1 Методы ГИС для определения заколонных перетоков
1.1 Заколонный переток
Заколонная или же затрубная циркуляция, то есть перемещение флюида по стволу скважины за обсадной колонной или как еще говорят заколонный переток пластовых флюидов, вероятен по причине плохой цементации. Нарушение целостности цемента можно связать с неудачной первоначальной заливкой, с изменениями цементного камня под действием механических или физико-химических процессов, протекающих в прискваженной зоне в процессе проверки скважин и разработки месторождения.
Заколонные перетоки в скважине могут наблюдаться из одного пласта в другой без выхода в скважину; в скважину из пласта, залегающего выше или ниже интервала перфорации; из скважины в пласт, не вскрытый перфорацией.
Основные причины образования заколонных перетоков жидкости в скважинах делятся на технико-технологические и геологические. К первым относится:
• применение «жестких» технологий вторичного вскрытия (кумулятивная перфорация, ГРП),
• неудовлетворительное разобщение пластов (нарушение технологии цементирования, низкое качество крепи);
• проведение кислотных обработок и воздействие избыточного внутреннего давления (опрессовочные работы, нагнетательные скважины).
В число геологических причин возникновения ЗКЦ входят наличие высоконапорных водоносных горизонтов в районе продуктивного пласта и отсутствие естественных глинистых перемычек между водоносным и продуктивным пластами.
ЗКЦ в нагнетательной скважине представляет следующее: закачиваемая жидкость движется по цементу между колонной и породой и поглощается неперфорированным пластом, рисунок 1.1. Под оказываемым давлением закачиваемая жидкость может пойти либо в нижний водоносный пласт (коллектор), либо в верхний. Явные проблемы перетока – это осолонение пресноводных горизонтов и что, при попадании воды в нефтеносный пласт в добывающих скважинах будет поступать вода, так как она более подвижна, чем нефть [5]
Рисунок 1.1 – ЗКЦ в нагнетательной скважине
Рассмотрим два случая:
1)заколонный переток вниз от интервала перфорации;
2)заколонный переток вверх от интервала перфорации.
При заколонном перетоке вниз, жидкость за колонной воздействует на колонну ниже интервала перфорации – в зоне зумпфа, рисунок 1.2 Соответственно если температура в зумпфе не начинает естественно восстанавливаться к геотермической в режимах закачки и излива можно говорить о заколонном перетоке вниз.
Рисунок 1.2 – Термограмма при заколонном перетоке вниз
Переток отмечается аномальным охлаждение выше интервала перфорации на замерах остановки после 2 часов, рисунок 1.3.
Рисунок 1.3 – Термограмма при заколонном перетоке вверх
1.2 Термометрия в добывающей скважине и нагнетательной скважине.
Способ термометрии заключается в регистрации распространении температуры по глубине и измерение температуры во времени. Температурное поле в скважине определяется баротермическим эффектом, эффектом Джоуля – Томпсона, адиабатическим и калориметрическим эффектами, конвективным переносом тепла, явлением разгазирования( фазовыми переходами) и теплопроводностью.Признаками заколонного движения жидкости снизу являются : нарушение геотермического распределения в зумпфе в интервале перетока ( явно выраженные температурные аномалии или большая затянутость температурной аномалии дросселирования , около 10 метров для добывающих скважин от ниднего пласта вниз) и эффект калориметрического смешивания в подошвенной части нижнего работающего пласта. Характерные термограммы представлены на рисунке 1.4.
Рисунок 1.4 – Характерные термограммы при заколонном перетоке снизу а) переток отсутствует, б) конвективный перенос тепла потоком жидкости, в) дроссельный разогрев по пути движения жидкости, г) дроссельный эффект в пласте
а) перетока нет, отмечается дроссельный эффект в пласте;
б) конвективный перенос тепла потоком жидкости при перетоке снизу;
в) дроссельный разогрев по пути движения жидкости при перетоке снизу;
г) дроссельный эффект в пласте-источник перетока; Г-геотерма;
б), в), г) – калориметрическое смешивание в пласте при перетоке в зависимости от температуры поступающей жидкости Т1<Т, Т2> Т.
