Волоконно-оптическое распределенное

Волоконно-оптическое распределенное
измерение температуры в скважине
Световой импульс, посланный в скважину по оптическому волокну, возвращается обратно с данными о профиле температуры в скважине. Волоконнооптическое распределенное измерение температуры в нефтегазовых скважинах — уже не только перспектива будущего, но и реальность текущего
дня. Данные, полученные таким способом, позволяют решить целый ряд
задач, поэтому в нефтегазодобыче волоконно-оптические технологии выходят на передний край диагностики и мониторинга.
Джордж Браун
Саутгемптон, Англия
Нефтегазовое обозрение, зима 2008-2009, том 20, №4.
Copyright © 2011 Schlumberger.
Данная статья является русским переводом статьи
«Downhole Temperatures from Optical Fiber»,
Oilfield Review Winter 2008/2009: 20, no. 4.
Copyright © 2009 Schlumberger
Благодарим за помощь в подготовке данной статьи
Мэтта Гарбера (Рошарон, штат Техас, США) и Доминика Хотона (Служба технического редактирования,
Честер, Англия)
ACTive, THERMA и WellWatcher BriteBlue являются
товарными знаками компании Schlumberger.
1. Leonardon EG: “The Economic Utility of Thermometric
Measurements in Drill Holes in Connection with
Drilling and Cementing Problems,” Geophysics 1, no. 1
(January 1936): 115–126.
2. Обсуждение постоянных оптоволоконных
скважинных датчиков см.: Al-Asimi M, Butler G,
Brown G, Hartog A, Clancy T, Cosad C, Fitzgerald J,
Navarro J, Gabb A, Ingham J, Kimminau S, Smith J
and Stephenson K:“Advances in Well and Reservoir
Surveillance,” Oilfield Review 14, no. 4 (Winter
2002/2003): 14–35.
42
Те м п е р а т у р а — в а ж н ы й ф а к т о р
многих скважинных процессов, и
температурные измерения давно
проaодятся для мониторинга эксплуатационных характеристик доб ы в а ю щ и х с к в а ж и н . С 1 9 3 0 - х г г.
инженеры используют данные о
скважинных температурах для расчета притоков пластовых флюидов
из различных интервалов, оценки
профилей приемистости скважин
при закачке воды, диагностики
эффективности гидроразрыва пласта, определения высоты подъема
цементного раствора в затрубном
пространстве и выявления межпластовых
перетоков.1
Долгое
время этот очень простой метод
измерений в значительной степени оставался в тени других, более
экзотических методов, обеспечивающих получение информации
с помощью сложных комплексов
каротажных приборов. Однако с
развитием волоконно-оптических
технологий интерес к температурным измерениям получил новый
импульс.
П е рвона ч а льно опти ч ес к ое вол о кн о в нефтя ной отр а с ли и с польз о в а л ос ь для пер еда ч и да нны х и
ко м а нд, но впос ледс тви и с та ло пр и -
меня тьс я и к а к с к ва жинный дат чик.
В 1 9 8 0 -е гг. бы л р а з рабо т ан спо со б
з а мер а тем пер а тур ы по всей дл ине
опти ч ес к ого волок на, и к начал у
1 9 9 0 -х гг. эту техно л о гию вкл ю ч и ли в нек отор ы е типы сист ем зак а нч и ва ни я нефтя ных и газо вых
с к ва жи н. 2 О бор удование, испо л ьз уем ое для волок онно -о пт ическо го
р а с пр еделенного и змерения т емпер а тур ы (d is tr ib u t ed t emperat ure
s ens ing — D T S ), не со держит движущи хс я ч а с тей и скважинно й
элек тр они к и — для сбо ра данных
в р а з ны х точ к а х пр ост ранст ва применя ют ла з ер ны й лу ч и непрерывное опти ч ес к ое волокно .
