способ эксплуатации скважины

Формула изобретения

Способ эксплуатации скважины, включающий закачку реагента в призабойную зону пласта, замеры на устье скважины давления закачки и расхода реагента, пересчет данных замеров на забойные условия, расчет коэффициента скин-эффекта и изменение режима закачки при достижении необходимых фильтрационных свойств призабойной зоны пласта, отличающийся тем, что на устье скважины организуют процесс импульсной нестационарной закачки реагента, для условий импульсной нестационарной закачки реагента определяют накопленный расход и работу, затрачиваемую на нестационарное течение в призабойной зоне пласта единицы расхода реагента, по этим показателям с учетом текущей проводимости пласта рассчитывают коэффициент скин-эффекта, при этом в качестве текущей проводимости используют величину, определенную по результатам кратковременного импульсного нестационарного испытания данной скважины на приемистость пластовой жидкостью, а изменение режима закачки реагента осуществляют при достижении необходимых фильтрационных свойств призабойной зоны пласта, определенных по скин-эффекту, рассчитанному по накопленному расходу и работе течения единицы расхода реагента в призабойной зоне пласта с учетом текущей проводимости пласта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при исследовании и одновременной обработке призабойной зоны пласта.

Известен способ эксплуатации скважины с исследованием и одновременной обработкой призабойной зоны пласта, включающий закачку реагента, замеры на устье давления закачки и расхода реагента и обработку результатов. Коэффициент скин-эффекта вычисляют в любое заданное время обработки с использованием соответствующих друг другу величин давления и расхода. Способ основан на уравнении Дарси для нестационарного однофазного радиального горизонтального потока в пластах. Используют произвольную постоянную величину для радиуса фронта нагнетаемой кислоты и понятие эффективного радиуса скважины. Для любой величины скин-эффекта может быть предсказано забойное давление, соответствующее наиболее распространенным расходам. Устьевое давление нагнетания получают из забойного давления вычислением гидростатического напора и потерь давления на трение. В любое время сопоставление замеренного устьевого давления с аналогичной величиной для различных значений скин-эффекта дает фактический скин-эффект в этот момент времени (1).

Недостатком известного способа является то, что принято допущение "стационарного состояния", в то время как имеет место нестационарный процесс в течение времени, превышающем время закачки. Динамика нестационарного забойного давления недостаточно точна. Отклонения давления могут быть отождествлены с дополнительным скин-эффектом, тогда как такой скин-эффект отсутствует. Это приводит к ошибкам при выполнении операций и недостижению целей работы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ эксплуатации скважины с исследованием и одновременной обработкой призабойной зоны пласта, включающий закачку в призабойную зону реагента, замеры на устье давления закачки и расхода реагента, пересчет данных замеров на забойные условия, расчет показателя скин-эффекта, характеризующего изменение фильтрационных свойств призабойной зоны в процессе закачки, и изменение режима закачки при достижении необходимых фильтрационных свойств призабойной зоны пласта. Способ базируется на непрерывном сравнении замеренного и модулируемого давлений. При расчете показателя скин-эффекта моделируют реакции пластового давления на закачку жидкости, используя реальные замеры расхода во время обработки (2).

Недостатком известного способа является недостаточная точность оценки эффективности воздействия.

В изобретении решается задача повышения точности оценки эффективности воздействия.

Задача решается тем, что в способе эксплуатации скважины, включающем закачку реагента в призабойную зону пласта, замеры на устье давления закачки и расхода реагента, пересчет данных замеров на забойные условия, расчет коэффициента скин-эффекта и изменение режима закачки при достижении необходимых фильтрационных свойств призабойной зоны пласта, согласно изобретению на устье скважины организуют процесс импульсной нестационарной закачки реагента, для условий импульсной нестационарной закачки реагента определяют накопленный расход и работу, затрачиваемую на нестационарное течение в призабойной зоне пласта единицы расхода реагента, по этим показателям с учетом текущей проводимости пласта рассчитывают коэффициент скин-эффекта, при этом в качестве текущей проводимости используют величину, определенную по результатам кратковременного импульсного нестационарного испытания данной скважины на приемистость пластовой жидкостью, а изменение режима закачки реагента осуществляют при достижении необходимых фильтрационных свойств призабойной зоны пласта, определенных по скин-эффекту, рассчитанному по накопленному расходу и работе течения единицы расхода реагента в призабойной зоне пласта с учетом текущей проводимости пласта.

