Совершенствование технологии термогидродинамической визуализации трещин в нефтеносных гранитах
В.В. Плынин, В.Ф. Штырлин
На месторождении Белый Тигр (СРВ) широкое распространение получил эксплуатационный каротаж, при котором по стволу работающей скважины измеряются давление и темпсратура [1]. На фактических температурных профилях, снятых в скважинах фундамента этого месторождения, практически всегда присутствуют аномально высокие (или аномально низкие) значения температуры в местах притока пластового флюида [2]. Так как температура флюида в залежи растет с глубиной, то «сверхвысокую» температуру (существенно превышающую температуру, обусловленную эффектом Джоуля - Томпсона) можно объяснить только быстрым потоком нефти по наклонной трещине снизу вверх. Аномальный отрицательный скачок температуры может быть только тогда, когда в точке притока появилась более холодная нефть с более высоких отметок залежи. Дополнительным подтверждением этому является рост положительных (или отрицательных) скачков температуры притоков с увеличением отбора нефти из скважины [3].
Для интерпретации аномальных термограмм в нефтеносных гранитах в 1995-1997 гг. был разработан метод термогидродинамической визуализации трещин (ТГДВ), не имеющий аналогов. На основе этого метода в 1997 г. была предложена оригинальная технология интерпретации, названая «FRAVIS» [1, 2]. Она включала специальный комплекс программного обеспечения, состоящий из пяти модулей. После доработки в 1999 г. ила новая версия технологии - «FRAVIS-2». В 2001 г. появил-ся модифицированный метод ТГДВ под названием "ThermoHydroChannel» [3]. В 2006 г. закончатся работы по созданию усовершенствованной технологии ТГДВ последнего поколения с условным названием «FRAVIS-6».
1. Краткое описание традиционного метода
В общем виде методы ТГДВ включают следующие обязательные этапы при обработке скважины.
1. Замеры профилей давления и температуры вдоль ствола скважины на одном или нескольких режимах.
2. Расчет дебитов и температуры притоков с моделированием динамики прогрева ствола скважины и породы в околоскважинном пространстве.
3. Решение обратной задачи о неизотермическом течении пластового флюида в трещине с учетом переноса массы и тепла на ее стенках, прогрева породы и фильтрации флюида в пласте. Как правило, для уменьшения погрешностей используется вся доступная геолого-геофизическая, промысловая и другая информация.
t. Сопоставление выявленных зон питания с данными сейсморазведки или другой информацией для определения наиболее вероятного азимута питающей супертрещины [2].
2. Пример применения традиционного метода
В качестве примера в таблице приведены итоговые результаты интерпретации с методом ТГДВ по скв. XI, эксплуатирующей кристаллический фундамент месторождения Белый Тигр. Из рис. 1, на котором представлены все семь выявленных супертре-
Показатели
Номер супертрещины
1
2
з
4
5
6 | 7
Отметка притока по стволу, м
4000
4010
4024
4067
4150
4200
4250
Вертикальная глубина, м: места притока
3897
3907
3921
3964
4047
4097
4147
зоны питания
4490
4520
4470
4460
4430
4480
4460
Отход зоны питания от ствола, м
103
99
99
90
70
66
54
Длина, м
600
620
550
500
390
390
320
Угол относительно горизонта, градус
80,0
81,0
79,5
79,5
79,5
80,0
80,5
Эффективная раскрытость, мм
0,35
1,02
0,61
0,45
0,63
0,61
0,56
Вероятный объем области питания, тыс.м3 (доверительный уровень 80 %)
580
360
320
360
180
650
720
щин, видно, что их конечные области располагаются в довольно узком диапазоне глубин 4427-4515 м. С учетом такого тесного группирования супертрещин в пространстве можно было предположить наличие крупного нарушения, которое ствол скважины вскрыл на глубине 3897-4147 м (интервал по стволу 4000-4250 м), которое в дальнейшем подтвердилось.
На рис. 2 приведены графики термогидродинамических и комплексных геофизических исследований в открытом стволе скв. XI. Из него следует, что по стандартному комплексу геофизических исследований очень трудно провести корреляцию мест
притока с особенностями ГИС в этих местах. Хотя корреляционные тенденции есть, уверенная связь отсутствует.
В течение 1997-2000 гг. в 10 скважинах месторождения Белый Тигр были применены различные модификации ТГДВ. В результате полученных уникальных данных существенно изменилось представление о структуре околоскважинного пространства. Опыт применения методов ТГДВ в скважинах фундамента выявил некоторые затруднения и проблемы, которые будут рассмотрены ниже.
3. Основные проблемы при применении традиционного метода ТГДВ
Практическое применение методов ТГДВ осложняется тремя основными факторами:
1) техническими трудностями, возникающими при снятии качественных профилей давления и температуры вдоль ствола скважины на нескольких режимах;
2) искажениями результатов из-за изменений фонового теплового поля залежи в целом вследствие значительных отборов нефти и закачки больших объемов холодной воды;
3) высокой стоимостью применения метода ТГДВ вследствие сложности решения обратной задачи о неизотермическом течении пластового флюида в трещине с учетом переноса массы и тепла на ее стенках, прогрева породы и фильтрации флюида в пласте.
