Патент на изобретение №2162939

(54) СПОСОБ ГАЗОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и позволяет повысить качество газогидродинамических исследований скважин. Для этого способ включает остановку скважины, работающей на установившемся режиме с известными характеристиками, регистрацию в ней давления и обработку полученной кривой восстановления давления. После остановки скважины давление измеряют и регистрируют с заданным шагом по времени и на следующих друг за другом интервалах времени, задаваемых приведенным математическим выражением. Затем производят расчет и регистрацию среднего значения давления. После этого определяют разностное отношение по приведенной формуле, по стабилизации которого выделяется участок кривой восстановления давления с линейным характером зависимости квадрата забойного давления от логарифма времени для определения фильтрационных емкостных параметров пористой среды. Причем для обеспечения заданной точности результатов количество замеров на интервалах времени, где рассчитывается среднее давление, выбирается по приведенному условию. 2 ил.

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности и может быть использовано при проведении газогидродинамических исследований скважин.

Известен способ исследования скважин с помощью гидропрослушивания, который заключается в регистрации изменения давления на забое реагирующей скважины при работе возмущающих скважин и определении параметров пласта по полученной кривой гидропрослушивания (Кульпин Л.Г., Мясников Ю.А. Гидродинамические методы исследования нефтегазоводоносных пластов. – М: Недра, 1974, с. 17).

Недостатком указанного способа является незначительное изменение давления на забое реагирующей скважины газового месторождения, вскрывшей высокопроницаемый пласт. Это приводит к большой погрешности измерений величины изменения давления и снижению качества результатов исследований.

Известен способ исследования скважин, включающий пуск скважины в работу на определенном режиме, регистрацию изменения давления в скважине и ее дебита и обработку полученных кривых стабилизации давления и дебита (Инструкция по комплексному исследованию газовых и газоконденсатных пластов и скважин. Под ред. Г.А.Зотова, З.С.Алиева. – М.: Недра, 1980, с. 178-179).

Недостатком указанного способа является большая погрешность определения давления на забое работающей газовой скважины. Кроме того, при исследовании высокодебитных газовых скважин давление и дебит в процессе их стабилизации изменяются незначительно, что затрудняет регистрацию этих изменений с требуемой точностью, а следовательно, снижает качество результатов исследований.

Известен способ исследования скважин, включающий остановку скважины, работающей на установившемся режиме с известными характеристиками, регистрацию в ней давления и обработку полученной кривой восстановления давления (А. И. Гриценко, З.С.Алиев, О.М.Ермилов, В.В.Ремизов, Г.А.Зотов. Руководство по исследованию скважин. – М.: Наука, 1995, с. 263-264).

Недостатком указанного способа является недостаточное качество результатов исследований высокодебитных скважин, например, скважин газовых месторождений Крайнего Севера Западной Сибири, где высокая проницаемость продуктивных пластов обуславливает незначительную величину изменения давления за время проведения исследований, которая часто ниже погрешности измерения давления.

Задачей изобретения является разработка способа исследований высокодебитных скважин по кривым восстановления давления.

Технический результат достигается за счет специального алгоритма регистрации давления в скважине и обработки результатов замеров при проведении исследований скважин по кривым восстановления давления.

Целью изобретения является повышение качества результатов газогидродинамических исследований скважин.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом способе газогидродинамических исследований, включающем остановку скважины, работающей на установившемся режиме с известными характеристиками, регистрацию в ней давления и обработку полученной кривой восстановления давления, в скважине после ее остановки давление измеряют и регистрируют с заданным шагом по времени и на следующих друг за другом интервалах времени, задаваемых выражением:
T_j= t₀10<sup>jx,
где j – порядковый номер интервала;
T_j – время окончания j-го интервала;
t_o – коэффициент;
x – параметр, задающий длительность интервалов, x > 0, производят расчет и регистрацию среднего значения давления:

где j – порядковый номер интервала, на котором производится усреднение давления;
P_j – среднее давление на j-м интервале;
N_j – количество замеров давления на j-м интервале;
i – порядковый номер замера давления на j-м интервале;
p_i – результат i-го замера давления в скважине,
пересчитываемого по барометрической формуле в давление на забое скважины Pz_j, после чего определяют разностное отношение по формуле:

где (P2)’_j – разностное отношение;
Pz_j, Pz_j-1 – давление в скважине, усредненное соответственно на j-м и j-1-м интервалах;
x – параметр, задающий длительность интервалов,
по стабилизации которого выделяют участок кривой восстановления давления с линейным характером зависимости квадрата забойного давления от логарифма времени для определения фильтрационных и емкостных параметров пористой среды, причем для обеспечения заданной точности результатов количество замеров на интервалах времени, где рассчитывают среднее давление, выбирают из условия:

где N_j – количество замеров на j-м интервале;
– допустимая относительная погрешность результатов;
– абсолютная погрешность измерения давления;
Pz_j – ожидаемое изменение забойных давлений между интервалами.</sup>

Способ реализуется следующим образом.

