Кафедра общей и прикладной геофизики

Курсовой проект

Исследование влияния состава флюида на показания термодебетомеров нефтяных эксплуатационных скважин

Выполнила: студентка группы 4151

Медведева В. А.

Проверил:

профессор Неретин В. Д.

Дубна, 2005

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Исследование притока и поглощения жидкости и газа в эксплуатационных и нагнетательных скважинах

Приборы для измерения расходов жидкости и газа

Термокондуктивная расходометрия

Расходомеры

Работа с дебитомером на скважине и интерпретация дебитограмм

Практическая часть

Определение зависимости приращения температуры ΔТ от коэффициента А для модели газа, воды и нефти

Интерпретация дебитограмм

Заключение

Список литературы

Введение

Для уточнения положения, мощности и вертикальной неоднородности коллекторов, определения эффективности перфорации, гидроразрыва, солянокислотной обработки, оценки коэффициента продуктивности отдельных прослоев, а также для решения других задач в разрезе, вскрытом эксплуатационной скважиной, необходимо выделить интервалы, отдающие жидкость, определить дебит из каждого пласта. В нагнетательных скважинах соответственно необходимо выделить интервалы, принимающие жидкость, и определить объем жидкости, поглощаемой, каждым интервалом.

Аналогичные исследования необходимо проводить также до и после мероприятий по интенсификации пластов (солянокислотной обработки, гидроразрыва, дополнительной перфорации, и т. п.) с целью выяснения эффективности обработки.

В результате исследований получают график изменения суммарного (для всех пластов ниже заданной глубины) или поинтервального дебитов по глубине скважины, называемых профилями притока (поглощения) жидкости или газа.

Профили притока получают следующими методами: 1) измерением скорости движения жидкости в стволе скважины с помощью специальных приборов, называемых дебитомерами и расходомерами (первые предназначены для исследования эксплуатационных скважин, вторые – нагнетательных); 2) определением скорости движения по стволу скважины некоторой «метки », например радиоактивных изотопов, нагретой воды: и т. п., добавленных в поток флюида, или части флюида, отличающейся радиоактивностью, температурой или другими свойствами; 3) изучением изменений температуры флюида в месте его.

Исследование притока и поглощения жидкости и газа в эксплуатационных и нагнетательных скважинах

Дебитомеры и расходомеры могут быть с местной регистрацией и дистанционные. В приборах с местной регистрацией измеренная величина регистрируется устройством, помещенным в самом скважинном снаряде. Их пакеры обычно раскрываются однократно с помощью спускового механизма, также размещенного в скважинном снаряде. В дистанционных приборах измеряемая в виде электрического сигнала величина передается на поверхность по кабелю и там регистрируется обычными регистраторами станций.

Дебитомеры различаются также способом пакеровки. Дебитомеры с абсолютной пакеровкой обеспечивают проход всего потока через измерительный канал. Дебитомеры с пакерами зонтичного типа лишь частично перекрывают пространство между стенкой скважины и дебитомером.

Существуют также более простые дебитомеры без пакеров. Их применение целесообразно при измерении больших расходов жидкости или газа, а также при стационарной установке прибора в скважине, когда доля флюида, проходящего через датчик, остается примерно постоянной. Введение пакеров в конструкцию дебитомеров вызывает значительное усложнение их конструкции, но в то же время повышается точность определения дебитов.

По принципу действия основного элемента – датчика наиболее распространенные скважинные дебитомеры и расходомеры относятся к одному из двух типов: турбинным (вертушечным) или термоэлектрическим.

Приборы для измерения расходов жидкости и газа

Автономные расходомеры

Дебит жидкости измеряется следующим образом. После раскрытия пакера поток жидкости поступает в калиброванную трубу прибора и воздействует на турбинку, ротор которой вращается в пластмассовых подшипниках с агатовым подпятником. Вращение турбинки передается пишущему перу посредством магнитной муфты и понижающего редуктора.

Показания дебитомеров поплавково-пружинного типа в большей степени зависят от плотности потока. Кроме того, трение в регистраторе существенно влияет на чувствительность приборов этого типа.

Расходомеры, спускаемые в скважину на проволоке, не получили широкого распространения.

Дистанционные тахометрические расходомеры

Дистанционный дебитомер ДГД-2 с абсолютным пакером предназначен для определения величины притока жидкости из отдельных пропластков продуктивного горизонта в нефтяных скважинах при фонтанном или компрессорном способе добычи нефти.

Дебитомер ДГД-8 применяют также для спуска в затрубное пространство глубиннонасосных скважин.

Дебитомеры-расходомеры РГД-2М, РГД-36, РГТ-1 и «Кобра-РЗб», применяют для исследования фонтанных и нагнетательных скважин. Основные отличия приборов состоят в конструкции пакерующего устройства.