В м ес то точ еч ны х замеро в т емпер а тур ы , р едк о и нерегу л ярно
вы полня вши хс я
каро т ажными
пр и бор а м и на к а бел е, высо ко чу вствительная волоконно-оптическая
с и с тем а р а с пр едел енно го измер ени я темпер а тур ы регист риру ет
да нны е на к а ждом мет ре ( 3,3 ф у т а)
с к ва жи ны ч ер ез р е гу л ярные про межутк и вр емени . Такая равно мер на я вы бор к а поз в о л яет сист еме
р а с пр еделенного и змерения т емпер а тур ы опр еделя т ь время и по ложени е точ ек температ у рных изменени й по м ер е во зникно вения
Нефтегазовое обозрение
Те ппер
Тем
еерату
атура
р
Глуб
и
на
Зима 2008–2009
43
Импульсы лазерного излучения длиной 10 нс
Оптоволокно
Оптический разветвитель
Лазер
Рассеянный свет
Блок
обработки
сигнала
Дисплей
Рис 1. Пр о цесс в о л о кон н о-оптиче ского распре де ленного измерения тем п ер атуры. Источн ик лазе рн ого излучения испус к ает св ето в ые им п уль сы, прох одящие по все й длине оптичес к ого во л о кна. Часть све та возвращае тся в виде излучения
обратно го р ассеяния. Это излуче н ие отфильтровывается от
этих и зм е н е н и й , ч т о спо со б с т в уе т
лучш е м у п он и м а н и ю про це с со в в
данно й с к важ и н е .
В эт ой с тать е р ас ска з ы в а е т ся о ра боте с и с те м во л о ко н н о -о пт и ч е ск ого р ас п р е д е ле н н о г о и з м е ре н и я
темпе р ату р ы и о б ъ ясн яе т ся, ка к
зн ани е к люч е вых з а ко н о м е рн о с т е й
темпе рату р н ог о по в е д е н и я н е ф т и
ил и г аза в с к важи н е по м о г а е т и н ж енер ам п о н я ть , ч т о в н е й про и сходи т.
Осн овы вол оконн о - о п т и че с к о г о
ра спредел енног о и зм е р е н и я
т емперат уры
В са м ом п р ос том в и д е с и ст е м а в о лок о н н о - о п ти ч е с ко г о
ра спре д е лен н о г о и зм е р е н и я т е м пе ра т уры
состо и т и з оп ти ч е с ко г о в о л о кн а в
защ и тн ой тр у б к е , и с т о ч н и ка л а зерн о г о и злу ч е ни я, о пт и ч е с ко г о
ра зве тви те ля ,
б л о ка
о бра бо т ки
опто э ле к тр он н о г о с и г н а л а и д и с плея (р и с . 1 ). О п т и ч е с ко е в о л о кн о
— то н к ое , к ак ч е л о в е ч е ски й в о л о с ,
44
входящих импульсов и разделяется на отдельные волны. Поскольку скорость света постоянна, данные о прохождении
излу чения обратного рассеяния можно полу чить с каждого
метра длины оптоволокна.
— всего лишь около 100 микрон в
диаметре. Оно состоит из сердцевины диаметром от 5 до 50 микрон и оболочки, изготовленных
из кварцевого стекла. Стекло сердцевины и оболочки имеет разный состав (например, из-за добавок других компонентов, таких
как германий или фтор, в составе
оболочки), чтобы различались показатели преломления и другие
светодисперсионные характеристики.
Источник
лазерного
излучения посылает в сердцевину оптического волокна световые импульсы длительностью 10 нс (за
это время каждый из них успевает пройти расстояние около
1 м). У сердцевины показатель преломления выше, чем у оболочки, и
свет, отклонившийся от оси сердцевины, в конце концов попадает на
ее границу с оболочкой под углом,
величина которого обеспечивает
его отражение обратно к оси серд-
цевины. Происходит так называемое полное внутреннее отражение.
О дна к о в р еа льных о пт ических
волок на х пр и пр охо ждении импульс а с вета ч а с ть его все же расс еи ва етс я . Свет может рассеиват ьс я на флук туа ци я х пл о т но ст и ил и
с ос та ва с тек ла — по механизму,
и з вес тному, к а к р эл еевско е рассея ни е, — и ли и з -з а а к у ст ических ко леба ни й , и з меня ющ их по казат ел ь
пр елом лени я оптово л о кна, — по
м еха ни з му р а с с ея ния Мандел ь шта м а – Бр и ллюэна .
Са мое с и льное влияние на про цес с волок онно-оптическо го распр еделенного
и з мерения
т емпер а тур ы ок а з ы ва ет т рет ий из
м еха ни з мов р а с с еяния свет а —
к омби на ци онное
( рамано вско е)
р а с с ея ни е, вы з ы ва емо е неу пру гим и (с вя з а нны ми с перераспределени ем энер ги и ) ст о л кно вениям и фотонов с м олеку л ами в среде
оптоволок на . Эти ст о л кно вения
и з м еня ют к олеба тель ну ю э нергию
Нефтегазовое обозрение
3. Brown G and Walker I: “Light Fantastic,” Middle East
&Asia Reservoir Review no. 5 (2004): 32–49. http://
www.slb.com/media/services/ resources/mewr/
num5/light_fantastic.pdf (данные на 18 февраля
2009 г.).
