УДК 622.276/031:622.243 На правах рукописи САФИУЛЛИН ИЛЬНУР РАМИЛЕВИЧ

УДК 622.276/031:622.243
На правах рукописи
САФИУЛЛИН ИЛЬНУР РАМИЛЕВИЧ
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ПЛАСТА ПО ДАННЫМ ИССЛЕДОВАНИЯ НАКЛОННОНАПРАВЛЕННЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН ТРУБНЫМИ
ИСПЫТАТЕЛЯМИ
25.00.10 – Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Уфа-2011
2
Диссертация выполнена в Открытом акционерном обществе «Научнопроизводственная фирма «Геофизика».
Научный руководитель: кандидат технических наук,
старший научный сотрудник
Хакимов Виктор Салимович
Официальные оппоненты: доктор технических наук,
доцент
Рамазанов Айрат Шайхуллинович
кандидат технических наук,
доцент
Шагиев Иршад Гиндуллович
Ведущая организация: «ТатНИПИнефть» ОАО «Татнефть»
Защита состоится 25 марта 2011 г. в 16ч. в конференц-зале на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д520.020.01 при
Открытом акционерном обществе «Научно-производственная фирма «Геофизика» (ОАО НПФ «Геофизика») по адресу: 450005, Республика Башкортостан,
г. Уфа, ул. 8-ое Марта, 12.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО НПФ «Геофизика»
Автореферат разослан 24 февраля 2011 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
д-р хим. наук
Хисаева Д.А.
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В настоящее время на отечественных нефтяных
промыслах наблюдается неуклонный рост количества исследований пластов
испытателями пластов на трубах (ИПТ). Обусловлено это тем, что метод гидродинамических исследований скважин (ГДИС) пластоиспытателями позволяет
решать целый комплекс вопросов, связанных с успешным проведением геологоразведочных работ, более точной оценкой геологических запасов углеводородов и отвечает современным тенденциям рациональной разработки нефтяных
и газовых залежей.
На практике исследования пластов испытателями в процессах бурения
проводятся преимущественно в вертикальных стволах скважины. С совершенствованием испытательного оборудования стали внедряться новые методы и
технологии для решения задач в сложных геологических условиях. Одной из
таких задач является испытание наклонно-направленных и горизонтальных
скважин.
В середине 90-х годов прошлого века некоторыми организациями (ОАО
НПФ «Геофизика», НТУ ОАО «Татнефтегеофизика») были разработаны и
успешно протестированы на различных месторождениях комплексы испытательного оборудования, предназначенные для исследования скважин подобного
типа. Однако большинство теоретических методов интерпретации кривых притока и восстановления давления, созданных отечественными и зарубежными
авторами, не учитывают технологических и геологических особенностей исследования наклонных и горизонтальных скважин пластоиспытателями. Применение классических способов расчета параметров пласта для анализа результатов
испытания скважин подобного типа выдает искаженный результат. Обусловлено это тем, что геометрия фильтрационного потока в пласте в случае исследования наклонно-направленных и горизонтальных скважин имеет иной вид, чем
для вертикальных, что в значительной мере оказывает влияние на процесс пе-
4
рераспределения давления в скважине и достоверность расчета гидродинамических параметров пласта.
В связи с этим разработка методики определения гидродинамических параметров пластов по результатам исследования наклонно-направленных и горизонтальных скважин является актуальной задачей нефтепромысловой геофизики.
Цель диссертационной работы
Разработка методики определения гидродинамических параметров пласта
по данным испытателей пластов на трубах в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах и создание программного продукта для расчетов.
Объект исследования
Горизонтальные и наклонно-направленные скважины, бурящиеся с целью
поисков, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений и исследуемые испытателями пластов на трубах.
Предмет исследования
Гидродинамические параметры пласта: проницаемость, гидропроводность, пластовое давление.
Основные задачи исследования
1. Проанализировать особенности исследования открытых и обсаженных
стволов наклонных и горизонтальных скважин испытателями пластов на трубах. Определить направление исследований по разработке научно-обоснованной методики определения гидродинамических параметров пласта.
2. Разработать и исследовать математическую модель движения жидкости
в процессе исследования скважин сложной геометрической конфигурации.
5
3. На основании математической модели разработать и обосновать алгоритм решения задачи по интерпретации результатов исследования наклонных и
горизонтальных скважин.
4. Выполнить обработку результатов исследования наклонных и горизонтальных скважин комплексами испытательного оборудования с использованием предложенной методики.
5. Разработать программный продукт, отвечающий современным требованиям гидродинамических исследований скважин и имеющий возможность
внедрения новых математических методов обработки данных.
Методы исследования
Поставленные задачи решались с использованием основных положений
теории неустановившейся фильтрации упругой пластовой жидкости, методов
математического моделирования кривых изменения давления и компьютерной
техники при обработке данных испытателей пластов на трубах.