Первая проблема связана с высокой скоростью потока флюида в стволе скважины - каротажный прибор выносится восходящим потоком, что может привести к его потере. В результате дебит на устье скважины во время исследования приходится значительно ограничивать. В связи в отмеченным на практике снимают температурный профиль лишь на одном максимальном режиме, обеспечивающем безопасные спуск и подъем прибора. Для скважин фундамента допустимый дебит безопасных работ не превышает 600 т/сут, в то время как на технологическом режиме дебит может достигать 1500 т/сут.
Вторая проблема приобрела серьезное значение в последние годы. В настоящее время из фундамента месторождения Белый Тигр отобрано более 130 млн. т нефти. Начальные геологические запасы нефти составляют около 500 млн. т, а накопленная закачка - около 130 млн. т, т.е. отобрана значительная доля запасов и закачан сопоставимый объем относительно холодной (температура примерно равна 26 °С) воды. Средняя пустотность коллектора невелика - около 2 %, что делает фоновое температурное поле достаточно инертным. Тем не менее локальные отклонения текущего фонового теплового поля от начального могут достигать нескольких градусов.
Третья проблема характерна для решения всех обратных задач. В нашем примере даже решение прямой задачи достаточно сложно. Постановка задачи предусматривает непосредственное вшивание трещин в трехмерную сетку тепловой трехфазной фильтрационной модели, причем трещины могут быть расположены достаточно близко друг к другу, что требует применения Лень мелкой сетки. Для ускорения счета был предложен специальный симулятор, позволяющий использовать при расчетах суперкомпьютер. Его использование позволяет закончить итерационный перебор прямых задач в приемлемые сроки, хотя и повышает стоимость выполняемых работ.
4. Новые подходы к применению ТГДВ
Указанные проблемы привели к необходимости существенной модернизации традиционных методов ТГДВ. В 2002-2006 гг. были проведены научно-исследовательские работы с целью решения этих проблем. В результате был разработан усовершенствованный программный комплекс по термогидродинамической визуализации FRAVIS-6, обладающий преимуществами по сравнению с традиционными методами.
Во-первых, удалось снизить уровень требований к качеству проведения замеров температуры в скважине и ограничиться :тием кривой на одном режиме. Эта вынужденная и временная ступка промысловым исследователям приводит к потере информации и, как следствие, снижению точности результатов, но новый поход позволяет более надежно сопоставлять термопрофили, снятые в разное время. Это частично компенсирует или полностью нивелирует дополнительные погрешности.
Во-вторых, усовершенствованная версия ТГДВ снабжена специальным модулем расчета фонового теплового поля. По сути это отдельный полноразмерный термогидродинамический симулятор, на котором история разработки залежи восстанавливается не только по давлению и отборам воды, но и по устьевой забойной температурам. Сеточная термогидродинамическая модель залежи может быть грубой и адаптация не требует детального совпадения по каждой скважине, однако в целом по участкам залежи расчетная и фактическая добыча, а также температу-ра должны совпадать с заданной точностью. Наличие дополнительного этапа восстановления общего теплового поля требует дополнительных затрат, зависящих от размера залежи, числа скважин и продолжительности истории разработки. Для залежи фундамента месторождения Белый Тигр дополнительные затраты сопоставимы с затратами, связанными с традиционной обработкой методом ТГДВ двух-трех скважин.
Для решения третьей проблемы удалось существенно повысить качество сопоставления разнородной информации на основе использования более подробных сеток. Конечно, это увеличило время счета, однако бурное развитие компьютерной техники в последние годы привело к существенному повышению скорости и сокращению стоимости машинного времени. В результате усовершенствованная технология ТГДВ позволяет не только повысить надежность интерпретации, но и снизить затраты на 20-30 %.
Хотя затраты на проведение двух-четырех обработок методом ТГДВ возросли за счет этапа расчета фонового теплового поля, при массовых обработках (около 30-50 скважин) можно надеяться снижение удельных затрат на скважину на 20-25 %.
Выводы
1. Усовершенствованная технология термогидродинамической визуализации трещин в нефтеносных гранитах позволит в значительной степени устранить недостатки традиционных методов ТГДВ.
2. Новая технология ТГДВ может повысить точность расчета параметров супертрещин и надежность выделения зон питания.
3. Преимущества технологии ТГДВ последнего поколения по сравнению с традиционными методами ТГДВ делают возможным более массовое ее применение в скважинах фундамента месторождения Белый Тигр.
Список литературы
1. Природа аномальных данных термогидродинамических исследований нефтяных скважин/Е.Г. Арешев, В.В. Плынин, O.K. Попов, В.Ф. Штырлин//Нефтяное хозяйство. - 2000. - №3. - С. 41 -47.
2. Результаты интерпретации аномальных данных термогидродинамических исследований скважин/Е.Г. Арешев, В.В. Плынин, O.K. Попов и др.//Нефтяное хозяйство. - 2000. - №8. -С. 43-46.
3. Арешев Е.Г., Плынин В.В., Штырлин В.Ф. Новые возможности интерпретации аномальных данных термогидродинамических исследований скважинД/Нефтяное хозяйство. - 2001. - №3. -С. 49-52.
Журнал «Нефтяное хозяйство» № 5, 2006