Разработка метода и технологии беспроводного геофизического контроля работы продуктивных пластов

Актуальность проблемы.

В 60—70-х годах прошлого"века в стране весьма интенсивно велись работы, в области одновременно-раздельнойэксплуатации' нескольких* пластов (ОРЭ): Впервые технологию ОРЭ опробовали нефтяники-Азербайджана, которые нашли, оригинальные способы, ее решения,[36, 37, 48] путем модернизации существующего глубинно-насосного оборудования.

Затем, подобная технология ОРЭ была, опробована на Арланском* месторождении-Башкирии [6], и нефтепромыслах Чечено-Ингушетии [48]. Надо отметить, что ОРЭ реализовалась в упомянутых регионах в основном при фонтанном режиме работы-скважин, но с переходом на механизированную эксплуатацию скважин конструкции установок для ОРЭ сильно усложнились, но в связи с отсутствием надежных и удобных в работе межтрубных пакеров, работы по внедрению этой технологии к середине 70-х годов прошлого столетия практически прекратились.

Однако с течением времени, по мере выработки основной доли^активных, наиболее подвижных запасов нефти способ совместной эксплуатации^ разных пластов общим забоем перестал себя оправдывать. Особенно-сильно его недостатки стали проявляться на завершающей стадии разработки-, в которую вступило большинство месторождений нефти на территории России.

С одной стороны, основной причиной недостатков указанной схемы эксплуатации явилась существенная неоднородность многопластовых объектов по ФЕС, которая привела в течение длительной разработки, общим забоем к их неравномерной выработке и как следствие к снижению фактического суммарного КИН.

С другой стороны, существенное различие реологических свойств и химического состава нефти, добываемых из отдельных продуктивных объектов, расположенных в разрезе эксплуатационных скважин, в условиях рыночной экономики, диктующей цены на продукцию в соответствии с принятыми на нее сертификатами качества, привело к введению" запрета на их смешивание при сдаче потребителю.

В' настоящих условиях, по вышеназванным причинам актуальность проблемы. ОРЭ опять возросла и требует своего эффективного решения на базе современных достижений в области техники и технологии механизированной добычи нефти.

Так в ОАО «Татнефть» уже начали применять разновидности установок для ОРЭ двух продуктивных объектов: однои двухлифтовые [9].

Однолифтовая установка содержит одну колонну НКТ, штанговый насос с дополнительным высасывающим" клапаном, установленным на боковой поверхности цилиндра и пакер, разделяющий объекты эксплуатации.-При движении плунжера вверх-в цилиндр сначала поступает продукция нижнего пласта через основной всасывающий клапан, а после прохождения плунжером бокового клапана — через него уже продукция верхнего пласта. При этом давление на приеме насоса от верхнего пласта должно, быть выше, чем от нижнего, что обеспечивает закрытие основного-всасывающего клапана. Если по условиям эксплуатации, наоборот, давление на приеме насоса от нижнего пласта будет выше, то установку собирают таким образом, чтобы всасывающий клапан был соединен с подпакерной зоной, а основной — сообщался с верхним пластом.

Двухлифтовая установка содержит две колонны НКТ, два штанговых насоса, пакер, разделяющий объектыэксплуатации, два станка-качалки и двуствольную устьевую арматуру с двумя сборными линиями для раздельного транспортирования продукции.

В НК ЗАО «Татойлгаз» применяют для ОРЭ однорядную (однолифтовую) установку с двумя последовательно (тандемом) расположенными винтовыми насосами, разделенными пакером, изолирующим два эксплуатационных объекта (верхний и нижний) друг от друга.

Оснащение скважин эксплуатируемыми в режиме ОРЭ двумя добывными установками (штанговыми либо винтовыми) влечет за собой значительные усложнения процесса регулирования режима их работы, в" связи с возможными неконтролируемыми изменениями промысловых параметров объектов разработки.

Основными параметрами, необходимыми для регулирования режимов работы добывающих скважин, оборудованных установками для ОРЭявляются дебит, обводненность продукции и забойное давление длякаждого из эксплуатируемых объектов. Эти параметры необходимо контролировать-в реальном масштабе времени с начала их пуска и в ходе всей последующей эксплуатации. Кроме того, надо иметь ввиду, что введенный в 2006 году ГОСТ 8.615−2005 «Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения количества извлекаемой из недр нефти и нефтяного газа. Общие метрологические и технические требования» [11] обязывает нефтедобывающее предприятие обеспечить инструментальный контроль за разработкой! каждого объекта эксплуатации, находящегося в разрезе добывной скважины, независимо от их количества и реологических свойств добываемой нефти.

Большинство скважин на месторождениях России' эксплуатируются механизированным способом и если, в случае применения-погружных электроцентробежных насосов в качестве линии питания и передачи информации может быть использован силовой кабель и эти скважины можно охватить традиционными традиционными технологиями исследований, то в случае «применения штанговых и винтовых погружных насосов, геофизические исследования скважин заменяют компьютерными моделями фильтрационных потоков. флюидов в продуктивных пластах, где используется необходимый набор данных, полученных путем исследований параметрических скважин.