4. Эффектом Джоуля–Томсона называется изменение
температуры флюида при его стационарном расширении без теплообмена при постоянной энтальпии.
Этот эффект имеет место при процессах дросселирования, таких как адиабатическое течение
через пористую перегородку или расширительный
клапан.
Зима 2008–2009
Лазерное излучение
Количество зарегистрированных
фотонов обратного рассеяния
мол е к у л. Рас с е я нн ы й ф о т о н м о ж е т
либо о тд ать с во ю э н е рг и ю м о л е куле, в р е зу льтате ч е г о о н а пе ре й д е т
н а б о ле е выс ок и й ко л е б а т е л ь н ы й
уров е н ь
(с то к с о в о
ра сс е ян и е ) ,
либо п р и н я ть э н е рг и ю м о л е кул ы , и
мол е к у ла п е р е й д е т н а ко л е ба т е л ь н ый у р о ве н ь н и ж е ( а н т и ст о кс о в о
ра сс е я н и е ) (р и с . 2 ) .
Ча с ть э тог о ра с се ян н о г о св е т а
отраж ае тс я о б р ат н о и в о з в ра щ а ется п о о п то во л о кн у к и с т о ч н и к у лазе р н о г о и зл уч е н и я. Н а э т о м
пути с и г н ал о б р а т н о г о ра с се ян и я
отделя е тс я о т вх о д ящ е г о и м пул ь са с ве та н ап р авл е н н ы м о пт и ч е с к им о тве тви те ле м . П о с л е эт о г о
отраж е н н ый с и г н а л по с ы л а е т с я в
высо к о ч у вс тви те л ь н о е
при е м н о е
устр о й с тво, г д е си г н а л ко м би н а ционн о г о р ас с е я ни я с в е т а о т ф и л ь тровывае тс я от д о м и н и рую щ е г о
изл у ч е н и я об р ат н о г о рэ л е е в с ко г о
и бри ллю э н о вс к о г о ра с се ян и я.
Эн е р г е ти ч е с к и й о бм е н м е ж д у
ра сс е и вающе й с я м о л е кул о й и ф о тоно м п р и к ом б и н а ци о н н о м ра с сея н и и зави с и т о т т е м пе ра т уры .
С игн ал к ом б и н аци о н н о г о ра с се ян ия и м е е т д ве к о м по н е н т ы : с т о ксов у и ан ти с то кс о в у. С т о кс о в а
к омпон е н та, д ли н а в о л н ы ко т о ро й
больше , и м е е т оч ен ь с л а бую т е м пе ра тур н у ю зави с и м о с т ь , в о т л и ч и е
от ан ти с ток с о во й ко м по н е н т ы о бра тно г о р ас с е я н и я с м е н ь ш е й д л и н ой волн ы, к о тор а я с и л ь н о з а в и си т
от те м п е р ату р ы. От н о ш е н и е эт и х
двух к ом п он е н т прям о про по рци о н ал ь н о те м п е р ату ре ра сс е и в а ю щ е й
среды.
К р о м е то г о, п у т е м а н а л и з а и з л учени я об р атн о г о ра сс е ян и я м о ж н о
Рэлеевское рассеяние
Бриллюэновское
рассеяние
Бриллюэновское
рассеяние
Стоксова
компонента
комбинационного
рассеяния
Антистоксова
компонента
комбинационного
рассеяния
Длина волны
Рис 2. Спектр обратного рассеяния. Для получения данных о температуре система
волоконно-оптического распределенного измерения температуры анализирует
сигн а л комбинационного рассеяния. Отношение стоксовой компоненты к антистоксовой пропорционально температуре.
о пре д ели ть р а с с тоя ни е до мес та
е г о в оз ни к новени я в оптоволок не.
Та к ка к пр одолжи тельнос ть к а жд о г о входя щего и м пульс а р а вна
1 0 н с , и нтер ва л, на к отор ом пр ои з о ш ло обр а тное р а с с ея ни е, точ но
с о о т в етс твует одном у и з метр овы х
о т ре з к ов оптоволок на . Следова т е л ь н о, р а с ч ет пр офи ля тем пер а т уры по вс ей дли не оптоволок на
н е т ребует ни ч его и ного, к р ом е и с т о ч н ик а ла з ер ного и з луч ени я , а на л и з а т ор а и з на ни я и с ходной тем пера т ур ы в на з емной ч а с ти с и с тем ы .