Сущность изобретения

При обработке призабойной зоны пласта возникает необходимость оценки эффективности воздействия. Неточная оценка приводит к перерасходу реагентов или к недостижению задач обработки. В предложенном способе решается задача повышения точности оценки эффективности воздействия.

В известном способе /1/ эксплуатации скважины при исследованиях и одновременной обработке призабойной зоны пласта определяют коэффициент скин-эффекта, характеризующий изменение фильтрационных свойств призабойной зоны пласта в процессе закачки, и прогнозируют параметры нагнетания непосредственно во время операции.

При этом используют соответствующие друг другу замеры плотности, расхода и давления на устье при закачке реагента в скважину во время операции ("в реальном времени"). Динамическое забойное давление P_с(t) в момент времени t равно:

P_с(t) = P_у(t) + P_г(t) - P_тр(t), (1)

где P_у(t) - устьевое давление нагнетания в момент времени t, Па;

P_г(t) - гидростатическое давление, создаваемое столбом нагнетаемого реагента в момент времени t, Па;

P_тр(t) - потери напора в насосно-компрессорных трубах вследствие жидкостного трения, Па.

Отсюда репрессия на пласт P_C (t) в момент времени t закачки реагента равна;

P_C(t) = P_C(t)-P_пл, (2)

где P_пл - пластовое давление, Па.

Способ /1/ основан на известном решении Дюпюи для стационарного однофазного радиального горизонтального потока жидкости в пласте. Принимается, что нагнетание в пласт сравнительно малых объемов жидкости описывается таким аналогом формулы Дюпюи



где Q(t) - расход нагнетаемого реагента в забойных условиях в момент времени t, м³/с;

- вязкость нагнетаемого реагента в забойных условиях, Па с;

k - фазовая (эффективная) проницаемость пласта для нагнетаемого реагента, м²;

h - эффективная толщина продуктивного пласта, принимающего нагнетаемый реагент, м;

r_ф - радиус фронта нагнетания, м;

r_с - радиус скважины, м;

S - коэффициент скин-эффекта, отражающий дополнительные фильтрационные сопротивления потоку реагента вследствие загрязнения и несовершенства вскрытия призабойной зоны пласта.

Из уравнения (3) в процессе нагнетания реагента с расходом Q(t) в момент времени t коэффициент скин-эффекта равен;



При проведении технологической операции на скважине выполняют замеры и регистрацию устьевых давлений, плотности и объемного расхода нагнетаемого реагента. Для каждого момента времени t по этим данным в реальном времени процесса рассчитывают потери давления P_тр(t) на жидкостное трение в насосно-компрессорных трубах, гидростатическое давление P_г (t) столба нагнетаемого реагента, динамическое забойное давление P_с(t) по формуле (1), репрессию на пласт P_C(t) по формуле (2), объемный расход реагента Q(t) в забойных условиях, после чего по формуле (4) определяют коэффициент скин-эффекта S в момент времени t.

Определение коэффициента скип-эффекта в процессе технологической операции в реальном времени осуществляют благодаря цифровой регистрации устьевых параметров и системе компьютерного анализа. Способ предполагает, что до проведения технологического воздействия известна проводимость пласта k h. Знание проводимости пласта является обязательным условием применимости способа. Существенным недостатком способа является также упрощенная стационарная гидродинамическая модель процесса. В реальных условиях кратковременные быстротечные импульсные воздействия на пласт вызывают в призабойной зоне интенсивные нестационарные процессы, характеристики которых существенно отличаются от стационарного течения. Наряду с использованием уравнения стационарной фильтрации недостатком способа является также допущение параметра r_ф - радиуса фронта нагнетания - постоянной величины, равной 1,2 м

В этих условиях в способах (1,2) выполняют оценку состояния призабойной зоны, верную только в качественном отношении и только для пластов с существенным загрязнением призабойной зоны пласта. В количественном отношении при сильном загрязнении призабойной зоны пласта способ дает ошибку в десятки и сотни процентов. В случаях, когда проводимость призабойной зоны пласта выше, чем пласта, т.е. при S < 0 способ дает неверную оценку даже в качественном отношении, показывая наличие загрязнения, причем значительного, т.е. S > 0.

Способ (2) - прототип базируется на непрерывном сравнении в течение технологической операции на скважине фактической P_C(t) репрессии на пласт, рассчитанной по формулам (1), (2) для замеряемого устьевого давления, и смоделированной P_MOД(t) репрессии на пласт, определенной из гидродинамического моделирования закачки реагента в пласт со схожими параметрами и известным (заданным) коэффициентом скин-эффекта S₀, используя при этом реальные замеры расхода реагента, пересчитанные на забойные условия.

