Выявление нарушений герметичности ствола скважины по термограмме

Введение
Актуальность. По мере развития техники глубинных измерений (в частности, с повышением точности и чувствительности глубинных дистанционных термометров) подземные температурные процессы оказались доступными для непосредственных наблюдений. Открылись реальные возможности для существенного расширения информации о процессах, происходящих в нефтяных и газовых месторождениях. Практика показала высокую разрешающую способность температурных кривых и в этой связи, естественно, возрос практический интерес к теории термодинамических явлений в условиях пористой среды. Первые температурные исследования земных недр проводились геофизиками и ограничивались изучением естественного теплового поля Земли.
Температурные изменения в стволе скважины характеризуют гидро- и термодинамические процессы, проходящие в продуктивном интервале ствола скважины. В связи с этим весьма актуальными являются вопросы, касающиеся изучения герметичности скважины с использованием термограмм.
Цель данной работы заключается в изучении нарушений герметичности скважины по термограмме. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- изучен имеющийся материал по тематике исследования;
- рассмотрено понятие термограммы;
- изучен процесс выявления нарушений герметичности скважины с использованием термограмм.
В качестве объекта исследования выступает нефтяная скважина, а предметом исследования является термограмма.
1 Понятие термометрии
Основным параметром, который несет информационную нагрузку в методе термометрии, является температура. Температура - это энергетический параметр системы, и поэтому любое изменение системы вследствие изменения режима работы скважины, уменьшения или увеличения давления, промывки, нарушения целостности колонны и приводит к изменению температуры (распределения температуры) в скважине. Система скважина - пласт является очень чувствительной системой, и на практике используются термометры с высокой разрешающей способностью.
Температурные исследования проводятся в большом объёме, как в необсаженных (бурящихся), так и в эксплуатационных скважинах различных категорий при контроле за разработкой нефтяных месторождений (добывающие, нагнетательные, контрольные). Все геофизические диаграммы записываются при движении прибора по стволу скважины снизу вверх. Термометр является исключением - его диаграммы пишутся при спуске. Это необходимо для того, чтобы не перемешивать жидкость ствола скважины движением каротажного кабеля, не ухудшить температурную дифференциацию по вертикали. Повторный замер проводиться на подъёме с той же скоростью. При затрудненном спуске прибора за счет посадок в сильно наклонных или загрязненных скважинах основным следует считать замер на подъёме. В интервалах с повышенным градиентом температур и в зоне с температурными аномалиями скорость регистрации следует снижать до 600 м/час. Термограммы, зарегистрированные при подъёме и при спуске прибора в скважине, могут отличаться как по абсолютному значению температуры, так и по конфигурации. Эти отличия обусловлены тем, что термограмма, зарегистрированная при подъёме искажена.
При регистрации термограммы при подъёме прибора жидкость в интервале исследования смещается вниз, изменяя при этом первоначальное распределение температуры в скважине. Причём следует учесть, что термограмма, зарегистрированная при подъёме смещается вправо при положительном градиенте в скважине, и смещается влево при отрицательном градиенте.
Физическими предпосылками обнаружения заколонной циркуляции и движения закачиваемой воды по перфорированными пластами, определения поглощающих интервалов и места негерметичности обсадной колонны являются различные условия теплообмена скважины с породой, а также дроссельный и адиабатический эффекты. Проявление этих эффектов в скважине зависит от многих факторов: соотношения пластового давления и давления закачки, величины приёмистости интервалами перфорации и в месте негерметичности колонны, режима работы скважины. Поэтому выбор методики проведения термических исследований в нагнетательных скважинах определяет успех в решении поставленных задач [1].
Использование термометрии для решения различных промыслово-геофизических задач основано на регистрации стационарных, квазистационарных и нестационарных температурных полей.
Стационарные температурные поля реализуются в простаивающих длительное время скважинах

. Такие поля, например, часто регистрируются в контрольных и пьезометрических скважинах.