В ч а с тнос ти , нет необходи м ос ти в
ка л и бр овк е к а к отдельны х точ ек
по д л и не оптоволок на , та к и вс его
о пт о волок на пер ед его с пус к ом .
В о п р еки гр ади енту
П ри пер вом с пус к е с и с тем ы р а с пре д еленного и з м ер ени я темпер а т уры и з м ер я етс я геотер ми ч ес к и й
г ра д и ент, ха р а к тер и з ующи й ес тес т в е н ное и з менени е темпер а тур ы с
г л уби ной . Темпер а тур ны е гр а ди ент ы б ы ва ет нужно з на ть для к ор р ек т и ро вк и нек отор ы х к а р ота жны х
д а н н ых, но гла вны й и нтер ес обы ч н о пр едс та вля ет не с а м гр а ди ент, а
отк лонени я от него, даю щие предс та влени е о нек ото рых характ ер и с ти к а х пла с товы х фл ю идо в.
Добы ч а и з а к а ч к а фл ю идо в меняют темпер а тур ны й про ф ил ь скважи ны . Эти и з менения разл ичны в
р а з ны х пла с та х и з ависят о т про и з води тельнос ти з акачки и до быч и , и х пр одолжи тел ь но ст и, про ница ем ос ти пла с та и температ у рных
с вой с тв флюи да и по ро ды. 3 Сист ем а волок онно-опти ческо го распределенного и з м ер ени я т емперат у ры,
с пос обна я отс лежи ват ь нару шения
теплового ба ла нс а п о времени, выя вля ет та к и е и з менения.
В на ч а ле добы ч и ил и закачки в
с к ва жи не могут на х о дит ься закач а нны е в нее флюи ды с т емперат у р ой , отли ч ной от ее со бст венно й,
ч то пр и ведет к и зменению т емпер а тур ы в ней ; но су щест ву ю т и
тем пер а тур ны е и з менения ино го
р ода , с вя з а нны е с движением пл ас товы х флюи дов. Изменения т ак ого р ода объ я с ня ю т ся э фф ект о м
Джоуля – Том с она , напряму ю связ а нны м с ум еньшением давл ения
на флюи ды , вы ходя щ ие из про ду кти вного пла с та в с кважину. 4 Такие
45
Ге
от
ер
ми
че
ск
ий
гр
Глубина
ад
Динамическая
температура
ие
нт
Продуктивный интервал
Охлаждение притока
вследствие эффекта
Джоуля–Томсона
Температура
Рис 3. Откл о нения от ге оте рмиче ского гра дие н та. Газ в продуктивном пласте наход и т с я п р и тем п ер атуре , соотве тствующе й локаль ному г еотермическому г радиенту
(з еленая п унктир ная лин ия). При исте че н ии из пласта в типичну ю фонтаниру ю щую
с к в а жину газ р асширяе тся и ох лаждае тся всле дствие эффекта Джоуля–Томсона.
П ри п о дъем е газа вве рх по скважин е происх одит теплообмен между ним и окруж а ющ ей скважину породой че ре з обсадн ую колонну: если температура г аза выше
т емп ер атур ы гео термиче ского градие н та, те пло передается из г аза нару жу скважины , а есл и ниже – и звн е скважин ы в газ. Получа емый в результате температу рный
профил ь зав исит о т типа и свойств флюида, е го расхода и температурных параметров ство л а скв ажины и пласта . Этот проце сс продолжается при подъеме г аза по
с к в а жине до тех п о р, пока график те мпе ратуры н е станет практически параллельны м л инии гео тер м иче ского градие н та.
изме н е н и я п р о и с х о д я т к а к п р и в ы х о д е ф л ю и д о в в с к в а ж и н у, г д е д а в ление на них зачастую резко падае т, т а к и п р и и х п о д ъ е м е п о с т в о л у
скважины, где снижение давления
обычно более плавное (рис. 3).
