Полный текст

Введение В настоящее время одним из наиболее перспективных направлений мониторинга работы нефтегазодобывающих скважин является применение оптоволоконных технологий. Основным преимуществом применения оптоволоконного мониторинга является возможность осуществлять непрерывный контроль по всей длине скважины, регистрируя события в реальном времени [1, 2]. Оптоволоконные технологии мониторинга скважин в последние годы все активнее применяются как за рубежом [3-5], так и в отечественной нефтегазовой промышленности [6-8]. При этом перспективным методом контроля за разработкой является мониторинг распределения температурного поля по стволу скважины [9, 10]. В модификации измерения температуры на скважинах применяется оптоволоконная термометрия скважин (distributed temperature sensing - DTS) [11, 12]. В Пермском крае в период 2012-2024 гг. имеются результаты успешного применения технологии DTS при контроле за разработкой в части определения зон негерметичности колонны и заколонных перетоков [13-15]; выделения аномалий, связанных с разделением фазового состава жидкости [16-18]; мониторинга работы технологического оборудования [19]. Одной из актуальных задач эксплуатации скважин является мониторинг технического состояния скважин, в том числе контроль процесса ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) [20-22]. На сегодняшний день исследования по определению качества цементирования обсадных колонн проводятся прямым замером параметров процесса закачки цемента [23], а также после завершения ОЗЦ стандартными методами акустической цементометрии (АКЦ) и гамма-гамма-цементометрии (ГГК-ц) [24-26]. В случае выявления интервалов отсутствия цемента, а также контакта цемента с породой или колонной проводятся дополнительные операции по дозаливке цемента через специально создаваемые технологические отверстия [25]. При этом необходимо отметить, что в последние годы с развитием систем обработки геофизического материала [27-29], а также внедрением сканирующих модификаций АКЦ [30, 31] значительно вырос качественный уровень проводимых замеров. Однако в целом выполнение описанных выше операций приводит к увеличению времени на строительство скважины и соответственно существенному ее удорожанию. Кроме этого, стандартные методы не позволяют детально описать типы дефектов цементного кольца. На взгляд авторов, данную проблему более эффективно и с меньшими затратами может решить применение оптоволоконной термометрии скважин. При этом замеры на основе технологии оптоволоконной термометрии (DTS) могут быть реализованы как в кондукторе, так и в технической колонне строящейся скважины. В целом это создает возможность перейти от замеров постфактум к мониторингу в режиме реального времени [32-34] с выявлением осложненных участков и своевременному принятию необходимых проектных решений. В том числе применение мониторинга на основе DTS дает возможность завершать процесс ОЗЦ не по усредненному временному интервалу, заложенному в план строительства скважины, а именно при фактическом завершении процесса схватывания цемента, что снижает риски строительства и последующей эксплуатации скважины. Технические характеристики измерительного комплекса термометрии Silixa Ultima-S Параметр Silixa Ultima-S Шаг дискретизации, см 12,5 Пространственное разрешение, см 25 Разрешение по температуре, °С 0,01 Время измерений, с от 1 Чувствительность, °С 0,05 Длина кабеля, км до 5 Разрешение по длине, см 12 Время накопления, мин 12 Постановка задачи. Материалы и методы Современные регистрирующие комплексы DTS позволяют проводить одновременный замер на пяти оптиковолоконных линиях. При реализации метода использовался регистратор Silixa Ultima-S, представляющий из себя малогабаритный измерительный комплекс, позволяющий проводить замеры должного уровня качества для решения задач термометрии [9], технические характеристики приведены в таблице, что обеспечивает возможность измерения температуры по длине оптоволоконного кабеля с шагом 25 см и точностью до 0,05 градуса. В качестве датчика применяется специализированный кабель в армированной оболочке, исключающей повреждение волокна в процессе производства спускоподъемных операций, а также позволяющий эксплуатировать кабель на стандартном геофизическом каротажном самоходном подъемнике. При этом вместо стандартной конструкции кабеля - токопроводящих жил и полимерной изоляции - применяются четыре волоконных нити, являющиеся непосредственно датчиками температуры, помещенные в геленаполненную стальную трубку. В конструкции применено два повива брони кабеля, что обеспечило предельную нагрузку на разрыв в 55 кН. Для контроля регистрируемых абсолютных значений, применялся комплексный геофизический прибор «Сова-5», позволяющий проводить одновременное измерение температуры, давления, а также мощности экспозиционной дозы гамма-излучения горных пород (ГК) для привязки к разрезу скважины. Прибор имеет действующий сертификат калибровки, в процессе замеров он был размещен в нижней точке геофизического кабеля на глубине 971 м. Для проведения опытно-промышленных работ по контролю затвердевания цементного камня была выбрана скважина, эксплуатирующая объект на одном из месторождений в границах Верхнекамского месторождения калийных солей (ВКМКС). Совместная разработка запасов нефти и калийных солей существенно повышает требования к осуществлению мониторинга качества крепления скважин [35-37], что делает поставленную задачу для данной территории еще более актуальной. Результаты Исследования по контролю затвердевания цементного камня с помощью оптоволоконной термометрии в рамках