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-

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