком при нагреве колонны.

3.1.1. Численная модель для расчета полей давления, скорости и температуры.

3.1.2. Аналитическая модель теплопереноса

3.2. Численное решение задачи об индукционном нагреве колонны при наличии заколонного перетока жидкости.

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

IV. ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЛОКАЛЬНОГО ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ВЫЯВЛЕНИЮ ЗАКОЛОННЫХ ПЕРЕТОКОВ

4.1. Физические основы измерения расхода методом тепловых меток

4.2. Математическая модель теплового поля при локальном нагреве обсадной колонны в системе скважина- пласт.

4.2.1. Основные уравнения.

4.2.2. Результаты расчета.

4.3. Экспериментальное изучение теплового поля в скважине с заколонным перетоком при локальном индукционном нагреве обсадной колонны

4.3.1. Экспериментальные исследования по изучению заколонных перетоков снизу.

4.3.2. Экспериментальные исследования температурных полей при заколонных перетоках сверху

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование температурных полей в скважине с источниками тепла»

Актуальность 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.

Для непосредственного выявления перетоков жидкости и газа по заколонному пространству во время исследований можно использовать термические, радиоактивные и акустические методы. Термометрия - наиболее распространенный и информативный 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 информативностью. 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 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) распределения 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.

Полученные в диссертации результаты могут быть использованы в геофизических предприятиях при совершенствовании технологии термометрических исследований по выявлению источников обводнения скважин, осолонения пресноводных горизонтов, оценке интенсивности зако-лонных перетоков.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения. Общий объем работы составляет 109 страниц и включает список литературы 67 наименований, 52 рисунка и 6 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Теплофизика и теоретическая теплотехника», Шарафутдинов, Тимур Рамилевич

Выводы

В данной главе проведены теоретические и экспериментальные исследования теплового поля в системе скважина- интервал заколонного перетока при индукционном нагреве колонны.

Показано, что кратковременный индукционный нагрев колонны в интервале заколонного перетока жидкости позволяет по регистрации тепловой метки судить о наличии заколонного перетока. Имеется корреляция времени регистрации тепловой метки и дебита заколонного перетока, что может служить основой по количественному определению характеристик заколонного перетока.

Предложена методика проведения исследований по определению заколонного перетока сверху при термометрических исследованиях скважин в процессе компрессорного опробования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненная работа и полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Разработаны математические модели и экспериментальные установки для изучения теплообмена в системе скважина- пласт с учетом заколонного движения жидкости и источников тепла.

2. На основании теоретических и экспериментальных исследований установлены основные закономерности нестационарного температурного поля в системе скважина- пласт при наличии источников тепла в скважине и заколонных перетоков:

• эффект шунтирования температурного сигнала по обсадной колонне;

• в длительно работающей скважине создание "контрастной" температуры (путем нагревания жидкости внутри обсадной колонны) и измерение углового распределения температуры в процессе ее восстановления после отключения нагревателя позволяет определить размеры канала заколонного перетока.

• исследования азимутальным термометром позволяют повысить достоверность по определению интервалов заколонного перетока в осложненных для интерпретации условиях (например, при отсутствии геотермы в зумпфе скважины).

3. Разработана программа автоматизированной обработки данных азимутальной термометрии. Программа позволяет на основе данных азимутального распределения температуры определять канал перетока.

4. Предложена методика оценки интенсивности заколонного перетока и диаметра канала перетока с использованием индукционного нагревателя при нестационарном режиме работы скважины на основе решения прямой- обратной задачи теплообмена в системе «канал перетока- скважина- горные породы».

4. Установлено, что кратковременный локальный индукционный нагрев колонны и временные температурные измерения позволяют достоверно определить заколонный переток жидкости из вышележащего пласта.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шарафутдинов, Тимур Рамилевич, 2006 год

1. Афанасьев Е.Ф. и др. Контроль за разработкой месторождений акустическим способом. Обзор ВНИИЭ Газпром, М., 1987, 36 с.

2. Аббасов А.А. и др. Температурное поле пласта при наличии в нем периодически действующих источников тепла при прерывистой закачке горячей воды // Уч.зап.Азерб.ин-ста нефти и химии. 1972. -Вып.9. -№А.- С.40-45.

3. Алишаев М.Г., Розенберг М.Д., Теслюк Е.В. Неизотермическая фильтрация при разработке нефтяных месторождений. М.: Недра, 1985.-270 с.

4. Адиев Я.Р., Шилов А.А., Хакимов Т.Г., Ладин П.А. Способ обработки призабойной зоны пласта индукционным высокочастотным нагревателем на каротажном кабеле//Каротажник-2002.-№93.-С.130-133.

5. Балакиров Ю.А. Термодинамические исследования фильтрации нефти и газа в залежи. М.: Недра, 1970.- 230 с.

6. Булыгин В.Я., Локотунин В.А. Математическое моделирование те-пломассопереноса в нефтяных пластах. // Сб.:Динамика многофазных сред. Новосибирск. - 1981. - С. 101-107.

