Способ определения местоположения и интенсивности зон поглощения
Изобретение относится к бурению геологоразведочных, нефтяных и газовых скважин. Цель изобретения - повышение достоверности результатов исследования с одновременным сокращением времени исследования. Для этого в скважине создают ударные гидродинамические волны давления. Параметры волновых полей, характеризующие взаимодействие волн давления с окружающей средой и контактной поверхностью в скважине, измеряют установленными в скважине датчиками и регистрируют в виде ударных диаграмм на экране осциллографа. По полученным осциллограммам определяют местоположение и интенсивность зон поглощения. Использование данного метода позволяет значительно сократить время исследования скважины и повысить достоверность полученных результатов исследования даже в тех случаях, когда невозможно проведение исследований традиционными методами (кавернозность, слабая прочность стенок скважины вблизи зоны исследования, высокая температура в стволе скважины). 3 ил.
Изобретение касается определения местоположения зон поглощения промывочной жидкости при бурении геологоразведочных, нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при исследованиях скважин в период разведочного и эксплуатационного бурения.
При бурении скважины в условиях поглощения промывочной жидкости одной из основных задач для определения возможности ликвидации осложнений является определение местоположения поглощающего пласта. Известно, что поглощение промывочной жидкости в бурящейся скважине обычно устанавливают по падению давления на устье скважины, а также по частичной потере циркуляции. Этот метод основан на неоднократных замерах расходов входящей и выходящей из циркуляционной системы жидкости при различных подачах насосов. Для выделения интервалов, в которых наиболее вероятно поглощение промывочной жидкости, проводят комплекс промыслово-геофизических методов исследования поглощающих пластов: замеры электротермометром, резистивеметром; фотографирование стенок скважины; микрокаротаж; радиоактивный каротаж; акустический каротаж. Гидродинамические методы исследования наряду с определением интервалов зон поглощения позволяют получить сведения об интенсивности поглощающего пласта, позволяют определить его проницаемость. В прототипе предлагаемого изобретения (авт. св. N 1208212) динамическое состояние скважины создают путем нагнетания через герметизатор устья сжатого воздуха. С помощью скважинного расходомера манометра в различных точках по стволу скважины, после установления постоянного режима нагнетания, измеряют расход воздуха выше статического уровня жидкости, а также расход и давление на обводненном участке скважины. По по- лученным данным строят расходограмму, отображающую характер изменения значений расхода воздуха в различных по глубине точках скважины. Для выполнения измерений в двух точках потребовалось время 15 мин. Целью изобретения является повышение достоверности результатов исследования с одновременным сокращением времени исследования. Поставленная цель достигается тем, что динамическое состояние заполненной водой скважины создают посредством гидравлического удара и по изменению величины падения импульсных гидродинамических давлений в момент пробега ударной волной зоны поглощения и значению времени ее пробега от устья скважины до зоны поглощения определяют местоположение и интенсивность зон поглощения. Сущность предлагаемого изобретения основана на закономерностях распространения ударных волн в сжимаемой вязкой жидкости, взаимодействии импульсных гидродинамических волн давления с окружающей средой и контактной поверхностью и влиянии зон поглощения на волновые процессы в скважине. Способ основан на использовании ударных гидродинамических волн давления, возникающих в результате ударного сжатия столба жидкости, заполняющей скважину, под влиянием внешнего воздействия в виде гидравлического удара и анализе параметров волновых полей, характеризующих особенности поведения ударных волн вблизи зон поглощения. Для определения качественных и количественных характеристик поглощающего пласта и исследования взаимного влияния волновых процессов в скважине и потока жидкости, фильтрующегося через контактную поверхность зоны поглощения, выведены основные уравнения, описывающие неустановившееся движение жидкости в стволе скважины и в зоне фильтрации. При рассмотрении нестационарного процесса в масштабе длины скважины принята идея И. А. Чарного о возможности считать связь между локальными характеристиками гидродинамического потока стационарной [1] Движение считается изотермическим, скважина рассматривается как вертикальная абсолютно жесткая труба. Для вывода уравнений гидравлического удара рассмотрен выделенный двумя горизонтальными сечениями Х и Х + Х участок трубы в интервале зоны поглощения (фиг. 1). Введенные обозначения: l длина трубы, d диаметр трубы; Р среднее давление в сечении; v средняя скорость в сечении; t время; w средняя скорость фильтрации (действительная); вязкое касательное напряжение между жидкостью и стенкой трубы. Уравнение баланса массы выделенного элемента Х запишется как (x)v(x)-(x+x)v(x+dx)-d(x)w(x)dx (1) Учитывая, что M (x)dx где М количество массы в выделенном элементе Х. Уравнение неразрывности примет вид: + (2) Уравнение баланса количества движения для выделенного элемента, используя теорему импульсов, запишется как (x)v2(x)+P(x)+ g(x)- - (x+dx)v2(x+dx)-(x+dx)-ddx (3) С учетом того, что L (x)v(x) где L количество движения в выделенном элементе, уравнение импульсов имеет вид + + g (4) Третьим уравнением в системе волновых уравнений взято уравнение -C2 (5) где С скорость звука в жидкости, заполняющей скважину. При составлении уравнений фильтрации рассмотрен выделенный двумя цилиндрами высотой Х и радиусами r и r + r, участок поглощающего пласта (фиг. 2). Введенные обозначения: w(1), Р(1) радиальные распределения скорости и давления вокруг скважины (w(1) w; Р(1) Р, при r d/2) коэффициент пьезопроводности, коэффициент вязкости жидкости, k коэффициент проницаемости; m пористость. Уравнение сохранения массы для выделенного участка запишется как ((2rdrdx)m) (r)w(r)2rd(r)-(r)w(r+dr)2(r+dr)dx (6) После соответствующих преобразований уравнение (6) примет видm -r(rw) (7) Закон Дарси в дифференциальной форме имеет вид
