СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ
SURVEYING METHOD OF HORIZONTAL WELL

Изобретение относится к геофизическим исследованиям глубоких скважин, в частности к геофизическим исследованиям горизонтальных и пологих скважин.
При гидродинамических исследованиях горизонтальных скважин важной задачей является определение работающих интервалов ствола скважины. Эта проблема приобретает особую актуальность применительно к анализу разработки низкопроницаемых, анизотропных коллекторов, поскольку оценить при совместной разработке продуктивных интервалов область пласта, охваченного выработкой или поглощением закачиваемого рабочего агента, без знания фактического интервала притока или поглощения и их количественных параметров, невозможно, особенно при исследовании паронагнетательных горизонтальных скважин с высокими термодинамическими параметрами состояния, обеспечивающими повышение температуры пласта до 250-300°C.
Известен способ исследования нагнетательной скважины, включающий спуск насосно-компрессорных труб в скважины, закачку рабочего агента, например воды, в скважину с замером расхода и давления нагнетания на устье скважины. Способ предусматривает изменение режимов работы путем изменения количества нагнетаемой воды. При исследовании в эксплуатационных скважинах несколько раз меняют дебит скважины и также всякий раз при изменении режима замеряют дебит и давление. Полученные данные позволяют построить индикаторные кривые, на основании которых определяют коэффициент приемистости нагнетательных скважин или коэффициент продуктивности добывающих скважин (См. книгу «Технология и техника добычи нефти и газа», авторы: Муравьев И.М., Базлов М.Н., Жуков А.И. и Чернов Б.С., изд-во «Недра», М., 1971. - стр.135).
Однако известный способ не позволяет получить фильтрационные параметры неоднородных продуктивных интервалов по протяженности горизонтального ствола скважины, то есть при зональной неоднородности продуктивного пласта.
Также известен способ исследования горизонтальной скважины, принятый авторами за прототип, включающий спуск колонны насосно-компрессорных труб, нагнетание рабочего агента в трубы с замером расхода и давления нагнетания (См. патент РФ №2269000 от 24.06.2003, МПК: E21B 47/00). Способ предусматривает спуск до забоя горизонтального ствола на насосно-компрессорных трубах, выполненных в виде длинномерных гибких труб, расходомера. Затем создают круговую циркуляцию рабочего агента через затрубное пространство и длинномерные гибкие трубы, которые одновременно поднимают для перемещения расходомера по всей длине горизонтального ствола, при этом расходомером фиксируют расход потока рабочего агента по затрубному пространству.
Однако известный способ не может быть использован для исследований паронагнетательных скважин, используемых для закачки теплоносителя (пара, горячей воды) с высокими термодинамическими параметрами состояния, обеспечивающими повышение температуры пласта до 250-300°C, как например, при разработке пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения высоковязкой нефти. Высокие температуры приводят к выходу из строя электрических схем расходомеров, датчиков давления и других приборов, сохраняющих зарегистрированную информацию. В результате чего полученная информация искажается или не фиксируется вовсе. Приборы, исполненные в термостойком состоянии или расположенные в специальных термостойких контейнерах, могут находиться в скважине без выхода из строя не более шести часов, а процесс исследования горизонтальной скважины с длиной ствола около 300 метров проводят более суток. Кроме того, при использовании данного способа в так называемых "горячих" скважинах возвращаемая при циркуляции вода может иметь температуру 150-200°C, которая при атмосферном давлении вскипает и представляет большую опасность для персонала, выполняющего исследования паронагнетательных скважин.
Задачей изобретения является получение достоверной информации для построения количественного профиля приемистости продуктивных интервалов "горячих" горизонтальных скважин.
Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом способе осуществляют спуск колонны насосно-компрессорных труб в скважину и нагнетание рабочего агента в трубы с замером его расхода и давления нагнетания на устье скважины.