В способе (2) принимают, что в любой момент времени t нагнетания реагента различия фактической P_C(t) и смоделированной P_MOД(t) репрессий обусловлены лишь различиями величин фактического коэффициента скин-эффекта S и известного (заданного) коэффициента скин-эффекта S₀ гидродинамической расчетной модели пласта, поскольку допускается, что все другие факторы, влияющие на динамику процесса, учтены.

Коэффициент скин-эффекта при закачке реагента в пласт в способе (3) определяют из уравнения:



где S - определяемый коэффициент скин-эффекта,

S₀ - известный (заданный) коэффициент скин-эффекта расчетной модели пласта;

P_C(t) - фактическая репрессия на пласт в момент времени t закачки реагента, Па;

P_MOД(t) - смоделированная репрессия на пласт в расчетной модели в момент времени t закачки реагента, Па;

k h - проводимость пласта, м² м;

- вязкoсть нагнетаемого реагента в забойных условиях, Па с;

Q(t) - расход нагнетаемого реагента в забойных условиях в момент времени t, м³/с.

Для практического применения способа (2) в уравнении (5) принимается S₀ = 0.

При наличии цифровой регистрации устьевых параметров и системы компьютерного анализа способ (2) позволяет проводить определение коэффициента скин-эффекта непосредственно в процессе технологического воздействия в реальном времени.

Таким образом, положив в основу уравнение нестационарной фильтрации, способ (2) устраняет основной недостаток способа (1). В то же время способ (2) предполагает, что до проведения технологического воздействия известна проводимость пласта k h. Знание проводимости пласта является обязательным условием применимости способа.

Используемая в способе (2) математическая модель описывает нестационарное течение однородной жидкости от скважины в пласте с кольцевой призабойной зоной, проводимость которой не изменяется во времени и отличается от проводимости пласта, что накладывает определенные ограничения на его применение. Строго говоря, способ не пригоден для технологических процессов, в которых происходят изменения проводимости и размеров неоднородной призабойной зоны пласта под воздействием кислотных растворов, изолирующих материалов и других реагентов.

Определение коэффициента скин-эффекта S по способу (2) заметно зависит от колебаний расхода реагента даже при его умеренных изменениях (в пределах 20-30%). При значительных загрязнениях призабойной зоны пласта резкие изменения темпов нагнетания (особенно резкие уменьшения расхода) приводят к существенным отклонениям величин скин-эффекта от истинных значений. При этом ошибки определения показателя скин-эффекта достигают десятков и сотен процентов. Отмечается также четкая синхронность колебаний расхода и величин S.

В целом чувствительность коэффициента скин-эффекта, определяемого способом (2), к колебаниям расхода снижает его эффективность при оценке сколько-либо заметного загрязнения призабойной зоны пласта.

В изобретении решается задача повышения точности оценки эффективности воздействия. Задача решается следующим образом.

При проведении технологической операции по воздействию на нефтяной пласт для интенсификации отбора или изоляции водопритока, выравнивания профиля притока или поглощения расход нагнетаемой рабочей жидкости остается относительно неизменным лишь в течение отдельных весьма коротких промежутков времени и изменяется в широких пределах в течение всей операции. В предложенном способе изначально закладывают режим импульсной нестационарной закачки реагента как наиболее общий и в наибольшей мере отвечающий условиям производства. Реализуемый в особых условиях на практике стационарный режим закачки реагента является частным случаем общего импульсного нестационарного режима. При этом справедливы все расчеты и выводы предлагаемого способа. Процесс импульсной нестационарной закачки реагента характеризуется значительными колебаниями расхода и давления с хаотичными изменениями величин по амплитуде и частоте. Расход может изменяться по амплитуде от 0,084 до 7,6 л/с, по частоте - от 0,002 до 0,02 Гц, при этом максимальный расход обеспечивает недопущение развития искусственной трещиноватости в призабойной зоне (максимально допустимое забойное давление в процессе закачки жидкости должно быть меньше давления раскрытия трещин в призабойной зоне пласта). Устьевое давление нагнетания может изменяться по амплитуде от 1 до 10-15 МПа при той же частоте.