w(1)= (8) Учитывая, что
-C2
Уравнение фильтрации примет вид
rr (9) Таким образом, система уравнений, описывающих закономерности распространения и взаимодействия с контактной поверхностью импульсных гидродинамических волн давления, имеет вид
+
+ +g
-C (10)
w(1)
rr Решая уравнения системы последовательным интегрированием конечно-разностными методами n точек (n число разбиений интервала интегрирования), вдоль оси по всей длине скважины, находят функции решения Рi(х, t), где i Исключая из Рi(х,t) составляющие экспоненциального затухания амплитуды сигнала, обусловленного потерями энергии волнового процесса в окружающую среду, определяемыми формулой
Pmi=exp (-срx) (11) где ср коэффициент затухания;
х расстояние. Среди оставшихся составляющих Рi(х, t) находят точку i начала падения давления. Параметр х этой точки определяет расстояние от начала участка интегрирования (устья скважины) до зоны поглощения. По величине падения давления Р определяют интенсивность поглощения Q
Q P (12) Решение уравнений системы (10) численными методами с использованием ЭВМ подтвердило возможность определения местоположения и интенсивности зон поглощений. Способ осуществляется следующим образом: В скважине, заполненной водой, с помощью источника гидравлического удара, установленного на расстоянии Хгс от устья скважины, моделируют распространение импульсных гидродинамических волн давления.Вызванная возмущением волна распространяется до забоя скважины (прямая волна) и, в момент времени
t to + (l Xгс)/С, после отражения от забоя (обратная волна), возвращается к месту установки источника. Для измерения параметров волновых полей в стволе скважины вблизи источника гидроудара на расстоянии Хд1 и на расстоянии Хд2 от устья, перемещаются глубинные части приборов с пьезоэлектрическими датчиками, сигналы с которых регистрируются на экране двухлучевого осциллографа. Зная расстояние между датчиками и определяя по осциллограмме время пробега этого расстояния ударной волной, находят скорость распространения ударной волны
C (Хд2-Хд1)/t. В момент пробега поглощающего пласта часть энергии ударной волны расходуется на взаимодействие с контактной поверхностью зоны поглощения, так как давление на фронте ударной волны является источником вторичного гидроудара, волна давления которого проникает в каналы зоны поглощения. Это явление отмечается на ударной диаграмме падением высоты давления. Определяя по диаграмме время пробега ударной волной расстояния до начала падения давления t* и умножая его половину на С, находят расстояние S, определяющее местоположение зоны поглощения относительно устья скважины. По величине падения давления ( Р*) на ударной диаграмме определяют по формуле (12) интенсивность зоны поглощения. Предлагаемый способ был подтвержден результатами исследований скважины N 699 Нефтекамского УБР, проведенными в период разведочного бурения. В скважине глубиной 750 м и диаметром 152 мм, заполненной водой, гидравлический удар создавали с помощью гидроснаряда, установленного на расстоянии 25 м от устья путем разрыва латунной диафрагмы столбом жидкости под давлением 7 МПа. Параметры волновых полей измеряли установленными на расстоянии 30 м и 205 м от устья скважины приборами с пьезоэлектрическими датчиками типа ЛХ-604, с собственной частотой около 200 кГц, в диапазоне допустимых давлений по 60 МПа, с площадью поверхности чувствительного элемента около 0,78 см2 и регистрировали в виде ударных диаграмм на экране осциллографа СI-69 и геофизическим фоторегистратором Н0-27. Величины С1 и С2, полученные в результате эксперимента путем определения по ударным диаграммам времени пробега соответственно прямой и обратной ударных волн расстояния между двумя датчиками, составили
C1 1343 м/c
C2 1310 м/c
Диаграмма сигналов, измеряемых датчиком 2, и схема эксперимента показаны на фиг. 3. Анализ диаграммы производился следующим образом: Первый скачок давления соответствует приходу в точку регистрации прямой волны в момент времени
(Хд2-Хгс)/С 0,134 с. Второй скачок ударного давления соответствует приходу в точку регистрации волны, отраженной от забоя скважины в момент времени
(2l-Хд2-Хгс)/С 0,91 с. Влияние зоны поглощения на волновые характеристики отмечается падением высоты давления. Определив по диаграмме расстояние от начала падения давления, нашли расстояние, определяющее местоположение зоны поглощения относительно устья скважины. S C * t*/2 (1343 0,25)/2 167,5 м. Определив величину падения высоты давления, нашли интенсивность зоны поглощения
Q K/ Р* 0,03 1,9 0,057 м3/с. Время, затраченное на проведение испытаний, составило доли секунды, полученные данные S и Q хорошо согласуются с теоретической оценкой. Таким образом, изобретение позволяет значительно сократить время исследования скважины и повысить достоверность полученных результатов исследования даже в тех случаях, когда невозможно проведение исследований традиционными методами (кавернозность, слабая прочность стенок скважины вблизи зоны исследования, высокая температура в стволе скважины).
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3