Научная новизна
1. Впервые теоретически и экспериментально установлено, что все гидравлические потери в испытателе пластов сводятся к гидравлическому сопротивлению в гипотетическом штуцере.
2. Разработана математическая модель изменения забойного давления,
учитывающая одновременно линейный и плоскорадиальный характер притока
жидкости из пласта при неустановившемся режиме ее течения.
3. Предложена методика определения гидродинамических параметров
пласта с использованием принципа итерации, заключающегося в построении
теоретических кривых изменения давления и сравнении их с фактическими
данными испытания наклонно-направленных и горизонтальных скважин (программный продукт «GeoTask», свид. 2010614555 РФ).
6
Защищаемые научные положения
1. Математическая модель расчета кривых притока и восстановления давления, полученных по данным исследования наклонно-направленных и горизонтальных скважин испытателями пластов на трубах.
2. Методика определения гидродинамических параметров пласта в скважинах сложной конфигурации.
3. Программный продукт «GeoTask», используемый для интерпретации
данных гидродинамических исследований скважин.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
Достоверность результатов диссертационного исследования обеспечивается высокой степенью сходимости смоделированных кривых давления и фактических данных испытания скважин, а также сравнительным анализом результатов обработки модельных кривых с помощью программных продуктов (сторонних зарубежных разработчиков), используемых для обработки данных гидродинамических исследований в наклонно-направленных и горизонтальных
скважинах. Результаты обработки испытаний отдельных горизонтальных скважин подтверждаются результатами интерпретации (методом Хорнера) кривых
восстановления давления, полученных при гидродинамических исследованиях
соседних вертикальных скважин, пробуренных на тот же пласт.
Практическая значимость и реализация результатов работы
1. Автором разработан программный продукт «GeoTask» для интерпретации кривых притока и восстановления давления, полученных в результате исследования наклонно-направленных и горизонтальных скважин испытателями
пластов на трубах. Программный продукт позволяет:
- повысить оперативность решения геолого-технических задач строительства скважин подобного типа;
- учитывать опыт интерпретаторов, а также совершенствовать его за счет
внедрения новых математических методов обработки данных;
7
- получить достоверные гидродинамические параметры пласта по данным
испытания как в открытом, так и в обсаженном стволе скважин вертикального,
наклонно-направленного и горизонтального типов.
2. В течение 2008-2010 г.г. программный продукт GeoTask передан по договорам геофизическим компаниям РФ (ОАО «Азимут», г.Уфа, ООО ПФ
«Аленд», г.Ухта, ООО «Уренгойгазпром», г.Уренгой и др.) и предприятиям
стран ближнего и дальнего зарубежья (ГК «Туркменгаз», Республика Туркменистан, нефтяная компания «SOCAR», Республика Азербайджан, «Casco
Petroleum Overseas», Судан и др.).
3. Для решения различных геолого-технических задач, связанных с гидродинамическим исследованием скважин и интерпретацией диаграмм давления, программный продукт поставляется с комплексами испытательного оборудования, что повышает наукоемкость продукции поставщика.
Личный вклад автора
В работе соискателю принадлежат постановка задачи, разработка математической модели изменения давления, методики определения гидродинамических параметров пласта и программная реализация алгоритмов обработки данных исследования скважин испытателями пластов на трубах.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях «Новая техника и
технологии для геофизических исследований скважин» (г.Уфа, май 2008 г.),
«Новые достижения в технике и технологии геофизических исследований»
(г.Уфа, май 2009г.), молодежной научно-практической конференции «Промысловая геофизика в XXI веке» (г.Уфа, октябрь 2009г.), научно-практической
конференции «Новая техника и технологии для геофизических исследований
скважин» (г. Уфа, май 2010г.).
8
Публикации
По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 4 работы – в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, двух
приложений. Текст изложен на 150 стр., включая 47 рисунков, 20 таблиц, список использованных источников из 148 наименований.
Автор считает своим долгом выразить благодарность научному руководителю Хакимову В.С. за содействие и постоянное внимание к работе на всех
этапах подготовки диссертации. В своей работе автор опирался на результаты
исследований Колокольцева В.А., Латыпова Р.С., Ахтямова Р.А. Также автор
благодарит сотрудников БашГУ за ценные советы в области гидродинамических исследований скважин и за оказанную помощь при математическом моделировании фильтрационных процессов. Кроме того, автор выражает благодарность Камалову Ф.Х., Шакирову И.И., Зарипову Р.Р., Хакимову Р.В. в содействии решения практических задач по оценке результатов исследования пластов трубными испытателями, коллективу ООО ПФ «Аленд» и лично Ирбахтину А.Н. за внедрение разработанных методик. Автор признателен Дворкину
В.И., Морозовой Е.А. за консультации и помощь при работе над диссертацией.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснованы актуальность темы, поставлены цель работы и
задачи исследований, сформулированы научная новизна и защищаемые положения, приведена практическая значимость.
