Nuevo método para evaluar el daño del yacimiento causado por los fluidos de perforación y terminación--Investigación sobre el sistema de evaluación dinámica del daño del núcleo a alta temperatura y alta presión

Yu Weichu1,2,3 Su Changming1 Yan Jinian2

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

Resumen: El establecimiento de un sistema de evaluación de daños dinámicos del núcleo a alta temperatura y alta presión proporciona un nuevo método para la evaluación de los daños al yacimiento causados ​​por los fluidos de perforación y terminación. . Universidad de Yangtze, Jingzhou 434023)

Resumen El sistema de evaluación de daños dinámicos del núcleo de alta temperatura y alta presión es un nuevo método experimental de evaluación e instrumento experimental para evaluar la profundidad y el grado de daño del yacimiento en la exploración y el desarrollo del petróleo. Puede medir el valor de permeabilidad original de cada sección del núcleo antes de que el líquido entrante dañe el núcleo y luego usar la bomba de lodo para reemplazar el líquido entrante en el tanque de líquido de alta presión sin sacar el núcleo, mientras simula el depósito. temperatura, presión y caudal. En determinadas condiciones, el daño por corte dinámico se produce directamente en la cara extrema del núcleo. Una vez completado el proceso de destrucción, no es necesario extraer el núcleo. En cambio, la dirección del flujo del fluido se cambia a través de una válvula de inversión y el fluido se reemplaza por una bomba de advección para impulsar y medir los valores de permeabilidad. de cada sección del núcleo del yacimiento después de la destrucción. 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 del yacimiento. 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.

Palabras clave: núcleo; protección del yacimiento; sistema de evaluación de daños dinámicos; fluido de perforación y terminación

Un nuevo método para evaluar el daño del fluido de perforación y terminación a la formación. HTHP y su software inteligente de soporte. -Investigación sobre el sistema de prueba de evaluación de daños dinámicos del núcleo HTHP

Yu Weichu1, 2, 3, Su Changming1, Yan Jienian2

(1. Instituto de Investigación de Exploración y Desarrollo de China Petroleum & Chemical Corporation, Beijing 100083; 2. Universidad de Petróleo de China, Beijing 102249; 3. Jingzhou 434023)

(1. Instituto de Investigación de Exploración y Desarrollo de China Petroleum & Chemical Corporation, Beijing 100083; 2. Universidad de Petróleo de China, Beijing 102249; 3. Jingzhou 434023 Jingzhou 434023)

Resumen El sistema de prueba de evaluación de daños dinámicos del núcleo HTHP es un método recientemente desarrollado para evaluar el grado de daño de la formación causado por los fluidos de perforación y los fluidos de terminación en la exploración y el desarrollo de petróleo. y nuevos instrumentos. Se puede utilizar para medir la permeabilidad original de cada sección de muestras de núcleos antes de que sean contaminadas por fluidos de perforación o de terminación. En condiciones simuladas de temperatura, presión y temperatura de la formación, el proceso de daño dinámico se puede llevar a cabo directamente utilizando una bomba de lodo para lavar el fluido de perforación o el fluido de terminación. Bajo las condiciones de simulación de temperatura, presión y caudal de formación, se utiliza una bomba de lodo para lavar el fluido de perforación o el fluido de terminación, de modo que no hay necesidad de retirar el núcleo y el proceso de destrucción dinámica se puede llevar a cabo directamente. Después del proceso de destrucción, el núcleo permanece en el soporte, la dirección del flujo se cambia a través de la válvula reversible, el fluido (agua limpia o queroseno) se lava con una bomba de lodo, el fluido (agua limpia o queroseno) se lava con una bomba de lodo constante bomba de flujo, y la muestra del núcleo se mide después del daño. Permeabilidad de cada segmento. Al comparar los datos de permeabilidad de cada sección de la muestra del núcleo, se puede determinar el alcance del daño y la profundidad de la invasión, lo que permite seleccionar fluidos de perforación y terminación que cumplan con los requisitos de protección de la formación. En la actualidad, nuevos métodos de evaluación, sistemas de prueba y software relacionados para el daño a la formación inducido por fluidos de perforación y terminación se han utilizado ampliamente en muchos campos petroleros y han logrado buenos resultados y han sido ampliamente reconocidos por la industria.