Существенными отличительными признаками заявленного способа являются:
- компонуют насосно-компрессорные трубы перед спуском пакером многократного действия и хвостовиком;
- устанавливают при спуске насосно-компрессорных труб пакер над кровлей первого продуктивного интервала по ходу бурения горизонтального ствола;
- фиксируют на устье давление нагнетания после его стабилизации;
- осуществляют срыв пакера и дальнейший спуск насосно-компрессорных труб с последующей установкой пакера над кровлей следующего продуктивного интервала по ходу бурения горизонтального ствола;
- вновь осуществляют нагнетание рабочего агента, причем после стабилизации устьевого давления нагнетания поддерживают его равным давлению нагнетания рабочего агента при предыдущем исследовании и также фиксируют расход рабочего агента;
- срыв пакера, спуск насосно-компрессорных труб и установку пакера над кровлями продуктивных интервалов осуществляют неоднократно в зависимости от количества продуктивных интервалов, пройденных горизонтальным стволом скважины;
- давление нагнетания рабочего агента при каждом исследовании поддерживают на устье скважины постоянным, равным давлению нагнетания рабочего агента при установке пакера над кровлей первого продуктивного интервала по ходу бурения горизонтального ствола;
- на основании зафиксированных расходов рабочего агента определяют количество рабочего агента, поглощаемого каждым продуктивным интервалом в единицу времени;
- поддержание в процессе исследования на устье скважины давления нагнетания рабочего агента в продуктивные интервалы постоянным, при превышении его значения от первоначального давления нагнетания, осуществляют путем слива в мерную емкость избытка рабочего агента.
Указанная совокупность существенных признаков позволяет осуществлять исследования "горячих" скважин, используемых для закачки рабочих агентов с высокими термодинамическими параметрами состояния, обеспечивающими повышение температуры пласта до 250-300°C без опасения выхода из строя измерительных приборов и не представляет опасности для персонала, осуществляющего исследования, так как сливаемый в мерную емкость, у устья скважины, рабочий агент является холодным. В соответствии с заявляемым способом обеспечиваются условия постоянства давления нагнетания, температуры и состава рабочего агента, то есть в процессе всего полного цикла исследований осуществляются условия идентичности работы продуктивных интервалов в процессе поглощения рабочего агента, что позволяет разновременные измерения принимающей способности каждого из совместно работающих в одинаковых условиях продуктивных интервалов сопоставлять и на этом основании строить профили приемистости.
Таким образом, разновременные последовательные определения расходов рабочего агента поглощаемых отдельными работающими продуктивными интервалами, при соблюдении идентичности условий их работы, становятся идентичными условиям одновременности измерений и обеспечивают чистоту исследований, то есть получение достоверной информации для построения количественного профиля приемистости продуктивных интервалов любых "горячих" горизонтальных скважин.
Заявленная совокупность существенных признаков не известна нам из уровня техники, поэтому заявленное изобретение является новым. Заявленные отличительные признаки изобретения являются неочевидными для среднего специалиста в данной области. В связи с этим мы считаем, что заявленное изобретение имеет изобретательный уровень. Изобретение промышленно применимо, так как имеющееся оборудование и технология, разработанная нами, позволяют реализовать способ в полном объеме.
На фиг.1 приведена схема проведения исследований в скважине с горизонтальным стволом при наличии трех продуктивных интервалов с установкой пакера в начале исследования над первым продуктивным интервалом по ходу бурения горизонтального ствола. На фиг.2 и 3 приведены схемы проведения исследований в скважине с горизонтальным стволом при различных позициях установки пакера относительно продуктивных интервалов в процессе исследования.
Способ реализуют следующим образом.
Для осуществления исследований в скважину 1 с горизонтальным стволом 2 с продуктивными интервалами 3, 4, 5 спускают насосно-компрессорные трубы (НКТ) 6, скомпонованные с пакером 7 многократного действия и хвостовиком 8. При исследованиях используют пакер, например, якорного типа. При необходимости может быть использован пакер с опорой на забой. Рядом со скважиной устанавливают мерную емкость 9, в которую смонтирован сливной патрубок с запорной арматурой, связанный с колонной НКТ (фиг.1). На первом этапе исследований пакер 8 устанавливают над кровлей первого продуктивного интервала 3 по ходу бурения горизонтального ствола и осуществляют нагнетание рабочего агента, например воды, в НКТ. В качестве рабочего агента также может быть использована маловязкая нефть и другие подвижные жидкости. В дальнейшем при описании способа вместо термина "рабочий агент" будет использован термин "вода". После стабилизации давления нагнетания фиксируют на устье его значение и расход воды. Зафиксированный расход воды соответствует общему расходу воды, поглощаемой всеми продуктивными интервалами, и его определяют по формуле 1, независимо от того, какой из расходов равен нулю.
