книги / Геофизические исследования скважин

Если пластовое давление уравновешено давлением столба жид­ кости в скважине, а статический уровень установился ниже устья скважины, то применяют термометрию и резистивиметрию. При этом для определения местоположения притока изменяют противодавле­ ние на пласт. Изменить давление можно путем понижения уровня жидкости в скважине (метод оттартывания) или повышения давле­ ния на пласт (метод продавливания).

При проведении исследований методом оттартывания скважину заполняют жидкостью, которая по свойствам, температуре, сопро­ тивлению отличается от свойств пластового флюида. Снимают конт­ рольную кривую. Затем, последовательно снижая давление на пласт, вызывают приток пластового флюида и одновременно проводят се­ рию замеров. Место притока выделяется по характерным изме­ нениям показаний прибора, которые по мере отбора жидкости рас­ пространяются вверх по стволу скважины.

Примеры вы деления мест притока ж идкости методом от­ тартывания по данным резистивиметрии и термометрии приведены на рис. 169.

Рис. 169. Определение места притока пластовых вод в сква­ жину методом оттартывания поданным резистивиметрии (а) и термометрии (б).

К — контрольная кривая; остальные кривые зарегистрированы в процессе снижения уровня; 1 — температура пластовой воды и бу­ рового раствора равны, 2 — температура пластовой воды выше тем­ пературь бурового раствора

При определении местоположения притока методом продав­ ливания скважину заполняют однородной жидкостью и снимают кон­ трольный замер.

301

После этого в скважину порци­ ями закачивают жидкость, кото­ рая по свойствам (температуре или сопротивлению) отличается от жидкости в скважине. Переме­ щение закачиваемой жидкости происходит на участке от стати­ ческого уровня до места наруше­ ния колонны, и это перемещение контролируется серией замеров.

Пример выделения места при­ тока по показаниям термометра и механического расходомера ме­ тодом продавливания приведен

из одного пласта в другой без выхода в скважину; в скважину из пла­ ста, залегающего выше или ниже интервала перфорации; из сква­ жины в пласт, не вскрытый перфорацией.

При выделении интервалов перетока обязательно проведение ис­ следований по контролю качества цементирования скважины.

Внутреннюю циркуляцию, т.е. циркуляцию пластового флюида без выхода в скважину, определяют главным образом с помощью тер­ мометра. С этой целью скважину промывают и через 3— 5 сут при установившемся тепловом режиме регистрируют температуру по всему стволу скважины. Схема выделения интервалов затрубной циркуляции пластовой жидкости приведена на рис. 171.

На общем фоне изменения температур, соответствующем геотер­ мическому градиенту, выделяются два интервала, в пределах кото­ рых градиент температуры практически равен нулю. На участке аб температура сохраняется постоянной, а в точке б она ниже окружа-

302

fWl'

1590 ;х LU*

ющей среды. Такая картина наблюдается при перетоке жидкости за колонной сверху вниз. В интервале вг выделяется положительная аномалия. В точке в температура выше окружающей среды. Это обус­ ловлено движением жидкости в затрубном пространстве снизу вверх.

Выделение затрубной циркуляции в нагнетательных скважинах можно показать на примере, приведенном на рис. 172. Скважина после вскрытия трех пластов в интервале 1580— 1600 м продолжительное время использовалась как нагнетательная. Измерения показали, что температура по скважине на уровне 13° С сохраняется ниже интер­ вала перфорации до глубины 1612 м. Следовательно, на участке 1600— 1612 м имеется затрубная циркуляция и закачиваемая жид­ кость не поступает в пласты, вскрытые перфорацией.

Заколонные перетоки газа без выхода в скважину выделяются по данным термометрии так же, как и перетоки воды. Но в случае ин­ тенсивного выхода газа из пласта может проявиться дроссельный эф­ фект и тогда на термограмме отдающий пласт выделится понижени­ ем температуры.

Перетоки воды, интенсивность которых превышает 5 м3/сут, мо­ гут быть выделены методом наведенной активности кислорода — МНАК. Для активации кислорода необходим источник быстрых ней­ тронов. В настоящее время для этой цели используют импульсный

3 0 3

генератор нейтронов ИНГ-36-2. Индикаторы гамма-излучения рас­ полагаются по обе стороны от источника нейтронов.

Размер прямого зонда 50 см, обратного — 25 см.