Давление в скважине, после ее остановки, измеряют и регистрируют, например, микропроцессорным устройством, с заданным шагом. Время проведения измерений, начиная с момента остановки скважины, разбивают на отдельные следующие друг за другом интервалы, длительность которых больше длительности интервалов между отдельными замерами давления. Время окончания интервалов задают выражением:
T_j= t₀10^{jx, (1)
где j – порядковый номер интервала;
T_j – время окончания j-го интервала;
t_o – коэффициент;
x – параметр, задающий длительность интервалов, x > 0.}

На каждом интервале производят расчет и регистрацию среднего значения давления:

где j – порядковый номер интервала, на котором производится усреднение давления;
P_j – среднее давление на j-м интервале;
N_j – количество замеров на j-м интервале;
i – порядковый номер замера давления на j-м интервале;
p_i – результат i-го замера давления в скважине.

Давление P_j, полученное путем усреднения измеренных на j-м интервале значений давления в скважине, пересчитывают с помощью барометрической формулы (А. И.Гриценко и др. Руководство по исследованию скважин. – М.: Наука, 1995, с. 115) в давление на забое скважины Pz_j. Затем определяют разностное отношение по формуле

где j – порядковый номер интервала;
(P²)’_j – разностное отношение;
Pz_j, Pz_j-1 – давление на забое скважины, усредненное соответственно на j-м и j-1-м интервале;
Tc_j, Tc_j-1 время, прошедшее от начала измерений до середины соответственно j-го и j-1-го интервала.

Время, прошедшее от начала измерений до середины j-го интервала, рассчитывают по формуле:

где j – порядковый номер интервала;
Tc_j – время, прошедшее от начала измерений до середины j-го интервала;
T_j, T_j-1 – время окончания соответственно j-го и j-1-го интервала.

После подстановки уравнений (1) и (4) в формулу (3) получим соотношение для расчета разностного отношения:

где j – порядковый номер интервала;
– разностное отношение;
Pz_j, Pz_j-1 – давление на забое скважины, усредненное соответственно на j-м и j-1-м интервале;
x – параметр, задающий длительность интервалов, x > 0.

Стабилизация значений разностного отношения указывает на линейный характер зависимости квадрата забойного давления от логарифма времени. Данные, полученные на этом участке кривой восстановления давления, обрабатывают с целью определения фильтрационных и емкостных параметров пористой среды по формуле:
Pz²= +lgT, (6)
где T – время, прошедшее от начала;
Pz – давление на забое скважины в момент времени T;
и – коэффициенты, содержащие информацию о фильтрационных и емкостных параметрах пористой среды.

Для линейного участка кривой восстановления давления коэффициент рассчитывают по формуле:

где – коэффициент;
T₁, T₂ – время в пределах линейного участка кривой восстановления давления;
Pz₁, Pz₂ – давления на забое скважины соответственно в моменты времени T₁ и T₂.

При T₁ = Tc_j-1 и T₂ = Tc_j формула (7) принимает вид:

где j – порядковый номер интервала;
– коэффициент;
Pz_j, Pz_j-1 – давление на забое скважины, усредненное соответственно на j-м и j-1-м интервале;
Tc_j, Tc_j-1 – время, прошедшее от начала измерений до середины соответственно j-го и j-1-го интервала.

Сравнение выражений (3) и (8) показывает, что при таком выборе моментов времени T₁ и T₂ коэффициент равен разностному отношению, по стабилизации значений которого определяется линейный участок кривой восстановления давления. Если пренебречь ошибкой измерения времени, то относительная погрешность результата расчета коэффициента и разностного отношения зависит от относительной погрешности определения величины разности квадратов забойных давлений Pz:

где j – порядковый номер интервала;
– относительная погрешность результата;
Pz_j, Pz_j-1 – давление на забое скважины, усредненное соответственно на j-м и j-1-м интервале;
Pz_j,Pz_j-1 – погрешность определения давления на забое скважины соответственно на j-м и j-1-м интервале.

При условии незначительной разницы между давлениями и погрешностями их определения соседних интервалов выражение (9) принимает вид:

где j – порядковый номер интервала;
– – относительная погрешность результата;
Pz_j – разность между средними забойными давлениями j-го и j-1-го интервалов;
Pz_j – погрешность определения давления на забое скважины соответственно на j-м интервале.