Падение давления вызывает соответствующее изменение объема
жидкости или газа с сопутствующим изменением температуры. Поэтому температура потока нефти
или воды, поступающей в скважин у, у в е л и ч и в а е т с я , а п о т о к а г а з а –
п о н и ж а е т с я . 5 Ге о т е р м и ч е с к и й г р а д и е н т и э ф ф е к т Д ж о у л я – То м с о н а
могут быть смоделированы с помощью программ моделирования
тепловых процессов с применением методов узловых давлений
и конечных элементов, таких как
46
программный пакет THERMA для
анализа процессов в скважинах с
распределенным измерением температуры.
На примере анализа характеристик фонтанирующей газовой
скважины можно увидеть, какой
объем информации можно извлечь
из данных волоконно-оптического
распределенного измерения темп е р а т у р ы ( р и с . 4 ) . Тр и з а м е р а з а
25-ти часовой период позволяют сравнить температуры по
нескольким интервалам заканч и в а н и я . Та к о е с р а в н е н и е п о к а зывает постоянство температур в
некоторых зонах, включая самую
мощную из них на глубине около
2680 м, что говорит об их непродуктивности.
Те х н о л о г и я
распределенного
измерения температуры использовалась для диагностики причины падения дебита одной из
скважин на шельфе Малазийского
полуострова в Южно-Китайском
море. Когда компания-оператор
Ta l i s m a n M a l a y s i a L t d . о б н а р у ж и ла проблемы с добычей на одной
из скважин на месторождении
Бунга-Райя (Bunga Raya), она
провела ее химическую обработку
для удаления эмульсий и полимеров, оставленных в пластах буровыми растворами.6 Сразу после
этой обработки дебит скважины,
законченной открытым стволом с
хвостовиком со щелевидными продольными отверстиями, вырос с
200 до 2200 барр./сутки (с 32 до
3 5 0 м 3/ с у т к и ) .
Однако через пять часов после
обработки добыча столь же резко
упала и, в конце концов, стабилизировалась на предшествовавшем
обработке уровне. Инженеры комп а н и и Ta l i s m a n п о д о з р е в а л и , ч т о
в то время, когда скважина была
остановлена для демонтажа оборудования, применявшегося при
ее обработке, в ней образовались
э м у л ь с и и и а с ф а л ьт е н ы . Ч т о б ы
понять причину падения дебита
скважины после ее химической
обработки и определить, где и как
в ней образовались эмульсии и
а с ф а л ьт е н ы , к о м п а н и и - о п е р а т о р у
требовалась дополнительная информация
о
характеристиках
вскрытых скважиной пластов и о
траектории скважины. Кроме того,
было необходимо понять, как раст в о р и т ь э м у л ь с и и и а с ф а л ьт е н ы и
предотвратить их повторное образование.
5. Al-Asimi et al, сноска 2.
6. Parta PE, Parapat A, Burgos R, Christian J, Jamaluddin
A, Rae G, Foo SK, Ghani H and Musa M: “A Successful
Application of Fiber-Optic-Enabled Coiled Tubing
and Distributed Temperature Sensing (DTS) Along
with Pressures to Diagnose Production Decline in
an Offshore Oil Well,” paper SPE 121696, prepared
for presentation at the SPE/ICoTA Coiled Tubing and
Well Intervention Conference and Exhibition, The
Woodlands, Texas, March 31–April 1, 2009.
Нефтегазовое обозрение
2 500
Температура
сразу после
остановки скважины
2 600
Температура через 10 ч.
после остановки скважины
Динамическая
температура
2 700
Геотермический
градиент
Глубина, м
2 800
2 900
Точки пересечения
3 000
3 100
День 1 19:01:42
День 2 10:47:40
День 2 20:38:02
3 200
3 300
Переток
при остановке
скважины
3 400
70
75
80
85
90
95
100
105
110
Температура, °C
Рис 4. Анализ характеристик фонтанирующей газовой скважины на основе данных волоконно-оптического
распределенного измерения температуры в ней. Отклонение от геотермического градиента (зеленая линия)
связано с движением флюида по скважине. Данные распределенного измерения температуры были зарегистрированы при нормальном притоке в скважину (черная кривая) через перфорированные интервалы, сразу
после ее остановки (синяя кривая) и через 10 часов после остановки (красная кривая). Снижение температуры ниже температуры геотермального градиента на глубинах 3035 м и 3320 м было вызвано истечением газа
из продуктивного пласта в призабойную зону и его охлаждением при падении давления вследствие эффекта
Джоуля–Томсона. Когда скважина остановлена (синяя кривая), скважинный флюид охлаждается относительно холодными породами продуктивного пласта, в разной степени испытывающими температурный эффект
Джоуля–Томсона, показывающий также, в каких интервалах депрессия на пласт выше, а в каких — ниже. Через
10 часов после остановки скважины температура на глубине 3035 м не повышается, приближаясь к кривой геотермического градиента, а остается низкой (красная кривая), что указывает на продолжение притока из этого
интервала. На самом деле приток из него уходит вниз по скважине в интервал на глубине 3300 м. Приток на
глубине 3320 м тоже продолжается, и газ оттуда также уходит в интервал на глубине 3300 м. Таким образом, из
полученных данных видно не только то, какие перфорированные интервалы дают приток в нормальных условиях, но и то, между какими интервалами происходят перетоки при остановке скважины.