Расходомеры РГД-3, РГД-5 и РГД-6 предназначены для измерения дебитов в скважинах при закачке воды непосредственно через эксплуатационную колонну. Измерительные части расходомеров этого типа имеют одинаковую конструкцию.

Для измерения расходов горячей воды, закачиваемой в пласт при термических методах добычи нефти, ВНИИКАнефтегаз разработал скважинный расходомер «Терек-3».

Дистанционные расходомеры обтекания. Термокондуктивные расходомеры

Турбинные датчики расхода, как известно, работают удовлетворительно при сравнительно больших скоростях потока жидкости. В этом случае повышается точность измерений (особенно при измерении небольших расходов), а также уменьшается степень влияния вязкости на показания расходомера. Однако возрастает перепад давления на приборе, что затрудняет процесс измерения и приводит к некоторому искажению действительного профиля притока.

Дистанционные дебитомеры относятся к расходомерам обтекания. Применяют их для измерения небольших расходов.

Принцип действия термоэлектрических датчиков расхода заключается в измерении количества теплоты, теряемого предварительно или непрерывно нагреваемым телом, помещенным в потоке газа или жидкости.

Беспакерный скважинный дебитомер СТД-2 (Рис. 1) состоит из кожуха 1, датчика 2 и кабельной головки 3, соединенной с датчиком с помощью переходника 5, уплотненного кольцами 4. Чувствительным элементом служит терморезистор, представляющий собой сопротивление, навитое из изолированного тонкого медного провода и помещенное в медную трубку. При подводе напряжения термосопротивление нагревается до температуры большей, чем температура окружающей среды. При движении жидкости (газа) терморезистор охлаждается тем больше, чем больше скорость потока, а следовательно, уменьшается его активное сопротивление, которое регистрируется наземным прибором. Электрическая схема дебитомера представляет собой мост постоянного тока с четырьмя плечами, три плеча которого расположены в наземном приборе, а четвертое плечо образуется одножильным кабелем с подключенным к нему терморезистором. Прибор может работать в режимах «дебитомер» и «термометр.

Рис. 1. Беспакерный скважинный дебитомер СТД-2

1 – кожух; 2 – датчик; 3 – кабельная головка; 4 – кольца; 5 – переходник.

Для исследования глубиннонасосных скважин разработаны дебитомеры СТД-16 и СТД-4 диаметрами соответственно 16 и 20 мм.

Термокондуктивная расходометрия

Принцип работы термокондуктивных расходомеров основан на зависимости температуры подогреваемого термодатчика от скорости потока флюида. Термодатчиком служит резистор, нагреваемый током до температуры, превышающей температуру окружающей среды. Приращение температуры термодатчика , позволяющее судить о скорости потока, определяется либо по приращению сопротивления датчика (в приборах типа СТД либо по приращению частоты .

Термокондуктивные расходомеры должны удовлетворять следующим требованиям: допустимая погрешность определения приращения температуры не должна превышать ±0,2 °С; тепловая инерционность датчика не должна быть более 10 с; верхний предел измерений дебита осевого потока не должен быть ниже 150 м³ /сут; диаграммы должны повторяться с погрешностью не более удвоенной величины флуктуационной ошибки измерения.

Расходомеры

Чувствительным элементом термокондуктивных расходомеров (Рис. 2) является резистор-датчик, нагреваемый электрическим током до температуры, превышающей температуру среды. Резистор-датчик включен в мостовую схему, с помощью которой наблюдается изменение его сопротивления при постоянной величине нагревающего тока. По величине этого изменения можно судить о температуре датчика и скорости потока.

Рис. 2. Расходомер термокондуктивный.

1 – кабельная головка; 2 – резистор-датчик; 3 – защитный кожух; 4 – хвостовик

Термокондуктивный индикатор СТИ. Термокондуктивный индикатор СТИ предназначен для исследования нефтяных эксплуатационных и нагнетательных скважин через насосно-компрессорные трубы диаметром 50 мм и выше, а также через межтрубное пространство и рассчитан на работу в комплексе с каротажными станциями, оборудованными универсальными источниками питания УИП-К и каротажными регистраторами.

Принцип действия. Скважинный термокондуктивный индикатор притока СТИ работает по принципу термоанемометра: в нем установлен датчик (активное сопротивление), нагреваемый постоянным стабилизированным током до температуры большей температуры омывающей его среды. Набегающий поток жидкости или газа охлаждает датчик и тем самым изменяет его активное сопротивление. В скважине величина теплоотдачи датчика зависит от скорости потока, теплофизических характеристик среды, тока питания. В скважине постоянного диаметра в однородной среде теплоотдача датчика зависит только от скорости потока. Активное сопротивление в таком случае обратно пропорционально средней линейной скорости потока, что позволяет в благоприятных условиях измерять скорость потока и построить профиль притока или поглощения флюида.