опытных работ проведены на одной из скважин ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ». а б Рис. 1. Контроль ОЗЦ технической колонны с помощью оптоволоконной термометрии (а); контроль ОЗЦ технической колонны с помощью оптоволоконной термометрии (развертка) (б) При выполнении работ ставились следующие задачи: - определить возможность контроля процесса схватывания цемента с помощью оптоволоконного кабеля; - определить время, необходимое для полного застывания цементного камня для последующего контроля качества крепи. В процессе исследований оптоволоконный кабель был спущен в скважину после окончания цементирования технической колонны (d = 245 мм), первая запись проведена через 4 ч после завершения прокачки цемента. Записи длились 44 ч с шагом 12 мин (время накопления). Предварительно, с целью повышения достоверности данных и исключения неоднозначностей при интерпретации, в процессе строительства скважины (в открытом стволе) проведен комплекс каротажа с целью литологического расчленения разреза, данные нанесены на планшеты (рис. 1, 2). После завершения мониторинга была проведена запись методами акустического (АКЦ) и гамма-гамма-каротажа (ГГК-ц), результат нанесен на планшеты (см. рис. 1, 2). Одним из возможных путей совершенствования технологии может служить применение испытаний пластов на приток [38-40], что позволит получить наиболее достоверные сведения о насыщении ород в целевом интервале. В данном случае эти методы не применялись в связи с технологическими особенностями режима эксплуатации скважины. Во время исследований проведены следующие записи: фоновый замер комплексным геофизическим прибором «Сова-5» и замеры термометрии во время ОЗЦ технической колонны. В результате интерпретации комплекса исследований оптоволоконной термометрии получены следующие практические выводы: - положение текущего забоя после цементирования определено на глубине 984,2 м (см. рис. 1, а); - установлен подъем цемента до устья скважины (см. рис. 1, б); - после цементажа отмечаются термодинамические процессы по всему стволу скважины. Наиболее сильный разогрев отмечен в интервале карналитовой толщи иренского горизонта, максимальная температура разогрева составила 50,6 °С (см. рис. 1). При этом анализ динамики изменения температуры показывает, что на глубине 971 м температура увеличилась с 24,7 до 29,5 °С, затем постепенно снижалась и в конце замера составляла 22,0 °С. Давление не изменялось и составило около 125,6 атм (рис. 2). В первые сутки идет интенсивная реакция с выделением тепла, при этом функция имеет экспоненциальный характер, в том числе за счет теплопередачи в окружающую среду. Через сутки потенциал экзотермической реакции падает, реакция замедляется - температура снижается по линейному закону за счет теплопередачи в окружающую среду. Установлено, что в интервале двухколонной конструкции процесс идет более медленно, чем за одной колонной. Вероятно, это связано с процессами теплопередачи и (или) процесса гидратации цемента. Ожидается, что когда реакция прекратится, процесс выравнивания температуры с окружающей средой примет форму гиперболы. В таком случае можно говорить об окончании процесса застывания цементного камня. Ввиду ограниченности времени записи вывод температуры на асимптоту при проведении работ не был зафиксирован. Так как оптоволоконный кабель является непосредственно датчиком температуры, на каждой точке ствола скважины с шагом дискретизации (см. таблицу) имеется возможность построения графика распределения температуры во времени. В данном случае, в отличие от стандартного геофизического прибора с датчиком температуры (рис. 2), нет необходимости движения кабеля в скважине. Это позволяет изучать динамику быстро меняющихся скважинных событий без риска потери данных. Заключение В результате проведенных исследований по технологии DTS отработана технология и проведен мониторинг процесса формирования цементного камня. Полученные результаты позволяют провести регистрацию температуры в режиме онлайн, в отличие Рис. 2. Распределение температуры и давления во времени на забое по прибору «Сова-5» от стандартных методик производства замеров АКЦ и ГГК-ц. В результате установлено, что плановое заявленное время застывания цемента недостаточно для полного завершения реакции, что говорит о неполном формировании цементного камня на момент проведения замеров АКЦ и ГГК-ц. Анализ полученных результатов позволяет утверждать, что имеется высокий потенциал для дальнейшего развития предложенной технологии, в том числе в части ее методологического развития, а также путем автоматизации технологических процессов. Важным преимуществом метода DTS является возможность в перспективе разместить оптоволоконный кабель за колонной непосредственно в цементе, что дает возможность организовать систему длительного мониторинга как в процессе, так и после завершения строительства скважины. Перспективным направлением для решения поставленных задач представляется комплексирование DTS c технологией распределенных акустических датчиков (distributed acoustic sensing - DAS) [41-43], что позволит более достоверно говорить о природе выделенных температурных аномалий. Мониторинг работы скважины методами DTS и DAS целесообразно проводить одновременно с единой системой регистрации, позволяющей синхронизировать их результаты.

Об авторах

Е. О. Ширяев

Пермский инженерно-технический центр «Геофизика»

С. Ф. Анисимова

Пермский инженерно-технический центр «Геофизика»

С. В. Галкин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 41

PDF (Russian) - 33

PDF (English) - 22

Ссылки

• Ссылки не определены.