Другой интересной особенностью графиков на этом рисунке являются точки пересечения кривой динамической температуры (т.е. кривой работающей скважины) с кривой остановленной скважины. Когда скважина
остановлена, температуры на большинстве глубин либо повышаются, либо понижаются, но в точках пересечения изменений не происходит , что говорит об отсутствии теплообмена между скважинным флюидом и
продуктивным пластом. Таким образом, кривые температуры как работающей, так и остановленной скважины
соответствуют геотермическому градиенту , определить который помогает выявление таких точек: только в них
достигается геотермическая температура, вне зависимости от того, работает ли скважина или она остановлена.
Значение и удобство этого метода заключается в том, что в типичных условиях может оказаться невозможно
остановить скважину на срок, достаточный для ее охлаждения до истинной геотермической температуры.
Для
выполнения
программы очистки скважины компания
Ta l i s m a n о б р а т и л а с ь к к о м п а н и и
S c h l u m b e r g e r.
Те м п е р а т у р н ы й
профиль скважины был получен
путем распределенных измереЗима 2008–2009
н и й с п о м о щ ь ю с и с т е м ы AC T i v e ,
спущенной в скважину на гибких
насосно-компрессорных
трубах
(ГНКТ) (подробнее о системе сбора скважинных данных в режиме
р е а л ь н о г о в р е м е н и AC T i v e с м . :
«Волоконно-оптические
исследования скважин через ГНКТ»,
стр. 28). При проведении данного
исследования приборная головка
с и с т е м ы AC T i v e в ы п о л н и л а з а м е р
температуры в одной точке, а си47
Температура, °C
122
117
112
107
102
3 120
3 160
3 200
3 240
3 280
3 320
3 360
3 400
3 440
3 480
3 520
3 560
3 600
3 640
Глубина, м
Рис 5. Данные волоконно-оптического распределенного измерения температуры в скважине на месторождении Бунга-Райя.
Понижение температуры от 116°C (240°F) на приствольном
стема волоконно-оптического распределенного измерения температуры зарегистрировала данные по
всей длине оптоволокна, спущенн о г о в с к в а ж и н у в н у т р и Г Н К Т.
Эти данные позволили инженерам
выбрать в призабойной зоне оптимальную глубину отбора репрезентативных проб углеводородов
и, таким образом, определить наилучший интервал обработки скважины.
Данные распределенного измерения температуры показали, что
температура снизилась по всему
и н т е р в а л у, н о с а м о й н и з к о й о к а з а л а с ь н а з а б о е ( р и с . 5 ) . Те м п е ратурные данные, полученные в
этой эксплуатационной скважине
с падающим дебитом, и давление,
зарегистрированное в ней датчик о м с и с т е м ы AC T i v e , у к а з ы в а л и ,
что расширение газовой шапки
было вызвано недостаточной компенсацией пластового давления
соседней
водонагнетательной
скважиной. Причиной падения
температуры был приток газа из
призабойной зоны, вызванный
расширением газовой шапки, которое, в свою очередь, ограничило приток жидкости. Приток воды
с нефтью при данных величинах
дебита газа привел к возникновению плотной вязкой эмульсии,
которая в конечном счете воспрепятствовала добыче на этой скважине.
48
участке горизонтального ствола скважины до 107°C (225°F) на
призабойном участке было вызвано охлаждением в результате
притока газа.
