Способ температурного мониторинга в водонаполненных скважинах

Авторы патента:

Миндубаев Мансур Габдрахимович (RU)

Хацкевич Богдан Дмитриевич (RU)

Демежко Дмитрий Юрьевич (RU)

E21B47/07 - Исследование буровых скважин (регулирование давления или потока бурового раствора E21B 21/08; геофизический каротаж G01V)

Владельцы патента RU 2678174:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геофизики им. Ю.П. Булашевича Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области термометрии. Область применения: высокоточное измерение температуры и температурный мониторинг в водонаполненной скважине на заданных интервалах в течение длительного периода времени. Технический результат: упрощение технологии, повышение точности измерений температуры за счет подавления температурных колебаний, вызванных свободной тепловой конвекцией. Сущность изобретения. Для реализации способа в интервале измерений дополнительно к гирлянде температурных датчиков размещают конструкцию, изготовленную из полос полимерной пленки (не менее трех) шириной, равной радиусу скважины, соединенных между собой таким образом, что они разделяют скважину по сечению на несколько секторов (сегментов). 3 ил.

Температурные измерения в буровых скважинах являются одним из главных методов геотермических исследований. Они используются для оценки работы добывающих и нагнетательных скважин на месторождениях углеводородов, оценки геотермических тепловых потоков, при температурном мониторинге гидрогеологических и геодинамических процессов. Однако точность температурных измерений существенно ограничивается влиянием свободной тепловой конвекции (СТК) жидкости в скважинах. Нестационарный характер СТК ведет к температурным вариациям, что является значительным источником погрешностей при проведении высокоточных температурных измерений в скважинах. В водонаполненных буровых скважинах СТК возникает, когда вследствие положительного температурного градиента более теплый и, следовательно, более легкий флюид располагается ниже холодного и тяжелого. Восходящие и нисходящие потоки стремятся выровнять плотностные и температурные неоднородности, однако температурное поле в горных породах поддерживает положительный градиент.

Возникновение и развитие СТК определяется значением безразмерного числа Рэлея. Для скважинных условий (вертикальный цилиндр):

где g - ускорение свободного падения, β - коэффициент объемного температурного расширения, - кинематическая вязкость, а температуропроводность, r - радиус скважины, G - температурный градиент. Входящие в это соотношение параметры β, , а, в свою очередь, зависят от температуры. Конвекция возникает, когда Ra превышает некоторое критическое значение Ra_crit.

Известен способ подавления свободной тепловой конвекции при оценке характера насыщенности пласта [1]. Колонну насосно-компрессорных труб опускают в скважину на исследуемый интервал, благодаря этому в значительной степени уменьшается эффективный радиус и, следовательно, число Рэлея. Недостатком метода является высокая стоимость исследований и большая трудоемкость.

Известен способ подавления свободной тепловой конвекции с помощью пакеров, расположенных на небольшом удаление друг от друга, между которыми располагается датчик температуры [2]. При установке системы в интервале измерений пакеры изолируют интервал скважины, предотвращая движение жидкости в районе датчика. Недостатком метода является его трудоемкость и, кроме того, невозможность применения для изучения геодинамических и гидрогеологических процессов, проявляющихся движением жидкости внутри скважины.

Известны также способы подавления свободной тепловой конвекции путем установки в скважине горизонтальных дисков, диаметром близким к диаметру скважины. В способе [3] используются полиэтиленовые диски диаметром немного превышающим диаметр скважины, устанавливаемые на резьбовом стальном стержне с пластиковыми центраторами. Недостатком способа является невозможность его применения для изучения геодинамических и гидрогеологических процессов и, кроме того, опасность прихвата системы в скважине. В другом способе [4], реализующем этот принцип, используются металлические диски диаметром несколько меньшим диаметра скважины и имеющие прорези для свободной циркуляции жидкости. Этот метод также не устраняет опасность прихвата.

Методы, использующие горизонтальные диски, разделяющие скважину на отдельные интервалы, базируются на широко распространенном до недавнего времени представлении об организации конвективных течений в скважине в виде отдельных замкнутых конвективных ячеек. Вертикальный размер ячейки определяет расстояние между дисками (оно должно быть меньше размера ячейки). Теоретические и экспериментальные исследования свободной тепловой конвекции в скважине [5, 6, 7, 8] показали, что течения СТК образуют вращающуюся спиральную систему восходящих и нисходящих струй и не ограничены по вертикали. В этих условиях наиболее эффективным методом подавления СТК является разделение скважины вертикальными пластинами на отдельные сектора или сегменты, уменьшающее эффективное сечение скважины и число Рэлея, с одной стороны, и предотвращающее возможность вращения системы - с другой.

