|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Система динамического мониторинга для динамического мониторинга операций закачки на скважинах путем определения протяженности гидроразрыва с использованием измерений давления в скважине. Система содержит скважинный манометр, средства для передачи данных от скважинного манометра на поверхность и блок сбора данных на поверхности, где при создании изменения давления в стволе скважины в ходе операции закачки скважинный манометр регистрирует осциллограмму давления в качестве данных, данные передаются на поверхность с первой частотой дискретизации, данные хранятся в блоке сбора данных на поверхности, а длина трещины рассчитывается из сохраненных данных, чтобы указать на протяженность гидроразрыва. Частоты дискретизации лежат за пределами известных рабочих диапазонов. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Система динамического мониторинга для динамического мониторинга операций закачки на скважинах путем определения протяженности гидроразрыва с использованием измерений давления в скважине. Система содержит скважинный манометр, средства для передачи данных от скважинного манометра на поверхность и блок сбора данных на поверхности, где при создании изменения давления в стволе скважины в ходе операции закачки скважинный манометр регистрирует осциллограмму давления в качестве данных, данные передаются на поверхность с первой частотой дискретизации, данные хранятся в блоке сбора данных на поверхности, а длина трещины рассчитывается из сохраненных данных, чтобы указать на протяженность гидроразрыва. Частоты дискретизации лежат за пределами известных рабочих диапазонов.
Евразийское (21) 201792189 (13) Al
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. E21B 47/06 (2012.01)
2018.05.31 E21B 43/26 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки 2016.06.02
(54) ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКВАЖИННОГО ДАВЛЕНИЯ С ВЫСОКОЙ ЧАСТОТОЙ ДИСКРЕТИЗАЦИИ
(31) (32) (33)
(86) (87) (71)
(72)
(74)
1509579.7; 1509576.3; 1513655.9 2015.06.03; 2015.06.03; 2015.08.03 GB
PCT/GB2016/051625
WO 2016/193733 2016.12.08
Заявитель:
ГЕОМЕК ИНЖИНИРИНГ ЛТД (GB)
Изобретатель:
Сантарелли Фредерик Джозеф (NO)
Представитель: Нилова М.И. (RU)
(57) Система динамического мониторинга для динамического мониторинга операций закачки на скважинах путем определения протяженности гидроразрыва с использованием измерений давления в скважине. Система содержит скважинный манометр, средства для передачи данных от скважин-ного манометра на поверхность и блок сбора данных на поверхности, где при создании изменения давления в стволе скважины в ходе операции закачки скважинный манометр регистрирует осциллограмму давления в качестве данных, данные передаются на поверхность с первой частотой дискретизации, данные хранятся в блоке сбора данных на поверхности, а длина трещины рассчитывается из сохраненных данных, чтобы указать на протяженность гидроразрыва. Частоты дискретизации лежат за пределами известных рабочих диапазонов.
ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКВАЖИННОГО ДАВЛЕНИЯ С ВЫСОКОЙ ЧАСТОТОЙ ДИСКРЕТИЗАЦИИ
Настоящее изобретение относится к закачке текучих сред в скважины и, более
5 конкретно, к системе для динамического мониторинга операций закачки на
скважинах путем определения протяженности гидроразрыва с использованием измерений давления в скважине.
Несмотря на то, что скважины обычно бурятся для добычи текучих сред, таких как
10 нефть, газ и вода, имеются также обратные ситуации, когда текучие среды
закачиваются в скважины. Через скважины, обычно называемые нагнетательными,
текучие среды, такие как вода, сточные воды, минеральный раствор, химические
вещества и СО2, закачиваются в пористые горные породы подземного пласта.
Нагнетательные скважины имеют ряд применений, включая увеличение добычи
15 нефти, долгосрочное хранение (СО2), утилизацию отходов, добычу полезных
ископаемых и предотвращение вторжения соленых вод.
Когда текучая среда закачивается в скважину, она всегда находится под более высоким давлением, чем текучие среды в пласте, и поэтому будет проникать через
20 пористый пласт. Если существуют искусственные, например, созданные
посредством перфорации, или естественные трещины, текучие среды будут проникать в трещины и заполнять объем трещины. Если используется давление текучей среды, достаточное для оказания ударного воздействия на пласт, естественные трещины будут расширяться. Кроме того, происходит сдвиг, и
25 естественные трещины могут увеличиваться в длину. Трещины также можно
создать путем инициирования разрыва при растяжении в породе.
Создание и расширение трещин может быть полезным, например, при возбуждении сланца в ходе извлечения углеводородов посредством гидравлического разрыва.
30 В таком случае скважину можно рассматривать как нагнетательную скважину для
закачки текучих сред во время операции по гидроразрыву пласта (ГРП). В типичной операции по ГРП вода или загущенная вода в виде геля закачивается с возрастающей скоростью закачивания для оказания ударного воздействия на пласт и раскрытия уже имеющихся естественных трещин в пласте. При самой высокой
35 скорости закачивания в воду добавляют расклинивающий наполнитель для
заполнения трещин. Закачиваемая текучая среда, используемая в операции по ГРП, затем возвращается с последующим потоком углеводородов, причем добыча углеводородов напрямую зависит от площади поверхности трещин.