<mrow><msubsup><mi>Q</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>щ</mi></mrow><mn>0</mn></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>q</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>q</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>q</mi><mn>3</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>q</mi><mrow><mi>с</mi><mi>л</mi><mi>и</mi><mi>в</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
1
где q - расход воды, поглощенной первым продуктивным интервалом 3 по ходу бурения горизонтальной скважины,
2
q - расход воды, поглощенной вторым продуктивным интервалом 4 по ходу бурения горизонтальной скважины,
3
q - расход воды, поглощенной третьим продуктивным интервалом 5 по ходу бурения горизонтальной скважины,
слив.
q - расход воды, поступившей в мерную емкость у устья скважины.
Затем осуществляют срыв пакера 8 и приспускают НКТ до установки пакера над кровлей следующего по ходу горизонтального ствола продуктивного интервала 4 и вновь осуществляют нагнетание воды в НКТ, при этом после стабилизации давления нагнетания воды на устье скважины его поддерживают постоянным, равным давлению нагнетания воды при первом исследовании при установке пакера над продуктивным интервалом 3. В случае если давление нагнетания превышает давление нагнетания воды в первой позиции пакера над продуктивным интервалом 3, то для поддержания необходимого постоянного давления осуществляют слив воды в мерную емкость 9. Также фиксируют общий расход воды и объем воды поступивший в мерную емкость. Зафиксированный расход воды соответствует расходу воды поглощаемой продуктивными интервалами 4 и 5 за вычетом объема, поступившего в мерную емкость 9 и его определяют по формуле 2, также независимо от того, какой из расходов равен нулю.
<mrow><msubsup><mi>Q</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>щ</mi></mrow><mn>1</mn></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>q</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>q</mi><mn>3</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>q</mi><mrow><mi>с</mi><mi>л</mi><mi>и</mi><mi>в</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
2
где q - расход воды, поглощенной вторым продуктивным интервалом 4 по ходу бурения горизонтальной скважины,
3
q - расход воды, поглощенной третьим продуктивным интервалом 5 по ходу бурения горизонтальной скважины,
слив.
q - расход воды, поступившей в мерную емкость у устья скважины.
Затем вновь осуществляют срыв пакера и приспускают колонну НКТ до установки пакера над продуктивным интервалом 5 и осуществляют, как описано ранее, закачку воды в НКТ с поддержанием постоянного давления нагнетания равным давлению нагнетания рабочего агента в первой позиции установки пакера над продуктивным интервалом 3. Также фиксируют общий расход воды и объем воды, поступивший в мерную емкость. Если слив воды в мерную емкость равен по расходу предыдущему, то в таком случае продуктивный интервал 5 не принимает воду, то есть объем поглощаемой воды равен нулю.
Зафиксированный расход воды определяют по формуле 3, также независимо от того, какой из расходов равен нулю.
<mrow><msubsup><mi>Q</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>щ</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>q</mi><mn>3</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>q</mi><mrow><mi>с</mi><mi>л</mi><mi>и</mi><mi>в</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
3
где q - расход воды, поглощенной третьим продуктивным интервалом 5 по ходу бурения горизонтальной скважины,
слив.
q - расход воды, поступившей в мерную емкость у устья скважины.
Установку пакера над кровлями продуктивных интервалов осуществляют неоднократно в зависимости от количества продуктивных интервалов, пройденных горизонтальным стволом скважины, причем давление нагнетания рабочего агента на устье скважины в каждый продуктивный интервал поддерживают постоянным, равным давлению нагнетания рабочего агента при первом исследовании при установке пакера над кровлей последнего от забоя продуктивного интервала горизонтального ствола. При проведении исследования также обеспечивают условия постоянства температуры и состава воды.
