Гидродинамические исследования пластов кафедра геофизики БашГУ, НПФ ГеоТЭК

История развития гидродинамических исследований на кафедре:

Начало 90-х.  Когда появились персональные компьютеры, одной из первых наших компьютерных программ  обработки данных стала программа обработки КВД "Stream", разработанная по заданию Усинской геофизической экспедиции треста «Коминефтегеофизика».

Главным инициатором проекта был Р.А.Валиуллин. Рамазанов А.Ш. подготовил ТЗ и алгоритмы обработки, основную программистскую работу выполнили выпускники специализации «Геофизика» Абсалямов Ильдус, Болотникова Лариса, Щелчкова Татьяна. Программа  поддерживалась и успешно развивалась  ими в течение нескольких лет.

1992г. Когда в объединении "Башнефтегеофизика" возникли проблемы с дальнейшим развитием программы обработки данных ИПТ на ПК (разработка Аглиуллина М.Я.) нам предложили разработать собственную систему обработки данных ИПТ. На стадии подготовки  ТЗ и алгоритмов принимали активное участие Р.Б.Булгаков, Ю.М.Юсим.

Решено было начать с оптимизационного алгоритма обработки кривых притока (КП) и модифицированного алгоритма Хорнера для КВД. К разработке алгоритмов обработки кривых притока привлекали А.Ф. Гильманшина, имевшего опыт разработки алгоритмов для  автоматизированной системы (система ИРИ ЕС - обработка ИПТ на ЕС ЭВМ, ВНИИНПГ, г.Уфа).

Первая версия нашей системы была готова к опытно-промышленному опробованию уже в 1994 году.  Работа по программированию велась выпускником матфака Ильшатом  Гумеровым  и Ремеевым И.С. При реализации оптимизационных алгоритмов нас консультировал  Л.Е.Кнеллер. Очень большая работа по тестированию системы была выполнена Ю.М. Юсимом.

1994 г.  Началось опытно-промышленное опробование первой версии системы (названной "Гидрозонд") на геофизических предприятиях в Башкирии, Когалымском УГР и Лянторском УГР треста "Сургутнефтегеофизика". В тесном содружестве с первыми пользователями началась работа по доводке системы. Улучшению технологии обработки способствовали критические замечания и пожелания, которые регулярно готовились для нас в геологическом отделе Когалымского УГР Мрозовской Светланой. В дальнейшем в систему были включены алгоритмы обработки для методов КВУ и КВД.

1998 г. Вышла новая версия системы, в которой модуль обработки ИПТ был отделен в самостоятельное АРМ Гидрозонд-2. Второй модуль -  Гидрозонд-3 представлял АРМ интерпретатора по обработке методов КВУ и КВД. Связано это было с тем, что во многих местах обработкой данных ИПТ занималась отдельная партия и специализированного АРМ для нее было достаточно.

2003 г. Разработали и начали реализацию версии системы под WINDOWS  (программист – выпускник кафедры Руслан  Абдуллин) и прекратили поддержку DOS версий.

2006 г. Реализованы алгоритмы обработки данных ГДИ в газовых скважинах.

2010 г.  По заданию Татнефтегеофизики был разработан самостоятельный модуль обработки данных гидропрослушивания.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ   ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАСТОВ (Рамазанов А. Ш.)

  Надо начать с определения. Гидродинамические методы основаны на измерении давления и расхода жидкости в скважине. Старая советская аббревиатура ГДИ и означает  Гидро Динамические  Исследования. С помощью ГДИ исследуется пласт, или несколько пластов, имеющих гидродинамическую связь со скважиной. Ценность ГДИ заключается в  зондировании пласта, т.е. в определении гидродинамических параметров пласта и призабойной зоны: пластового давления, коэффициента продуктивности пласта, гидропроводности, скин-фактора,  диагностике режима фильтрации, оценки характера внешних границ. Поэтому непонятно, что означает ГДИС.  По ГДИ  нельзя исследовать всю скважину как по ГИС. Если расшифровать ГДИС как «гидродинамические исследование в скважине», то это лишнее, где еще можно проводить ГДИ как не в скважине.

  В этой статье рассматриваются ГДИ при освоении малодебитных скважин.

  Есть специальные ГДИ, когда  подготовка скважины к исследованиям и  измерения должны удовлетворять определенным требованиям. Например, скважина перед ГДИ эксплуатируется в неизменном режиме, в процессе исследований не должны изменяться режимы работы соседних скважин, тщательно измеряют дебит в работающей и остановленной скважине и др.