5 Однако для утилизационных скважин имеет место противоположная ситуация. В
утилизационных скважинах, отходы производства, такие как нежелательные и
часто опасные побочные продукты химической промышленности, закачиваются в
глубокие скважины. В последнее время началась геологическая секвестрация СО2.
Для таких скважин существуют строгие правила защиты от загрязнения подземных
10 источников питьевой воды, например, водоносного горизонта в пласте. Эти
правила нужны для того, чтобы закачиваемые текучие среды оставались внутри скважины и предполагаемой области закачки. Создание или расширение трещин увеличивает область закачки и риск того, что сеть трещин распространится до водоносного горизонта.
В скважины, поддерживающие давление для добычи углеводородов, закачивается
вода для поддержания давления в коллекторе (мероприятие, также известное как
компенсация падения пластового давления), вытеснения нефти из коллектора и
перемещения ее по направлению к скважине. Такие скважины могут
20 использоваться для закачки воды или для повторной закачки добытой воды.
Создание или расширение трещин может привести к раннему прорыву воды в добывающие скважины, что существенно ограничит добычу углеводородов.
Поэтому было бы целесообразно динамически отслеживать протяженность трещин
25 во время операций закачки. Разработаны способы измерения длин трещин.
Картирование трещин с использованием наклономера и микросейсмики
обеспечивает прямые дальнопольные методы, которые требуют дорогостоящих
приборов, расположенных вокруг скважины (предпочтительно в стволах скважин),
и дают результаты, которые трудно интерпретировать. Интерпретация требует
30 времени, и поэтому динамический мониторинг в реальном времени или почти в
реальном времени невозможен. Исследование скважин путем спуска приборов в
скважину обеспечивает получение прямых результатов об околоскважинной
области, но они ограничены только информацией о трещинах, близких к стволу
скважины, и могут иметь большую неточность из-за сделанных допущений и
35 отсутствия результатов предварительных гидродинамических исследований
скважины. К тому же они также требуют проведения внутрискважинных работ и, таким образом, не позволяют осуществлять динамический мониторинг во время закачки.
5 Наиболее широко используемыми способами являются косвенные расчеты,
получаемые из моделирования полезных давлений гидравлического разрыва,
анализа испытаний с переменным давлением и анализа данных о добыче. Их
ограничения состоят в том, что длина предполагается, а не измеряется и,
следовательно, оценки сильно различаются в зависимости от используемой
10 модели. Известно, что подгонка модели по данным испытаний скважин приводит к
неуникальным наборам параметров, интерпретация которых сильно зависит от опыта специалиста и, следовательно, дает значительную неточность.
Способ известного уровня техники, основанный на измерениях давления, описан в
15 публикации "Fracture Measurement Using Hydraulic Impedance Testing" ("Измерение
трещин с помощью испытания на гидравлическое сопротивление") авторов R.W.
Paige, J.D.M. Roberts, L.R. Murray, D.W. Mellor, документ № SPE 24824,
представленной на 67-й ежегодной технической конференции и выставке
Общества инженеров-нефтяников, состоявшейся в Вашингтоне, округ Колумбия, 4-
20 7 октября 1992 года. Этот способ позволяет определить размеры трещины путем
введения импульса давления в скважину и интерпретации полученной
осциллограммы давления. Способ включает использование манометра,
установленного на устье скважины. Импульс давления будет отражаться от забоя
скважины и полученное отражение можно проанализировать. Если существуют
25 трещины, отраженная осциллограмма будет затухать быстрее, так как
предполагается, что импульс, проникающий в трещину, будет полностью затухать
и не будет проявляться в стволе скважины, для трещин же большего размера
коэффициент отражения смещается к нулю и никаких отражений не происходит.
Трещины еще большего размера дадут отраженную перевернутую вершину.
30 Основным ограничением такого измерения является количество отражений,
возникающих при прохождении импульса через ствол скважины, что затрудняет
интерпретацию. Также типично, что данные предварительных гидродинамических
исследований недоступны, вследствие чего делаются предположения, которые
сильно влияют на рассчитанный результат.
Поэтому задачей настоящего изобретения является создание системы динамического мониторинга для контроля операций закачки на скважинах путем определения протяженности гидроразрыва, которая устраняет по меньшей мере некоторые из недостатков известного уровня техники.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, обеспечена система
динамического мониторинга, содержащая скважинный манометр, средства для
передачи данных от скважинного манометра на поверхность и блок сбора данных
на поверхности, где при создании изменения давления в стволе скважины в ходе
10 операции закачки скважинный манометр регистрирует осциллограмму давления в
качестве данных, данные передаются на поверхность с первой частотой дискретизации, данные хранятся в блоке сбора данных на поверхности, а длина трещины рассчитывается из сохраненных данных.