Основные признаки заколонного перетока сверху – резкое изменение наклона температурной кривой в стволе скважины выше пласта – источники обводнения (за счет изменений условий теплообмена между восходящим потоком жидкости и окружающими породами) и эффект калориметрического смешивания в кровельной части перфорированного пласта [17].
На рисунке 1.5 представлены термограммы, записанные в стволе при наличии заколонного движения жидкости сверху. Перфорированный пласт не работает, в кровлю перфорированного пласта поступает жидкость в результате перетока, отмечается изменение наклона термограммы выше интервала перетока;
б) и в) – пласт работает, в кровле перфорированного пласта отмечается калориметрическое смешивание и изменение наклона кривой в интервале перетока выше интервала перфорации. Глубина изменения наклона кривой соответствует месту расположения пласта – источника перетока.
Рисунок 1.5 – Характерные термограммы при заколонном перетоке сверху а) перфорированный пласт не работает, б) и в) в кровле перфорированного пласта отмечается калориметрическое смешивание
Если же переток жидкости небольшой и затянутость температурной аномалии дросселирования в пределах нормы, показания РГД и СТД без аномалий, либо ввиду короткого зумпфа, как показано на рисунке 1.6, то интерпретация аномалии методами «классической» термометрии становится затруднительной.
Рисунок 1.6 – Переток жидкости снизу а) термограмма при наличии заколонного движения жидкости снизу, б) термограмма при наличии заколонного движения жидкости снизу с коротким зумпфом Т1 и Т2 термограммы по стволу
Признаком заколонной циркуляции флюидов между пластами является резкое снижение градиента температур на термограммах против вмещающих пород между соседними пластами. За верхнюю границу зоны заколонной циркуляции принимается подошва верхнего пласта, залегающего в интервале аномального поведения термограммы по отношению к геотерме, за нижнюю кровля нижнего пласта. Источник перетока и тип циркулирующего флюида устанавливаются по виду и расположению термограммы относительно геотермограммы в интервале их расхождения. Термограмма может быть расположена выше, ниже или пересекать геотерму.
В первом случае источник поступления флюида определяется по точке А максимальной температуры (рис. 1.7 а, б). Если ее максимум находится внизу, то переток флюида происходит из нижнего пласта в верхний, если вверху, то наоборот. При неопределенном положении точки максимальной температуры сравниваются давления в пластах или величина депрессии на верхний пласт, которая рассчитывается по формуле Ар=А1/81, где А1 - отклонение термограммы от геотермы; Ех - коэффициент Джоуля-Томсона для жидкости, насыщающей верхний пласт. Источником перетока является пласт с большим давлением или при депрессии, превышающей реальные различия давлений верхнего и нижнего пластов, - нижний пласт (рис.1.7 в).
На рисунке 1.7 представлена добывающая скважина, так как температура выше геотермического распределения.
а) переток из нижнего пласта в верхний по затрубному пространству, напротив пласта, который является источником перетока, т.е. в точке А мы будем наблюдать большую температуру ежели в точке В, это обусловлено эффектом Джоуля-Томпсона (когда жидкость движется по пласту, температура увеличивается); б) переток из верхнего в нижний пласт, температура в точке А будет больше, чем в точке В;
в) свободное сообщение, утверждать, что здесь имеется переток-нельзя, так как разница температур не ярко выражена.
Рисунок 1.7 – Термограмма правее геотермы
Если термограммы расположены ниже геотермы, источник поступления флюида устанавливается по точке минимальной температуры В. Если минимум температуры находится внизу, то переток флюида происходит из нижнего пласта в верхний и нижний пласт является либо газоносным, либо обводненным нагнетаемыми водами с температурой ниже пластовой [18].
В случае, когда минимум температуры находится вверху, флюид перетекает из верхнего пласта в нижний (рис.1.8а, б). Если положение минимума неопределенно, то источником является либо газоносный, либо обводненный закачиваемыми водами пласт. Источник перетока устанавливается по давлению в пластах (рис.8 в). Теперь рассмотрим нагнетательную скважину, рисунок 1.8;
а) переток снизу, аномалия охлаждения снизу больше, так же здесь присутствует эффект дросселирования, но жидкость мы видимнагрев жидкости за счет ее движения по каналу вверх;
б) переток сверху, жидкость разогреваясь движется вниз;
в) жидкость может циркулировать как вверх, так и вниз, обнаружить переток – невозможно.