Еще одно измерение
Новые разработки в области волоконно-оптического
распределенного измерения температуры
дали
операторам
возможность
выбирать между системами датчиков скважинной температуры
постоянного или ограниченного по времени применения. При
монтаже системы мониторинга с
волоконно-оптическим распределенным измерением температуры
в качестве постоянного компонента схемы заканчивания операторы
получают ценные температурные
данные в режиме реального времени и могут быстро реагировать на
и з м е н е н и я д е б и т а . Та к у ю с и с т е му можно спускать в скважину на
тросе или внутри ГНКТ при проведении капитальных ремонтов или
и н ы х в н у т р и с к в а ж и н н ы х р а б о т, п о
завершении которых оптоволокно
извлекают из скважины.
Оптоволокно помещают в гибк у ю т о н к у ю с т а л ь н у ю т р у б к у, с л у жащую ему защитным кожухом и
позволяющую проходить по скважине, повторяя ее траекторию.
Б л а г о д а р я э т о м у, г е о ф и з и к и и
геологи могут точно определять
и картировать места тепловых
явлений в скважине. Эти данные
ценны и сами по себе, но серии
температурных исследований, выполненных за определенный период времени, позволяют геологам
и геофизикам строить трехмерные изображения, иллюстриру-
ющие развитие тепловых явлений во времени и пространстве
(рис. 6). Для загрузки многочисленных температурных кривых и
оценки поведения скважин можно
использовать
специальные
программы, такие как программа
THERMA, предназначенная для
анализа и моделирования скважин, где применяют волоконнооптическое распределенное измерение температуры. Показ данных
распределенного измерения температуры в виде серии кривых
позволяет отслеживать зависящие
от времени параметры поведения
скважины в периоды добычи, закачки в нее различных составов и
кислотной обработки.
Развитие волоконно-оптической
технологии также помогает расширить возможности применения
распределенного измерения температуры. В настоящее время системы распределенного измерения
температуры используют в Канаде
в скважинах, в которых тяжелую
нефть добывают тепловыми метод а м и . Ус л о в и я в с к в а ж и н а х , э к с плуатируемых таким методом, как
гравитационное дренирование при
закачке пара (steam-assisted gravity
d r a i n a g e – S AG D ) , к р а й н е н е б л а гоприятны для работы волоконнооптических систем. Большинство
оптических волокон разрушаются
в присутствии водорода в концентрациях, характерных для таких
скважин с тяжелой нефтью. При
Нефтегазовое обозрение
A
Интервал до
бычи
B
а, °C
ратур
Темпе
53
02:22
02:02
01:02
Время
42
01:32
Прист
вольн
участо ый
к
1 200
1 400
00:32
1 600
Рассто
яние, м
Обраб
отанны
1 800
е инте
рвалы
2 000
Зона б
Приза
бойны
участо й
к
00:02
ез при
Рис 6. Система температурного мониторинга THERMA 3D. Распределенные измерения температуры были выполнены в горизонтальной газовой скважине (A). По результатам нескольких
последовательных серий измерений можно построить трехмерное изображение (Б). Распределенные измерения температуры
охватывали интервал горизонтального участка ствола между
1340 и 2200 м, который был обработан закачкой азота через
ГНКТ. Синий цвет показывает холодные зоны, в которые азот
был закачан в момент времени 00:02. В течение следующих
т и п и ч н ы х д л я т е х н о л о г и и S AG D
высоких температурах это разрушение ускоряется, и, в конце концов, оптоволокно может перестать
проводить импульсы лазерного
излучения. Разработка оптическог о в о л о к н а We l l Wa t c h e r B r i t e B l u e ,
предназначенного для работы в
жестких условиях, позволила создавать системы распределенного
Зима 2008–2009
тока
двух часов (от 00:32 до 02:22) система распределенных измерений температуры зарегистрировала случаи роста и понижения температуры, вызванные теплообменом между пластом
и флюидами, движущимися по стволу скважины, тем самым
показав, какие из обработанных интервалов дают приток. Полученные данные показывают , что имеются два основных интервала, где обработка скважины была успешной, а также демонстрируют , что обработка призабойного участка горизонтального
ствола скважины была недостаточной для вызова притока.
измерения температуры, лучше
выдерживающие высокие температуры и более стойкие к действию
водорода в высоких концентрациях. Поступление данных от таких
постоянно установленных в скважине волоконно-оптических систем помогает операторам оценивать профили заполненного паром
порового пространства («steam
chamber») при добыче по методу
S AG D и л у ч ш е о т с л е ж и в а т ь п р о цесс закачки пара. Эта информация дает возможность продлить
срок эксплуатации скважин и подн я т ь о б щ у ю н е ф т е г а з о о т д а ч у.
—МВ
49