7. Буевич А.С., Валиуллин Р.А., Хизбуллин Ф.Ф. Экспериментальные исследования некоторых термодинамических процессов для жидкостей. // Физико- химическая гидродинамика: Межвузовский сборник,-Уфа: Баш.гос.унив-т. 1980.- С.56- 60

8. Валиуллин Р.А., Буевич А.С., Филлипов А.И., Дворкин И.Л. и др. Способ определения характера движения жидкости за обсадной колонной, А.С, №933964,1982

9. Валиуллин Р.А., Дворкин И.Л., и др. Способ исследования технического состояния скважин. АХ. № 1160013,1985

10. Валиуллин Р.А., Федотов В.Я., ШакировА.Ф. и др. Способ определения вертикального движения жидкости в скважине. А\С, № 1305321,1987

11. И. Валиуллин Р.А., Болдырев В.Д. Экспериментальное изучение адиабатического эффекта в пластовых жидкостях. // Физико- химическая гидродинамика: Межвузовский сборник,-Уфа: Баш.гос.унив-т. 1989.- С.84-42.

12. Валиуллин Р.А., Шарафутдинов Р.Ф., Кулагин O.JL Экспериментальное изучение термодинамических эффектов в газожидкостных системах. // Физико-химическая гидродинамика: Межвузовский сборник. -Уфа : Башк.гос.унив-т. -1995.- С.13-18.

13. Валиуллин Р.А., Рамазанов А.Ш. Термические исследования при компрессорном освоении нефтяных скважин. Уфа: Изд. Баш-ГУ, 1992.- 168 с.

14. Валиуллин Р.А., Шарафутдинов Р.Ф. Особенности переходных температурных полей при компрессорном опробовании скважин и пластов // Нефть и газ, №1.- 1998.- С.29-34.

15. Валиуллин Р.А., Назаров В.Ф., Рамазанов А.Ш., Федотов В.Я., Филиппов А.И., Яруллин Р.К. «Методические рекомендации по термическим исследованиям скважин». Уфа, 1989г.

16. Вукалович М.П. Термодинамические свойства воды и водяного пара. М.: Машгиз., 1959. - 108 с.

17. Гиматудинов Ш.К. и др. Физика нефтяного и газового пласта.- М.: Недра, 1982.-308 с.

18. Геофизические исследования в нефтяных пластах. Сборник трудов, выпуск20 -Уфа, 1990 г.

19. Даутас П.М., Шимайтис А.П. и др. Способ определения направления заколонных перетоков. А^С.СССР, №1286750, 1987

20. Дахнов В.Н. Интерпретация результатов геофизических исследований скважин. Недра, 1982,448 с.

21. Дворкин И.Л., Буевич А.С., Филиппов А.И. Коханчиков А.И., Назаров В.Ф., Закусило Г.А. Термометрия действующих нефтяных скважин // Пособие по методике измерений и интерпретации. -Деп.ВНИИОЭНГ., 1976, №305.-43с.

22. Есьман Б.И., ГабузовГ.Г. Термогидравлические процессы при бурении скважин. М., Недра, 1991

23. Кирпиченко Б.И. Возможность определения движения жидкости в затрубном пространстве акустическим методом. Нефтяное хозяйство, №4, 1973.

24. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981.

25. Коноплев Ю.В. и др. Геофизические методы контроля разработки нефтяных месторождений. М.: Недра, 1986. - 221 с.

26. Кременецкий М.И. Исследование межпластовых перетоков жидкости и газа в скважине по данным термометрии. Автореферат кандидатской диссертации. МИНХ и ГП, 1978.

27. Ладин П.А, Шилов А.А., Хакимов Т.Г. Увеличение дебита нефтяных скважин с применением индукционных высокочастотных нагревателей//Нефтяное хозйство-2001.-№12-С.73- 74.

28. В.Н. Моисеев «Применение геофизических методов в процессе эксплуатации скважин». Москва «Недра», 1990 г.

29. Николаевский В.Н. Механика пористых и трещиноватых сред. -М., Недра, 1984.-232 с.

30. Назаров В.Ф. Шарафутдинов Р.Ф. Валиуллин Р.А. и др. Способ определения интервалов заколонного движения жидкости в скважине. А"0 л • : I .№1476119, 1989

31. Пудовкин М.А., Саламатин А.Н., Чугунов В.А. Температурные процессы в действующих скважинах. Казань : Изд-во Казан.унив-та,1977.- 168 с.

32. Патент № 2154732. Способ обработки призабойной зоны пласта / Шилов А.А., Ладин П.А. Хакимов Т.Г.// 20.08.2000 г.

33. Попов А.А. Опыт внедрения электропрогрева призабойных зон скважины на промыслах Войжского НПУ. //НТС ВНИИОЭНГа. Сер. Нефтепромысловое дело. М., 1969. - № 3. - С.23-25.

34. Развитие методов повышения производительности скважин. /Муслимов Р.Х., Абулмазитов Р.Г., Иванов А.И., Сулейманов Э.И., Хасамов Р.Б. //Геологическое строение и разработка Вавлинского нефтяного месторождения. М.: ОАО ВНИИОЭНГ, 1996. - С.384-405.