В первой главе приведен анализ методик интерпретации данных исследования скважин сложной геометрической конфигурации, который показал, что
характер восстановления давления в закрытый период испытания зависит от
многих факторов: особенностей режима работы скважины перед ее остановкой,
степени затухания притока после остановки скважины, неоднородности пласта,
9
граничных условий, фильтрационных параметров пласта, геометрии фильтрационных потоков. Последний фактор является ключевым при решении задач
интерпретации данных исследования наклонных и горизонтальных скважин,
так как геометрия фильтрационных потоков оказывает существенное влияние
на результаты интерпретации полученных данных для скважин подобного типа.
При этом значительные результаты достигнуты в работах, выполненных под
руководством Шагиева Р.Г., Иктисанова В.А., Акбулатова Т.О., Лиховола Г.Д.
и др. Существенный вклад в решение вопросов интерпретации результатов испытания наклонно-направленных скважин внесли Носырев А.М., Ясашин А.М.,
Рязанцев Н.Ф.
Методы обработки данных, описанные в этих трудах, в целом, достаточно
достоверно описывают процесс фильтрации в горизонтальной скважине. Некоторые из них успешно апробированы при исследовании скважин, подкреплены
математическим моделированием фильтрации пластовой жидкости и имеют
теоретическую основу для их применения в различных геологических условиях. Однако их использование для анализа и обработки результатов исследования скважин пластоиспытателями дает искаженный результат ввиду того, что
ими не учитывается влияние ряда технологических и геологических факторов,
обусловленных особенностью кратковременного процесса притока пластового
флюида в скважину под депрессией, создаваемой испытательным оборудованием. Данные способы интерпретации, несмотря на схожую постановку задачи
(обработка КВД), изначально не предназначались для исследований скважин
пластоиспытателями по причине того, что ГДИС скважин сложной геометрической конфигурации с помощью испытателей пластов стали внедряться на
нефтегазовых промыслах относительно недавно. При этом весомый вклад в
разработку и совершенствование пластоиспытательного оборудования внесли
Борисов Ю.П., Бродский П.А., Варламов П.С., Газян Г.С., Григорян А.М., Еникеев М.Д., Иктисанов В.А., Колокольцев В.А., Лошкарев К.И., Латыпов Р.С.,
Лапшин П.С., Лиховол Г.Д., Носырев А.М., Портнов В.Н., Поздеев Е.К., Репин
10
С.С., Рязанцев М.Д., Ситдиков Г.А., Сухоносов Г.Д., Требин Ф.А., Хамзин Н.Г.,
Хакимов В.С., Ясашин А.М. и др.
Таким образом, целью работы является решение задач оперативной интерпретации данных исследования наклонно-направленных и горизонтальных
скважин испытателями пластов на трубах для расчета гидродинамических параметров пласта.
Во второй главе представлены теоретические основы разработанной методики определения гидродинамических параметров пласта.
В основе методик интерпретации кривых притока и восстановления давления, записанных при испытании вертикальных скважин лежит решение обратной задачи уравнения фильтрации для плоскорадиального потока жидкости.
Ввиду того, что решение этой задачи при обработке данных исследования
наклонно-направленных и горизонтальных скважин не представляется возможным, расчет гидродинамических параметров пласта проводится путем построения математической модели, описывающей изменение давления при исследовании скважин с применением ИПТ.
Для построения математической модели рассматривается приток упругой
пластовой жидкости к скважине. При этом исследуется характер изменения
притока q(t ) при постоянном забойном давлении P (t 0 ) . Независимо от геометрии пласта и граничных условий при ламинарной фильтрации справедлива следующая формула:
q(t )  F (t )P(t 0 ) .
(1)
Функция притока F (t ) определяет объемный дебит скважины после мгновенного скачка давления на единицу.
Процесс исследования скважин комплексами испытательного оборудования подвержен влиянию ряда технологических факторов, оказывающих прямое
влияние на вид диаграмм давления. Одним из таких факторов являются гидравлические сопротивления, возникающие в клапанах испытателя. Нами было
показано, что все гидравлические сопротивления, возникающие в открытый пе-
11
риод испытания, сводятся к гипотетическому штуцеру f ш (  – коэффициент
расхода штуцера, зависящий от ее формы и длины, f ш – площадь сечения штуцера, см2). Используя параметр f ш в математической модели, можно учесть
работу испытательного инструмента при исследовании скважин с применением
испытателей пластов на трубах. Экспериментально были определены значения
f ш для различных типоразмеров ИПТ.
Дебит жидкости из пласта q(t ) в момент времени t можно представить
как расход жидкости через штуцер испытателя:
q(t )  f ш 2 g
Pш (t )

,
(2)
где g =981 – ускорение свободного падения, см/сек2; Pш (t ) - перепад давления на штуцере, МПа;  - удельный вес жидкости, протекающей через штуцер в момент времени t , г/см3.