15 Таким образом, записанная осциллограмма давления может содержать отражения
импульса давления от вершин трещин, то есть места трещины, наиболее удаленного от ствола скважины. Благодаря тому, что манометр располагается в скважине, отражения внутри ствола скважины не попадают на регистрируемую осциллограмму давления, поскольку они возникают до того, как импульс попадает
20 в трещину.
Предпочтительно, первая частота дискретизации составляет более 10 Гц. Используемые в настоящее время стационарные скважинные манометры не выполняют измерения на частотах дискретизации более 10 Гц. Стационарные
25 скважинные манометры используются в основном для измерения отклика давления
в потоке текучей среды в эксплуатационных скважинах. Такой отклик представляет собой квазистатический случай без очень быстрых изменений и, следовательно, достаточно использовать частоту дискретизации менее 10 Гц и, более типично, менее 0,2 Гц. Кроме того, использование любой частоты дискретизации выше 0,2
30 Гц приведет к проблемам хранения данных, поскольку данные регистрируются
непрерывно в течение всего периода эксплуатации скважины. Фактически, во многих случаях данные удаляются, чтобы хранить только почасовые или ежедневные записи.
Поскольку настоящее изобретение должно динамически отслеживать
35 протяженность гидроразрыва, любая частота менее 10 Гц будет недостаточной, так
как при 10 Гц длина волны импульса в воде (при условии закачки воды) составляет
144 м (скорость волны давления в воде составляет приблизительно 1440 м/с).
Чтобы обеспечить достаточное разрешение, частота дискретизации должна быть
примерно в десять раз больше измеряемого расстояния, поэтому для определения
5 длин трещин около 1 км будет использоваться частота дискретизации 10 Гц.
Области применения, описанные выше, были бы неэффективными, если бы длина
трещин должна была составлять 1 км, чтобы их можно было обнаружить. Более
предпочтительно, первая частота дискретизации составляет не менее 100 Гц. Это
позволит измерять трещины длиной от 70 до 100 м и подходит для таких
10 применений, как утилизация отходов, закачка зрелой воды и возбуждение сланцев.
При необходимости, первая частота дискретизации составляет не менее 1 кГц. При такой частоте дискретизации можно определять длины трещин около 7-10 м и такая частота будет подходить при закачке чистой или ранней воды.
15 Предпочтительно, частота дискретизации может выбираться пользователем.
Таким образом, частота дискретизации данных может выбираться в зависимости от ожидаемых результатов или применения. Более предпочтительно, частота дискретизации изменяется во время работы. Таким образом, можно достигнуть оптимального соотношения между разрешением осциллограммы давления и
20 емкостью хранения данных. В альтернативном варианте, первая частота
дискретизации устанавливается высокой для определения начальных длин трещин в начале операции закачки, а затем устанавливается вторая частота дискретизации, чтобы лучше соответствовать разрешению, требуемому для длин трещин, измеряемых при первой частоте дискретизации. Таким образом,
25 начальное изменение давления может быть создано в скважине для определения
начальных длин трещин, а последующая закачка может выполняться с частотой дискретизации, соответствующей ожидаемой протяженности трещины, чтобы свести к минимуму емкость хранения данных, используемую в блоке сбора данных на поверхности.
Предпочтительно, скважинный манометр обеспечивает аналоговый сигнал. Таким образом, частота дискретизации не ограничивается используемым манометром. Скважинный манометр может быть кварцевым манометром, традиционно используемым в нефтегазовой промышленности. В альтернативном варианте,
другие датчики давления могут быть приспособлены для использования в скважине, например, тензометрические датчики.
Предпочтительно, система динамического мониторинга содержит порт для
5 оцифровки аналогового сигнала. Порт может содержать любой аналого-цифровой
преобразователь. Порт работает на частотах более 10 Гц. Порт выполнен с возможностью программирования с поверхности так, чтобы частоту можно было изменять на первую частоту дискретизации.
10 Предпочтительно, средства передачи данных на поверхность представляют собой
кабель. Кабель может быть электрическим кабелем, как известно в данной области техники. Однако пропускная способность таких кабелей ограничена 100 Гц. Более предпочтительно, кабель представляет собой инкапсулированный волоконно-оптический кабель. Такой кабель может обеспечить намного большую скорость
15 передачи. В альтернативном варианте, средства для передачи данных на
поверхность могут быть реализованы посредством беспроводной связи, как известно в данной области техники.
Предпочтительно, блок сбора данных на поверхности содержит процессор и
20 устройство хранения. Устройство хранения может представлять собой память.
Предпочтительно, процессор содержит средства для изменения частоты
дискретизации. Средства для изменения частоты дискретизации могут выбирать
данные из сигнала, посылаемого из скважины, который имеет более высокую
частоту дискретизации, чем требуемая частота дискретизации. Таким образом,
25 объем хранимых данных может быть ограничен. Кроме того, это позволяет заранее
задать настройки скважинного манометра и порта перед установкой, чтобы сигналы
могли непрерывно передаваться на поверхность, и при этом не требуется
отправлять в скважину никакие сигналы управления. В альтернативном варианте,
средства для изменения частоты дискретизации могут отправлять по кабелю
30 сигнал управления для регулирования скорости порта. Блок сбора данных на
поверхности также может содержать средства связи для передачи данных на удаленный объект для анализа.