Квазистационарные температурные поля наблюдаются в процессе измерений в фонтанных, насосных, нагнетательных скважинах, эксплуатирующихся в неизменных длительное время условиях. Термограммы, зарегистрированные с интервалом времени в несколько часов, практически повторяют друг друга.
Нестационарные температурные поля реализуются в процессе восстановления теплового поля, нарушенного бурением, цементированием, промывкой, перфорацией и другими технологическими процессами.
Температурные поля являются существенно нестационарными (переходными) в условиях пуска, остановки, изменения режима работы скважин. Такие условия реализуются в фонтанных, насосных и нагнетательных скважинах. Примером термометрии переходных температурных полей является измерение температуры в процессе компрессорного освоения скважин.
Методика термометрии и интерпретация скважинных термограмм зависит от типа используемых температурных полей [2].
2 Основные признаки термометрии для решения задач в скважинах
Определение нарушения герметичности колонны в зумпфе. Состояние в зумпфе исправное, если термограммы при закачке и изливе в зумпфе на расстоянии 1.5-2 м вниз от подошвы нижнего перфорированного пласта и до забоя повторяют друг друга по форме. Состояние в зумпфе нарушено, если термограммы при закачке и изливе в зумпфе в интервале перетока расходятся, причем градиент температуры при изливе ниже, чем при закачке. Термограммы выше и ниже нарушения колонны монотонны. (Датчик термометра должен быть чист.)
Определение нарушения герметичности свободной колонны выше интервалов перфорации. Критериями являются: скачкообразное изменение градиента температуры на замере при изливе; изменение градиента температуры на замере при закачке (если в нижерасположенной части скважины приемистость 30-40 м3/сут); пикообразная аномалия охлаждения (разогрева) на временных замерах в интервале времени 0-40 ч после прекращения закачки.
Определение нарушения герметичности НКТ и колонны, перекрытой НКТ.
Нарушение НКТ: отмечаются аномалии на замерах в интервале времени 0-2 мин после:
-  перевода скважины с закачки на излив через НКТ с дебитом не более 10-12 м3/сут;
-  прекращения закачки;
-  перевода с максимальной закачки на ограниченную закачку с величиной приемистости не более 10-12 м3/сут [2].
Нарушение колонны: отмечаются температурные аномалии на замерах в интервале времени 5-12 мин после:
- перевода скважины с закачки на излив через НКТ с дебитом не более 10-12 м3/сут;
-  прекращения закачки;
-  перевода с максимальной закачки на ограниченную с величиной приемистости не более 10-12 м3/сут [2].
Определение движения жидкости по пластам: наблюдаются аномалии на температурных замерах в интервале времени от 18 мин и более после:
-  перевода скважины с закачки на излив через НКТ с дебитом не более 10-12 м3/сут;
-  прекращения закачки;
-  перевода с максимальной закачки на ограниченную с величиной приемистости не более 10-12 м3/сут [2].
Определение принимающих интервалов. Признаками принимающих интервалов являются изменение градиента температуры в интервале перфорированных пластов на замерах при закачке и охлаждение в интервале пласта на замерах в остановленной скважине.
Определение заколонного перетока вверх от интервала перфорации. На переток указывает аномалия охлаждения в неперфорированных пластах в интервале перетока на замерах термометром через 1,5-2 часа и более после прекращения закачки, изменение градиента на термограмме при закачке или аномалия калориметрического смешивания, приуроченные к кровле верхнего перфорированного пласта.
Определение заколонного перетока вниз от интервала перфорации. Признаки перетока ниже интервалов перфорации: немонотонность и расхождение термограмм, зарегистрированных при закачке и изливе в зумпфе.
Выделение работающих пластов. Приток жидкости из перфорированных интервалов характеризуется дроссельным и калориметрическим эффектами. Приток из нижнего перфорированного пласта отмечается следующими признаками: изменение температуры относительно геотермического распределения против перфорированного пласта; излом термограммы (изменение температурного градиента) относительно геотермы; плавная затянутость температурной кривой между перфорированными пластами.
Нижняя граница притока соответствует точке с максимальной крутизной участка повышения температуры