Общая депрессия Pобщ (t ) в системе «пласт-скважина» характеризуется
суммой перепадов давления на штуцере и в пласте:
Pобщ  P(t )  Pш (t ) .
(3)
С другой стороны, Pобщ (t ) можно рассматривать как
Pобщ (t )  Pпл  P' (t ) ,
(4)
где Pпл – пластовое давление, МПа; P' (t ) – давление столба жидкости в
трубах над испытателем в момент времени t , МПа.
Система уравнений (1)-(4) определяет изменение забойного давления, которое подчиняется законам движения жидкости в пласте и в пластоиспытателе.
При решении этой системы получим искомые значения P(t n ), q(t n ), P' (t n ) в период притока и восстановления давления. Особенностью этой модели является
то, что она учитывает характеристики испытательного оборудования.
Приток жидкости к горизонтальной скважине в отличие от вертикальной
имеет иной геометрический вид. Если в вертикальной скважине имеет место
плоскорадиальный поток, то при исследовании горизонтальных скважин – сов-
12
местный процесс плоскорадиального и линейного потоков жидкости. В основе
модели лежит функция притока F (t ) , характер которой зависит от геометрии
фильтрационного потока жидкости и от физической характеристики пористой
среды. При линейном законе фильтрации можно использовать принцип суперпозиции, т.е. общее решение уравнения фильтрации представить в виде суммы
частных решений. Поэтому сложный процесс притока жидкости к скважине
можно будет выразить через функции F (t ) для линейного, плоскорадиального
и пространственного случая: F1 (t ) , F2 (t ) , F3 (t ) . В работах Чекалюка Э.Б. приводятся аналитические выражения этих функций:
S
F1 (t ) 
F2 (t ) 
k

,
t
2kh
,
t
 ln[1 
rс2
(5)
(6)
]
rс2 
k
F3 (t )  4rс 1 
,
(7)
 
t 
где k – проницаемость пласта, мкм2 ;  – вязкость пластовой жидкости,
мПа  с ;  – пьезопроводность, см2/сек; S  l  h – площадь поперечного сече-
ния пласта, см2; l – длина горизонтальной части скважины, см; h – эффективная толщина пласта, см.
Допуская, что при исследовании горизонтальных скважин наблюдаются
совместные
процессы плоскорадиального и линейного притоков жидкости,
функцию притока F (t ) можно представить в виде суммы:
S
F (t )  F1 (t )  F2 (t ) 
k
2kh
 
.
t  ln[ 1  t ]
2
(8)
r
В случае наклонно-направленной скважины в формуле (5) в качестве параметра l выступает
13
l  h  tg ,
(9)
где  – среднее значение зенитного угла наклона скважины в интервале
испытания, град; h – эффективная толщина пласта, см.
Исследование скважин пластоиспытателями характеризуется кратковременным отбором жидкости. За счет этого область дренирования не достигает
границ пласта. Поэтому предполагается, что пласт является бесконечным по
протяженности, что позволяет использовать соответствующее решение уравнения фильтрации. Допускается, что пластовая жидкость является однофазной и
сжимаемой. Взаимное влияние скважин отсутствует. Далее, используя принятые допущения и модели движения жидкости к вертикальной и горизонтальной
(наклонной) скважине, можно вывести алгоритм расчета гидродинамических
параметров пласта, в частности, проницаемости. По диаграмме верхнего манометра определяем значение дебита q1 . При этом необходимо учесть отклонение
ствола скважины от вертикали. Рассчитанная величина q1 будет соответствовать количеству жидкости, поступившей в трубы в открытый период испытания.
За счет наличия линейного потока жидкости и бо́льшей площади контакта
скважины с продуктивным пластом значение дебита q1 для горизонтальной
(наклонно-направленной) скважины будет больше дебита для эквивалентной
вертикальной скважины. Поэтому при подстановке q1 в формулы для расчета
параметров пласта в методах, предназначенных для обработки результатов испытания вертикальных скважин (например, методом Хорнера) получим завышенное значение проницаемости k . Объясняется это тем, что метод Хорнера,
как и другие методы обработки данных испытания скважин, не учитывает
наличие линейного потока пластового флюида в горизонтальном участке ствола
скважины. Отсюда возникает необходимость в корректировке проницаемости с
учетом геометрии притока жидкости в скважину с использованием принципа
итерации.
14
Для этого завышенное значение проницаемости k подставляем в соответствующую формулу математической модели движения жидкости в горизонтальной (наклонно-направленной) скважине и строим по ней теоретические
кривые притока и восстановления давления. По кривой притока определяется
среднее значение дебита q 2 . Очевидно, что за счет завышенной проницаемости
k дебит q 2 будет больше дебита q1 . Затем уменьшая значение проницаемости
k на некоторую величину k и делая перерасчет модели, находим новое значе-
ние дебита q 2 . Данную итерацию повторяем до тех пор, пока q1 не станет равным q 2 . То значение проницаемости k , которое было использовано при определении последнего дебита q 2 , и будет искомым значением проницаемости
пласта при исследовании горизонтальных (наклонно-направленных) скважин.