Предпочтительно, изменение давления создается в стволе скважины посредством
35 останова после закачки. Предпочтительно, останов происходит настолько быстро,
чтобы вызвать волну давления гидравлического удара. Таким образом, отражение
этой волны давления в пласте обеспечивает осциллограмму давления.
Предпочтительно, осциллограмма давления анализируется с помощью быстрого
преобразования Фурье. Таким образом, используя скорость звука в водной текучей
5 среде, частотные составляющие преобразования можно интерпретировать как
расстояние от отражателя, то есть вершины трещины, до скважинного манометра, чтобы получить расстояния, равные поперечному распространению трещин.
Соответственно, чертежи и описание должны рассматриваться как
10 иллюстративные, а не как ограничивающие. Кроме того, терминология и
фразеология, используемая в данном документе, предназначена исключительно для описательных целей и не должна толковаться как ограничивающие объем формулировки, такие как "включающий", "содержащий", "имеющий", "состоящий" или "использующий" и их вариации, должна пониматься широко и
15 охватывать объект изобретения, описанный ниже, эквиваленты и дополнительные
не описанные объекты изобретения, а также не предназначена для исключения других добавок, компонентов, целых чисел или этапов. Аналогично, термин "содержащий" считается синонимом терминов "включающий" или "состоящий" для применимых юридических целей. Любое обсуждение документов, действий,
20 материалов, устройств, изделий и т.п. включено в описание исключительно с целью
обеспечить контекстное содержание для настоящего изобретения. Не предполагается или не представлено, что любые или все эти вопросы являются частью известного уровня техники на основе общих знаний в области техники, относящейся к настоящему изобретению. Все числовые значения в описании
25 следует понимать как изменяемые термином "около". Подразумевается, что все
элементы или любые другие компоненты, описанные в данном документе в единственном числе, включают в себя их множественное число, и наоборот.
Хотя в описании используются термины "вверх" и "вниз" наряду с "самый
30 верхний" и "самый нижний", следует понимать, что эти понятия используются
относительно ствола скважины и что ствол скважины, хотя и показан на некоторых фигурах вертикальным, может быть наклонным. Это известно в области горизонтальных скважин.
Ниже приведено описание вариантов осуществления настоящего изобретения, только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые фигуры, где:
Фиг. 1 - схематическое изображение скважины, в которой установлена система по
5 настоящему изобретению;
Фиг. 2 - график осциллограммы давления, иллюстрирующий зависимость давления в скважине от времени при останове;
10 Фиг. 3 - преобразование Фурье графика по фиг. 2, иллюстрирующее сигналы,
указывающие на наличие отражателей на расстояниях от ствола скважины; и
Фиг. 4 - график преобразования Фурье осциллограмм давления, записанных в течение нескольких месяцев, взятых из ствола скважины.
На фиг. 1 показана упрощенная иллюстрация нагнетательной скважины, которая
может использоваться, например, для гидравлического разрыва сланца. На
скважине 12 установлена система динамического мониторинга, в целом
обозначенная ссылочным номером 10. Система 10 динамического мониторинга
20 содержит скважинный манометр 14, кабель 16 для передачи данных от скважинного
манометра 14 на поверхность 18 и блок 20 сбора данных на поверхности.
На фиг. 1 скважина 12 показана полностью вертикальной с одним пластовым интервалом 22, но должно быть понятно, что на практике скважина 12 может быть
25 фактически горизонтальной. Размеры также сильно изменены, чтобы выделить
значимые области, представляющие интерес. Скважина 12 бурится традиционным способом, обеспечивающим обсадную трубу 24 для поддержки ствола 26 скважины по длине кровли пласта 28 до расположения сланцевого пласта 22. Для определения расположения сланцевого пласта 22 и определения свойств
30 скважины 12 используются стандартные способы, известные специалистам в
данной области техники.
Эксплуатационная колонна 30 проходит через обсадную трубу 24, а труба 32 в виде эксплуатационного хвостовика свисает с подвески хвостовика 34 у основания 36 эксплуатационной колонны 30 и проходит в ствол 26 скважины через сланцевый
пласт 22. Эксплуатационный пакер 38 обеспечивает уплотнение между
эксплуатационной колонной 30 и обсадной трубой 24, предотвращая прохождение
текучих сред через кольцевое пространство 40 между ними. В кольцевое
пространство 42 между внешней поверхностью 44 эксплуатационного хвостовика
5 32 и внутренней стенкой 46 открытого ствола 26 скважины закачивается цемент.
