6.3 Исследование скважин при неустановившихся режимах.

Гидродинамические методы исследования скважин при неустановившихся режимах основываются на законах упругого режима. Упругие свойства пласта и насыщающей его жидкости или газа независимо от размера пластовой системы существенно проявляются при быстром изменении режима работы отдельных скважин или одновременно многих скважин. Такие изменения называют возмущениями, а скважины, в которых быстро изменяют режим работы, возмущающими скважинами или источниками возмущения.

Рассмотрим возмущающую одиночную скважину, работающую в бесконечно большом упругом пласте.

Границу воронки депрессии вокруг работающей скважины называют контуром питания, а радиус воронки R_к – радиусом контура питания. На контуре действует давление р_к , а на забое скважины при установившейся работе – давление р_с.

Если скважину мгновенно остановить или резко изменить режим его работы, то вокруг нее начнется неустановившейся процесс перераспределения давления. Для объяснения происходящих при этом явлений нужно учитывать изменение плотности жидкости вокруг скважины. Давление является функцией плотности, т.к. р = ρgh.

На контуре питания плотность нефти постоянна и равна наибольшему значению. В момент остановки отбор нефти из скважины прекращается, а через контур питания продолжает поступать прежнее количество нефти, равное установившемуся дебиту скважины перед остановкой. За счет продолжающегося притока по направлению к скважине нефть сжимается, ее плотность повышается, в результате чего давление начинает восстанавливаться; одновременно несколько увеличивается объем порового пространства. Поскольку скорости движения по направлению к скважине в радиально сходящихся направлениях возрастают, давление восстанавливается быстрее в самой скважине и медленнее – вблизи контура питания. Но вблизи контура питания разность плотностей между текущим и наибольшим значениями наименьшая, поэтому здесь давление восстанавливается до наибольшего раньше, чем в других областях. Восстановление давления вблизи границ контура питания ведет к непрерывному уменьшению воронки депрессии, т.е. к уменьшению R_к . В условиях упругого режима темп восстановления падает. Теоретически давление на забое остановленной скважины от р_с восстанавливается до р_к через бесконечно большое время. В действительности ощутимый процесс восстановления давления в скважине прекращается по прошествии сравнительно непродолжительного времени.

При пуске скважины происходят те же явления, что и при остановке, но только в обратном порядке: давление падает, воронка депрессии растет до тех пор, пока не достигнет некоторой условно установившейся величины R_к. Пуск нагнетательной скважины подобен остановке эксплуатационной, а остановка нагнетательной скважины подобна пуску эксплуатационной.

Кривые восстановления можно получить во всех скважинах, независимо от способа их эксплуатации и назначения. Достаточно строгая обработка кривых восстановления возможна только для условий, когда установившееся забойное давление р_с выше давления насыщения.

Подобно тому, как кривую восстановления получают после остановки скважины, ее можно получить и при резком изменении режима работы в сторону уменьшения дебита; наоборот, при резком увеличении дебита получается кривая падения давления, как и после пуска. Таким образом, кривые восстановления или падения давления можно получать и без остановки скважины. Для обработки кривых восстановления давления применяют те же формулы, что и для кривых падения.

Для этого пользуются следующей формулой, полученной в подземной гидродинамике для задачи притока упругой жидкости к скважине, в которой снимается кривая восстановления давления

. (1)

Здесь Q – дебит скважины, μ – вязкость, k – проницаемость, h – толщина пласта, - пьезопроводность, причем - приведенный объемный коэффициент упругости среды (вода, нефть, порода), t – время с момента пуска или остановки скважины.

Обозначив через

, , (2)

, (3)

уравнение (1) перепишем в виде

,

которое является уравнением прямой, не проходящей через начало координат.

Поэтому из этого следует, что фактически снятая на забое скважины кривая восстановления давления (КВД) Δр(t), перестроенная в полулогарифмических координатах ; , должна иметь вид прямой отсекающей на оси ординату , значение которой определяется формулой (2), и имеющей угловой коэффициент , определяемый формулой (3).

КВД на забое скважины записывается регистрирующим скважинным манометром с автономной или дистанционной записью показаний. Такой манометр, спускаемый на забой скважины до ее остановки, дает запись изменения в функции времени . Поэтому фактическую кривую необходимо перестроить в координаты и найти ее постоянные коэффициенты и (рис. 1). Начальный участок КВД не укладывается на прямую, что связано частично с последующим притоком, о котором было сказано выше, и инерцией масс жидкости, которое вообще не учитываются формулой (1).

Рисунок 1. Кривая восстановления давления в скважине

На перестроенной кривой отыскивается прямолинейный участок, по двум точкам которого определяется угловой коэффициент

. (4)

Вычислив , можно определить из формулы (3) гидропроводность :

. (5)

Теперь по известному значению определяется проницаемость

. (6)

Из формулы (1) после логарифмических преобразований получим выражение для определения приведенного радиуса несовершенной скважины

. (7)

Аналогично методом неустановившихся режимов исследуются нагнетательные скважины. Для снятия КВД нагнетательной скважины, работавшей длительное время с дебитом Q , достаточно на устье закрыть задвижку, т.е. прекратить закачку и снять кривую падения давления на устье. Величина определяется как разность между давлением на устье при установившемся режиме закачки, т.е. давлением нагнетания, и текущим давлением на устье после прекращения закачки. Обработка полученных данных для определения пластовых параметров аналогична обработке для добывающих скважин.

Аналитический аппарат для обработки результатов исследования добывающих и нагнетательных скважин на неустановившихся режимах, описанный выше, пригоден и для обработки результатов при ступенчатом изменении дебита на величину . Ступенчатое изменение дебита может быть достигнуто сменой штуцера или прикрытием задвижки. При этом скважинным манометром фиксируется КВД при переходе от начального дебита к новому дебиту , изменившемуся на величину . В соответствующие формулы вместо необходимо подставить . Обработка результатов остается прежней.

Исследование на неустановившихся режимах позволяет качественно оценить изменение проницаемости или наличие непроницаемых включений в удаленных областях пласта. Наличие таких аномалий обусловливает вид концевых участков КВД. Увеличение углового коэффициента на концевых участках соответствует уменьшению проницаемости, уменьшение соответствует увеличению проницаемости.

Осн.: 1. [197-203], 3. [117-127]

Контрольные вопросы:

1. На какие группы подразделяются методы учета последующего притока?

2. Чему соответствует увеличение углового коэффициента кривой восстановления давления?

3. Чему соответствует уменьшение углового коэффициента кривой восстановления давления?

Лекция №7. Теоретические основы подъема жидкости из скважин.