На рис. 1 изображена блок-схема, представляющая описанный выше алгоритм
расчета гидродинамических характеристик пласта.
Оценка достоверности предложенного алгоритма обработки данных была
проведена путем сравнительного анализа выходных данных математической
модели (теоретических диаграмм изменения давления) с графиками давления,
рассчитанными сторонними программными продуктами (использующиеся для
интерпретации данных гидродинамических исследований наклонно-направленных и горизонтальных скважин). Для этих целей был выбран интегрированный
программный комплекс Ecrin v4.12 (в частности модуль для анализа гидродинамических исследований скважин и пластов Saphir). При этом проводился
расчет погрешности  результатов обработки теоретических диаграмм давления (рассчитанных по описанной выше математической модели с учетом откачки жидкости с постоянным расходом) в программе Saphir относительно заданных параметров пласта. Сравнительный анализ показал, что погрешности 
лежит в допустимых пределах (1-4%). Следовательно, разработанная математическая модель достоверно описывает изменение давления в открытый и закрытый периоды испытания наклонно-направленных и горизонтальных скважин.
15
диаграммы
давления
условие отклонения
ствола скважины от вертикали над испытателем
ввод инклинометрических
замеров по
скважине
да
нет
расчет дебита q1 без учета отклонения
ствола скважины от вертикали
аппроксимация массива зенитных углов
расчет параметров пласта (проницаемости k ) по методу Хорнера с использованием значения дебита q1
расчет дебита q1 учетом отклонения ствола скважины
от вертикали
среднее значение зенитного угла (  ) в интервале испытания
 =90º
 <90º
использование проницаемости k в модель для
наклонных скважин
подстановка проницаемости k в мат. модель
для горизонтальных
скважин
расчет дебита q 2 по
теоретической кривой
притока
заложенные в модель гидродинамические параметры
пласта являются искомыми
параметрами пласта
да
уменьшение проницаемости k на величину
k
нет
условие равенства q1 и q 2
Рис.1. Блок-схема алгоритма расчета гидродинамических характеристик пласта
по результатам испытания наклонных и горизонтальных скважин
16
Далее тот же принцип сопоставления данных был применен для модели
без условия откачки жидкости и с учетом факторов (переменный дебит, штуцирование), влияющих на цифровые манометры в момент регистрации давления.
Сравнения проводились при различных значениях гипотетического штуцера
f ш . Анализ показал, что с уменьшением значения f ш наблюдается увеличение
относительной погрешности  до 45-50% (в зависимости от длины горизонтального участка скважины и применяемого испытательного оборудования).
Это подтверждает мнение автора о том, что методы интерпретации, заложенные в зарубежных программных продуктах, не учитывают технические и технологические
особенности
исследования
горизонтальных
и
наклонно-
направленных скважин пластоиспытательным оборудованием. Погрешность 
предложенной методики интерпретации данных относительно заданных параметров пласта незначительна.
Используя результаты испытания 14 открытых и обсаженных наклоннонаправленных и горизонтальных скважин, пробуренных на территориях Башкирии, Западной и Восточной Сибири, были рассчитаны теоретические кривые
притока и восстановления давления. Эти кривые показали высокую степень
сходства с соответствующими фактическими диаграммами давления. Из этого
следует, что гидродинамические параметры пласта, заложенные в математическую модель при расчете теоретических кривых изменения давления, будут соответствовать истинным характеристикам исследуемого горизонта.
Кроме того, результаты исследования (с применением ИПТ) горизонтальных скважин Кечимовского месторождения были сопоставлены с результатами
гидродинамических исследований соседних вертикальных скважин, пробуренных на тот же пласт. Обработка данных вертикальных скважин проводилась
традиционными методами (Хорнера). В итоге было получено соответствие гидродинамических параметров пласта, рассчитанных по данным исследования
вертикальных и горизонтальных скважин. Учитывая, что метод Хорнера рекомендован для обработки данных исследования вертикальных скважин как
наиболее простой и точный из существующих методов, можно сделать вывод,
17
что предложенная методика достоверно определяет гидродинамические параметры пласта.
В третьей главе приведены решения практических задач по интерпретации результатов исследования наклонных, горизонтальных и боковых стволов
скважин с использованием разработанной методики.
В последние годы были достигнуты успехи в разработке технологических
средств для исследования наклонно-направленных и горизонтальных скважин.
Связано это с тем, что в настоящее время отмечается тенденция роста количества исследований скважин с наклонным и горизонтальным окончанием испытателями пластов на трубах при ведении нефтяными компаниями геологоразведочных работ. При этом исследование пластов сопряжено с трудностями, из-за
которых возрастает число неудачных испытаний. Поэтому основные научные
исследования и ОКР направлены не только на разработку техники испытательного оборудования, но и на совершенствование технологии ведения работ с
ИПТ при исследовании наклонно-направленных и горизонтальных скважин.
