Nuevo método para evaluar el daño del yacimiento causado por el fluido de perforación y el fluido de terminación: investigación sobre el sistema de evaluación dinámica del daño del núcleo a alta temperatura y alta presión

(1. Instituto de Investigación para la Exploración y el Desarrollo del Petróleo de China, Beijing 100083; Universidad China Youshi (Beijing), Beijing 102249; 3. Universidad Yangtze, Jingzhou 434023)

El sistema de evaluación dinámica de daños del núcleo a alta temperatura y alta presión es un nuevo método e instrumento experimental para evaluar la profundidad y el grado de daño del yacimiento en la exploración y el desarrollo de petróleo. Puede medir la permeabilidad original de cada sección antes. el núcleo se daña por el fluido que ingresa al pozo y luego, bajo condiciones simuladas de temperatura, presión y caudal del yacimiento, sin sacar el núcleo, se utiliza directamente una bomba de lodo para desplazar el fluido entrante del pozo a un tanque de líquido de alta presión. causar daño por corte dinámico a la cara del extremo del núcleo. Una vez completado el proceso de daño, no es necesario retirar el núcleo. En lugar de ello, se cambia la dirección del flujo del fluido a través de una válvula de inversión y luego se utiliza una bomba de advección para desplazar el líquido y medir la permeabilidad de cada sección de el núcleo del yacimiento dañado. Al comparar los cambios de permeabilidad de cada sección del núcleo, se puede determinar la profundidad y el grado de daño al núcleo por el fluido que ingresa al pozo, optimizando así el fluido de perforación y el fluido de terminación que satisfacen las necesidades de protección de la capa de petróleo y gas. . En la actualidad, el "sistema de evaluación" y el software inteligente de soporte se han utilizado en muchas empresas petroleras y han logrado buenos resultados de aplicación.

Sistema de evaluación dinámica de daños para la protección del yacimiento central; fluido de perforación y fluido de terminación

Un nuevo método para evaluar el daño de los fluidos de perforación y terminación a la formación: prueba de evaluación dinámica de daños del núcleo HTHP Investigación sistemática

Yu Wei-Chu 1, 2, 3, -Ming 1, -Nian 2

(1. Instituto de Investigación de Exploración y Desarrollo del Petróleo de Sinopec, Beijing 100083; 2. China University of Petroleum, Beijing 102249; 3. Yangtze University, Jingzhou 434023)

El sistema de prueba de evaluación de daños dinámicos del núcleo HTHP es un sistema recientemente desarrollado que se utiliza para evaluar el grado de daño de la formación causado por los fluidos de perforación y terminación en el petróleo. Exploración y desarrollo. Nuevos métodos y nuevos instrumentos. Se puede utilizar para medir la permeabilidad original de varias partes de la muestra del núcleo antes de ser contaminadas por el fluido de perforación o el fluido de terminación. Luego, sin retirar el núcleo, el proceso de daño dinámico se puede llevar a cabo directamente mediante lavado con fluido de perforación o fluido de terminación con una bomba de lodo bajo condiciones simuladas de temperatura, presión y flujo de formación. Una vez completado el proceso de daño, el núcleo aún se mantiene en el soporte y la permeabilidad de cada parte de la muestra del núcleo dañado se puede medir cambiando la dirección del flujo con una válvula reversible y lavando el fluido (agua limpia o queroseno) con una bomba de flujo constante. Al comparar los datos de permeabilidad de cada sección de la muestra del núcleo, se puede determinar el grado de daño y la profundidad de la invasión, y se pueden seleccionar fluidos de perforación y terminación que cumplan con los requisitos para proteger la formación. En la actualidad, se han utilizado ampliamente en muchos campos petroleros nuevos métodos de evaluación, sistemas de prueba y software de soporte para daños a la formación causados ​​por fluidos de perforación y fluidos de terminación y han logrado buenos resultados.

Protección del núcleo; sistema de prueba de daños dinámicos; fluido de perforación y terminación

