Многостадийный гидравлический разрыв пласта (МГРП) в скважинах для добычи нефти на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами широко применяется в настоящее время, как у нас в стране, так и за рубежом. Это одна из немногих в настоящее время технологий, позволяющая с экономической выгодой разрабатывать месторождения ТРИЗ.
Диагностика производительности горизонтальных стволов и оценка геометрии трещин призабойной зоны имеет важное значение для повышения эффективности технологии МГРП.
Несколько российских и зарубежных компаний предоставляют услуги по трассерным исследованиям горизонтальных скважин, называемые также трассерным мониторингом, маркерной диагностикой или мониторингом профиля притока трассирующими индикаторами.
Трассерный метод является прямым методом регистрации количества трассирующего вещества, поступающего из скважины, которое было предварительно размещено в пласте или на стенке скважины в процессе ее строительства, и результаты измерений не зависят от режима течения жидкости и геометрии скважин, которые оказывают существенное влияние на механические скважинные расходомеры различных конструкций (рис. 1).
В настоящее время существует несколько технических решений, позволяющих поместить трассирующее вещество в скважине или призабойной зоне (ПЗС) таким образом, чтобы поток жидкости из скважины выносил его продолжительное время. Таким образом, можно отметить трассерами потоки разных участков горизонтального ствола и получить представление об их интенсивности и составе.
Существует три основных способа доставки трассеров в ПЗС скважины:
– Подача трассера в гель при выполнении операций ГРП;
– Нанесение трассера на пропант;
– Установка в компоновке хвостовика контейнера с трассирующим составом.
Также существует несколько методов интерпретации полученных данных о количестве вынесенного трассера в количественные значения дебитов участков ГС (рис. 2).
Трассирующий материал и технология его идентификации
В лаборатории ООО «НПО Спектр» (www.npospectr.com), дочернего общества ООО «ПНП-Сервис», были созданы растворимые композитные основы (матрицы) с различной скоростью растворения. Растворимая основа позволяет решать задачи создания источника трассера в скважине со сроком жизни более 5 лет.
В качестве трассера используются микрогранулы пластика (размером 1–5 мкм), окрашенные флуоресцентными цветами различных оттенков. Данные микрогранулы смешиваются с растворимой основой. Помещенные в растворимые матрицы микрогранулы трассера поступают в омывающий трассирующий материал поток жидкости пропорционально скорости растворения удерживающей их матрицы (рис. 3).
Если отобрать пробу жидкости, которая имела контакт с трассирующим материалом, то по содержанию трассера и его цвету (оттенку или сигнатуре) можно определить, с каким материалом был контакт и какой интенсивности поток омывал данный материал.
Анализ образцов жидкости производится с помощью микроскопа с УФ-подсветкой с программным обеспечением JMicrovision. В программе настраиваются параметры «свечения» частиц трассера каждого оттенка (сигнатуры) и происходит автоматическое выделение частиц трассера на изображении с микроскопа и их «распознавание», т.е. отнесение к той или иной сигнатуре. Подсчитывается число частиц каждой сигнатуры (рис. 4).
В результате научно-исследовательской работы для целей промышленного применения были подготовлены маркерные системы (рис. 5) на основе флуоресцентных микроскопических частиц трассера. Трассерные системы, как правило, изготавливаются с учетом особенностей физико-химической среды, в которой предстоит их использовать, и могут различаться по своим техническим характеристикам, но всегда имеют свойство под действием воды, углеводородсодержащей жидкости или газа отдавать в поток омывающего флюида микрочастицы трассера.
Тестирование на метрологическом стенде
По предложению компании ООО «Газпромнефть НТЦ» с 03.10.22 по 17.10.22 на стенде «УМФИ» ООО «НГИТ» в г. Щелково выполнено тестирование трассеров компании ООО «ПНП-Сервис» для систем мониторинга интервалов дренирования в скважинах с многостадийным ГРП.
Мультифазный стенд «УМФИ» (рис. 6) представляет собой гидравлическую систему, позволяющую подавать различные сочетания фаз (масло+вода+газ) независимо на две линии мониторинга. Данные о расходе, обводненности, температуре флюида фиксируются автоматически и непрерывно в системе АРМ стенда независимо по каждой отдельной линии.
Представителем ООО «ПНП-Сервис» для проведения испытаний были подготовлены 8 исследовательских вставок, снаряженных кассетами с трассерными системами (трассер+композитный контейнер). Вставки содержали матрицы с индикаторами на воду, углеводороды и газ. В ходе испытаний на выходе стенда отбирались пробы флюида для дальнейшего анализа в лаборатории
ООО «ПНП-Сервис» (рис. 7).