  С появлением дистанционных и автономных цифровых манометров в практике  геофизических исследований скважин (ГИС) в последние годы появилась возможность получения новой информации, обрабатываемой как данные ГДИ. Эти данные получаются не в результате специальных ГДИ, а в процессе обычных геофизических исследований при освоении скважины компрессором, свабом или струйным насосом. Обычно для определения гидродинамических параметров пласта используется кривая изменения давления (КИД) во времени p(H,t) на глубине Н, например, зависимость давления от времени после прекращения воздействия на пласт (после компрессирования, после свабирования, после прекращения отбора из скважины струйным насосом).

1. Исходные данные ГДИ при освоении скважин:

На рисунках 1 -3 в качестве иллюстрации приведены диаграммы изменения забойного давления при свабировании скважины и при освоении скважины струйным насосом УГИС.

Обрабатываемые данные могут представлять собой:

  •  изменение давления в течение времени, включающем весь период компрессирования,  свабирования скважины или работы УГИС, зарегистрированное автономным манометром, установленным на определенной глубине в стволе скважины (как на рис. 1-3);
  • кривую изменения давления  после прекращения компрессирования или свабирования скважины, зарегистрированную автономным либо дистанционным манометром при открытом или закрытом устье скважины;
  • несколько фрагментов КИД на определенной глубине во времени, зарегистрированных дистанционной аппаратурой после компрессирования или свабирования в перерывах между регистрацией данных других геофизических методов вдоль ствола скважины;
  • КИД и данные об изменении уровней в стволе остановленной скважины, когда геофизическими методами определены положения газожидкостного раздела (ДУ) и нефтеводораздела (НВР).

  Во всех  случаях на поверхности могут быть дополнительно измерены объемы отбираемой из скважины жидкости.

2. Анализ данных:

  Принята такая формулировка относительно  КИД:

 - КИД называют кривой восстановления давления (КВД), если восстановление давления происходит при закрытом устье скважины;

 - КИД называют кривой притока (КП), если восстановление давления зарегистрировано при открытом устье скважины. При этом обычно говорят о данных, полученных методом КВУ либо по технологии КВУ (Кривых Восстановления Уровня). Методом КВУ можно получить  данные об уровнях и КП в остановленной скважине. Изменение забойного давления  при КВУ обуславливается продолжающимся притоком жидкости из пласта и подъемом уровня жидкости в стволе скважины.

  Конечно, деление КИД на КВД и КП условное. "Чистая" КВД представляет собой КВД при отсутствии притока жидкости из пласта в ствол остановленной скважины, на реальных КВД всегда есть влияние продолжающегося притока жидкости из пласта. В принципе, всегда можно говорить о КИД (или всегда о КВД) и добавлять информацию об условиях ее получения. Деление КИД на КВД и КП лишь характеризует условия проведения опыта и заранее свидетельствует о возможности или невозможности использования некоторых алгоритмов при их обработке. Необходимо только иметь в виду, что КИД, зарегистрированная  при закрытом устье скважины и только поэтому названная  "КВД", необязательно будет содержать в себе участок чистой КВД и может быть обработана по алгоритмам обработки КВД. Например, значительная часть КВД, зарегистрированной после снижения уровня жидкости компрессором или свабом в малодебитной скважине, практически совпадает с КП и не может быть обработана по алгоритмам обработки КВД. Рис.4 иллюстрирует технологию КВД.

   В математической модели, используемой при определении параметров  пласта принято, что дебит до остановки постоянный, а в остановленной скважине приток из пласта в скважину прекращается мгновенно. После прекращения притока жидкости из пласта в ствол скважины происходит упругое восстановление давления в пласте. В прискважинной зоне прекращается движение, жидкость сжимается, постепенно эта зона сжатия вокруг скважины расширяется вглубь пласта.  Для определения параметров модели пласта используется 2 вида информации: нулевая производная (значение давления) и первая производная по времени (скорость изменения давления во времени).

  Самое важное для технологии КВД это то, что скорость изменения давления (при отсутствии притока) зависит только от проницаемости (гидропроводности) той зоны пласта, до которой в данный момент времени дошла область сжатия  (радиус зондирования). Это позволяет однозначно определить гидропроводность по КВД. Угловой коэффициент в полулогарифмических координатах при обработке по методике МДХ или Хорнера – это и есть производная давления. Участки КВД при отсутствии притока, при отсутствии движения через прискважинную зону, не зависят от свойств прискважинной зоны. Вывод – по КВД скин-фактор не определяют.