Традиционные технологии не учитывают искривленность ствола скважины и
специфику технологических операций в скважинах подобного типа.
Поэтому решение проблемы исследования наклонно-направленных и горизонтальных скважин с помощью ИПТ относится к разряду актуальных задач
в геологоразведке и требует, в первую очередь, решения достаточно большого
круга задач, в частности, создания и совершенствования глубинного клапанного и пакерного оборудования, технологии, методов контроля и регистрации, а
также интерпретации полученных результатов. Для этих целей в ОАО НПФ
«Геофизика» был разработан ряд комплексов испытательного оборудования:
ИПТ-65Г, ИПТ-80Г, ИПТ-110Г, ИПТ-127Г. Данные комплексы удовлетворяют
техническим требованиям поинтервального испытания продуктивных пластов в
наклонно-направленных и горизонтальных скважинах диаметром от 87 до 245
мм.
Для апробации предлагаемого метода обработки были использованы результаты гидродинамических исследований (на примере горизонтальных сква-
18
жин Арланского месторождения), выполненные с использованием опытных образцов ИПТ-80Г и ИПТ-110Г. Интерпретация кривых восстановления давления
(интервалы КВД1 и КВД2 на диаграмме нижнего манометра б рис.2) проводилась с использованием разработанной методики по приведенному выше алгоритму (рис.1).
Первоначально по инклинометрическим замерам (по значениям зенитных
углов) был построен профиль ствола рассматриваемой скважины. По приросту
давления на кривой притока (интервалы КП1 и КП2 на диаграмме верхнего манометра а рис.2) рассчитывается рост уровня столба жидкости в трубах по фактической глубине. После аппроксимации массива зенитных углов некоторой
функцией определяется величина зенитного угла (с небольшой погрешностью)
для интервалов труб, в которых наблюдается рост уровня жидкости в открытый
период испытания. Затем рассчитывается дебит по кривой притока с учетом отклонения скважины от нормали к плоскости напластования пород.
Рис.2. Показания верхнего (а) и нижнего (б) манометров при двухциклового
проведении испытания комплексом
симовской площади
ИПТ-80Г скважины А Югомаш-Мак-
19
Используя принцип идентификации реальных фильтрационных потоков,
путем построения логарифмической производной методами Бурдэ и Хорнера,
было выявлено, что при исследовании горизонтальных скважин трубными пластоиспытателями действует преимущественно линейный режим фильтрации.
Далее кривая восстановления давления была обработана методами, предназначенными для вертикальных скважин, в частности, методом Хорнера. Рассчитанные параметры пласта приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Данные о параметрах пласта, рассчитанные по методу Хорнера и
разработанной методикой после корректировки проницаемости
Параметр
Проницаемость, мкм2
Гидропроводность, мкм2  см /( мПа  с)
Пластовое давление, МПа
Пьезопроводность, см2/сек
Потенциальная проводимость, мкм2  см /( мПа  с)
Метод
Хорнера
0,0104
8,53
9,38
Предложенная
методика
0,0012
0,99
9,38
609,87
70,5
0,738
0,082
Так как в расчетных формулах для вертикальной скважины участвует дебит, полученный для случая испытания горизонтальной скважины, то значение
коэффициента проницаемости будет завышенным. Очевидно, что требуется
корректировка проницаемости. Для этих целей по описанной выше математической модели необходимо построить теоретические кривые притока и восстановления давления.
Дебит, определенный по первому циклу теоретической кривой притока,
будет иметь завышенное значение q 2 =365 м3/сут. Этот факт обусловлен тем,
что в модель изначально была заложена завышенная проницаемость k . Согласно алгоритму (рис.1), последовательно уменьшая проницаемость при расчетах,
будем получать новое значение дебита q 2 . В таблице 2 представлены рассчитанные значения дебита q 2 при соответствующих коэффициентах проницаемости.
20
Таблица 2 – Рассчитанные дебиты при различных проницаемостях
Проницаемость,
мкм2
0,0104
0,0099
0,0094
0,0089
0,0084
0,0079
0,0074
0,0069
0,0064
0,0059
Дебит, м3/сут
Дебит, м3/сут
365
365
364
363
362
361
360
358
356
354
352
345
344
334
326
315
298
273
248
229
Проницаемость,
мкм2
0.0054
0,0044
0,0039
0,0034
0,0029
0,0024
0,0019
0,0014
0,0012
0,0009
На рис.3 представлены теоретические кривые притока и восстановления
давления при различных значениях проницаемости.