Поскольку давление на забое скважины определяется по среднему значению N_j замеров давления в скважине, то погрешность результата уменьшается по сравнению с погрешностью измерения давления пропорционально корню квадратному из количества замеров (Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешности результатов измерений. – Л. : Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991, с. 163) и может быть оценена по формуле:

где Pz_j – погрешность определения забойного давления на j-м интервале;
p – абсолютная погрешность измерения давления;
N_j – количество замеров на j-м интервале.

Формула (11) справедлива при отсутствии систематической составляющей погрешности измерения давления. Однако, когда систематическая погрешность стабильна на протяжении проведения исследований, а давление на линейном участке кривой восстановления давления изменяется незначительно, наличие систематической ошибки приводит к одинаково заниженным или завышенным значениям давлений и ее влияние на разность квадратов давлений будет несущественно. Формулы (10) и (11) позволяют определить требуемое количество замеров на интервалах времени, где рассчитывается среднее давление, для обеспечения необходимой точности результатов:

где N_j – количество замеров на j-м интервале;
– допустимая относительная погрешность результатов;
p – абсолютная погрешность измерения давления;
Pz_j – ожидаемая величина изменения забойного давления между интервалами.

Значение параметра x задается, исходя из требований, предъявляемых к результатам обработки, в частности, из допустимой длительности интервалов. Минимальное значение x ограничено быстродействием измерительного устройства.

Пример конкретной реализации способа иллюстрируется графическими материалами (фиг. 1 и фиг.2).

Скважина 164 Юбилейного газового месторождения была исследована известным способом (А.И.Гриценко, З.С.Алиев, О.М.Ермилов, В.В.Ремизов, Г.А.Зотов. Руководство по исследованию скважин. – М.: Наука, 1995, с. 263-264) с регистрацией кривой восстановления давления и предлагаемым способом 30 сентября 1998 года. До остановки скважина длительное время работала с дебитом 1280 тыс.м³/сут. Давление регистрировалось на устье скважины с помощью микропроцессорного устройства. При исследовании известным способом интервал между измерениями составлял несколько секунд и усреднения результатов замеров не производилось. При исследовании предлагаемым способом на интервалах времени, задаваемых выражением (1):
T_j= t₀10<sup>jx,
где j – порядковый номер интервала;
T_j – время окончания j-го интервала;
t₀ – коэффициент;
x – параметр, задающий длительность интервалов, x > 0; рассчитывались средние значения давления по формуле (2):

где j – порядковый номер интервала, на котором производится усреднение давления;
P_j – среднее давление на j-м интервале;
N_j – количество замеров на j-м интервале;
i – порядковый номер замера давления на j-м интервале;
p_i – результат i-го замера давления в скважине,
при параметре x = 0,1 и коэффициенте t₀ = 1 сек. Поскольку после закрытия рабочей задвижки на устье скважина не останавливается мгновенно, начальный участок кривой восстановления давления сильно искажается нестационарными процессами, происходящими на забое и в стволе скважины. Только после их окончания, примерно через 100 сек для скважин Юбилейного месторождения, зависимость квадрата давления на забое от логарифма времени приобретает линейный характер. Поэтому для оценки необходимого количества замеров были выбраны интервалы с порядковым номером больше 20. Расчет проводился по формуле (12):

где N_j – количество замеров на j-м интервале;
– допустимая относительная погрешность результатов;
p – абсолютная погрешность измерения давления;
Pz_j – ожидаемая величина изменения забойного давления между интервалами.</sup>

Ожидаемая величина изменения давления между интервалами оценивалась по известным характеристикам продуктивного пласта Юбилейного месторождения и составила величину 0,001 МПа. В погрешности измерения давления учитывалась только случайная составляющая, которая была равна ~0,0015 МПа. Как показал расчет, требовалось не менее 40 замеров давления на интервалах усреднения, чтобы погрешность результата не превышала 50%. Для этого был установлен шаг измерений ~ 0,5 сек, поскольку длительность выбранных интервалов больше 20 сек. Длительность интервалов со временем возрастала и была возможность, не повышая погрешность результата, увеличить шаг между измерениями, однако для упрощения алгоритма измерений он оставался постоянным на протяжении всего исследования скважины.

Кривая восстановления давления на забое скважины, рассчитанная с помощью барометрической формулы по устьевым замерам, в виде зависимостей квадрата давления от логарифма времени, прошедшего от момента остановки скважины, представлена на фиг. 1. Кривая 1 на фиг. 1 построена по результатам исследований известным способом, а кривая 2 на фиг.1 – по результатам исследований предлагаемым способом.

