Электрический каротаж в обсаженной скважине
• В своем стремлении повысить производительность месторождения, продлить его жизнь и увеличить запасы нефтяные компании нуждаются в возможности находить пропущенные углеводороды, отслеживать изменения в степени насыщенности и обнаруживать перемещение контактов между флюидами в залежи. • Задача слежения за изменениями насыщенности в старых залежах требует для своего решения проведение измерений через стальную обсадную колонну, что было невозможно при использовании прежних зондов для каротажа сопротивлений.
• До последнего времени можно было оценивать степень насыщенности углеводородами в обсаженных скважинах только с помощью нейтронных методов. • Такие приборы обладают малой глубиной исследования и поэтому их эффективное использование ограничивается случаями сред с низкой пористостью и минерализацией. • С момента появления каротажа сопротивлений в открытом стволе эксперты во всем мире старались разработать такой прибор, который мог бы измерять сопротивления пород, находящихся за обсадной колонной.
• Как и в случае измерений в открытом стволе, измерения сопротивлений и ядерной пористости в обсаженных скважинах можно объединить вместе и тем самым обеспечить более точную оценку насыщенности. • В дополнении к слежению за коллектором и выявлению пропущенных залежей промышленного значения, указанная услуга позволяет получать данные о сопротивлениях в скважинах, характеризующихся высокой степенью риска, в которых нельзя проводить каротажные работы при открытом стволе из за существующих скважинных условий или когда поломка прибора не позволяет успешно регистрировать данные.
• • Принцип измерений Зонд каротажа сопротивлений в обсаженной скважине фактически представляет собой зонд бокового каротажа, т. е. некое сочетание электродов, которое измеряет разности напряжения, возникающие при протекании приложенного тока по породам вокруг скважины. При обычном способе расчета пластового сопротивления Rt по данным бокового каротажа требуется измерить испускаемый ток и напряжение зонда V. Чтобы получить значение сопротивления, отношение указанных двух величин умножается на постоянный коэффициент, известный как коэффициент зонда К. величина которого зависит от геометрии самого зонда: Rt = KV/l. Измерения при каротаже сопротивлений в обсаженной скважине (CHFR) выглядят несколько более сложными из за присутствия стальной обсадной колонны, но они все равно сводятся к определению Rt no V и I.
• • При боковом каротаже в открытом стволе используются электроды для фокусировки питающего тока в глубину изучаемого пласта. Существенное отличие физики измерения при каротаже в обсаженной скважине состоит в том, что в этом случае сама обсадная колонна играет роль гигантского электрода, направляющего электрический ток в сторону от скважины. Замыкая электрическую цепь, ток следует по пути наименьшего сопротивления, поэтому, когда перед ним стоят два пути, т. е. либо сталь с низким сопротивлением, либо земля, то большая часть тока идет через сталь. Переменный ток высокой частоты почти целиком остается в стали, когда же используется переменный ток низкой частоты или постоянный, небольшая часть тока проникает в пласт. При прохождении от питающего электрода на зонде до электрического заземления, расположенного на поверхности земли, ток проходит по обсадной колонне и, постепенно проникая в окружающие породы, проходит через земную толщу до электрического заземления. Проникновение тока в толщу пород вокруг скважины происходит по всей длине обсадной колонны, поэтому величина проникновения тока, приходящаяся на каждый метр, очень мала. Главной проблемой, которая возникает при измерениях сопротивления пород через обсадную колонну, является измерение столь незначительных токов утечки.
• • Способ, каким производятся измерения, можно понять, если проследить путь тока от зонда до электрического заземления. Токовый электрод контактирует с внутренней поверхностью обсадной колонны. Некоторая часть тока поднимается вверх по обсадке, другая часть идет вниз. Величина тока, движущегося в каждом из указанных направлений, зависит от положения зонда в скважине и пластового сопротивления, т. е. чем выше пластовое сопротивление, тем меньше тока движется вниз по обсадной колонне Рис. 1. Влияние положения зонда на силу тока в однородном пласте в случае, когда скважина имеет глубину 3000 м, 7 -дюймовую обсадную колонну весом 29 фунтов на фут, а ток возвращается к устью. Приложен ток силой в 1 ампер (А). Ток, который направляется вниз по обсадной колонне, подвергается наибольшим изменениям на устье и забое скважины и уменьшается с ростом пластовых сопротивлений (верхний график). Утечка тока в породы тоже уменьшается с ростом пластового сопротивления. Вблизи от башмака обсадной колонны на глубине 3000 м доля утечки резко возрастает, хотя распространяющийся вниз ток уменьшается, так как весь нисходящий ток уходит в маломощную оставшуюся часть разреза (нижний график
• • Трудности, связанные с измерением сопротивлений в затрубном пространстве, которые испытывались в течение всего 60 летнего периода разработки данного метода, были связаны с самим процессом измерения. Измерить ток, распространяющийся вниз по трубе, просто, так как в конструкцию зонда можно включить электроды, которые контактируют с обсадной колонной. Невозможно прямо измерить ток, текущий внутри толщи пород, так как туда нет доступа для электродов. Пластовый ток должен получаться из тока обсадной колонны путем вычитания. Питающий ток величиной в 1 ампер создает токи утечки в породу величиной в несколько миллиампер на метр, и даже меньшие в случае пород с высоким сопротивлением. Находить небольшие величины в виде разности двух намного больших величин трудно, особенно в тех случаях, когда получаемые данные отягощены помехами. Технические трудности при измерении сопротивлений в обсаженных скважинах были преодолены путем тщательного выбора конструкции зонда и повышения точности и тщательности измерений. В настоящее время скважинная электроника работает достаточно и надежно для того, чтобы определять сопротивления пластов, находящихся за проводящей обсадной колонной.