Поскольку реакция активации кислорода ’gO + Jn —^ N + p + y протекает при энергиях нейтронов свыше 10 мэВ, а скважинный ге­ нератор ИГН-32-2 вырабатывает нейтроны энергией 14 мэВ, то ак­ тивация кислорода происходит только вблизи источника нейтронов, т. е. в той области, где они сохраняют высокую энергию. В результате метод имеет сравнительно небольшую глубину исследования, но пе­ ретоки вод за колонной могут быть выделены.

При измерениях МНАК ин­ формацию получают в виде ин­ тенсивностей гамма-излучений, регистрируемых прямым 150 и об­ ратным 1 -2 5 зондами, а также в виде безразмерного параметра

Л = ^5о/^-25- Для вычисления Г)ин­ тенсивность зондов замеряют по

источника нейтронов, уменьшаются, а показания большого зонда, расположенного выше источника нейтронов, сначала увеличи­ ваются, а затем с увеличением скорости потока также начинают снижаться (см. рис. 173).

При исследовании скважин, в которых поток воды движется сверху вниз, в частности в нагнетательных скважинах, измерения выполняют обращенной зондовой установкой, т. е. нижний зонд име­ ет размер 50 см, а верхний — 25 см.

Процесс выделения интервалов перетоков включает следующие операции. В исследуемом интервале регистрируют диаграммы ГМ и ИННМ-Т при времени задержки т = 800 мс. Проводят непрерывную регистрацию МНАК прямым и обратным зондами. Если по непрерыв­ ным диаграммам МНАК интервал перетока уверенно не выделяет­ ся, то проводят измерения по точкам с вычислением параметра тр Шаг измерений составляет 1 м.

Пример интерпретации диаграмм МНАК по выделению интервала затрубной циркуляции в нагнетательной скважине приведен на рис. 174. Основной поток жидкости по скважине, который приурочен

304

Рис. 174. Пример выделения заколонного перетока в нагнетательной сква­ жине по данным МНАК, ИНГМ.

1— интервал перфорации; 2 — заколонный переток; 3 — глина, 4—песчаник

к интервалу перфорации, четко выделяется по непрерывным диаг­ раммам МНАК: значения 150 превышают /_25. Ниже зоны перфора­ ции в интервале 1666— 1684 м по значениям относительного пара­ метра т], а также по данным термометрии фиксируется переток жид­ кости в затрубном пространстве.

Применение радиоактивных изотопов для изучения технического состояния скважин

С помощью радиоактивных изотопов может быть решен ряд за­ дач, связанных с изучением технического состояния скважин, в час­ тности: а) локализация мест нарушения колонны; б) определение заколонной циркуляции; в) выделение поглощающих горизонтов.

Изотопы, предназначаемые для проведения этих исследований, должны удовлетворять двум основным требованиям: иметь неболь­ шую продолжительность жизни; не адсорбироваться горными поро­ дами, глинистой коркой, буровым раствором, эксплуатационным и геофизическим оборудованием.

Практически этим требованиям отвечает изотоп натрия 24Na, пе­ риод полураспада которого 15 ч, и изотоп радона 222Rn, период полу­ распада 3,7 дня. Для приготовления изотопа 24Na непосредственно на месте его применения разработана транспортная активационная установка ТАУ-1.

Активационная камера установки заполняется порошком соды ЫаНСОз в объеме 65 — 70 кг и заливается водой. После помещения в рабочий канал стандартного источника быстрых нейтронов начина­ ется процесс активации

23

n Na + 'n -» ? 4Na

Распад радиоактивного натрия-24 сопровождается излучением 2— 3 гамма-квантов, энергия которых 1,37 и 2,75 мэВ. Для защиты02

обслуживающего персонала от нейтронного облучения активацион­ ную камеру окружают блоками защиты, содержащими водород.

Для активации всего материала требуется примерно 30 ч. После этого порошок, содержащий радиоактивный изотоп 24Na, под дей­ ствием потоков воды растворяется, вымывается из активационной камеры и с помощью насосов подается к устью скважины. За один цикл активации приготовляется 0,7 — 1,5 м3 радиоактивного раство­ ра. За счет малого содержания в растворе изотопа 24Na по сравне­ нию со стабильным изотопом 23Na практически исключается его ад­ сорбция в колонне и горных породах.

При проведении исследований с изотопами руководитель гео­ физической партии и представитель геологической службы конт­ ролируют последовательность выполнения всех этапов в соответствии с технической инструкцией. Методика работ предусматривает выпол­ нение следующих операций: проверку готовности скважины к прове­ дению исследований; запись контрольной кривой ГМ в интервале ис­ следования; приготовление радиоактивного раствора, ввод и продавливание его в скважину; проведение непрерывных замеров ГМ в процессе продавливания радиоактивного раствора.