Con la continua expansión y desarrollo de la producción mundial de petróleo, los problemas de protección y daños a los yacimientos preocupan cada vez más a los ingenieros petroleros de todo el mundo. centrarse en. Una vez que se produce el daño al embalse, las medidas correctivas son costosas. Por lo tanto, ya en las décadas de 1940 y 1950, se iniciaron en el extranjero investigaciones experimentales en interiores sobre daños y protección de embalses. En las décadas de 1970 y 1980, mi país comenzó a estudiar el problema de los daños a los yacimientos y estableció los correspondientes métodos experimentales e instrumentos relacionados para la evaluación de los daños a los yacimientos. Sin embargo, a medida que la exploración y el desarrollo de campos de petróleo y gas se trasladan gradualmente a capas más profundas, los métodos originales de evaluación de daños a los yacimientos ya no son adecuados. Por lo tanto, para lograr un gran avance en el campo de la tecnología de protección de capas de petróleo y gas, es necesario establecer un conjunto completo de nuevos métodos de evaluación de daños en yacimientos y medios de evaluación de apoyo, que no solo puedan medir la permeabilidad original y la permeabilidad de daños de cada sección. del núcleo, pero también simula el yacimiento. La evaluación dinámica de daños del núcleo se lleva a cabo en función de condiciones tales como temperatura, presión y velocidad de retorno del lodo.

Este artículo presenta principalmente sus ideas de diseño, principios de diseño, indicadores de rendimiento técnico, métodos de cálculo de parámetros experimentales y sus aplicaciones.

1 La idea de diseño y principio de funcionamiento del "Sistema de Evaluación"

La idea de diseño de 1.1

(1) El "Sistema de Evaluación" debe Primero podrá medir cada sección del núcleo. La permeabilidad original (Koi) y la permeabilidad al daño (Kdi). De acuerdo con el principio de funcionamiento y la filosofía de diseño del medidor de gradiente de permeabilidad patentado por este equipo de proyecto (Patente No.: 91226407 438+0), los parámetros de permeabilidad de cada sección del núcleo antes y después del daño se pueden calcular fácilmente utilizando la fórmula del teorema de Darcy. .

(2) Basado en el principio de funcionamiento y la filosofía de diseño del nuevo medidor inteligente de pérdida de agua dinámica con núcleo de alta temperatura y alta presión (número de patente: ZL200420017823.7) solicitado por el equipo del proyecto, el Se simulan la temperatura y la presión del anillo del pozo. Se realizó un experimento de daño por contaminación por corte dinámico en una cara extrema del núcleo bajo las condiciones de la cantidad de lodo devuelto y la cantidad de lodo devuelto.

(3) Según el instrumento experimental de evaluación de daños dinámicos del núcleo de alta temperatura y alta presión patentado por este equipo de proyecto (Patente No.: 200410030637.1, ZL200420047524.8), después de completar la medición de permeabilidad, hay No es necesario extraer el núcleo, pero en la simulación se realizaron experimentos de contaminación dinámica bajo las condiciones de temperatura de formación, presión y velocidad de retorno del lodo en el espacio anular del pozo. Cuando se produzca daño dinámico en el núcleo, utilice las válvulas correspondientes para cerrar el mecanismo de medición de permeabilidad de múltiples secciones del núcleo y utilice una bomba de lodo especial para realizar la contaminación por corte dinámico en la cara del extremo del núcleo en condiciones de simulación de temperatura, presión y temperatura de la formación. Velocidad de ascenso del lodo del anillo del pozo Contaminación dinámica Adopte una estructura de corte circular de la cara del extremo.

Al cargar el núcleo una vez, el núcleo se contamina dinámicamente en condiciones de simulación de temperatura, presión y velocidad de retorno del lodo del espacio anular del pozo, y se lleva a cabo una investigación experimental para evaluar múltiples parámetros de permeabilidad del núcleo antes y después de la contaminación.

(4) Durante el proceso de prueba de permeabilidad de múltiples etapas, una parte importante del "sistema de evaluación" utilizó la tecnología patentada de bomba de advección de precisión de alta presión del equipo del proyecto (Patente No.: ZL02278357.1) para por primera vez, logrando tecnología de entrega de microlíquidos sin pulsaciones, presión constante y corriente constante.

(5) La parte central del "sistema de evaluación" adopta la tecnología patentada del titular principal del equipo del proyecto (Patente No.: ZL93216048.4). Por primera vez, se adoptaron la tecnología de vulcanización del esqueleto metálico, la tecnología de junta tórica y el principio de autosellado de caucho, rompiendo la estructura de sellado por extrusión de productos antiguos y estableciendo con éxito la tecnología de puntos de medición múltiples a lo largo del mandril.

Una característica destacada de este "sistema de evaluación" es que combina orgánicamente la prueba de cambio de permeabilidad de cada sección antes y después del daño del núcleo con la contaminación dinámica y el mecanismo de daño de la cara del extremo del núcleo, logrando con éxito el diseño. objetivo.