35. Руководство по применению промыслово- геофизических методов для контроля за разработкой нефтяных месторождений. -М.: Недра,1978.

36. Рубинштейн Jl. И. Температурные поля в нефтяных пластах.-М.: Недра, 1972.-276 с.

37. Сучков Б.М. Оценка влияния дроссельного эффекта на изменение температурного режима работы скважины // Нефтепромысловое дело. -1974.-№ 9.

38. Салагаев В. Б., Валиуллин Р. А., Булгаков Р. Т. Математическое моделирование температурного поля в скважине при заданной геометрии перетока жидкости за колонной. // ИФЖ. 1990. Т. 58, № 1. С. 153. Деп. в ВИНИТИ 20.11.89, per. № 6947 В 89.

39. Теслюк Е.В., Розенберг М.Д. О неизотермической фильтрации многофазного потока и об учете термодинамических эффектов при разработке нефтяных месторождений // Тр.ВНИИнефть. -1965. -вып.42.-С.281-293.

40. Требин Г.Ф., Капырин Ю.Ф. О величине дроссельного эффекта при фильтрации углеводородов на различных глубинах. // Тр.ВНИИ.-М.: Недра, 1970, вып.37, С. 56-58.

41. Требин Г.Ф., Капырин Ю.Ф., Петухов. Экспериментальное изучение изменения температуры при дросселировании нефти. // Тр.ВНИИ.- М.: Недра, 1974, вып.49, С.74-80.

42. Филиппов А.И. Скважинная термометрия переходных процессов. -Саратов, Изд.Саратов.унив., 1989.-116 с.

43. Хуснуллин М.Х. Геофизические методы контроля разработки нефтяных пластов. М.: Недра, 1989. - 190 с.

44. Чекалюк Э.Б. Термодинамика нефтяного пласта. М.: Недра, 1965,238 с.

45. Шилов А.А., Хакимов Т.Г., Ладин П.А., Дрягин В.В., Опошнян В.И., Копылов А.Е. Тепловое воздействие на призабойную зонупласта с применением индукционного высокочастотного нагревателя// Каротажник -1999.- №64.-С.53-55.

46. Шилов А.А. Способ обработки призабойной зоны пласта индукционным высокочастотным нагревателем на каротажном кабе-ле//Интервал-2002.-№8(43).

47. Шилов А.А. Разработка технологии интенсификации добычи нефти на основе высокочастотного индукционного воздействия аппаратурой на каротажном кабеле (на примере месторождений Башкортостана). Автореферат кандидатской диссертации. Уфа, 2004

48. Эффективность методов воздействия на призабойную зону скважины /Попов А.А. Обзорная информация: ВНИИОЭНГ, Нефтепромысловое дело. - М., 1979. - 31 с.

49. Briggs P.J. et. Al. Development of heavy oil reservoirs.//JPT, Februry 1988.-P.206-214.

50. Batchelor G.K. An Introduction to Fluid Dynamics. Cambridge University Press, Cambridge, England, 1967

51. BrittE.L. Theory and applications of the borehole audio tracer survey. SPWLA 17th Annual logging symposium, June 9-12, 1976, Denver.

52. Claude E., Cooke Jr. Radial differential temperature logging a new tool for detecting and treating flow behind casing. SPE 7558. 1979

53. Curtis M.R. и Watterholt E.J. Use of the temperature log for determining flow ratio in producing wells. SPE 4637. 1973

54. McKeon D.C., Scott H.D. и другие. Improved Oxygen-Activation method for determining water flow behind casing. SPE 20586. 1991.

55. McKinley R.M. Production logging. SPE 10035. 1982

56. Millikan C.V. Temperature surveys in oil wells. AIME 142 (1941), 1523

57. Novak T.J. The estimation of water injection profiles from temperature surveys. J. Petroleum Tech. (August, 1953), 203-212

58. Paap H.J. и другие. Limitations of oxygen activation logging technology. Presented at the 1989 Intl. Underground injection Practices Council Symposium on Class I and II Injection well technology, Dallas, May 811.

59. Pennebaker E.S., Woody R.T. The temperature-sound log and borehole channel scans for problem wells. SPE 6782. 1977

60. Robinson W.S. Field results from the noise logging technique. J. Petroleum Tech. (Nov. 1976), p. 1370-1376

61. Simpson G., JacobsonL. и другие. Evaluation and monitoring reservoir behind casing with a modern pulsed neutron tool. SPE 39872. 1998.

62. Shah R.K., London A.L. Laminar flow forced convection in ducts. Academic press Ed. 1978

63. Smith R.C. и другие. Interpretation of temperature profiles in water injection wells. J. Petroleum Tech. (June, 1975), 777-784

64. Williams T.M. Measuring Behind-casing water flow. Presented at the 1987 Int. Underground injection Practices Council Symposium on Subsurface injection of Oilfield Brines, New Orleans, May, 5-7.

65. Tackling Turbulence with Supercomputers. Scientific American Article, January, 1997