Проверка готовности скважины — это проверка ее приемистости и соответствующего оборудования устья. При отсутствии приемис­ тости исследования не проводятся. Если гидростатический уровень ниже устья, то скважину заполняют глинистым раствором или во­ дой. Особых требований к физико-химическим параметрам раство­ ра не предъявляется.

Оборудование устья скважины должно обеспечить: герметизацию насосно-компрессорных труб и затрубного пространства; подключе­ ние насоса агрегата для продавливания жидкости через насосно-ком­ прессорные трубы или затрубное пространство; установку лубрика­ тора для проведения замеров под давлением в процессе закачки ра­ створа.

В скважину опускают насосно-компрессорные трубы, башмак ко­ торых устанавливают на 100200м выше интервала исследования. Оборудование башмака НКТ обеспечивает прохождение скважин­ ного прибора.

После проверки готовности скважины в интервале исследования, намеченном к проведению, регистрируют диаграмму ГМ, которая служит контрольным замером. Кривая ГМ регистрируется двумя гальванометрами, чувствительность которых 1:5 в масштабе глубин 1:200. При установке масштаба регистрации необходимо учитывать, что в процессе перемещения радиоактивного раствора интенсивность возрастает.

Замеры в скважине проводят при движении прибора снизу-вверх; в интервал замера должны войти нижняя и верхняя границы столба жидкости с радиоактивным раствором. Кривые регистрируются пос­ ле закачки очередной порции жидкости.

Пример выделения интервала заколонной циркуляции по данным радиоактивных изотопов приведен на рис. 175. Замер I — зафикси-

306

Рис. 175. Выделение зон заколонной циркуляции жидкости и поглощающих пластов в обсаженной скважине методом радиоактивных изотопов

1— интервалперфорации, 2— заколонныйпереток, 3— цемент, 4— обсаднаяколон­ на, 5 — проникновение активированной жидкости винтервале перфорации, 6 — гли­ на, 7 — песчаник, К — контрольный замер ГМ

ровал положение нижней границы радиоактивного раствора на глу­ бине 2150 м. Замеры II, III, IV свидетельствуют, что в интервале пер­ форации жидкость проникает в пласты, залегающие на глубинах 2162 — 2170 м и 2180 — 2185 м, а в интервале 2185 — 2230 м регистри­ руется зона заколонной циркуляции жидкости.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Как контролируется положение ствола скважины в простран­

стве?

2.Объясните построение горизонтальной проекции ствола сква­ жины.

3.Используя электрическую схему инклинометра (рис. 149), объясните, как производят измерения угла и азимута искривления скважины.

4.Для решения каких задач нужно знать фактический диаметр

скважины?

307

5. Перечислите геофизические методы контроля качества цемен­ тирования обсадных колонн и объясните физические основы этих ме­ тодик.

6.В скважине после непродолжительного периода эксплуатации возникла необходимость проверить качество цементного камня за ко­ лонной. Какими методами это лучше сделать, почему?

7.Каким геофизическим методом лучше проконтролировать ка­ чество цементного камня за колонной после проведения в скважине ремонтных работ, почему?

8.В скважине произошел прихват бурового инструмента. Как гео­

физическими методами определить место прихвата?

9.В процессе эксплуатации продуктивного горизонта стала во все большем объеме поступать пластовая вода. Какие исследования сле­ дует провести в скважине, чтобы:

а) установить место притока, б) установить источник поступающей воды?

10.Объясните методику выделения заколонного перетока воды методом МНАК, когда вода поступает из ниже залегающего гори­

зонта.

Г л а в а IX.

ПЕРФОРАЦИЯ И ТОРПЕДИРОВАНИЕ СКВАЖИН

Все работы в скважинах, связанные с применением взрывчатых веществ (ВВ), выполняются геофизической службой с использо­ ванием стандартного оборудования — подъемника, лебедки, кабеля.

Основное назначение прострелочно-взрывных работ — вскрытие пласта и восстановление или создание гидродинамической связи в системе скважина — пласт. Однако применение ВВ в скважинах не ограничивается решением только этих задач. С помощью взрывных работ выполняют различные операции, способствующие ликвидации аварии, ускорению ремонтных работ, повышению дебита скважин, более полной выработке месторождения.