Palabras clave: protección de la formación de núcleos, sistema de prueba de daños dinámicos, fluido de perforación y fluido de terminación

Con la continua expansión y desarrollo de la producción mundial de petróleo, los problemas de protección y daños de la formación son cada vez más más importante en varios países. Una vez que se produce el daño a la formación, la remediación puede resultar costosa. Por lo tanto, ya en las décadas de 1940 y 1950, se iniciaron en el extranjero investigaciones experimentales en interiores sobre el daño y la protección de la capa de aceite. Mi país también comenzó a estudiar el problema de los daños a los yacimientos de petróleo entre los años 1970 y 1980, 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 avanzan gradualmente hacia capas más profundas, los métodos originales de evaluación de daños a los yacimientos ya no son adecuados. Por lo tanto, para lograr resultados innovadores en el campo de la tecnología de protección de capas de petróleo y gas, es necesario establecer un conjunto de nuevos métodos de evaluación de daños en yacimientos que puedan adaptarse a la exploración y el desarrollo de estratos profundos, así como los instrumentos de evaluación correspondientes. , que no solo puede medir el valor original de cada sección del núcleo. La permeabilidad y la permeabilidad posterior al daño también pueden simular condiciones como la temperatura del yacimiento, la presión, la velocidad de retorno del lodo, etc., y proporcionar un nuevo método y un nuevo instrumento para la evaluación dinámica de daño al núcleo.

Este artículo presenta principalmente las ideas de diseño, los principios de diseño, los indicadores de desempeño técnico, los métodos de cálculo de parámetros experimentales y las aplicaciones del "sistema de evaluación".

1 La idea de diseño y principio de funcionamiento del "sistema de evaluación"

1.1 Idea de diseño

(1) El "sistema de evaluación" primero debe poder Mide la calidad de cada sección del núcleo: permeabilidad original (Koi) y permeabilidad al daño (Kdi). (Kdi). De acuerdo con el principio de funcionamiento y las ideas de diseño del medidor de gradiente de permeabilidad patentado por el equipo del proyecto (Patente No.: 91226407.1), los parámetros de permeabilidad de cada sección del núcleo antes y después del daño se pueden calcular fácilmente mediante la fórmula del teorema de Darcy.

(2) Basado en el principio de funcionamiento y las ideas de diseño del nuevo instrumento inteligente inteligente de pérdida dinámica de agua con núcleo de alta temperatura y alta presión patentado por este equipo de proyecto (Patente No.: ZL200420017823.7), el Se simulan la temperatura y la presión de la formación del anillo del pozo bajo las condiciones de los parámetros y la tasa de flujo de retorno del lodo, se llevó a cabo un experimento de falla por contaminación por corte dinámico en una determinada cara del extremo del núcleo.

(3) Según la tecnología patentada de este equipo de proyecto, el instrumento experimental de evaluación de daños dinámicos del núcleo de alta temperatura y alta presión (número de patente: 200410030637.1, ZL200420047524.8) no necesita sacarse el núcleo después de completar la medición de permeabilidad Bajo las condiciones de simulación de la temperatura de la formación, la presión y la tasa de retorno de lodo del anillo del pozo, se llevaron a cabo experimentos de contaminación dinámica en el núcleo. Cuando se destruye dinámicamente el núcleo, se utilizan las válvulas correspondientes para cerrar el mecanismo de medición de permeabilidad de varias secciones del núcleo, y se utiliza una bomba de lodo especial para realizar dinámicamente daños dinámicos en una determinada cara extrema del núcleo en las condiciones de simulación del núcleo. la temperatura de la formación, la presión y la velocidad de retorno del lodo ascendente en el espacio anular del pozo. La contaminación por corte y la contaminación dinámica adoptan una estructura de corte circulante en el extremo. La contaminación dinámica utiliza una estructura de corte circulante en el extremo para lograr la contaminación dinámica del núcleo en condiciones simuladas de temperatura, presión y velocidad de retorno del lodo del anillo del pozo. Se evaluaron múltiples parámetros de permeabilidad del núcleo antes y después de la contaminación.