Целью предлагаемого технического решения является упрощение технологии и повышение точности температурных измерений путем более эффективного подавления свободной тепловой конвекции. Поставленная цель достигается тем, что в интервале измерений дополнительно к установленным на косе датчикам размещают конструкцию, изготовленную из вертикальных полос полимерной пленки (не менее трех), соединенных между собой таким образом, что они разделяют скважину по сечению на несколько секторов, либо - сегментов.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1. На ней представлено 2 варианта реализации заявленного способа. В первом варианте (фиг. 1 а) устройство для подавления свободной тепловой конвекции, состоящее из полос полимерной пленки (1), устанавливается непосредственно на косу датчиков температуры (2). Так как коса располагается у стенки скважины (3), полосы разделяют сечение скважины на сегменты. Во втором варианте (фиг. 1 б) устройство (1) опускается на нужный интервал на отдельном подвесе (4) и разделяет сечение скважины на сектора, в одном из которых располагается коса с датчиками температуры.

Эффективность применения способа иллюстрируют результаты лабораторного эксперимента (фиг. 2, 3). Свободная тепловая конвекция в вертикальной водонаполненной трубе возникала вследствие температурного градиента на ее внешних стенках, поддерживаемого восходящим потоком теплого воздуха от нагревателя. Колебания температуры внутри трубы измерялись с помощью термопар и регистрировались логгером. На фиг. 2 приведены колебания температуры внутри трубы до (1) и после установки устройства подавления конвекции (2). Амплитуда колебаний во втором случае уменьшилась в 5 раз. На фиг. 3 приведены соответствующие амплитудные спектры, показывающие, что подавление конвекции особенно эффективно на средних и низких частотах.

Краткое описание чертежей.

Фиг. 1. Схема устройства и его расположение в скважине а - на гирлянде температурных датчиков, 6 - на отдельном подвесе. 1 - полоса полимерной пленки, 2 - коса датчиков температуры, 3 - скважина, 4 - подвес.

Фиг. 2. Графики колебаний температуры внутри трубы. 1 - до установки устройства подавления свободной тепловой конвекции, 2 - после установки.

Фиг. 3. Амплитудные спектры колебаний температуры внутри трубы. 1 - до установки устройства подавления свободной тепловой конвекции, 2 - после установки.

Источники информации

1. Ас. 796399 СССР. МКИЗ Е21В 47/10. Способ оценки характера насыщенности пласта / Дворкин И.Л., Филиппов А.И., Буевич А.С., Рамазанов А.Ш., Пацков Л.Л. (СССР). - №273871/22-03. Заявл. 11.03.79; Опубл. 15.01.81. Бюл. №2.4 с.

2. Colombani N., Giambastiani В.M.S., Mastrocicco M. Use of shallow groundwater temperature profiles to infer climate and land use change: interpretation and measurement challenges // Hydrological Processes. - 2016. - T. 30. - №. 14. - C. 2512-2524..

3. Vroblesky D.A., Casey С.C., Lowery M.A. Influence of in-well convection on well sampling. - 2006. - №. 2006-5247.

4. Harries J.R., Ritchie A.I.M. The use of temperature profiles to estimate the pyritic oxidation rate in a waste rock dump from an opencut mine // Water, Air, and Soil Pollution. - 1981. - T. 15. - №. 4. - C. 405-423.

5. Хорошев А.С., Шахов В.Г. Моделирование ламинарного свободно конвективного течения в длинном вертикальном цилиндре // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2011. - Т. 13. - №. 4-1.

6. Миндубаев М.Г., Демежко Д.Ю. Свободная тепловая конвекция в буровых скважинах: численное моделирование и экспериментальные данные // Мониторинг. Наука и технологии. - 2012. - №. 4. - С. 12-18.

7. Демежко Д.Ю., Миндубаев М.Г., Хацкевич Б.Д. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ЭФФЕКТЫ СВОБОДНОЙ ТЕПЛОВОЙ КОНВЕКЦИИ В БУРОВЫХ СКВАЖИНАХ // Геология и геофизика. - 2017. - Т. 58. - №. 10. - С. 1602-1610.

8. Демежко Д.Ю., Хацкевич Б.Д, Миндубаев М.Г. Лабораторная установка для исследований свободной тепловой конвекции в водонаполненной скважине: первые результаты. // Уральский геофизический вестник. 2017, №1(29), с. 28-33.

Способ температурного мониторинга в водонаполненных скважинах с помощью гирлянды температурных датчиков, опускаемой в скважину, отличающийся тем, что для предотвращения температурных колебаний, обусловленных свободной тепловой конвекцией, в интервале измерений дополнительно размещают конструкцию, изготовленную из полос полимерной пленки (не менее трех) шириной, равной радиусу скважины, соединенных между собой таким образом, что они разделяют скважину по сечению на несколько секторов (сегментов).

В настоящем документе описаны многофазные расходомеры и связанные с ними способы. Устройство для измерения расхода содержит: впускной манифольд; выпускной манифольд; первый и второй каналы для потока, присоединенные между впускным и выпускным манифольдами; и анализатор для определения расхода текучей среды, протекающей через первый и второй каналы для потока, на основании параметра текучей среды, протекающей через первый канал для потока, причем параметр представляет собой перепад давления текучей среды, протекающей через первый канал для потока или плотность смеси текучей среды, протекающей через первый канал для потока, источник и детектор, соединенные с первым каналом для потока, причем анализатор использует полученные детектором значения для определения фазовой фракции текучей среды, протекающей через первый канал для потока, клапан для управления расходом текучей среды через второй канал для потока.