1.2 Composición y principio de funcionamiento del instrumento

Para completar la prueba de permeabilidad multinivel del núcleo en el mismo instrumento y simular el daño dinámico al núcleo bajo tierra condiciones, para que sea preciso y eficiente Evaluar la efectividad del fluido de perforación en la protección de las capas de petróleo y gas, con base en los requisitos de la tecnología de perforación y las ideas de diseño anteriores, el proceso de diseño del sistema de evaluación dinámica de daños del núcleo de alta temperatura y alta presión. se muestra en la Figura 1. Consiste principalmente en una bomba de advección de precisión, una bomba de lodo, un tanque de líquido, un soporte de núcleo de punto de medición de presión múltiple de circulación final dinámica, un medidor de flujo, una balanza electrónica, una fuente de gas, un sensor de presión, un sensor de temperatura, un bomba de presión anular, un controlador de contrapresión, se compone de un sistema de calefacción, un sistema de adquisición y procesamiento de datos, etc.

Figura 1 Proceso del sistema de evaluación de daños dinámicos del núcleo de alta temperatura y alta presión

1-Fuente de gas; 2-Válvula de seguridad de alta presión; 3-Tanque de líquido de alta presión; 4-Bomba de lodo; 5-Medidor de flujo; 6-Balance electrónico; 7-Controlador de contrapresión; 8-Bomba de presión anular; 9-Soporte de núcleo de punto de medición múltiple; 11-Válvula; Bomba de advección de precisión; 13 válvulas de drenaje; 14 colectores de datos; 15 sistemas de procesamiento de datos (computadora, impresora); 16 calentadores. El principio de funcionamiento principal es: cuando la bomba de lodo y las válvulas relacionadas están cerradas. , la bomba de advección de precisión puede probar la permeabilidad del núcleo antes y después del daño cuando se abren la bomba de lodo, la tubería de fluido y las válvulas relacionadas, el fluido de perforación o el fluido de terminación en el tanque de líquido pueden circular en condiciones reales del yacimiento para lograr una dinámica; Daños en la cara final del núcleo del yacimiento. La interfaz del software se muestra en la esquina superior derecha de la Figura 2.

El "sistema de evaluación" consta de dos partes: un sistema de simulación dinámica de daños durante el proceso de perforación y un sistema de prueba de permeabilidad multinivel. En el sistema de simulación dinámica de daños (que se muestra en la parte izquierda de la Figura 2), el cilindro de nitrógeno presuriza el tanque de lodo y la bomba de circulación de lodo controla el flujo, de modo que el fluido de perforación se bombea fuera del tanque de lodo a una cierta presión. y el caudal el soporte está en contacto, y se realiza un experimento de evaluación de daños dinámicos de alta temperatura y alta presión en la cara final del núcleo, y finalmente fluye de regreso al tanque de lodo para formar un ciclo cerrado. Bajo la acción de la presión, el líquido del lodo se filtra a través del núcleo y su pérdida dinámica de agua fluye a través de la tubería hasta la balanza electrónica para pesar, de modo que muchos parámetros experimentales, como la tasa de pérdida dinámica de agua del núcleo, pueden ser mesurado.

En la parte de prueba de permeabilidad (que se muestra en la parte derecha de la Figura 2), una bomba de advección de precisión impulsa el líquido de prueba hacia el núcleo y fluye a través del núcleo hasta la balanza electrónica. Además, múltiples sensores de presión recopilan los valores de presión de cada punto de medición de presión en el núcleo en tiempo real y luego calculan los parámetros de permeabilidad de cada sección antes y después de que el núcleo se dañe según el teorema de Darcy.

Figura 2 Interfaz del software del sistema de evaluación dinámica de daños del núcleo del reactor de alta temperatura y alta presión

1.3 Principio de control y adquisición de datos

Idea general de 1.3 .1 diseño de hardware

El diseño de hardware de la parte de control del "sistema de evaluación" debería tener las siguientes funciones principales: ① Control de temperatura, que simula condiciones de trabajo subterráneas de alta temperatura ② Control de flujo, que puede; controle con precisión el desplazamiento de la bomba magnética de acuerdo con el valor de flujo establecido, controlando así el caudal del fluido de perforación en la cara del extremo del núcleo para simular la velocidad real de retorno del anillo del lodo durante las operaciones de perforación. ③ Monitoreo de la presión de confinamiento: La presión de confinamiento de; el soporte del núcleo está controlado por un motor paso a paso, y el instrumento puede controlar y monitorear automáticamente la presión de acuerdo con el valor establecido y mostrarse en la interfaz hombre-máquina en tiempo real (4) Monitoreo de la presión de trabajo del instrumento, funcionamiento de la circulación del lodo; la presión es ajustada por la fuente de gas y se ve afectada por la temperatura del lodo. El instrumento de software detecta automáticamente los parámetros de presión. ⑤ Medición de la pérdida dinámica del filtro, fluido de perforación. Si el daño al núcleo se ha completado depende principalmente de la pérdida dinámica del filtro. . Cuando el daño es suficiente, la curva de tasa de pérdida del filtro dinámico se eleva al equilibrio y ya no cambia o cambia poco, lo que indica que se ha completado el experimento de daño dinámico del fluido de perforación al núcleo, que generalmente toma 150 minutos, y lo mismo ocurre. para la tasa de pérdida dinámica del filtro de papel de filtro.