Этот цемент образует в кольцевом пространстве 42 цементную оболочку 48. Когда
все установлено, в эксплуатационном хвостовике 32 и цементной оболочке 48
создаются перфорационные отверстия 50, чтобы вскрыть пласт 22 и сообщить его
с внутренним каналом 52 эксплуатационного хвостовика 32. Все это выполняется
10 как стандартный способ бурения и заканчивания скважины 12 в сланцевом пласте
22. Естественные трещины 66 могут существовать в пласте 22 или создаваться во время закачки через перфорационные отверстия 50.
На поверхности 18 располагается стандартное устье 54 скважины. Устье 54
15 скважины содержит канал (не показан) для прохождения из скважины 12 текучих
сред, таких как углеводороды. Устье 54 скважины также содержит канал 58 для
закачки текучих сред из насосов 56. Устьевые датчики 60 располагаются на устье
54 скважины и управляются из блока 20 сбора данных, который также собирает
данные с устьевых датчиков 60. Устьевые датчики 60 включают датчик
20 температуры, манометр и датчик скорости. Все эти наземные компоненты являются
стандартными для устья 54 скважины.
Система 10 динамического мониторинга включает в себя скважинный манометр 14. Скважинные манометры 14 известны в промышленности, располагаются над
25 эксплуатационным пакером 38 и соединяются с блоком 20 на поверхности 18.
Скважинный манометр 14 обычно сочетает в себе датчики температуры и давления в скважине. Манометр 14 устанавливается в оправке для съемного клапана в эксплуатационной колонне 30. Поэтому манометр 14 не мешает другим инструментам и т. п. проходить по эксплуатационной колонне 30. Данные
30 передаются через кабель большой пропускной способности 16, расположенный в
кольцевом пространстве 40. Манометр 14 может быть стандартным датчиком, хотя для настоящего изобретения манометр 14 должен иметь возможность с высокой скоростью собирать данные о давлении в скважине. Этого можно достичь с помощью кварцевого датчика. Сигнал записывается как аналоговый сигнал, а порт
35 62 обеспечивает аналого-цифровой преобразователь, в котором установлена
требуемая скорость сбора данных. Такая скорость сбора данных может
рассматриваться как частота дискретизации. Частоту дискретизации можно задать
до того, как манометр 14 и порт 62 устанавливаются в скважине 12, или сигнал
управления может быть отправлен из блока 20 в порт 62 по кабелю 16 для
5 изменения частоты дискретизации.
Для настоящего изобретения частота дискретизации должна составлять более 10 Гц. Используемые в настоящее время скважинные манометры не выполняют измерения на частотах дискретизации более 10 Гц. Существуют извлекаемые
10 цифровые манометры, представляющие собой датчик температуры и давления на
тросе, который опускается в скважину 12, а записанные данные, сохраненные во встроенной памяти, анализируются после извлечения датчиков. Максимальная частота дискретизации цифровых манометров составляет 10 Гц, но чаще используется 1 Гц, так как более быстрые отклики не ожидаются, а объем памяти
15 накопителя ограничен. Существуют также стационарные скважинные манометры,
хотя они в основном используются для измерения отклика давления в потоке текучей среды в эксплуатационных скважинах. Такой отклик представляет собой квазистатический случай без очень быстрых изменений и, следовательно, достаточно использовать частоту дискретизации менее 10 Гц и, более типично,
20 менее 0,2 Гц. Кроме того, использование любой частоты дискретизации выше 0,2
Гц приведет к проблемам хранения данных, поскольку данные регистрируются непрерывно в течение всего периода эксплуатации скважины. Фактически, во многих случаях данные удаляются, чтобы хранить только почасовые или ежедневные записи.
Поскольку настоящее изобретение должно динамически отслеживать протяженность гидроразрыва, любая частота менее 10 Гц будет недостаточной, так как при 10 Гц длина волны импульса в воде (при условии закачки воды) составляет 144 м (скорость волны давления в воде составляет приблизительно 1440 м/с). Если
30 допустить, что вершина трещины является жестким отражателем и что импульс
проходит через трещину, отражается от вершины и возвращается к манометру 14, где он регистрируется, то такой отраженный сигнал будет соответствовать времени, затраченному на перемещение волны от источника к отражателю и обратно. Согласно элементарной теории, это время t = 2D/V, где D - расстояние до
35 отражателя, а V - скорость распространения волны давления через текучую среду.
Взяв значение V примерно равным 1440 м/с, можно определить длину трещины D.
Чтобы обеспечить достаточное разрешение, частота дискретизации должна быть
примерно в десять раз больше измеряемого расстояния, поэтому частота
дискретизации 10 Гц будет полезна только для обнаружения расстояний около 1
5 км. В известном уровне техники такая частота дискретизации, используемая
манометром, расположенным на устье скважины, была достаточной для обнаружения отражения от забоя ствола скважины. Однако, если датчик находится в скважине, длина трещин должна составлять 1 км, чтобы их можно было обнаружить. Очевидно, что это нецелесообразно для системы 10 динамического 10 мониторинга.