• • • Но каким же образом производятся измерения? На первом этапе измерения используется источник зонда, с помощью которого на обсадную колонну подается переменный ток низкой частоты. Четыре приемных измеряющих напряжение электрода располагаются ниже точки закачки тока с расстоянием между ними в 0, 6 м. При каждом измерении используются три из них. Падение напряжения между парами электродов представляет собой сочетание потерь из за утечек тока в породы и потерь в обсадной колонне. Чтобы определить потери в обсадной колонне, нужно выполнить вторую операцию, называемую калибровкой. Рис. 2. Первый шаг в двухшаговой схеме измерений пластовых сопротивлений в обсаженной скважине. При проведении данного шага переменный ток низкой частоты распространяется вверх по трубе на поверхность и вниз по трубе через породу к возвратному электроду на поверхности. Зонд измеряет ∆U в нисходящем токе между двумя парами измерительных электродов, и силу тока I между этими двумя парами электродов. Через Rc обозначено сопротивление обсадной колонны.
• • • Цепь при калибровке начинается в той же точке подачи тока, но в этом случае ток движется вниз по обсадной колонне до токового электрода, расположенного на зонде приблизительно на 10 м ниже (рис. 3). Утечка в породу ничтожна, поскольку для замыкания цепи току не нужно течь через породы. Потери напряжения и силы тока обсадной колонны можно определить с помощью тех же приемных электродов, которые использовались на стадии измерения. Зная разность потерь напряжений и падений силы тока между двумя измерениями можно найти удельное сопротивление породы. Или когда сопротивление стало известно или принято равным некоторой величине, можно найти толщину обсадной колонны, как это делается в настоящее время в методе оценки коррозии и состояния защиты. Рис. 3. Операция калибровки в обсаженной скважине с помощью тока, протекающего напрямую от верхнего питающего электрода до нижнего, и дающая в результате значения потери напряжения и силы тока в колонне
• Зонд наиболее чувствителен к сопротивлению пород, находящихся вблизи от измерительных электродов, так как используемые для его определения измерения напряжения подвержены главным образом влиянию радиальных утечек породы, находящиеся непосредственно за обсадной колонной. Рис. 4. Типичные значения величин при измерении пластовых сопротивлений в обсаженных скважинах.
• Калибровка данных каротажа сопротивлений в обсаженной скважине по данным каротажа сопротивлений в открытом стволе заключается в том, чтобы сместить каротажную кривую, полученную в обсаженной скважине, относительно соответствующей кривой, полученной в открытом стволе. • Для того, чтобы определить правильную величину смещения, требуется знать удельное сопротивление одного пласта, например, пласта глинистых сланцев или неперфорированного интервала коллектора, чье сопротивление не изменилось со времени проведения каротажа в открытом стволе.
Зонд для каротажа сопротивлений в обсаженной скважине • • Зонд для каротажа сопротивлений в обсаженной скважине состоит из новой электронной секции, питающего токового электрода, одновременно действующего и в качестве центратора, четырех наборов измеряющих напряжение электродов и возвратного токового электрода, который тоже действует как центратор Зонд имеет длину 13 м и диаметр 33/8 дюйма. Пластовые удельные сопротивления можно измерять только через одиночную обсадную колонну. Данный зонд можно опускать в скважины с искревлением до 70°, используя для этого дополнительный центрирующий фонарь, и даже в горизонтальные, применяя в этом случае изолирующие центраторы. Перед опусканием зонда рекомендуется провести предварительную обработку обсадной колонны, чтобы улучшить электрический контакт особенно в корродированных скважинах или в тех случаях, когда в результате добычи во ды образовалась окисная пленка.