§1. ПЕРФ ОРАЦИ Я СКВАЖ И Н

Впроцессе бурения скважины глинистые частицы бурового рас­ твора проникают в поры и ухудшают коллекторские свойства в при­ скважинной части пласта (зона кольматации). После окончания бу­ рения в скважину опускают колонну стальных труб, затрубное про­ странство цементируют. Для восстановления гидродинамической связи необходимо создать систему каналов, трещин, обеспечиваю­ щую поступление пластового флюида в скважину.

Создание в стальной колонне, цементном камне и горной породе каналов (отверстий) называется перфорацией. Перфорационные ка­

308

налы должны иметь достаточный диаметр, обеспечивающий необхо­ димый дебит; глубину, позволяющую вскрыть пласт за зоной кольматации. Желательно также, чтобы вокруг каналов создавались трещи­ ны, способствующие повышению проницаемости. Необходимо исклю­ чить засорение каналов глинистыми частицами; перед перфорацией ствол скважины должен быть тщательно промыт и заполнен раство­ ром, не содержащим глинистых частиц.

Перфорация должна быть также высокопроизводительной, не тре­ бовать значительных затрат времени и обеспечивать целостность ко­ лонны и цементного камня выше и ниже интервала вскрытия пласта.

Наиболее полно этим требованиям отвечают стреляющие перфо­ раторы, которые позволяют создать в горной породе каналы глуби­ ной 70 — 200 мм, диаметром 8— 25 мм при плотности перфорации 10— 20 отверстий на 1 м. Размеры перфорационного канала опреде­ ляются физическими свойствами горных пород, техническим состо­ янием скважины, пластовым давлением и типом применяемой аппа­ ратуры.

По принципу действия стреляющие перфораторы подразделяют­ ся на пулевые и кумулятивные (рис. 176). Ранее применялись также торпедные (снарядные) перфораторы.

Рис. 176. Типы стреляющих перфораторов

309

Пулевые перфораторы. При пулевой перфорации вскрытие плас­ та производится пулями, выстреливаемыми специальными аппара­ тами — перфораторами. По своему устройству пулевые перфорато­ ры делятся на перфораторы с горизонтальными и вертикально-кри­ волинейными стволами. Кроме того, перфораторы подразделяются на аппараты залпового и селективного действия. Перфораторы с верти­ кально-криволинейными стволами только залпового действия.

Проникновение пули в различные преграды определяется ее на­ чальной скоростью, массой и формой. При выстреле пороховые газы совершают работу

i

A =jp(l)Sndl

о

где р(1) —давление в стволе перфоратора; S„ — площадь сечения пули; I — длина канала ствола. Придать пуле большую скорость и, следовательно, увеличить ее пробивную способность можно путем повышения давления в стволе или увеличения длины ствола.

Давление в стволе повышается за счет увеличения массы поро­ хового заряда. Это достигается применением большого объема камо­ ры и прессованного пороха. Однако даже увеличенный заряд в пер­ фораторах с горизонтальными стволами, длина которых ограничена диаметром скважины, не обеспечивает достаточной пробивной спо­ собности. Аппараты этого типа, несмотря на высокую производитель­ ность и низкую стоимость работ, в настоящее время в нефтяной и газовой промышленности практически не применяются.

Для повышения пробивной способности пули необходимо удлинить ствол. Это реализовано в перфораторах типа ПВН. В аппаратах этого типа вертикальный удлиненный ствол проложен в теле перфоратора. На конце каждого ствола имеется криволинейный желоб, который изменяет движение пули и направляет ее в сторону стенки скважины. Применение крупнозернистого пороха позволяет поддерживать вы­ сокое давление пороховых газов при движении пули в стволе. В ре­ зультате пуля приобретает высокую скорость (до 900 м/с), что при значительной массе (около 200 г) обеспечивает большую пробивную способность. Перфораторы успешно используются при вскрытии пла­ стов, перекрытых двумя и даже тремя обсадными колоннами.

Конструкция перфоратора показана на рис. 177. Основные части перфоратора: пиропатрон 1, головка 2 с электровводом, две секции 4, переходник 8, наконечник 9. Головка обеспечивает подсоединение прибора к кабелю. В ней проложен герметизированный электроввод; здесь ж е помещается пиропатрон и верхний пороховой заряд 7. Пи­ ропатрон воспламеняет самый верхний заряд, а от него по системе огнепроводных каналов воспламеняются остальные заряды.

Секции на концах имеют резьбу для соединения с головкой, нако­ нечником или переходником. Герметизация осуществляется рези­ новыми кольцами. Вдоль оси секции в двух взаимно перпендикуляр­ ных плоскостях расположены четыре ствола оканчивающиеся кри­ волинейными желобами.

310