Поэтому в варианте осуществления частота дискретизации выбирается равной 100
Гц или выше. Это позволит измерять трещины длиной от 70 до 100 м и подходит
для таких применений, как утилизация отходов, закачка зрелой воды и возбуждение
15 сланцев. В еще одном варианте осуществления частота дискретизации составляет
1 кГц или выше. При такой частоте дискретизации можно определять длины трещин около 7-10 м и такая частота будет подходить при закачке чистой или ранней воды.
Существуют кварцевые манометры, которые могут быть приспособлены для
20 использования в скважине и обеспечивать требуемую скорость обнаружения
сигнала. Другие типы манометров, такие как тензометрические датчики, также
могут быть приспособлены для использования в скважине. Порт 62 представляет
собой электронную печатную плату/микросхему и такие аналого-цифровые
преобразователи, работающие на требуемых частотах дискретизации, легко
25 доступны в других областях техники. Они могут быть приспособлены для работы в
скважине, хотя необходимо учитывать работу при температурах в скважине. Также доступны программируемые аналого-цифровые преобразователи.
Традиционные электрические кабели 16, которые используются для передачи
30 данных из скважины на поверхность, имеют пропускную способность около 100 Гц.
В настоящее время доступны другие кабели, такие как инкапсулированные
волоконно-оптические кабели, которые имеют гораздо более высокую скорость
передачи данных. В альтернативном варианте могут использоваться
беспроводные телеметрические системы, если они обеспечивают требуемую
35 пропускную способность.
На поверхности 18 данные передаются в блок 20 сбора данных. Блок 20 может
управлять множеством датчиков, используемых на скважине 12. Блок 20 также
может использоваться для координации, когда осциллограммы давления
5 записываются на датчике 14, чтобы соответствовать операции закачки
посредством, например, управления насосами 56 или путем обнаружения
изменения скорости в устьевых датчиках 60. Блок 20 будет содержать процессор и
устройство хранения. Блок 20 также будет иметь передатчик и приемник, чтобы
сигналы управления можно было отправлять в блок 20 из блока 64 дистанционного
10 управления. Таким образом, данные могут анализироваться удаленно.
При использовании система 10 динамического мониторинга устанавливается на скважине 12 Скважинный манометр 14 и порт 62 располагаются вблизи забоя скважины 12 или в месте, где нужны трещины, например, на эксплуатационным
15 пакере 38 с перфорационными отверстиями 50 ниже. Несмотря на то, что такая
компоновка предназначена для нагнетательной скважины, которая представляет собой сланцевую скважину для проведения гидравлического разрыва, установка аналогична для любой нагнетательной скважины, такой как утилизационная скважина или скважина, поддерживающая давление, с установленным
20 скважинным манометром для получения эквивалентного давления на забое
скважины. Скважинный манометр 14 соединяется через порт 62 с поверхностью 18 посредством кабеля 16. Это стационарные установки, выполняемые, предпочтительно, после заканчивания скважины 12. На поверхности 18 кабель 16 соединяется с блоком 20 сбора данных.
Затем в стволе 26 скважины создается изменение давления. Это можно выполнить
посредством закачки с высокой скоростью импульса испытательного давления или
посредством закачки требуемых текучих сред для нужной операции закачки.
Импульс испытательного давления соответствует известному уровню техники. Для
30 данного описания будет использоваться предпочтительная методика останова. В
этом случае в скважину 12 закачивается текучая среда, такая как вода.
Когда текучая среда закачивается в скважину 12, она находится под более высоким
давлением, чем текучие среды в пласте 22, и поэтому она будет проникать через
35 пористый пласт 22. Если существуют искусственные, например, созданные
посредством закачки через перфорационные отверстия 50, или естественные
трещины 66, текучие среды будут проникать в трещины и заполнять объем
трещины 66. Если используется давление текучей среды, достаточное для
оказания ударного воздействия на пласт, естественные трещины 66 будут
5 расширяться. Кроме того, происходит сдвиг, и естественные трещины 66 могут
увеличиваться в длину. Трещины 66 также могут быть созданы путем инициирования разрыва при растяжении в породе, на который влияют изменения температуры в пласте 22 во время закачки.
10 После времени испытания, такого как цикл, или после процесса закачки,
осуществляется останов скважины 12. Во время останова скважинный манометр 14 непрерывно выполняет запись, а порт 62, предпочтительно, устанавливается на высокую частоту дискретизации, то есть 1 кГц или выше. Если останов выполняется быстро, на графике зависимости давления в скважине от времени, т.е.
15 осциллограмме давления, будет отображаться волна давления гидравлического
удара с вершинами и долинами, иллюстрирующими отражения волны давления гидравлического удара от жестких отражателей в пласте 22. Если останов медленный, то волна гидроудара будет сильно усеченной.
20 Фиг. 2 чертежей иллюстрирует осциллограмму 70 давления, представляющую
собой зависимость давления 72 в скважине от времени 74. Осциллограмма 70 является характеристической затухающей волной, состоящей из вершин и долин. Частота дискретизации определяет количество точек данных на графике и, следовательно, разрешение вершин и долин. Такую волну 76 можно рассматривать
25 аналогично звуковой волне в активном гидролокаторе. Во время останова
генерируется акустический импульс ("пинг"), а измеренная осциллограмма давления представляет собой эхо, сформированное отражениями. Анализируя волну 76 с помощью быстрого преобразования Фурье, можно определить частотные составляющие преобразования.