I этап испытаний (тестирование водо- и угреводородореагирующих трассеров)
Первый этап испытаний состоял из 5-ти циклов, в течение которых в испытательные линии подавались смеси из воды и трансформаторного масла различных сочетаний с двукратным отбором проб на выходе стенда (через 4 часа и через 2 часа непрерывной промывки смесью воды и масла). Данные об общем расходе смеси через стенд и общей обводненности смеси приведены в табл. 1.
Во время первого этапа испытаний было отобрано 10 проб.
Анализ проб микроскопическим методом показал присутствие трассера в количестве достаточном для качественного и количественного расчета соотношения (вода/масло) жидкостей, прошедших через каждую линию стенда.
В результате интерпретации проведенных лабораторных исследований получены следующие данные об использованных в каждом мини-цикле вставках и распределении состава притока по каждой вставке.
Результаты интерпретации 1-го этапа испытаний (цикл 3) – на (рис. 8).
Полученные данные по количеству жидкости прокачанной через трассирующие вставки были сравнены с показанием метрологических приборов стенда, выполнен анализ погрешности (рис. 9).
Аналогичным образом были выполнены работы по расчету обводенности. Результаты расчета обводненности (цикл 3): было выполнено сопоставление результатов трассерного измерения и показаний метрологических приборов (рис. 10).
Рассчитана погрешность измерений в сравнении с «приборным» методом измерения (рис. 11).
Высокая, в 100%, погрешность образовалась в результате того, что при определении обводненности в мини-цикле № 4 (цикл 3) была допущена относительно небольшая ошибка в распределении воды между вставками. Вместо 0 % показана обводненность в 10 %, что привело к констатации факта о 100 % относительной погрешности. Также в мини-цикле 2 (цикл 3) вместо обводненности в 5 % была определена обводненность в 10%, что тоже по математическому правилу определения относительной погрешности привело к констатации факта о 100 % погрешности.
Особенность исчисления относительной погрешности при истинных значениях близких к 0 такова, что дает погрешности в десятки процентов даже при незначительных абсолютных отклонениях, а при нулевом истинном значении любая погрешность оценивается в 100%. Например, в нашем случае, в 4 мини-цикле: если бы во вставку подавался хотя бы миллилитр масла, то относительная погрешность изменилась бы со 100 % на 9,9999 %, фактически в 10 раз. Более того, при нулевом значении обводненности, любое, даже самое ничтожное отклонение от 0 показывает 100 % относительную погрешность.
Таким образом, для объективной оценки погрешности измерений была принята относительная погрешность.
Приведенная погрешность нормируется к диапазону шкалы (абсолютная погрешность/максимальный диапазон значений) и показывает объективную величину отклонения. Именно на основании приведенной погрешности устанавливается класс точности приборов, дается оценка точности технологии.
II этап испытаний (тестирование газореагирующих трассеров)
Второй этап испытаний состоял также из 5-ти мини-циклов, в течение которых на протяжении 4 часов в испытательные линии подавалась вода. Затем дополнительно в течение 2-х часов в одну из испытательных линий подавался воздух с различным расходом. Данные об общем расходе смеси и воздуха через стенд и общей обводненности смеси приведены в табл. 2.
Во время второго этапа испытаний было отобрано 10 проб.
Анализ проб микроскопическим методом показал присутствие трассера в количестве достаточном для качественного и количественного расчета соотношения (вода/газ) жидкостей, прошедших через каждую линию стенда (рис. 12, рис. 13, рис. 14).
Отдельно необходимо отметить, что во 2-м мини-цикле использовались вставки № 3 и № 5, но достоверно определить количественное распределение состава притока во 2-м мини-цикле не представляется возможным, так как загрязнение проб сторонними маркерами создало значительные помехи при анализе и распознавании маркеров.
Результаты
1. В 2021-2022 гг. впервые в России и мировой практике были выполнены работы по стендовому тестированию технологий трассирования потоков жидкости в горизонтальных скважинах методом имитации порта ГРП для оценки метрологической достоверности (табл. 3).
2. Результаты тестирования технологии компании «ПНП-Сервис» показали, что измерение соотношения скоростей потоков и определение компонентного состава жидкостей трассерным методом может быть выполнено в скважинных условиях с точностью соизмеримой с получаемой в поверхностных условиях с мощью расходомеров и массомеров.