При проведении технологических операций на скважине замеряют и регистрируют устьевое давление, плотность и объемный расход нагнетаемого реагента с интервалом в 5 : 60 с (т.е. с периодом опроса 5 : 60 с). Для каждого замера в момент времени t по этим данным в реальном времени процесса рассчитывают потери давления P_тр(t) на жидкостное трение в насосно-компресcорных трубах, гидростатическое давление P_г(t) столба нагнетаемого реагента, динамическое забойное давление P_с(t) по формуле (1), репрессию на пласт P_C(t) по формуле (2), объемный расход реагента Q(t) в забойных условиях. Затем для каждого текущего момента времени t_N определяют величину функции репрессии Y (t_N), характеризующей работу единицы расхода реагента на нестационарное течение в призабойной зоне пласта, по формуле (6):



где N = 2; 3; 4; ... - номер текущего замера устьевого давления, плотности и объемного расхода нагнетаемого реагента,

n = 0; 1; 2; 3; ... N-1 - номера предыдущих замеров;

t₀ - время начала закачки (начальный замер n = 0), с;

t₁; ... t_n - время первого, ... n замеров, с;

t_N - время текущего замера, с;

P_C(t₀);...P_C(t_n) - репрессия на пласт в начале закачки и в момент времени t_п предшествующего n замера, Па;

P_C(t_N) - репрессия на пласт в момент t_N текущего N замера, Па;

Q₀, ... Q_n - объемный расход реагента в забойных условиях в начале закачки и в момент предшествующего n замера, м³с;

Y(t_N) - функция репрессии, характеризующая работу, затраченную на нестационарное течение в призабойной зоне единицы расхода реагента, в текущий момент времени t_N с начала процесса, Па с;

- - текущая гидропроводность пласта, м² м/Па с;



k - текущая проницаемость пласта для пластовой жидкости, м²;

h - эффективная толщина продуктивного пласта, принимающего нагнетаемый реагент, м;

- вязкость пластовой жидкости, Па с.

Одновременно с Y(t_N) вычисляют накопленный объем реагента в забойных условиях W(t_N), поступившего в пласт к моменту времени t_N с начала закачки, по формуле (8):



Полученные значения Y(t_N) и W(t_N) наносят на график, пример которого приведен на фиг. 1, где по оси абсцисс откладывают величины W(t_N), по оси ординат Y(t_N). При наличии цифровой регистрации устьевых параметров и системы компьютерного анализа определение величин Y(t_N, W(t_N) и построение графика зависимости

Y(t_N) = Y[W(t_N)] (9)

производят непосредственно в процессе технологического воздействия в реальном времени.

Производят аппроксимацию отдельных участков графика зависимости (9) прямолинейными отрезками. В интервале времени [t₁, t_j+1] линейной аппроксимации определяют наклон прямолинейного участка _j. Величину коэффициента скин-эффекта S_j, отражающего состояние призабойной зоны пласта в интервале времени [t_j, t_j+1] технологической операции, определяют по формуле:



где S_j - коэффициент скин-эффекта, отражающий дополнительные фильтрационные сопротивления потоку реагента вследствие загрязнения и несовершенства вскрытия призабойной зоны пласта, в интервале времени [t_j, t_j+1] технологического воздействия;

r_с - радиус скважины, м;

- пьезопроводность продуктивного пласта, м²/с;

B_j - наклон графика зависимости (9) в интервале времени [t_j, t_j+1] технологического воздействия, Па с/м³.

После достижения запланированной величины скин-эффекта изменяют режим закачки вплоть до ее прекращения.

Примеры конкретного выполнения

Пример 1. При эксплуатации скважины проводят обработку призабойной зоны пласта в нефтедобывающей скважине глубиной 2230 м с целью изоляции водопритоков.

На устье скважины организуют процесс импульсной нестационарной закачки реагента. Процесс импульсной нестационарной закачки реагента характеризуется значительными колебаниями расхода и давления с хаотичными изменениями величин по амплитуде и частоте. Расход изменяется по амплитуде от 0,084 до 7,6 л/с, по частоте - от 0,002 до 0,02 Гц. Давление изменяется по амплитуде от 1 до 10-15 МПа при той же частоте.

В качестве текущей проводимости используют величину, определенную по результатам кратковременного импульсного нестационарного испытания данной скважины на приемистость пластовой жидкостью. Предварительные испытания данной скважины на приемистость пластовой водой показали, что текущая проницаемость пласта k составляет 0,163 мкм², проводимость k h равна 2,45 мкм² м, коэффициент скин-эффекта оценен как 12,89. Вязкость пластовой жидкости составляет 1,02 мПа с, таким образом, гидропроводность пласта по формуле (7) равна:



Пьезопроводность пласта составляет 0,05 м²/с, радиус скважины r_с равен 0,084 м.