(4) Durante el proceso de prueba de permeabilidad de múltiples etapas, un eslabón importante en el "sistema de evaluación" adoptó la tecnología patentada del equipo del proyecto, la bomba de succión de precisión de alta presión (Patente No.: ZL02278357.1 ), que se logró por primera vez. Tecnología de entrega de microlíquidos sin pulsaciones, presión constante y corriente constante.

(5) La parte central del "sistema de evaluación" adopta un sándwich de núcleo patentado (número de patente: ZL93216048.4), que por primera vez adopta tecnología de vulcanización de esqueleto metálico, anillo de sellado tipo "O". Tecnología y principio de autosellado de caucho. El principio de autosellado de caucho rompe la estructura de sellado de extrusión de productos antiguos y realiza con éxito la tecnología de establecer múltiples puntos de medición a lo largo del eje central.

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 el mecanismo dinámico de daño por contaminación de la cara del extremo del núcleo, logrando con éxito el propósito del diseño. .

1.2 Composición del instrumento y principio de funcionamiento

Para completar la prueba de permeabilidad multisección del núcleo en el mismo instrumento y simular el daño dinámico al núcleo causado por las condiciones del fondo del pozo, para evaluar de manera precisa y eficiente la perforación. De acuerdo con los requisitos del proceso de perforación y las ideas de diseño anteriores, el diseño del sistema de evaluación de daños dinámicos del núcleo de alta temperatura y alta presión se muestra en la Figura 1. Consiste principalmente en una bomba de succión de precisión, un bomba de lodo, un tanque de líquido, una circulación dinámica en el extremo de la correa y un sistema de medición múltiple. Está compuesto por un captador de núcleo de punto de presión, un medidor de flujo, una balanza electrónica, una fuente de gas, un sensor de presión, un sensor de temperatura, una bomba de presión de anillo y un controlador de contrapresión. , sistema de calefacción, 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 reductora de presión de alta presión; 3-Tanque de líquido de alta presión; 4-bomba de lodo; 5-medidor de caudal; 6-equilibrio electrónico; 7-controlador de presión trasera; 9-captador de núcleo multipunto con circulación terminal; -Bomba de succión de precisión; 13-válvula de descarga; 14-recolector de datos; 15-sistema de procesamiento de datos (computadora, impresora); 16-calentador

El principio de funcionamiento principal es: cuando la bomba de lodo está apagada, el lodo se descarga de la piscina de lodo: su principio de funcionamiento principal es: cuando la bomba de lodo y las válvulas relacionadas están cerradas, la prueba de permeabilidad antes y después del daño del núcleo se puede realizar a través de la bomba de succión de precisión cuando la bomba de lodo y la tubería de fluido; y las válvulas relacionadas se abren, el fluido de perforación en el tanque de líquido puede circularse o el fluido de terminación se hace circular en condiciones reales del yacimiento para lograr una simulación dinámica de daño de la cara del extremo 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: el sistema de simulación dinámica de daños durante el proceso de perforación y el sistema de prueba de permeabilidad multietapa. En el sistema de simulación dinámica de daños (que se muestra a la izquierda en la Figura 2), la botella 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 Caudal y pasa a través del soporte del núcleo. En contacto con la cara del extremo del núcleo, la cara del extremo del núcleo se somete a experimentos de evaluación de daños dinámicos de alta temperatura y alta presión, 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 y se pierde a través del núcleo. Su pérdida dinámica de agua fluye a través de la tubería hasta la balanza electrónica para pesar, midiendo así la tasa de pérdida dinámica de agua del núcleo y muchos otros parámetros experimentales.

En la parte de prueba de permeabilidad (que se muestra en el lado derecho de la Figura 2), una bomba de advección de precisión bombea 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 presión en el núcleo en tiempo real y 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 de software del sistema de evaluación dinámica de daños del núcleo de alta temperatura y alta presión