На фиг. 3 показано преобразование 78 Фурье волны 76 по фиг. 2. Фиг. 3
представляет собой спектральный анализ Фурье, дающий зависимость амплитуды
80 от частоты 82. Преобразование 78 имеет три вершины 84а-с. Каждая вершина
84 представляет собой отражение от жесткого отражателя в пласте. Это будет
35 рассматриваться как отражение от вершины трещины 66. Используя уравнение 1/f
= 4D/V, где f - частота и V - скорость распространения волны давления через
текучую среду, по частоте каждой вершины 84 можно определить расстояние D до
отражателя. Приняв здесь значение V примерно равным 1440 м/с, можно
определить длину трещины D. Таким образом, каждая вершина 84а-с коррелирует
5 с длиной трещины. Затем можно допустить, что наибольшие длины трещин
указывают на протяженность гидроразрыва в скважине 12.
Если требуется дальнейшая закачка, частоту дискретизации можно изменить для
соответствия самым большим определенным длинам трещин. Таким образом,
10 частоту дискретизации можно уменьшить, если это возможно, чтобы обеспечить
минимальное хранение данных в блоке сбора данных. В альтернативном варианте, первая частота дискретизации может быть выбрана на основании данных испытаний скважины из других источников, обеспечивающих ожидаемую длину трещины.
Для гидравлического разрыва в сланцевом пласте предпочтительно иметь много
вершин при более коротких длинах трещин, так как это говорит о наличии сети
высокой проводимости, из которой можно осуществлять добычу углеводородов.
Изолированные вершины при больших длинах трещин могут указывать на
20 значительную трещину и поэтому необходимо обратиться к данным о скважине,
чтобы определить, какие геологические характеристики могут создавать помехи в пласте. Если выполняется циклическая закачка, операция по гидроразрыву может быть остановлена, если длина трещины указывает на возможное расстояние до водоносного горизонта.
Такие вершины при больших, чем ожидалось, длинах трещин также указывают на
проблемы в утилизационных скважинах и скважинах, поддерживающих давление.
Основываясь на динамическом мониторинге протяженности гидроразрыва, можно
вовремя остановить закачку, чтобы предотвратить распространение трещин в
30 водоносные горизонты или создание раннего прорыва воды.
Система 10 стационарно монтируется в скважине и измерения длин трещин могут
выполняться в любое время. Остановы во время любой операции закачки
генерируют осциллограммы давления и, таким образом, рост трещин во время
35 операции закачки может измеряться и контролироваться почти в реальном
времени. Кроме того, чтобы обеспечить волну давления гидравлического удара при останове, в скважину необходимо закачивать небольшое количество текучей среды, поэтому систему 10 можно использовать на протяжении всего периода эксплуатации скважины.
На фиг. 4 проиллюстрированы три графика преобразований 84а-с Фурье зависимости амплитуды 86 от частоты 88 для одной и той же скважины в разные периоды времени. График 84а представляет собой преобразование Фурье осциллограммы давления при начальном останове, рассматриваемый как месяц 1.
10 Он был получен на скважине с ГРП, так как скважина без ГРП не обеспечивала бы
никаких данных, поскольку отраженная волна полностью подавила бы распространяющуюся волну. График 84а имеет ограничения на каждом конце графика. При более высоких частотах, т.е. самых коротких расстояниях, как видно, вершина 100а представляет собой расстояние от скважинного манометра 14 до
15 перфорационных отверстий 50, которые являются первыми отражателями. При
более низких частотах в начале графика 84а, вершина 102а представляет собой отражение от забоя скважины и соответствует длине скважины. Вершины 104а между вершинами 100а и 102а являются отражениями в пласте 22, указывающими на трещины 66, длину которых можно рассчитать. Если бы данные были собраны
20 при более высокой частоте, между внешними вершинами 100а и 102а имелось бы
большее количество вершин 104а.
Останов был повторен через месяц, и график 84Ь представляет собой полученное преобразование Фурье осциллограммы давления. Вершины все еще присутствуют,
25 а любое изменение амплитуды, вероятно, связано с невысоким разрешением сбора
данных. По истечении четырехмесячного периода измерение было проведено снова и был построен график 84с. Вершины опять же присутствуют, и на фигуре показана хорошая воспроизводимость и возможность определить, увеличивается ли длина трещины в каждом периоде времени. Вершины 100, 102, представляющие
30 собой длину скважины и расстояние до перфорационных отверстий, могут
использоваться для повышения достоверности измерений или для калибровки, на основании которой может выбираться частота дискретизации.
Основным преимуществом настоящего изобретения является то, что оно обеспечивает систему динамического мониторинга для определения протяженности гидроразрыва во время операций закачки на скважине.