Известно (Г. А. Белышев, Ml А. Токарев, А. С. Ахметов), что наилучший контроль за разработкой нефтегазовых многопластовых скважин, оснащенных механизированным насоснымоборудованием, осуществляется в настоящее время с помощью многоканальных геофизических зондов с передачей данных по каротажному кабелю или геофизических скважинных приборов, работающих в автономном режиме. Подобные устройства подробно описаны в различных публикациях, отражающих их конструктивные особенности (В. М: Осадчий и др.).

Причины, по которым эти технологии не востребованы нефтяными компаниями: исследования дистанционной аппаратурой в динамическом режиме через затрубное пространство скважин, оборудованных ШГН, ЭЦН ограничены вследствие больших углов наклона скважинналичия в затрубном пространстве достаточно больших давлений, требуют применения специального устьевого и подземного оборудованияисследования скважин, оборудованных ШГН, ЭЦН, через затрубное пространство-дистанционной аппаратурой в стационарном режиме ограниченывследствие необходимости привлечения бригады KPG, дополнительных затрат требует применения на устье специальной арматуры [2,8].

Из всего вышесказанного следует вывод о том, что при ОРЭ проблема контроля забойных параметров нижнего пласта, отделенного от верхнего пласта изолирующим пакером представляет собою* сложную научно-техническую задачу и должна1 решаться наоснове организации надежного канала связи «забой-устье», обеспечивающего передачу информации в реальном масштабе времениот забойных датчиков давления, расхода и влагосодержания на устье скважины [12,13,14].

Цель работы.

Информационное обеспечение работылродуктивных пластов на основе разработки метода и технологии беспроводного геофизического контроля.

Основные задачи исследований.

1. Изучение возможности передачи информации с забоя на устье обсаженной скважины по беспроводному каналу связи.

2. Обоснование выбора и оптимизация режима функционирования наиболее эффективного, метода передачи информации с забоя на устье обсаженной скважины по беспроводному каналу связи.

3. Разработка информационно-измерительной системы (ИИС) и технологических схем измерения (ТСИ), обеспечивающих передачу в реальном масштабе времени информации о режимах эксплуатации продуктивного пласта путем измерения давления, температуры, влагосодержания и расхода в обсаженной. скважине по беспроводному каналу связи с забоя на устье.

4: Промышленная апробацияразработанной информационно-измерительной системы на. объектах с ОРЭ, и разработка методики-и технологии ее применения в условиях ОАО «Татнефть».

Методы решения поставленных задач.

Аналитические, теоретические и экспериментальные исследования с целью выбора и обоснования оптимальных технических решений по реализации эффективного беспроводного канала передачи информации с забоя на устье в обсаженной скважине.

Технико-технологическая реализация в макетном и опытно-экспериментальном исполнении информационно-измерительной системы с автономным питанием, оснащенной соответствующими измерительными преобразователями и программным обеспечением.

Анализ результатов стендовых и скважинных испытаний ИИС с целью оптимизации выбранных технических решений и обоснования области и условий ее применения:

Научная новизна.

1. Экспериментально обоснована возможность использования беспроводного акустического канала связи для передачи данных о режиме эксплуатации продуктивного объекта с забоя обсаженной скважины на устье для глубин до 800 м.

2. Доказана возможность и обоснованы основные параметры (несущая частота, база сигнала, энергия сигнала и длина разделителя) беспроводного электромагнитного канала связи, обеспечивающего передачу информации о режиме эксплуатации продуктивного объекта с забоя обсаженной скважины на устье для-глубин до 2000 м.

3. Разработана информационно-измерительная система, в которой сква-жинная и наземная аппаратура, метрологическое и программное обеспечение, объединены в технологические схемы измерений для решения конкретных геолого-геофизических задач по дистанционному контролю забойного давления, температуры, состава и количества, поступающего из пласта или закачиваемого в пласт, флюида по беспроводному электромагнитному каналу связи. I.

Защищаемые положения.

1. Информационно-измерительные системы для дистанционного контроля режима эксплуатации нефтяных скважин по беспроводному каналу связи в реальном масштабе времени.

2. Многоканальная скважинная геофизическая аппаратура с автономным питанием, устанавливаемая на приеме глубинного насосного оборудования и передающая данные на устье по электромагнитному каналу связи, сопрягаемая с регистрирующей наземной аппаратурой, и соответствующее программно-методическое обеспечение.

3. Методическое и технологическое обеспечение беспроводных геофизических исследований для контроля процесса притока или закачки жидкости в пласт с оптимально-обоснованными техническими характеристиками и количествомгеофизических датчиков с учетом обеспечения максимального энергосбережения.

Практическая ценность и реализация в промышленности.