1.3 Principio de control y adquisición de datos

1.3.1 Idea general de diseño hardware

El diseño hardware de la parte de control del "sistema de evaluación" debe tener las siguientes funciones principales: Control de temperatura. Simular condiciones de trabajo de alta temperatura en el fondo del pozo; ② Control de flujo, el desplazamiento de la bomba magnética se puede controlar con precisión de acuerdo con el valor establecido de flujo, controlando así el flujo de fluido de perforación al final del núcleo para simular la velocidad real de circulación del lodo durante el proceso de perforación; ③ Monitoreo de la presión periférica, sujeción del núcleo La presión periférica del soporte es controlada por un motor paso a paso. El instrumento puede controlar y monitorear automáticamente la presión de acuerdo con el valor establecido y mostrarla en la interfaz hombre-máquina en tiempo real. tiempo, se monitorea la presión de trabajo del instrumento, y la presión de trabajo de la circulación del lodo es ajustada por la fuente de aire y es controlada por la fuente de aire al mismo tiempo, afectada por la temperatura del lodo, el instrumento de software detecta automáticamente los parámetros de presión; Medición de la pérdida dinámica de fluido, si el daño al núcleo por el fluido de perforación se ha completado depende principalmente de la pérdida dinámica de fluido. Cuando el daño es suficiente, la curva de pérdida dinámica de fluido se eleva hasta el punto de equilibrio. , lo que indica que se ha completado el experimento de daño dinámico del fluido de perforación al núcleo. Este proceso generalmente demora 150 minutos. Este proceso generalmente tarda 150 minutos en completarse. Las velocidades de filtración dinámica y estática del papel de filtro son las mismas.

1.3.2 Parte del software

El software de control, la interacción persona-computadora, el procesamiento de datos y otras funciones del "sistema de evaluación" son completados por la PC, con la ayuda de la potente función de procesamiento de datos y dibujo de la PC proporciona a los usuarios una plataforma de gestión de operaciones en tiempo real, estable, intuitiva y fácil de usar. Los usuarios pueden dominar claramente el funcionamiento de todo el instrumento a través del software de computadora y pueden ajustar los parámetros y analizar datos de manera conveniente y oportuna durante el experimento. Proporciona a los investigadores científicos una interfaz de interacción humano-computadora amigable y conveniente y un entorno de procesamiento de datos chino. También 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 múltiples del fluido que pasa. A través del núcleo, la computadora imprime directamente parámetros como la permeabilidad de cada sección del núcleo, la tasa de daño por penetración, la tasa de recuperación de la penetración y la tasa de filtración dinámica del fluido de perforación y el fluido de terminación a través del núcleo. Parámetros experimentales y la computadora imprime directamente el informe de datos experimentales. La interfaz de interacción persona-computadora del software de control del "sistema de evaluación" se muestra en la Figura 2.

1.4 Principales indicadores técnicos

Los principales indicadores de desempeño técnico del "sistema de evaluación" son los siguientes: (1) Presión de contaminación del fluido de perforación y del fluido de terminación: 0 ~ 10 MPa, núcleo de medición permeabilidad La presión del flujo puede alcanzar 60 MPa; (2) Temperatura de trabajo: temperatura ambiente ~ 150 °C (máximo 230 °C); (3) Velocidad lineal del fluido del extremo del núcleo: 0 ~ 1,8 m/s; yacimientos artificiales o naturales Núcleo, tamaño φ25×25-90 (5) Precisión de medición de presión: ±2‰ (6) Consumo de fluido de perforación: 2~3L (7) Rango de medición de permeabilidad: (1~5000)×10-; 3μm2; ( 8) Alimentación: 220V, 50Hz (se requiere alimentación estabilizada). 50Hz (requiere fuente de alimentación regulada).

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

2 Parámetros experimentales y métodos de cálculo

2.1 Cálculo del contraflujo V

Durante el proceso de perforación, la velocidad del contraflujo anular en la tubería de perforación y el collar de perforación se puede Cálculo de fórmula presionado:

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 (L/s); D1 y R son el diámetro y el radio de la broca (pulg) respectivamente; D2 y r son el diámetro y el radio de la broca (pulg) respectivamente; la tubería de perforación o el collar de perforación, respectivamente, es el diámetro y el radio (pulg.) es la velocidad de retorno ascendente del lodo del 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. Se puede seleccionar una bomba de lodo con un desplazamiento razonable para simular el desplazamiento de la bomba de lodo en la perforación. sitio. Durante el proceso de perforación, de acuerdo con los resultados del cálculo hidráulico del espacio anular del lodo, cuando el lodo regresa hacia arriba en la tubería de perforación o en el collar de perforación en el espacio anular, el valor recomendado es de 0,5 a 0,6 m/s para formar un flujo laminar plano. para cumplir con los requisitos de perforación [4].