Таким образом, с учетом постоянства давления нагнетания, температуры и состава воды в процессе всего полного цикла исследований осуществляются условия идентичности работы продуктивных интервалов в процессе поглощения, что позволяет сопоставлять разновременные измерения принимающей способности каждого из совместно работающих в одинаковых условиях продуктивных интервалов.
Затем на основании зафиксированных расходов воды определяют количество воды, поглощаемой каждым продуктивным интервалом в единицу времени по математическим зависимостям, преобразованным из формул 1, 2, 3.
<mrow><msub><mi>q</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>Q</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>щ</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup><mo>−</mo><msub><mi>q</mi><mrow><mi>с</mi><mi>л</mi><mi>и</mi><mi>в</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>q</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>Q</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>щ</mi></mrow><mn>1</mn></msubsup><mo>−</mo><msub><mi>q</mi><mn>3</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>q</mi><mrow><mi>с</mi><mi>л</mi><mi>и</mi><mi>в</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>q</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>Q</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>щ</mi></mrow><mn>0</mn></msubsup><mo>−</mo><msub><mi>q</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>q</mi><mn>3</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>q</mi><mrow><mi>с</mi><mi>л</mi><mi>и</mi><mi>в</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
Таким образом, в общем виде математическая зависимость при "n" количестве будет представлена в следующем виде:
общ.
1
2
3
n
слив.
Q=q+q+q+…Q+q,
1
где q - расход воды, поглощаемый всеми продуктивными интервалами перед забоем горизонтального ствола;
2
q - расход воды, поглощаемый продуктивными интервалами перед забоем горизонтального ствола, кроме последнего интервала от забоя;
3
q - расход воды, поглощаемый продуктивными интервалами перед забоем горизонтального ствола, кроме двух дальних продуктивных интервалов дальних от забоя;
n
q - расход воды, поглощаемый продуктивными интервалами перед забоем горизонтального ствола, кроме ранее пройденных продуктивных интервалов по ходу бурения горизонтального ствола;
слив.
q - расход воды, поступившей в мерную емкость у устья скважины.
Для уточнения результатов исследований производят расчеты потерь давления на конце колонны для каждого положения пакера по формулам трубной гидравлики (Дарси-Вейсбаха) и в зависимости от величин потерь либо ими пренебрегают, либо корректируют сливом величину давлении нагнетания на устье, добиваясь выполнения условия: (Ру-Ртрения) предыдущее равно (Ру-Ртрения) последующему.
Уточненную гидродинамическую характеристику проницаемых зон в горизонтальном стволе можно получить, если исследования проводить неоднократно с разным давлением нагнетания рабочего агента.
Заявляемый способ может быть использован при исследовании горизонтальных скважин, пробуренных в продуктивных пластах пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения с явно выраженной зональной неоднородностью, содержащего высоковязкую нефть (вязкость нефти в пластовых условиях, 710 мПа·с), разработка которого осуществляется с помощью теплового воздействия на пласт. В нагнетательные скважины с длиной горизонтального ствола 400 м осуществляют закачку пара при давлении 12,0 МПа и с температурой 320°C. Способ также может быть использован на Ярегском нефтяном месторождении высоковязкой нефти, разрабатываемым как термошахтным способом, так и с поверхности (Лыа-Ельская площадь). Продуктивный пласт залегает на глубине около 200 м и содержит нефть вязкостью около 15 тыс.µПа·с. Для разработки месторождения осуществляют закачку пара с давлением до 1,6 МПа, но не ниже 0,5 МПа. Давление насыщенного пара выше 1,6 МПа для условий термошахтной разработки Ярегского месторождения поднимать нельзя, так как оно соответствует температуре пара 200°C, а возгонка нефти начинается после 200°C, что недопустимо для условий шахтной разработки. При закачке пара в поверхностные нагнетательные скважины закачивают пар с температурой 250-300°C.
Таким образом, заявляемый способ обеспечивает получение достоверной информации для построения количественного профиля приемистости продуктивных интервалов "горячих" горизонтальных скважин, исследования которых практически не осуществлялись.