Исследования* по теме диссертации позволили разработать опытно-экспериментальный образец^ скважинной информационно-измерительной аппаратуры с автономным питанием — «АСИМ», методику и технологию ее применения, которые прошли опытно-промышленное-опробование в-ЗАО «Татойл-газ» и ЗАО «Татех» в условиях ОРЭ многопластовых объектов использованием двух включенных последовательно УВГН с верхним электроприводом и> УШГН при двухлифтовой системе эксплуатации.

Опытно-экспериментальными образцами аппаратуры «АСИМ» были оснащены* скважины 256, 520 и 543 на Урус-Тамакском* нефтяном месторождении, на которых с ее помощью осуществлялся непрерывный контроль режима эксплуатации продуктивного пласта в подпакерном пространстве путем регистрации в течение года параметров забойногодавления, расхода1 пластового флюида и его влагосодержания:

Двакомплекта аппаратуры «АСИМ» были также переданынефтедобывающей компании-ЗАО «Татекс», где ими’были оснащены-две скважины, оборудованные каждая двумя УШГН с двухлифтовой системой эксплуатации:

На всех выше перечисленных объектах аппаратура «АСИМ» хорошо себя зарекомендовалачто позволило с ее помощью проводить регулярный контроль за режимом эксплуатации продуктивных пластов при ОРЭ и своевременно корректировать производительность глубинного оборудования для добычи.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения^ информационно-измерительной системы при переводе скважин из нерентабельного фонда в рентабельный фонд составляет 355 тыс. рублей на скважину в год.

По результатам опытно-экспериментального опробования аппаратуры «АСИМ» и технологии ее применения были подготовлены ТУ на ее мелкосерийное изготовление, которые прошли согласование в «Управлении по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора РФ при Республике Башкортостан» письмом № 11−16/6604 от 19.06.2006.

Разработанные аппаратура «АСИМ» и технология прошли стадию опытно-экспериментального опробования, доработаны с учетом< выявленных в процессе испытаний недостатков и могут быть рекомендованы к массовому внедрению на объектах с ОРЭ.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на IV научном симпозиуме «Геоинформационные технологии в нефтепромысловом сервисе» (г. Уфа, 2005), на научно-технической конференции, посвященной 50-летию ТатНИПИнефть ОАО «Татнефть» (г. Бугульма, 2006), на научно-технической конференции, посвященной 50-летию филиала УГНТУ «Проблемы нефтегазового дела» (г. Октябрьский, 2006), на 36-ой научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (г. Уфа, 2009).v.

Публикации.

Основные результаты и положения диссертационной работы опубликованы в 20 печатных трудах, шесть из которых написаны соискателем без соавторов, восемь работ опубликовано в изданиях, рекомендованных ВАК. В работах, написанных в соавторстве, соискателю принадлежат постановка задач, проведение аналитических, теоретических, экспериментальных и промысловых исследований и обобщение их результатов.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем работы составляет 131 страниц машинописного текста, включая 15 таблиц, 51 рисунок и библиографический список использованных источников из 92 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведены теоретическиеэкспериментальныеметодические и технологические исследования по разработке, не. имеющей! аналоговинформационно-измерительной' системы, позволяющей! осуществлять. непрерывный! контроль за режимомэксплуатации продуктивных-пластов, расположенных: в подпакерном пространстве приз ОРЭ ' в реальном масштабе* времени? стребуемою точностьючтб1 позволилосформулировать^следующие выводы;

Г. Научно обоснованы возможности передачи информации с забоя" на устье обсаженной-скважины побеспроводному каналу связи: Доказана возможность, и установлены основные параметры электромагнитного канала: связи как наиболее перспективного для. указанных целей.

2'. Разработаны: многоканальная скважинная* геофизическая?, аппаратурас автономным: питанием-. устанавливаемаяна приеме: глубинного насосного оборудования и передающая данные на устье по электромагнитному каналу для регистрации наземной' аппаратуройоригинальные измерительные и технологические схемырегистрации текущих величин забойного давлениярасходавлаго-содержания: и температуры, основанные на использовании высокочувствительных измерительных преобразователейпрограммное обеспечение: для управления процессом измерений, передачи и регистрации информации по беспроводному каналу связи.

3. Проведена успешная апробация разработанных измерительной системы и технологии ее применения в трех скважинах Урус-Тамакского месторождения ОАО «Татнефть».

4. Разработаны средства и методика метрологической аттестации аппаратуры автономного скважинного измерительного модуля (АСИМ) в стендовых условиях на базе ЗАО «Татойлгаз», а также технические условия (ТУ), согласо-ваные с Управлением по Ростехнадзору по РБ.

5. Выполнен прогноз экономической эффективности внедрения разработок в скважинах Урус-Тамакского месторождения ОАО «Татнефть» в условиях ОРЭ. Показано, что ожидаемая экономическая эффективность составляет 355 тыс. руб. на одну скважину.

6. Результаты диссертационных исследований могут служить основой дальнейшего развития и использования ИИС для обеспечения мониторинга и управления разработкой отдельных залежей и месторождений в целом эксплуатируемых с применением как штанговых и винтовых, а также электропогружных насосных установок.