Дополнительным преимуществом настоящего изобретения является то, что оно обеспечивает систему динамического мониторинга, для которой требуется только замена существующих компонентов и, таким образом, которая легко адаптируется.
Еще одним преимуществом настоящего изобретения является то, что оно обеспечивает систему динамического мониторинга, которая может использоваться на любой нагнетательной скважине.
Можно выполнить модификации описанного в данном документе изобретения без отступления от его объема. Например, следует понимать, что некоторые фигуры показаны в идеализированной форме и что может потребоваться дополнительная интерпретация графиков. Скорость распространения волны давления в воде оценивалась как 1440 м/с. Существуют формулы для учета упругости среды, содержащей воду, которая уменьшает эту скорость. Такие формулы могут использоваться для обеспечения более сложной модели расчета протяженности гидроразрыва. Кроме того, в приведенном описании рассматривается заканчивание, при котором насосно-компрессорная труба цементируется в пласте, обеспечивая цементную оболочку, которая перфорируется для вскрытия пласта. Специалисту в данной области техники будет понятно, что существуют другие способы заканчивания, обеспечивающие альтернативные способы вскрытия пласта для сообщения с каналом насосно-компрессорной трубы, через которую подается закачиваемая текучая среда. Также могут быть установлены затрубные пакеры для изоляции каждого интервала и каждой зоны пласта от соседних зон, а также от способов, применяемых для закачки в отдельные зоны.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система динамического мониторинга, содержащая скважинный манометр, средства для передачи данных от скважинного манометра на поверхность и блок сбора данных на поверхности, в которой, при изменении давления в стволе скважины в ходе операции закачки, скважинный манометр регистрирует осциллограмму давления в качестве данных, а указанные данные передаются на поверхность с первой частотой дискретизации и хранятся в блоке сбора данных на поверхности, а длина трещины рассчитывается из указанных сохраненных данных.
Система динамического мониторинга по п. 1, в которой первая частота дискретизации составляет более 10 Гц.
Система динамического мониторинга по п. 2, в которой первая частота дискретизации составляет 100 Гц или выше.
Система динамического мониторинга по п. 3, в которой первая частота дискретизации составляет 1 кГц или выше.
Система динамического мониторинга по любому из предшествующих пунктов, в которой частота дискретизации изменяется во время работы.
Система динамического мониторинга по п. 5, в которой частота дискретизации становится меньше первой частоты дискретизации после расчета длины трещины при первой частоте дискретизации.
Система динамического мониторинга по любому из предшествующих пунктов, в которой скважинный манометр обеспечивает аналоговый сигнал.
Система динамического мониторинга по п. 7, в которой скважинный манометр представляет собой кварцевый манометр.
Система динамического мониторинга по п. 7 или п. 8, в которой система динамического мониторинга содержит порт для оцифровки аналогового сигнала.
Система динамического мониторинга по п. 9, в которой порт содержит аналого-цифровой преобразователь.
Система динамического мониторинга по п. 9 или п. 10, в которой порт работает на частотах более 10 Гц.
Система динамического мониторинга по п. 11, в которой порт выполнен с возможностью программирования с поверхности так, что частота может быть изменена в соответствии с первой частотой дискретизации.
Система динамического мониторинга по любому из предшествующих пунктов, в которой средства передачи данных на поверхность представляют собой кабель.
Система динамического мониторинга по п. 13, в которой кабель представляет собой электрический кабель.
Система динамического мониторинга по п. 13, в которой кабель представляет собой инкапсулированный волоконно-оптический кабель.
Система динамического мониторинга по любому из предшествующих пунктов, в которой блок сбора данных на поверхности содержит процессор и устройство хранения.
Система динамического мониторинга по п. 16, в которой устройство хранения представляет собой память.
Система динамического мониторинга по п. 16 или п. 17, в которой процессор содержит средства для изменения частоты дискретизации.
Система динамического мониторинга по п. 18, в которой средства для изменения частоты дискретизации выбирают более низкую частоту дискретизации из данных, отправленных из скважины и переданных с первой частотой дискретизации.
Система динамического мониторинга по п. 18, в которой средства для изменения частоты дискретизации отправляют по кабелю сигнал управления для регулирования скорости порта.
Система динамического мониторинга по любому из предшествующих пунктов, в которой изменение давления создается в стволе скважины посредством останова после закачки.
Система динамического мониторинга по любому из предшествующих пунктов, в которой осциллограмма давления анализируется с помощью быстрого преобразования Фурье для расчета длин трещин.
Фиг. 1
72.
a. га ю
ш о. I-а> Е О
2 о I I
пз т
о I о.
га i о s
I m
ш га 76
Время
Фиг. 2
WO 2016/193733
1/4
PCT/GB2016/051625
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
WO 2016/193733
2/4
PCT/GB2016/051625
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
WO 2016/193733
2/4
PCT/GB2016/051625
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
WO 2016/193733
3/4
PCT/GB2016/051625
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
WO 2016/193733
PCT/GB2016/051625
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
|