  Скин-фактор определяют по информации в период притока, т.е. по забойному давлению в работающей скважине. Когда зарегистрирована только КВД после остановки скважины, в качестве давления в работающей скважине используется первая точка КВД. Поэтому, если начальный участок КВД искажен или не зарегистрирован, скин-фактор пласта нельзя  определить.

  Является ли зарегистрированная КИД в остановленной скважине КВД, определяют диагностикой. Есть такой инструмент и установленные для выделения искаженного послепритоком начального участка КВД признаки. На рис. 5 показан типичный диагностический билогарифмический график изменения давления и его логарифмической производной во времени.

  Может оказаться так, что на всем протяжении КВД будет влияние притока жидкости из пласта, послеприток не завершается. Это типично для технологии КВУ. В этом случае скорость изменения давления в скважине (первая производная по времени) определяется текущим значением дебита, а он зависит и от гидропроводности, и от скина, и от пластового давления.  По этой причине по КИД, полученным по технологии КВУ при освоении однозначное определение одновременно и гидропроводности и скина невозможно.

  Анализ кривых изменения давления при освоении малодебитных скважин  показывает, что:

  • изменение давления и дебита в скважине до регистрации КВД не соответствует принятым в математических моделях для алгоритмов МДХ или Хорнера. Поэтому, например, необходимо учитывать переменность дебита и пользоваться понятием эквивалентного времени работы скважины до остановки на КВД;
  • при наличии нескольких работающих перфорированных пластов в исследуемом интервале скважины обработка  данных ГДИ с целью определения параметров пластов без специального обоснования неправомерна. Найденные параметры в этом случае будут средними для этих пластов с неизвестным характером усреднения;
  • отсутствует специальная подготовка скважины к исследованиям. При компрессировании или свабировании скважины в течение некоторого времени происходит снижение забойного давления (и даже необязательно монотонное!), затем прекращение воздействия и восстановление при открытом или закрытом устье скважины. Цикл снижения и восстановления давления может быть повторен несколько раз (см. рис.1).
  • часто регистрации КИД предшествуют различные технологические операции, связанные с ремонтом или воздействием на исследуемые пласты;
  • в процессе вызова притока с помощью компрессора, сваба или струйного насоса  обычно измеряют не дебит жидкости из пласта, а объемы отбираемой из скважины жидкости на поверхности;
  • КИД, полученные дистанционной аппаратурой попутно с регистрацией других геофизических полей при решении основной задачи на скважине, могут носить подчиненный характер, и тогда их регистрация должна вписываться в технологию решения основной задачи. В итоге на КИД могут отсутствовать отдельные участки;
  • при обработке КИД и уровней появляется возможность использования данных других геофизических методов для оценки плотности, состава флюида в стволе, работающих интервалов.

  Очевидно, что не по любым данным ГДИ, полученным при освоении скважины, может быть определен весь комплекс параметров пласта. Возможность использования в этих условиях классических алгоритмов обработки, таких, как: метод анаморфозы в полулогарифмических координатах (МДХ), метод Хорнера, обобщенный дифференциальный метод (ОДМ), операционные методы Баренблатта и др. детально не исследована.

  Зондирование пласта основано на связи между дебитом и депрессией на пласт, для эффективного решения этой задачи одновременно с КИД необходимо иметь информацию об изменении дебита во времени при освоении скважины. Основные трудности в обработке данных ГДИ связаны именно с погрешностями определения дебита

  При невозможности получения полной информации об изменения дебита ГДИ с целью зондирования пласта целесообразно организовать таким образом, чтобы данные максимально зависели именно от параметров пласта и в минимальной степени - от граничных условий, от процессов, происходящих, в стволе исследуемой скважины и в других скважинах. Этим требованиям удовлетворяет, к примеру, испытание пластов испытателями на трубах (ИПТ) и регистрация КВД в скважине с одним перфорированным пластом с минимальным притоком жидкости в ствол остановленной скважины (УГИС), использование при освоении свабированием  специального модуля МГДИ для перекрытия ствола скважины и др.

3. Выводы:

  1. Гидродинамические поля - источник дополнительной информации, часто получаемой при освоении скважин попутно. Интерпретация и обработка данных ГДИ и геофизических исследований  должна быть комплексной. ГДИ легко вписываются во все известные технологии освоения нефтяных скважин.