1.3.2 Parte del software

La interacción persona-computadora, el procesamiento de datos y otras funciones del software de control del sistema de evaluación se completan con la PC, que proporciona a los usuarios dibujos y datos potentes. Funciones de procesamiento Una plataforma de gestión de operaciones con buen rendimiento en tiempo real, gran estabilidad, interfaz intuitiva y fácil de usar. Los usuarios pueden comprender claramente el funcionamiento de todo el instrumento a través del software de computadora, ajustar los parámetros durante el experimento de manera conveniente y oportuna y analizar los datos.

Proporciona a los investigadores una interfaz de interacción humano-computadora y un entorno de procesamiento de datos amigables y convenientes, y realiza funciones como almacenamiento de datos, dibujo de curvas experimentales, salida de informes de datos y consulta de datos históricos, incluido el volumen de poros múltiplo del fluido que pasa a través del núcleo y la permeabilidad de cada sección del núcleo, la tasa de daño de la permeabilidad, la tasa de recuperación de la permeabilidad, la tasa de pérdida del filtro dinámico del fluido de perforación y el fluido de terminación a través del núcleo y otros parámetros experimentales el informe de datos experimentales se imprime directamente en la computadora. Se utiliza un software de control "sistema de evaluación".

1.4 Principales indicadores técnicos

Los principales indicadores de desempeño técnico de este "sistema de evaluación" son los siguientes: (1) Presión de contaminación del fluido de perforación y del fluido de terminación: 0 ~ 10 MPa, medido La presión de flujo máxima de la permeabilidad del núcleo puede alcanzar 60 MPa; (2) Temperatura de trabajo: temperatura ambiente ~ 150°C (máximo 230°C) (3) Velocidad lineal del fluido al final del núcleo: 0 ~ 1,8); m/s; (4) Especificaciones del núcleo del experimento: núcleo de yacimiento artificial o natural, tamaño φ25×25-90; (5) Precisión de la medición de la presión: 2‰ (6) Consumo de fluido de perforación: 2 ~ 3L; rango: (1 ~ 5000)×10-3 μm 2; (8) Fuente de alimentación: 220 V, 50 Hz (se requiere fuente de alimentación estabilizada).

En comparación con otros dispositivos experimentales de evaluación de daños en yacimientos, el "sistema de evaluación" tiene ventajas obvias en términos de presión y temperatura de trabajo, rango de medición de la permeabilidad del núcleo, etc. No es difícil ver que es adecuado para yacimientos de diversas permeabilidades y yacimientos de presión anormalmente alta o anormalmente baja, y también es adecuado para pozos profundos con temperaturas de fondo de pozo superiores a 150 °C.

2 Parámetros experimentales y métodos de cálculo

2.1 Cálculo del retorno V

Durante la perforación, la velocidad de retorno del anillo en la tubería de perforación y el collar de perforación se puede calcular mediante la siguiente fórmula de Cálculo:

Teoría de acumulación de petróleo y gas y tecnología de exploración y desarrollo

En la fórmula: q es el desplazamiento de la bomba de lodo en el sitio de perforación (litros/segundo) ; D1, r son el diámetro y el radio de la broca respectivamente (pulg); D2 y r son el diámetro y el radio de la tubería de perforación o collar de perforación respectivamente (pulg) son la velocidad ascendente del lodo en el espacio anular (m); /s).

La velocidad de corte de la cara del extremo del núcleo se logra ajustando la velocidad de la bomba de lodo a través de un convertidor de frecuencia. La elección de una bomba de lodo con un desplazamiento razonable puede simular el desplazamiento de la bomba de lodo en el sitio de perforación a voluntad. Durante el proceso de perforación, de acuerdo con los resultados del cálculo hidráulico del anillo de lodo, solo cuando la velocidad de ascenso recomendada del lodo del anillo en la tubería de perforación o el collar de perforación es de 0,5 ~ 0,6 m/s, se puede formar un flujo laminar plano para cumplir los requisitos del proceso de perforación[4].