Способ и система дальнометрии на основе поверхностного возбуждения с использованием заземленной скважины и вспомогательного заземляющего устройства // 2677732

Способ дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, включающий выбор первой скважины с металлической обсадной колонной в качестве целевой скважины и выбор второй скважины с металлической обсадной колонной в качестве заземленной скважины.

Способ проведения геофизических работ через бурильную колонну в скважинах с открытым стволом, имеющим сложную траекторию // 2677721

Изобретение относится к области геофизических исследований пробуренных нефтегазовых скважин, а именно к технологии проведения с помощью бурильной колонны спуска и перемещения геофизических приборов малого диаметра в скважинах с открытым стволом сложного профиля.

Устройство для доставки приборов в горизонтальную скважину на основе скважинной торпеды // 2677503

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть применено для доставки в горизонтальные скважины. Средство перемещения приборов имеет форму скважинной торпеды, корпус которой содержит камеру, разбитую на герметичные отсеки.

Способ электромагнитного зондирования околоскважинного пространства газовых и нефтяных скважин и устройство для его осуществления // 2677174

Изобретения относятся к области исследования анизотропного околоскважинного пространства и могут быть использованы для поиска, разведки и эксплуатации месторождений нефти и газа.

Комплексный прибор для исследования высокотемпературных скважин // 2674046

Изобретение относится к геофизической технике, в частности для нефтегазовой промышленности, и может быть использовано для исследования нефтяных и газовых скважин и позволяет обеспечить надежность работы измерительных приборов стандартного температурного исполнения в высокотемпературных скважинах, за счет обеспечения возможности регулирования температуры в зоне расположения приборов при резком повышении температуры в зоне закачки горюче-окислительного состава в пласт.

Способ определения расстояния до границы сред с различными удельными электрическими сопротивлениями для геонавигации ствола горизонтальных скважин // 2673823

Предлагаемое изобретение относится к области геофизических исследований направленных скважин в процессе бурения и может быть использовано при проводке стволов скважин вдоль пластов, продуктивных на углеводороды.

Способ направленного бурения и система, использующие участок обсадной трубы по меньшей мере с одним устройством передачи и приема данных // 2673090

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано для определения расстояния или направления сближенных скважин. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств для направленного бурения.

Способ оценки фазового состояния углеводородов и их насыщения в пластах-коллекторах обсаженных газовых и нефтегазовых скважин // 2672696

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли промышленности и предназначено для диагностики прискважинной зоны коллекторов с целью определения насыщения и фазового состояния углеводородов в пластах-коллекторах газовых и нефтегазовых скважин комплексом разноглубинных нейтронных методов.

Способ и устройство для определения характеристик потока текучей среды // 2671985

Группа изобретений относится к измерительному устройству для измерения характеристик текущей среды в скважине, внутрискважинному инструменту и способу для перфорирования отверстий в скважинной обсадной колонне и измерения характеристик текучей среды.

Построение изображений пластов звуковой волной // 2678248

Изобретение относится к средствам оценки характеристик пластов, содержащих углеводороды. Техническим результатом является повышение точности определения концентрации углеводородов в пласте. В частности, предложен способ оценки характеристик формации, включающий: размещение в буровой скважине в формации прибора акустического каротажа, включающего в себя многоэлектродный генератор звуковых колебаний и по меньшей мере один многоэлектродный приемник звуковых колебаний; передачу в буровую скважину звуковых сигналов, генерированных по меньшей мере одной звуковой объемной волной, распространяющейся из буровой скважины в зону дальнего поля пласта; измерение отраженных сигналов, включающих в себя объемные волны, отраженные от отражающих границ в зоне дальнего поля пласта; определение отражающей границы в пласте и характеристик отражения, связанных с отражающей границей; оценивание, по меньшей мере, толщины или горизонтальной протяженности слоя углеводородного пласта на основе отраженных сигналов и характеристик отражения и оценивание концентрации углеводородов в слое углеводородного пласта на основе характеристик отражения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ получения достоверных данных о газоконденсатной характеристике пластового газа для залежей, находящихся при аномально высоком пластовом давлении // 2678271

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к методам проверки качества промысловой информации о газоконденсатной характеристике, в частности к способам контроля над составом и свойствами пластового газа. Сущность изобретения: при геологоразведочных работах и в процессе контроля за разработкой нефтегазоконденсатного месторождения проводят газоконденсатные исследования, включающие промысловую часть - замер параметров работы скважины, дебитов газоконденсатной смеси, газа сепарации, нестабильного конденсата, производят отбор проб продукции скважины, а также комплекс лабораторных исследований - определение компонентного состава и физико-химических свойств пластового газа, выполнение термодинамических исследований на установках фазового равновесия. После этого производят анализ результатов газоконденсатных исследований, выполняют отбраковку и корректировку полученных исходных данных о газоконденсатной характеристике. На основе выполненного анализа создают математическую модель пластового газа, которую адаптируют на фактические данные о фазовом поведении пластового газа и используют в композиционной численной фильтрационной модели месторождения. Обеспечивается повышение точности определения газоконденсатной характеристики пластового газа залежи. 3 ил., 2 табл.