Рисунок 1.8 – Термограмма левее геотермы
Рассмотрим теперь случай, когда термограмма может быть как левее, так и правее геотермического распределения (рис.1.9);
Когда термограмма пересекает геотерму, источник поступления флюида определяется по расположению термограммы относительно линии, параллельной оси глубин. Если термограмма расположена преимущественно правее этой линии, то переток флюида происходит из верхнего пласта в нижний, если левее - то из нижнего в верхний (рис.1.9 а, б). Если в перемычке между пластами градиент температур равен нулю, источник перетока выделяется на основе анализа характера насыщенности пластов (рис.9 в). При этом учитывается, что вверх перемещаются газ и нагнетаемые воды с температурой ниже пластовой.
Рисунок 1.9 – Термограмма пересекает геотерму
По характеру и скорости расформирования тепловой аномалии можно судить о характере заколонного перетока.
Для различных режимов работы скважины возможны распределения температуры при заколонном перетоке снизу. На рисунке 1.10, видно, что нарушается геотермическое распределение температуры, при наличии перетока жидкости в зумпфе, при этом точка выхода на геотерму локализована по глубине [3].
Рисунок 1.10 – Заколонный переток жидкости снизу
1.3 Активная термометрия
Суть технологии заключается в создании искусственного локального теплового поля в интервале предполагаемого заколонного движения жидкости. Температурные замеры проводятся до и после кратковременного локального нагрева, околоскважинного пространства. Индукционное воздействие приводит к локальному разогреву металлической обсадной колонны, а далее за счет теплопроводности около и внутрискважинного пространства создается «тепловая метка» рисунок 1.11. Если есть движение жидкости за колонной, то позже регистрируется датчиками температуры. После сопоставляя термограммы, наблюдая резкое возрастание температуры, в кровельной части перфорированного пласта при движении жидкости сверху, либо подошвенной части перфорированного пласта, а также по характеру направления и скорости расформирования аномалии можно говорить о наличии перетока.
Рисунок 1.11 – Нагрев колонны индуктора
На рисунке 1.12 схематично показано расположение приборов в скважине при ЗКЦ снизу и сверху.
Рисунок 1.12 – Создание тепловой метки нагревателем
После создания тепловой «метки» в интервале предполагаемого перетока снизу в подошвенной части перфорированного пласта регистрируется резкое возрастание температуры, что свидетельствует о наличии заколонного перетока снизу.
На рисунке 1.13 представлены термограммы при заколонном движении жидкости снизу: Т1 и Т2 термограммы до прогрева колонны, Т3- термограмма после кратковременного локального прогрева колонны.
Рисунок 1.13 – Термограмма при заколонном движении жидкости снизу
Идея заключается в том, чтобы разогреть жидкость, движущуюся за колонной. Разогрев жидкости мы можем регистрировать напротив подошвенной части перфорированного пласта. На риснунке 1.14 представленная временная диаграмма создания тепловой «метки» и регистрация температурной аномалии в интервале перфорации [19].
Рисунок 1.14 – Создание тепловой метки в интервале заколонного движения жидкости. 1) температура напротив интервале перфорации работающей скважины в стационарном режиме, 2) регистрация тепловой аномалии после кратковременного нагрева околоскважинного пространства в интервале предполагаемого заколонного движения жидкости
1.4 Признаки определения ЗКЦ по расходометрии
Метод расходометрии основан на регистрации скорости и расхода жидкости или газа за некоторый период времени. Показания расходометрии могут быть использованы для повышения достоверности определения заколонного движения жидкости. При решении этой задачи расходомер является косвенным методом. Признаками наличия заколонного перетока является интенсивная работа подошвенной части нижнего перфорированного пласта при ЗКЦ снизу и интенсивная работа кровельной части верхнего перфорированного пласта при ЗКЦ сверху. По непрерывным измерениям диаграмм расходометрии качественно оценивают места притока (приеместости) , а также выполняют нарушения герметичности колонны в неперфорированных интервалах [6].