Рис.3. Теоретические кривые, рассчитанные по математической модели при
различных значениях проницаемости
Как видно из таблицы 2, при проницаемости k =0,0012 мкм2 средний дебит жидкости за период притока будет равен q 2 =248 м3/сут, что соответствует
фактическому дебиту q1 (247 м3/сут), рассчитанному по данным испытания
скважины А комплексом ИПТ-80Г. Это говорит о том, что данный коэффици-
21
ент k соответствует истинному значению проницаемости исследуемого горизонта. В таблице 1 приведены гидродинамические параметры пласта, рассчитанные по предложенной методике с учетом корректировки проницаемости.
Аналогичные расчеты были проведены нами для случая исследования
наклонно-направленных и боковых стволов скважин месторождений республики Башкортостан и Западной Сибири с помощью ИПТ. Диаграммы изменения
давления, полученные в результате этих исследований, обрабатывались с учетом отклонения ствола от вертикали по всей длине скважины. Разница между
параметрами пласта, полученными по методикам для вертикальных скважин и
после их корректировки, подтверждает наше предположение о том, что применение первых для обработки результатов исследования скважин сложной геометрической конфигурации даст ошибочные результаты.
При исследовании боковых стволов возможно возникновение послеприточного эффекта в связи с большим объемом подпакерного пространства, что
может оказать существенное влияние на результаты расчета гидродинамических параметров пласта.
Расчет дебита по диаграммам верхнего манометра с учетом результатов
инклинометрических замеров показал, что влияние кривизны ствола скважины
над испытателем существенно в том случае, если подъем уровня жидкости в
трубах в открытый период испытания происходит на глубине, где имеется отклонение скважины от вертикали. Поэтому первоначальный уровень жидкости
в трубах в момент открытия впускного клапана испытателя имеет важное значение.
В четвертой главе описаны принципы работы программы, разработанной автором для интерпретации кривых притока и восстановления давления,
полученных в результате исследования скважин пластоиспытателями на трубах.
Автоматизированный расчет гидродинамических параметров пласта и
программная реализация методик обработки данных испытания скважин является важным элементом проведения ГДИС. Поэтому возникла необходимость в
22
создании программного продукта, который отвечал бы современным требованиям ГДИС, имел бы возможность внедрения новых математических методов
обработки данных и учитывал бы опыт интерпретаторов в области исследовании скважин. Перечень задач, решаемых программой «GeoTask»:
- импорт данных испытания (внутренний формат файла позволяет использовать в программе данные до 5 манометров);
- просмотр числовых данных давления и температуры;
- ввод и сохранение сопутствующей промысловой информации для каждого проекта;
- редактирование диаграмм давления и температуры всех манометров;
- интерпретация карт давления c использованием различных математических методик;
- вывод результатов ГДИС в специализированном отчете;
Сравнительный анализ программы «GeoTask» с другими программными
методиками интерпретации результатов исследования скважин показал, что результаты интерпретации кривых давления (КВД или КП), полученные программой «GeoTask», вполне сопоставимы с заключениями других программных
методик. Отклонение абсолютных значений вычисляемых параметров не превышает 5-10%.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. По результатам анализа методов обработки КВД выявлено, что традиционные способы интерпретации, несмотря на схожую постановку задачи, не
могут быть использованы для обработки данных исследований горизонтальных
и наклонно-направленных скважин испытателями пластов на трубах.
2. Разработана математическая модель движения жидкости к скважинам
наклонного и горизонтального типов, учитывающая одновременно линейный и
плоскорадиальный характер притока и технологические особенности исследования скважин с применением ИПТ:
23
- неустановившийся режим фильтрации и переменный дебит;
- гидравлические потери в узлах и клапанах испытателя;
- кратковременность исследования.
3. На основании теории фильтрации упругой жидкости и разработанной
математической модели движения пластового флюида к наклонной и горизонтальной скважине предложена методика интерпретации диаграмм давления,
полученных при исследовании скважин испытателями пластов на трубах.
4. На основе математической модели движения жидкости разработан программный продукт (свид. 2010614555 РФ) для обработки кривых притока и
восстановления давления, полученных при испытании наклонно-направленных
и горизонтальных скважин. Программный продукт характеризуется наличием
средств для работы с массивом числовых данных (графиков) и имеет модульный принцип организации математических методов обработки КП и КВД.
5. Обработка данных испытания 14 открытых и обсаженных наклоннонаправленных и горизонтальных скважин, пробуренных на территориях Башкирии, Западной и Восточной Сибири с применением разработанной методики,
показала, что коэффициент проницаемости меньше аналогичного параметра,
полученного при использовании методик для вертикальных скважин.
Основные результаты диссертации опубликованы в следующих
научных трудах:
в изданиях, рекомендованных ВАК:
1. Ахтямов Р.А. Исследование влияния штуцирования в испытателе пластов на результаты определения гидродинамических параметров пласта/
Р.А.Ахтямов, И.Р.Сафиуллин, В.С.Хакимов //Каротажник. – 2008. – № 4(169).
– С.112-119.