Для определения начала линейного участка кривой восстановления давления было рассчитано разностное отношение для предлагаемого способа по формуле (5):
,
где j – порядковый номер интервала;
(P²)’_j – разностное отношение;
Pz_j, Pz_j-1 – давление на забое скважины, усредненное соответственно на j-м и j-1-м интервале;
x – параметр, задающий длительность интервалов, x = 0,1;
а для известного способа по формуле:
,
где (P²)’_i – разностное отношение;
i – порядковый номер замера;
p_i, p_i-1 – результаты соответственно i-го и i-1-го замера давления в скважине;
t_i, t_i-1 – время проведения соответственно i-го и i-1-го замера.

График разностного отношения для известного способа представлен на фиг. 2 кривой 1, для предлагаемого способа – на фиг. 2 кривой 2. Как видно из фиг. 2, разброс значений квадратов забойных давлений и разностного отношения, полученных по результатам исследований известным способом, не позволяет уверенно выделить линейный участок кривой восстановления давления, обработать его и рассчитать коэффициент . В то же время, значения разностного отношения, полученного по результатам исследований предлагаемым способом (кривая 2 фиг. 2), стабилизируются при Log T_j > 1,9, что указывает на начало линейного участка кривой восстановления давления. Данные, соответствующие линейному участку кривой восстановления давления, были обработаны по формуле (6):
Pz²= +lgT,
где T – время, прошедшее от начала измерений;
Pz – давление на забое скважины в момент времени T;
и – коэффициенты, содержащие информацию о фильтрационных и емкостных параметрах пористой среды,
и рассчитано значение коэффициента = 0,0876.

Таким образом, предлагаемый способ существенно повышает качество исследований высокодебитных скважин по кривым восстановления давления, в том числе и скважин Крайнего Севера Западной Сибири, где высокая проницаемость продуктивных пластов обуславливает незначительную величину изменения давления за время проведения исследований. Специальный алгоритм регистрации давления в скважине и обработки результатов замеров позволяет определить фильтрационные и емкостные параметры продуктивного пласта даже в случае, когда погрешность измерения давления выше величины изменения давления в процессе его восстановления после остановки скважины.

Источники информации:
1. Кульпин Л. Г. , Мясников Ю.А. Гидродинамические методы исследования нефтегазоводоносных пластов. -М: Недра, 1974, с. 17.

2. Инструкция по комплексному исследованию газовых и газоконденсатных пластов и скважин. Под ред. Г.А.Зотова, З.С.Алиева. – М.: Недра, 1980, с. 178-179.

3. А.И.Гриценко, З.С.Алиев, О.М.Ермилов, В.В.Ремизов, Г.А.Зотов. Руководство по исследованию скважин. -М.: Наука, 1995, с. 263-265 (прототип).

Формула изобретения

Способ газогидродинамических исследований, включающий остановку скважины, работающей на установившемся режиме с известными характеристиками, регистрацию в ней давления и обработку полученной кривой восстановления давления, отличающийся тем, что давление в скважине после ее остановки измеряют и регистрируют с заданным шагом по времени и на следующих друг за другом интервалах времени, задаваемых выражением
T_j = t₀10<sup>jx,
где j – порядковый номер интервала;
T_j – время окончания j-го интервала;
t_o – коэффициент;
x – параметр, задающий длительность интервалов, x > 0;
производят расчет и регистрацию среднего значения давления

где j – порядковый номер интервала, на котором производится усреднение давления;
P_j – среднее давление на j-м интервале;
N_j – количество замеров давления на j-м интервале;
i – порядковый номер замера давления на j-м интервале;
p_i – результат i-го замера давления в скважине,
пересчитываемого по барометрической формуле в давление на забое скважины Pz_j,
после чего определяют разностное отношение по формуле

где (P2)_j – разностное отношение;
x – параметр, задающий длительность интервалов, x > 0;
Pz_j, Pz_j-1 – давление на забое скважины, усредненное соответственно на j-м и j-1-м интервалах;
по стабилизации которого выделяют участок кривой восстановления давления с линейным характером зависимости квадрата забойного давления от логарифма времени для определения фильтрационных и емкостных параметров пористой среды, причем для обеспечения заданной точности результатов количество замеров на интервалах времени, где рассчитывают среднее давление, выбирают из условия:

где N_j – количество замеров на j-м интервале;
– допустимая относительная погрешность результатов;
p – абсолютная погрешность измерения давления;
Pz_j – ожидаемое изменение забойных давлений между интервалами.</sup>

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 24.06.2001

Номер и год публикации бюллетеня: 34-2002

Извещение опубликовано: 10.12.2002

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 5-2004

Извещение опубликовано: 20.02.2004

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 24.06.2007

Извещение опубликовано: 10.02.2009 БИ: 04/2009