• Измерения производятся при неподвижном зонде по двум причинам. • Первая причина заключается в том, что измеряемые величины очень небольшие и поэтому весьма чувствительны к ошибкам. • Вторая причина связана с тем, что при движении электродов по обсадным трубам возникают значительные помехи, превосходящие пластовый сигнал в 104 раза. • В лучшем случае все это приведет к большим погрешностям при вычислении пластовых удельных сопротивлений, а в худшем надежные измерения станут невозможными. • Время остановки на производство измерений, включая скважинную калибровку, варьируется от двух до пяти минут в зависимости от величины оцениваемого пластового удельного сопротивления, требуемой точности и свойств обсадной колонны. • При двухминутных остановках скорость каротажа получается равной 37 м в час. • Обычный каротажный рейс, во время которого исследуется интервал в 450 м, занимает 12 часов. • Как и в случае использования зондов ядерного каротажа, увеличение времени остановок при каротаже в обсаженных скважинах повышает точность и расширяет диапазон измеряемых удельных сопротивлений.
Моделирование сигнала зонда • Глубина исследования у зонда для обсаженных скважин изменяется от 2 до 11 м в зависимости от параметров пласта Рис. 6 Глубина исследования зонда для каротажа в обсаженной скважине. При указанных параметрах пласта, т. е. сопротивление ненарушенной зоны Rп = 10 Ом-м, сопротивление зоны инфильтрации Rзп = 1 Ом-м, а сопротивление вмещающего пласта Rвм, = 100 Ом-м, глубина исследования зонда для обсаженной скважины составит приблизительно 5 м. На глубину исследования зонда для обсаженной скважины, как и любого зонда для бокового каротажа, оказывает влияние удельное сопротивление вмещающих пластов.
• • При проведении каротажа сопротивлений в обсаженной скважине цементное кольцо играет ту же самую роль, что и зона инфильтрации в случае необсаженной скважины. Таким образом, параметрами, играющими решающую роль, являются перепад сопротивлений между цементным кольцом и породой и толщина цементного кольца. Результаты двухмерного моделирования показали, что влияние цементного кольца на измерения по методу сопротивлений в обсаженной скважине ничтожно мало, если цемент проводящий (т. е. Rt/Rцем больше 1), но становится заметным, если цементное кольцо толстое или цемент оказывает сопротивление (т. е. Rt/Rцем <1. Рис. 7 Влияние цемента на измерения пластового сопротивления в обсаженных скважинах.
• Цемент обладает микропористостью порядка 35%, что позволяет содержащейся в цементе воде обмениваться ионами с пластовой водой. Пластовая вода высокой солености может снизить удельное сопротивление цемента и свести влияние последнего к минимуму. • Моделирование показало, что цемент с сопротивлением или очень толстое цементное кольцо могут привести к значительному завышению значений кажущегося удельного сопротивления при каротаже пород с низким удельным сопротивлением. Это обстоятельство повлияло на решение установить нижний порог для диапазона удельных сопротивлений, измеряемых в обсаженных скважинах, величиной в 1 Ом м. • При типичных значениях толщины цементного кольца (например 0, 75 дюйма) и его удельного сопротивления (между 1 и 5 Ом м), и при измерении удельных сопротивлений в обсаженных скважинах в диапазоне от 1 до 100 Ом м, ошибка из за влияния цемента составляет менее 10%. • Более чем в 95% случаев проведения каротажа сопротивлений в обсаженных скважинах введения поправок за цемент не требовалось.
• Имеются еще два связанных с цементным кольцом фактора, чье влияние на величины пластовых кажущихся удельных сопротивлений, полученные в обсаженных скважинах, остается неясным. • Одним из факторов является возможное изменение удельного сопротивления цемента со временем. Данный фактор нельзя определить, так как в настоящее время измерение удельного сопротивления цементного кольца в месте его нахождения невозможно. • Второй фактор связан с качеством цементировочных работ. В данном случае рекомендуется оценить качество цементного кольца с помощью зонда для определения цементного кольца. • Толщину цементного кольца можно приблизительно оценить по данным кавернометрии в открытом стволе и по наружному диаметру обсадной колонны.
• В примере по разведочной скважины, пробуренной «Shlumberger» во Франции, сравниваются два каротажа сопротивлений в обсаженной скважине, выполненные с интервалом в два года, и данные исходного бокового каротажа в открытом стволе, проведенного 30 годами ранее • Полевые данные, полученные в старой (30 лет) и новой (9 дней) скважинах, не выявили какого либо заметного влияния цемента. Рис. 8. Данные каротажа в обсаженной скважине при плохом качестве цементирования. Хотя на карте ультразвукового исследования цементного кольца (колонка справа) местами изображено плохое качество цементирования (бледноголубая краска), согласие между двумя каротажами в обсаженной скважине (колонка 2) и данными каротажа в открытом стволе скважины «Шлюмберже» в местечке Villejust во Франции очень хорошее.
Скачать презентацию Электрический каротаж в обсаженной скважине
Электрический каротаж в обсаженной скважине.ppt