Для среды с неоднородным распределением теплофизических характеристик (в обводненных нефтяных скважинах или с «застойной» водой) определяются только качественные показатели притока пласта.

Активное сопротивление датчика определяется по мостовой схеме, в измерительную диагональ которой включен регистратор. Измерительный мост расположен в наземном пульте, к которому подключено стабилизированное, питание от источника УИП-1, УИП-2 или УИП-К. Скорость флюида, обтекающего датчик, регистрируется в виде диаграммы изменения выходного сигнала измерительного моста панели управления регистраторами серийных каротажных станций.

Скважинный прибор состоит из блока преобразователя температуры и притока, предназначенного для преобразования изменения скорости и температуры радиального потока в изменения сопротивлений преобразователя притока; сменных центраторов, для центрирования скважинного прибора в эксплуатационной колонне при спуске его через насосно-компрессорные трубы.

Технические характеристики термокондуктивных индикаторов притока различных типов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Техническая характеристика термокондуктивных индикаторов притока типа СТИ

Термоэлектрический скважинный дебитомер СТД. Техническая характеристика скважинного термокондуктивного дебитомера

1) Назначение – исследование скорости потока жидкости по колонне по результатам измерения приращения температур. Прибор СТД-2 используется для фонтанирующих и нагнетательных скважин; СТД–4 – для скважин, эксплуатирующихся при помощи штанговых насосов.

2) Тип прибора – беспакерный.

3) Аппаратура рассчитана для измерений на одножильном бронированном кабеле и на работу с серийными каротажными станциями.

4) Параметры датчика:

сопротивление при 20°С, Ом………………………………………1000±4

наружный диаметр корпуса датчика, мм………………..……………….8

длина, мм……………………….…………...…………………………...300

рабочий ток, мА:

в режиме дебитомера……………………………………...…..120 или 150

в режиме термометра………….……………………………………10–12

5) Запись дебитограмм как по точкам (около 5 мин на 1 точку),

так и непрерывно со скоростью порядка 100 м/ч, что соответствует

минимальной скорости современных подъемников.

6) Порог чувствительности (в начале шкалы) –около 4 м³ /сут по воде, около 1–3 м³ /сут по нефти.

7) Максимальное рабочее давление 360 кгс/см²

8) Максимальная рабочая температура +80°С

9) Габариты скважинного прибора, мм:

СТД-2: диаметр –36, длина –540

СТД-4: диаметр –20, длина –430.

10) Вес скважинного прибора около 1 кг.

Термоэлектрический скважинный дебитомер СТД работает по принципу термоанемометра. На рис. 3 показана упрощенная электрическая схема дебитомера. Сопротивление датчика дебитомера R _д нагревается проходящим по нему током (120–150 мА) и его температура становится выше температуры среды в скважине. В местах притока жидкости (газа) датчик охлаждается, в результате чего изменяется его сопротивление. Это изменение сопротивления фиксируется мостовой схемой, в одно из плеч которой включен датчик. Измеряемый параметр в виде напряжения разбаланса моста регистрируется измерительным прибором или фоторегистратором каротажной станции.

Е – источник тока; R_д – переключатель (1 – эталон; 2 – температура; 3 – дебитомер); ЦЖК – жила кабеля; ОК – его броня

Рис. 3. Принципиальная электрическая схема термодебитометра СТД.

Переход от приращений сопротивления к скорости движения жидкости (газа) осуществляют по эталонной кривой, получаемой в результате эталонирования прибора, т. е. измерения его показаний при различных скоростях потока в трубе того же диаметра, что и диаметр обсадной колонны.

Сопротивление датчика помещают в металлическую трубку диаметром 8 мм и длиной 300 мм; для уменьшения постоянной времени свободное пространство в трубке заливают металлическим сплавом с температурой плавления 80–130 °С.

Исследования дебитомерами, как правило, проводят в действующих скважинах. Лишь при необходимости установления межпластовых перетоков иногда исследуют остановленные скважины.

Исследования могут проводиться при непрерывном движении прибора в скважине либо «по точкам», т. е. на отдельных глубинах при неподвижном приборе. При обработке результатов, используя данные эталонировки прибора, от импульсов в минуту переходят к абсолютным величинам – дебиту в кубических метрах в сутки.