Процесс обработки скважины заключается в закачке в призабойную зону пласта порций гелеобразующего состава и его продавки пластовой водой. В качестве гелеобразующего состава используют водный раствор сополимера "Комета" и смолы ДЭГ. Закачку ведут с начальным расходом 5,3 л/с.

При этом на скважине выполняют замеры и регистрацию устьевых давлений, плотности и объемного расхода нагнетаемых жидкостей с периодом опроса 5 с. Для каждого момента времени t по этим данным в реальном времени процесса рассчитывают потери давления P_тр(t) на жидкостное трение в насосно-компрессорных трубах, гидростатическое давление P_г(t) столба нагнетаемого реагента, динамическое забойное давление P_с(t) по формуле (1), репрессию на пласт P_C(t) по формуле (2), объемный расход реагента Q(t) в забойных условиях. Затем для каждого N замера (в момент времени t_N по формуле (6) рассчитывают величину функции репрессии Y, а по формуле (8) - накопленный объем реагента W в забойных условиях, поступившего в пласт к этому моменту времени.

Полученные значения Y и W наносят на график, пример которого приведен на чертеже. В реальном времени проводят аппроксимацию отдельных участков полученного графика Y = Y(W) прямолинейными отрезками (см. чертеж) и определяют их наклон.

Первый участок соответствует закачке в призабойную зону 6,7 м³ гелеобразующего состава, при этом его наклон ₁ составлял:

₁ = 1167,9 MПac/м³ = 116710⁶Пac/м³,

а коэффициент скин-эффекта S₁ по формуле (10):



Эта величина показывает, что проводимость призабойной зоны в результате закачки 6,7 м³ гелеобразующего состава несколько снизилась, в процессе дальнейшего нагнетания реагента наклон второго прямолинейного участка, аппроксимирующего кривую Y = Y(W) в диапазоне 6,8 W 8,0 м³ возрос и составил:

₂ = 1988,7 MПac/м³ = 1988,710⁶Пac/м³.

Величина коэффициента скин-эффекта S₂, соответствующая второму участку с наклоном 1988,7 10⁶ Па с/м³, по формуле (10) равна S₂ = 28,605.

Полученная величина указывает на проходящий в призабойной зоне пласта процесс закупорки до проектной величины 28-30. В этой связи после закачки в пласт 8,0 м³ гелеобразующего состава на устье прекращают нагнетание реагента в насосно-компрессорные трубы и начинают качать продавочную жидкость.

На графике Y = Y(W) этому соответствуют участки 3 и 4 с практически совпадающими наклонами 1958,8 и 2022,2 МПа с/м³. Участок 3 отражает продавку гелеобразующего состава из насосно-компрессорных труб в призабойную зону продавочной жидкостью (пластовой водой), коэффициент скин-эффекта на этом участке S₃ равен 28,154. Следовательно, проектное снижение проводимости призабойной зоны достигнуто, дальнейшей закупорки призабойной зоны пласта не происходит и закачка гелеобразующего состава прекращена правильно. Это подтверждает коэффициент скин-эффекта на 4 участке:

S₄ = 29,11,

что соответствует проектному показателю.

При оценке скин-эффекта в процессе технологического воздействия применялись известные методы (1, 2). Непосредственно перед проведением изоляционных работ гидродинамические исследования не проводились, поэтому в известных способах использовалась величина проводимости пласта по результатам ранее проведенных гидродинамических исследований k h = 4,59 мкм² м. Вязкость нагнетаемого реагента составляла 15 мПа с.

В результате известные способы показали, что закупорка призабойной зоны не достигнута, а коэффициент скин-эффекта находится в пределах [(-0,5) - (-0,15)].

Пример 2. Выполняют как пример 1. В качестве реагента используют 12%-ный водный раствор соляной кислоты. Коэффициент скин-эффекта равен - 1,62, что соответствует расчетному показателю -1,5.

Коэффициенты скин-эффекта в соответствии со способами /1, 2/ равны 2,5 и 0,5 соответственно, что свидетельствует о недостижении цели обработки.

Применение предложенного способа позволит повысить точность оценки эффективности воздействия.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:

1. Paccaloni G. , Tambini М.: "Advances in Matrix Stimulation Technology", JPT (March, 1993) 256-263.

2. Prouvost L. P. and Economides M.J.: "Real-Time Evaluation of Matrix Acidizing Treatments", J. Pet. Sci. Eng., v.1 - N 2 (Dec., 1987): 145-154- прототип.