Анализ гидродинамических потоков при заколонных перетоках жидкости

Актуальность темы

Существуют три основные причины, вызывающие раннее обводнение продукции нефтедобывающих скважин. Это опережающее обводнение по высокопроницаемым каналам и пропласткамнарушение герметичности цементного камня скважин и, как следствие, притоки из неперфорированных пластовобразование конусов подошвенных вод в монолитных залежах.

Актуальной задачей является своевременная диагностика притоков воды из неперфорированных пластов (заколонных перетоков). Применение используемых для этой цели инструментальных методов, является затратным мероприятием, связанным с остановкой работы добывающих скважин и использованием специальной аппаратуры. Однако даже инструментальные методы часто не позволяют получить количественные характеристики притоков, а, следовательно, выбрать наиболее целесообразные технологии для их ликвидации и прогнозировать эффективность решения проблемы.

Одним из актуальных направлений решения поставленной проблемы является разработка методик на основе анализа промысловых данных о дебите скважины, ее обводненности и забойного давления. В отечественной и зарубежной литературе такие методики, как правило, направлены на исследование причин «естественного» обводнения продукции, связанных с подходом закачиваемой или законтурной воды. В работе предлагается исследовать возможности таких методов анализа для выделения причины обводнения скважин, связанной с заколонными перетоками жидкости или прорывом воды по нарушениям герметичности цементного кольца скважины.

Получаемая при таком виде анализа информация имеет косвенный характер и не является достаточной для окончательной диагностики, однако эти данные могут определить характер и масштаб проблемы заколонных перетоков на конкретном месторождении. Отметим, что такого рода анализ промысловых данных не требует остановки скважин и не связан с потерями добычи, т. е. 3 является достаточно дешевым инструментов предварительного анализа.

Цель работы. Анализ возможностей методов графической обработки промысловой информации для< выявления перетока воды через негерметичности цементного кольца скважины в интервал перфорации. Создание математической модели процесса, формирования заколонных перетоков за счет химического растворения компонентов цементного камня и разработка на ее основе нового диагностического метода анализа промысловой информации.

Научная новизна состоит в следующем:

1. На> сформированных выборках скважин показаны преимущества использования безразмерных координат для анализа характеристик заводнения.

2. Создана математическая модель процесса образования заколонных перетоков в результате взаимодействия цементного камня с химически активными компонентами пластовой воды и изучен его механизм.

3. Введена характеристика притока воды из неперфорированных пластов (фактор заколонных перетоков), позволяющая количественно анализировать значение притока в общем потоке добываемой из скважины продукции.

4. Разработана методика обработки промысловых данных по зависимости обводненности от времени для выявления заколонного перетока воды.

Научная и практическая ценность. Установлен механизм и создана математическая модель процесса формирования заколонных перетоков за счет химического растворения цементного камня. Разработана методика выявления заколонных перетоков по промысловым данным дебита и обводненности скважин в зависимости от времени. Предлагаемая методика диагностики заколонных перетоков реализована в программном пакете «Анализатор МЭРов» ГП ХМАО НАЦ РН им. В. И. Шпильмана и использовалась при геолого-промысловом анализе разработки Западно-Ассомкинского и Руфь

Еганского месторождений, а также Энтельской площади1 Мамонтовского месторождения.

Достоверность результатов диссертационной работы обоснована использованием1 классических подходов" к анализу процессов физико-химической и подземной гидродинамики, химических закономерностей взаимодействия цементного камня с агрессивными жидкостями, использованием основных принципов механики многофазных сред, а также практическим испытанием разработанной методики на промысловом материале реальных эксплуатационных скважин.

На защиту выносится:

1. Математическая модель процесса формирования заколонных перетоков за счет взаимодействия цементного камня с химически активными компонентами пластовых вод.

2. Методика обработки промысловых данных для выявления скважин с притоком избыточной воды и их количественной оценки на основе определения фактора заколонных перетоков.

Апробация работы. Результаты и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и научных школах:

— IX и XI научно-практических конференциях «Пути реализации нефтегазового потенциала ХМАО» (Ханты-Мансийск, 2005, 2007).

IV школе-семинаре «Теплофизика, гидрогазодинамика и теплотехника» Тюменского государственного университета (Тюмень, 2007 г.)

— семинарах в ГП ХМАО НАЦ РВ им. В. И. Шпильмана, в ТФ ИТПМ СО РАН (2009;2010) и на физическом факультете Тюменского государственного университета.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 4 работах, список которых приводится в конце автореферата, в том числе 2' статьи в журналах из перечня ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, и списка литературы. Работа изложена на 107 страницах, иллюстрирована 62 рисунками.

Список литературы

состоит из 51 наименования.

ВЫВОДЫ ПО 3 ГЛАВЕ

1. Построена математическая модель процесса заколонных перетоков жидкости в продуктивный интервал;

2. Введено понятие фактора заколонных перетоков как количественной характеристики обводнения за счет этого процесса;

3. На основе построенной модели проведена серия численных экспериментов, по результатам которых установлен качественный вид динамики фактора заколонных перетоков;

4. Проведена модификация метода Медведского, позволяющая анализировать технологические показатели работы скважин, обводнившихся за счет заколонных перетоков. Последние учитываются с помощью функциональной зависимости фактора заколонных перетоков от времени. Эта зависимость получена по результатам аппроксимации результатов численного моделирования;

5. Апробация методики на материале реальных скважин подтвердила ее работоспособность и возможность использования при проектировании разработки нефтяных месторождений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

— В результате сопоставительного анализа методик исследования промысловых данных выявлено, что методы промысловой диагностики причин обводнения скважин позволяют сгруппировать скважины по характерному виду кривых на различные классы. Однако, они не позволяют диагностировать процессы заколонных перетоков воды.

— Разработана физико-математическая модель формирования проводящих каналов в цементной колонне скважины в результате химического взаимодействия активных веществ пластовых вод с компонентами цементного камня. Полученное решение позволило оценить качественный вид динамики перетока избыточной воды с использованием фактора заколонных перетоков.

— Предложена методика анализа характеристик обводнения скважин с заколонными перетоками. Она позволяет выделить в этих характеристиках две составляющие: обводнение за счет закачиваемой воды и за счет притоков из неперфорированных пластов.

— Методика и практические рекомендации данного исследования были апробированы при проектных работах на ряде месторождений. Анализ полученных результатов позволил сформулировать программу геолого-технических мероприятий для проверки технического состояния скважин и ликвидации заколонных перетоков жидкости.