2. Ахтямов Р.А.Сравнительный анализ существующих методов оценки
коллекторских свойств пород призабойной зоны/ Р.А.Ахтямов, И.Р.Сафиуллин,
Р.Р.Зарипов, В.С.Хакимов //Каротажник. – 2008. – №10(175). – С.37-47.
24
3. Ахтямов Р.А. Особенности определения параметров пласта по результатам исследований горизонтальных скважин пластоиспытателями на трубах/Р.А.Ахтямов, И.Р.Сафиуллин, В.С.Хакимов, Р.В.Хакимов //Каротажник.
– 2009. – № 7(184). – С.87-97.
4. А.с. 2010614555 RU, Свидетельство о регистрации программы для
ЭВМ, Программа расчета гидродинамических параметров пласта по результатам исследования скважин «GeoTask»/Сафиуллин И.Р. – №2010612867; заявлено 24.05.2010; опубл. 9.07.2010.
в других изданиях:
5. Сафиуллин И.Р. Программа определения параметров пласта по данным
испытания скважины в процессе бурения/ И.Р.Сафиуллин//Проблемы геологии,
геофизики, бурения и добычи нефти. Экономика и управление. Сборник статей
аспирантов и молодых специалистов. – 2007. – Вып.4. – С.87-93.
6. Ахтямов Р.А. Разработка математической модели и программы расчета
для интерпретации результатов гидродинамических исследований пластов с
помощью испытателей пластов/Р.А.Ахтямов, И.Р.Сафиуллин, В.С.Хакимов //В
сб. тез. докл. научно-практической конференции «Новая техника и технологии
для геофизических исследований скважин». – 2008. – С.118-119.
7. Сафиуллин И.Р. Обзор математических моделей течения жидкости в
системе «пласт-скважина»/И.Р.Сафиуллин//Проблемы геологии, геофизики, бурения и добычи нефти. Экономика и управление. Сборник статей аспирантов и
молодых специалистов. – Уфа. – 2008. – Вып 5. – С.68-80.
8. Ахтямов Р.А. Особенности определения параметров пласта по результатам испытания горизонтальных скважин/ Р.А.Ахтямов, И.Р.Сафиуллин,
В.С.Хакимов// В сб. тез. докл. научно-практической конференции «Новые достижения в технике и технологии геофизических исследований скважин». –
Уфа. – 2009. – С.241-243.
9. Ахтямов Р.А. Гидродинамическое исследование скважин с помощью
программы GeoTask (версия 4)/ Р.А.Ахтямов, И.Р.Сафиуллин, В.С.Хакимов // В
сб. тез. докл. научно-практической конференции «Новые достижения в технике
25
и технологии геофизических исследований скважин». – Уфа. – 2009. – С.169171.
10. Сафиуллин И.Р. Пакет программ GeoTask для расчета гидродинамических параметров пласта по результатам испытания скважин/И.Р.Сафиуллин
//Проблемы геологии, геофизики, бурения и добычи нефти. Экономика и
управление. – Уфа. – 2009. – Вып.6.– С.214-222.
11. Сафиуллин И.Р. Алгоритм обработки данных исследования горизонтальных скважин испытателями пластов на трубах/И.Р.Сафиуллин //Проблемы
геологии, геофизики, бурения и добычи нефти. Экономика и управление. Сборник статей аспирантов и молодых специалистов. – Уфа. – 2009. – Вып.6.
– С.223-230.
12. Сафиуллин И.Р. Математическая обработка результатов исследования
горизонтальных скважин испытателями пластов на трубах/И.Р.Сафиуллин,
В.С.Хакимов, Р.А.Ахтямов//В сб. тезисов докл. научно-практической конференции «Промысловая геофизика в XXI веке». – Уфа. – 2009. – С.62-66.
13. Сафиуллин И.Р. О некоторых особенностях интерпретации результатов исследования наклонно-направленных и горизонтальных скважин /
И.Р.Сафиуллин, В.С.Хакимов, Р.В.Хакимов, Р.А.Ахтямов//В сб. тезисов докл.
научно-практической конференции «Новая техника и технологии для геофизических исследований скважин». – Уфа. – 2010. – С.128-131.
14. Хакимов В.С. Пути решения вопросов гидродинамических исследований нефтегазовых пластов, вскрытых горизонтальным стволом/ В.С.Хакимов,
Р.Р.Зарипов, Р.В.Хакимов, И.Р.Сафиуллин, Ф.М.Тагиров //В сб. тезисов докл.
научно-практической конференции «Новая техника и технологии для геофизических исследований скважин». – Уфа. – 2010. – С.39-40.
15. Сафиуллин И.Р. Влияние кривизны ствола скважины на результаты
обработки данных гидродинамических исследований трубными испытателями
пластов/И.Р.Сафиуллин//Проблемы геологии, геофизики, бурения и добычи
нефти. Экономика и управление. Сборник статей аспирантов и молодых специалистов. – Уфа. – 2010. – Вып.7. – С.154-163.