  2. Для обработки данных ГДИ имеются автоматизированные системы. Анализ реализованных в них алгоритмов показывает безусловную возможность их использования для обработки данных, полученных по стандартным технологиям специальных гидродинамических исследований. Это, прежде всего, КВД после остановки скважины, проработавшей с известным постоянным дебитом (расходом) и  КИД при известном изменении дебита жидкости.

  3. Использование классических алгоритмов для обработки данных ГДИ, полученных при освоении скважин с помощью компрессора, сваба или струйного насоса, не всегда оправдано.

  4. Является неверным утверждение о том, что параметры пласта можно определять по любой кривой изменения давления во времени. Для гидродинамического зондирования слабопродуктивных пластов, когда невозможно получить полные данные об изменении дебита за весь период освоения скважины, оптимальными являются технологии исследований, когда на регистрируемые КИД наибольшее влияние оказывают искомые параметры пласта. КВД, зарегистрированная в скважине после быстрого перекрытия ствола скважины и с минимальным объемом подпакерного пространства (например, при использовании ИПТ, струйного насоса, МГДИ), гораздо предпочтительней (с точки зрения зондирования пласта) КИД, зарегистрированных после свабирования или компрессирования малодебитных скважин. Отдельные кривые притока и уровенные замеры в малодебитных скважинах больше подходят для расчета изменения дебита во времени и лишь для оценки продуктивности пласта.

Были опубликованы следующие работы:

  1. Рамазанов А.Ш., Ремеев И.С., Гумеров И.Р. и др. Автоматизированная система обработки данных гидродинамического зондирования пластов "Гидрозонд". -НТС "Каротажник", № 30, 1997, с.74-77.
  2. Рамазавнов А.Ш. Автоматизированная обработка данных гидродинамических ис-следований пластов. - Кафедре геофизики 35 лет. Сб. материалов, посвященный юбилею кафедры. –Уфа: Изд-е Башкирск. ун-та, 1999, с.81-98.
  3. Рамазанов А.Ш. Исследование алгоритмов обработки кривых притока мало-дебит-ных скважин. - НТВ Каротажник. - Тверь, 2000г., вып.74, с.69-80.
  4. Авдеев А.В., Лаврентьев-мл. М.М., Горюнов Э.В. и др. К решению одной обратной задачи, связанной с оценкой параметров нефтяного пласта // Вычислительные технологии, 2001, т.6, №6, с.3-13.
  5. Авдеев А.В., Горюнов Э.В., Лаврентьев-мл. М.М. и др. Численное решение одной обратной задачи подземной гидромеханики по определению параметров нефтяного пласта / Тр. межд. конф. “Recent Development in Applied Mathematics and Mechanics Theory, Experiment and Practice”, CD-disc, Novosibirsk, Russia, 2001, 12p.
  6. Рамазанов А.Ш., Валиуллин Р.А., Осадчий В.М.Особенности гидродинамических исследований при освоении скважин. - НТВ Каротажник. - Тверь, 2002, вып.94, с.13-19.
  7. Рамазанов А.Ш., Абдуллин Р.А. Обработка гидродинамических исследований скважин «Гидрозонд». - Свид-во об офиц. рег. программ для ЭВМ № 2007615300, 29.12.2007г.
  8. Адиев А.Р., Крючатов Д.Н., Рамазанов А.Ш. Новая технология определения гидродинамических параметров пласта при освоении малодебитных скважин.- Геология, геофизика и раз-работка нефтяных и газовых месторождений., №2, 2012, с.36-41
  9. Рамазанов А.Ш. Абдуллин Р.А., Мухутдинов В.К. Технология обработки данных ГДИ при освоении скважин в сис-теме  «Гидрозонд».- Матер. научно-практ. конф. в рамках XVI Международной выставки «Газ. Нефть, Технологии 2008», г. Уфа, 21 мая 2008г, с.75-79.
  10. Адиев А. Р., Крючатов Д. Н., Рамазанов А. Ш. Определение гидродинамических параметров пласта при геофизическом сопровождении свабирования.
  11. Валиуллин Р. Р., Рамазанов А. Ш., Петров П. Л., Исследование влияния сжимаемости пласта на кривые притока после остановки малодебитных скважин.
  12. Рамазанов А. Ш. Состояние и перспективы автоматизированной обработки гидродинамических исследований пластов.