2.2 Cálculo de la tasa de pérdida dinámica de fluido del núcleo

De acuerdo con la ecuación de pérdida dinámica de fluido del fluido de perforación, la tasa de pérdida dinámica de fluido del fluido de perforación o del fluido de terminación al pasar a través del núcleo puede ser calculado mediante la siguiente fórmula:

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

En la fórmula: fd es la tasa de pérdida dinámica de fluido (mL/cm2-min); es la pérdida dinámica de fluido en el tiempo Δt (mL); Δt es el tiempo de filtración (s); A es el área de filtración de la cara del extremo del núcleo (cm2);

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

Bajo la acción de una determinada diferencia de presión, se producirá filtración de fluido en medios porosos. En términos generales, su ley de flujo puede describirse mediante la ley de Darcy. Por tanto, antes y después de la contaminación dinámica, los parámetros de permeabilidad de cada parte del núcleo se pueden calcular aplicando la fórmula de la ley de Darcy. Dado que es una prueba de puntos múltiples, la fórmula de la ley de Darcy se puede escribir como.

3 Resultados de la implementación

Los productos técnicos de este proyecto se han promocionado en más de 50 sets en Jianghan, Jiangsu, Daqing, Dagang, Jilin, Zhongyuan, Southern Exploration Company, Karamay, Tarim y otras unidades de yacimientos petrolíferos. Una gran cantidad de estudios experimentales han demostrado que el uso de este instrumento funciona bien. Puede medir la heterogeneidad del núcleo a lo largo de la dirección longitudinal y determinar la permeabilidad y profundidad de cada sección de la misma sección del núcleo antes y después de ser dañado. fluido de perforación y fluido de terminación. Puede medir la heterogeneidad del núcleo a lo largo de la dirección longitudinal, determinar la permeabilidad y la profundidad de la misma sección del núcleo antes y después de ser dañado por el fluido de perforación y el fluido de terminación, y también puede evaluar los efectos de diversas medidas de estimulación de la producción y optimizar la uso de fluido de perforación y fórmula de fluido de terminación, optimizar las medidas de estimulación de la producción, lograr el propósito de proteger los yacimientos de petróleo y gas, comprender las características de los yacimientos de petróleo y gas y mejorar la eficiencia de la exploración y el desarrollo de campos de petróleo y gas. Los fluidos de perforación y terminación de alta calidad seleccionados por los campos petroleros mencionados anteriormente a través del sistema de evaluación han logrado los efectos de proteger las capas de petróleo y gas, reducir los costos de producción, aumentar la producción de pozos de petróleo y gas y lograr enormes beneficios económicos y sociales.

La popularización y aplicación de este resultado proporciona un nuevo medio y método de evaluación para la investigación de tecnología de protección de yacimientos de petróleo y gas y la evaluación de campos de petróleo y gas. También ha logrado importantes avances en la teoría y la tecnología experimental. ayuda a los planes de exploración y desarrollo de petróleo y gas, la toma de decisiones científicas, 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 petrolíferos y la investigación científica en el campo del petróleo y el gas. La protección de los yacimientos de gas juega un papel rector muy importante. Desempeña un papel muy importante en la orientación de la investigación científica en el campo de los planes de exploración y desarrollo 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 relacionada en mi país y alcanzando el nivel avanzado internacional. nivel de tecnologías similares.

Referencias

[1] Li Shulian et al. Desarrollo del instrumento de pérdida dinámica de agua a alta temperatura y alta presión JHDS. Journal of Jianghan Petroleum Institute [J], 1988, 10 ( 1): 32~ 35.

[2] Yu Weichu, Li Shulian, et al. Desarrollo del probador de gradiente de permeabilidad [J], 1995, 17(5): 82～86.

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

[4] Bourgoyne A T, et al., Applied Drilling Engineering.SPE Textbook, 1991.

[5] Dispositivo de prueba de número de filtración de propiedades físicas de roca CN2188205Y Texto completo 1995.1.25.

[6] Un dispositivo de detección automática de propiedades físicas de núcleos de roca CN2342371Y Texto completo 1999.10.6.

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

[8] Instrumentos y métodos para medir la permeabilidad relativa y presión capilar de rocas porosas.

[8] US5297420.1994.3～29.