2.2 Cálculo de la tasa de falla del núcleo

De acuerdo con la ecuación de pérdida dinámica de fluido del fluido de perforación, la pérdida dinámica de fluido de perforación o fluido de terminación a través del núcleo se puede calcular de la siguiente manera fórmula:

Teoría de la acumulación de petróleo y gas y tecnología de exploración y desarrollo

Donde: fd es la tasa de filtración dinámica (ml/cm 2 minutos) es la pérdida de filtración dinámica en δt); tiempo (ml); δt es el tiempo de filtración de filtración (s); a es el área de penetración de la cara del extremo del núcleo (cm2).

2.3 Cálculo de la permeabilidad del perfil del núcleo antes y después del daño por contaminación dinámica

Bajo la acción de una determinada diferencia de presión, el fluido puede filtrarse a través de medios porosos. En términos generales, su ley de flujo puede describirse mediante la ley de Darcy. Por tanto, aplicando la fórmula de la ley de Darcy se pueden calcular los parámetros de permeabilidad de cada sección del núcleo antes y después de la contaminación dinámica. Debido a que es una prueba de múltiples puntos, la fórmula de la Ley de Darcy se puede escribir como:

3 Efecto de implementación

Los productos técnicos de este proyecto se han utilizado en Jianghan, Jiangsu, Daqing, Dagang, Jilin, Zhongyuan, Promoción de Southern Exploration Company, Karamay, Tarim y otras unidades de yacimientos petrolíferos. Una gran cantidad de estudios experimentales han demostrado que el efecto de la aplicación es bueno. Puede medir la heterogeneidad del núcleo a lo largo de la dirección longitudinal, determinar la permeabilidad y la profundidad del daño del mismo núcleo antes y después de ser dañado por los fluidos de perforación y terminación, y evaluar los efectos de diversas medidas de estimulación de la producción para optimizar la perforación y la terminación. Los fluidos de perforación y terminación de alta calidad seleccionados por los campos petroleros antes mencionados a través del "sistema de evaluación" han desempeñado un papel en la protección de las capas de petróleo y gas, la reducción de los costos de producción, el aumento de la producción de pozos de petróleo y gas y han logrado mayores beneficios económicos y beneficios sociales. La popularización y aplicación de este resultado proporciona nuevos medios y métodos de evaluación para la investigación de tecnología de protección de capas de petróleo y gas y la evaluación de campos de petróleo y gas, y también ha logrado importantes avances en teoría y tecnología experimental. Los resultados de la investigación experimental desempeñarán un papel rector muy importante en la toma de decisiones científicas sobre los planes de exploración y desarrollo de yacimientos de petróleo y gas, el descubrimiento de yacimientos de petróleo y gas, la mejora de la producción de pozos de petróleo y gas, la extensión de los ciclos de desarrollo de yacimientos de petróleo y la investigación científica. en el campo de la protección de yacimientos de petróleo y gas.

Los nuevos métodos de evaluación y productos tecnológicos relacionados permiten que los resultados de la investigación científica se transformen en productividad de manera oportuna, llenando el vacío en la fabricación de equipos en el campo de la tecnología experimental relevante en mi país y alcanzando el nivel avanzado internacional. nivel de tecnologías similares.

Referencia

Li, et al. Desarrollo del instrumento de pérdida dinámica de agua a alta temperatura y alta presión JHDS. Revista del Instituto del Petróleo de Jianghan [J], 1988, 10 (1): 32 ~ 35.

Yu, Li, et al. Desarrollo de un probador de gradiente de permeabilidad. Tecnología de producción y perforación de petróleo [J], 1995, 17 (5): 82 ~ 86.

Fan Shizhong. Protección y evaluación de yacimientos [M]. Beijing: Petroleum Industry Press 1988.

[4]Bourgoyne A. T. et al., Ingeniería de perforación aplicada. Libro de texto SPE, 1991.

[5] El texto completo del dispositivo de prueba de permeabilidad de rocas CN2188205Y es 1995+0,25.

CN2342371Y, 1999.38+00.6, dispositivo de detección automática de propiedades físicas fundamentales.

[7]Joseph Shen J S, Brea, ca, Sistema automatizado de medición de permeabilidad relativa en estado estacionario US4773254M1988.9~27.

[8] Dispositivos y métodos para medir la permeabilidad relativa y la presión capilar de rocas porosas. US5297420, 1994.3~29.