Полученная кривая, показывающая количество (долю) жидкости, проходящей через сечение скважины на различных глубинах, называется интегральной дебитограммой (Рис. 4, а, кривая 1). Она показывает суммарный дебит всех пластов, расположенных ниже данной глубины. В интервалах притока на такой дебитограмме наблюдается рост показаний, а в интервалах поглощения – их уменьшение. Приращение показаний в определенном интервале пропорционально количеству жидкости, отдаваемой (поглощаемой) этим интервалом. Так, на Рис. 4 притоки жидкости наблюдаются в четырех интервалах, отмеченных стрелками, причем наибольшая часть притока (7 м³ /сут, или около 40%) связана с верхним интервалом (1529–1539 м). Далее по интегральной дебитограмме строят дифференциальную дебитограмму (см. Рис. 4, а, кривая 2), показывающую интенсивность притока (поглощения) на единицу мощности пласта. Для получения абсцисс этой кривой приращения показаний на интегральной кривой делят на мощность интервала, в котором наблюдается соответствующее приращение.

1 – интегральная дебитограмма; 2 – дифференциальная дебитограмма

Рис. 4. Примеры дебитограмм, зарегистрированных турбинным (а) и термоэлектрическим (б) дебитомерами.

На Рис. 4, б изображена схематическая дебитограмма, полученная термодебитомером. При переходе через интервал, на котором в скважину поступает жидкость, следовательно, изменяется скорость движения потока, за счет изменения теплообмена изменяется сопротивление чувствительного элемента. По этому изменению и выделяют отдающий интервал. Вследствие более сильного влияния потока жидкости, перпендикулярного к оси прибора (радиального потока), по сравнению с потоком вдоль оси скважины в кровле отдающих жидкость интервалов (но не всегда) наблюдается минимум, выше которого отмечается некоторый рост показаний. Подошва интервала поступления жидкости в скважину отмечается по началу спада кривой (при движении прибора снизу вверх), а кровля – по минимуму или (при его отсутствии) по точке перегиба кривой. Количественное определение дебита проводят по разнице δТ между показаниями ΔТ ниже интервала и выше интервала притока (после прохождения указанного выше переходного участка непосредственно после минимума). Переход от значений δТ к дебиту осущестляют по градуировочной кривой. Поскольку теплопроводность нефти, газа и воды различна, приращение сопротивления для трех сред при одной и той же скорости потока различна. Поэтому эталонировочная кривая должна быть получена для каждой из этих сред. Из-за различия теплопроводности сред термодебитомер показывает изменение показаний при переходе через раздел вода – нефть или вода – газ. Аналогично производят построение интегрального и дифференциального профилей по данным механической расходометрии. Интегральный профиль притока может быть описан формулой:

где h _к h _п – глубины залегания кровли и подошвы исследуемого работающего интервала, q_z – удельный расход. Если движение флюида происходит вниз по стволу, то получаемый профиль расхода будет являться уже профилем приемистости. Зависимость расхода флюида от глубины описывается выражением

дифференцирование которого дает профили расхода отдельных интервалов. Для i -го объекта дифференциальный профиль может быть построен по удельным расходам д_г :

где , расходы в верхней и нижней точках изучаемого интервала глубин (Рис. 5).

Рис. 5.Профиль притока по расходометрии [по А.И. Ипатову, М.И. Кременецкому].

РАБОТА С ДЕБИТОМЕРОМ НА СКВАЖИНЕ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДЕБИТОГРАММ

Переход от приращения ΔT к объемной скорости Q движения потока осуществляется по эталонной кривой ΔТ =f (Q ), получаемой по результатам измерений ΔT при различных скоростях движения жидкости в трубах. Диаметр труб должен быть равен диаметру эксплуатационной колонны, в которой намечается проводить замер СТД.

1– интервал перфорации; 2, 3 в эксплуатационной колонне соответственно нефть вода 4–интервал с движением жидкости по колонне; 5 – движение жидкости отсутствует; 5–интервал притока; 7, 8 – соответственно точки первичного и вторичного замеров; а и б – общий и удельный дебиты.

Рис. 6. Пример исследования скв. 38 Красноярской площади.

Измерения аппаратурой СТД в скважине проводят по точкам или непрерывно. При работе по точкам показания отсчитывают приблизительно через 5 мин после включения тока питания датчика, когда практически заканчивается процесс установления теплообмена. Непрерывная запись осуществляется при неравновесном режиме работы мостовой схемы. В результате измерений получают кривую изменения приращения температуры датчика с глубиной, называемую дебитограммой (Рис. 6).

При переходе через интервал, на котором жидкость поступает в колонну и, следовательно, изменяется скорость движения потока, происходит изменение приращения температуры датчика; по этому изменению и выделяют отдающий жидкость интервал. Вследствие наличия радиальной составляющей движения потока против интервала поступления жидкости в колонну переход от значения приращения под этим интервалом к меньшему значению над ним происходит не монотонно, а так, как это показано на Рис. 6. В кровле интервала наблюдается минимум; переход от минимальных показаний к установившимся значениям приращения над интервалом притока происходит на длине, зависящей от режима потока, но не превышающей 40 диаметров скважины. Иногда минимум в кровле получается нечетким или совсем не отмечается.

Подошву интервала, на


29-04-2015, 00:41