Акустика скважин в низкопроницаемых пластах с трещинами ГРП

В статье рассматриваются теоретические подходы для оперативного обнаружения наличия и величины повреждений ствола старой скважины с применением методов опрессовки и акустического зондирования. Также представлены задачи акустической диагностики качества трещин гидравлического разрыва пласта (ГРП), расположенных радиально или наклонно оси скважины в низкопроницаемых пластах. В задачах приняты физические допущения, основанные на реальных данных проведенных операций ГРП через восстановленные скважины. Предполагается, что сканирующий импульс создается в кольцевом канале между цельной насосно-компрессорной трубой (НКТ) и стенкой скважины, заполненном водой, с длиной волны, превышающей радиус канала и протяженность участка с поврежденными стенками или открытого участка с трещинами ГРП. Давление на указанных участках принято однородным. Записаны уравнения сохранения масс и импульса, начальные и граничные условия. Аналитически получены дисперсионные уравнения, коэффициент отражения от изучаемого участка. Проведен анализ влияния величины повреждения на амплитуду отраженного сигнала в зависимости от проницаемости пласта и частотных характеристик сигнала. Масштабы повреждения стенки скважины устанавливаются из кривых полувосстановления давления, получаемых численно из решения интегро-дифференциального уравнения, описывающего опрессовку кольцевого канала с закрытым нижним концом. Показано, что амплитуда отраженного «эха» от открытого участка скважины отличается всего на 10 % в зависимости от угла наклона трещины ГРП относительно оси скважины. Динамика волнового импульса в рассмотренных задачах изучается с помощью преобразования Фурье.

1. Галиакбаров В. Ф., Шагапов В. Ш., Санников Р. Х., Хлесткина Н. М. Способ определения местоположения и интенсивности зон поглощения // Патент 2057927. Российская Федерация. № 5027298 / заявл. 18.02.1992. Опубл. 10.04.1996. 7 с.

2. Li H., Huang B., Xu H. The optimal sine pulse frequency of pulse hydraulic fracturing for reservoir stimulation // Water. 2022. V. 14, No 19. Art. 3189. https://doi.org/10.3390/w14193189.

3. Qiu Y., Hu X., Zhou F., Li Zh., Li Y., Luo Y. Water hammer response characteristics of wellbore-fracture system: Multi-dimensional analysis in time, frequency and quefrency domain // J. Pet. Sci. Eng. 2022. V. 213. Art. 110425. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2022.110425.

4. Ляпидевский В. Ю., Неверов В. В., Кривцов А. М. Математическая модель гидроудара в вертикальной скважине // Сиб. электрон. матем. изв. 2018. № 15. С. 1687–1696. https://doi.org/10.33048/semi.2018.15.140.

5. Бадажков Д. В. Способ определения зон развития трещин многостадийного гидроразрыва пласта // Патент на изобретение RU 2796265 С1. Российская Федерация. № 2022128663 / заявл. 07.11.2022. Опубл. 19.05.2023. 10 с.

6. Iriarte J., Merritt J., Kreyche B. Using water hammer characteristics as a fracture treatment diagnostic // Proc. SPE Oklahoma City Oil and Gas Symp., March 27–31, 2017. Oklahoma, OK, 2017. Art. SPE-185087-MS. https://doi.org/10.2118/185087-MS.

7. Nguyen D., Cramer D., Danielson T., Snyder J., Roussel N., Ouk A. Practical applications of water hammer analysis from hydraulic fracturing treatments // Proc. SPE Hydraulic Fracturing Technology Conf. Exhib., May 4–6, 2021. Virtual, 2021. Art. SPE-204154-MS. https://doi.org/10.2118/204154-MS.

8. Wang F., Li H. Pulse and pulsating supercharging phenomena in a semi-enclosed pipe // Sci. Rep. 2023. V. 13, No 1. Art. 1332. https://doi.org/10.1038/s41598-023-28214-x.

9. Luo Y., Hu X., Zhou F., Qiu Y., Lu X., Li J., Wang Y. A new water hammer decay model: Analyzing the interference of multiple fractures and perforations on decay rate // SPE J. 2023. V. 28, No 4. P. 1973–1985. https://doi.org/10.2118/214658-PA.

10. Tu Zh., Hu X., Bai J., Zhang T., Lai W., Zhou F. Characterize fracture geometry and propagation with low frequency distributed acoustic sensing strain data // Eng. Fract. Mech. 2024. V. 298. Art. 109947. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2024.109947.

11. Шагапов В. Ш., Булатова З. А. К теории акустического зондирования прискважинных областей пористых и проницаемых горных пород // Геофиз. журн. 2002. Т. 24, № 2. С. 79–91.

12. Шагапов В. Ш., Нагаева З. М. К теории фильтрационных волн давления в трещине, находящейся в пористой проницаемой среде // Прикл. мех. техн. физ. 2017. Т. 58, № 5. С. 121–130. https://doi.org/10.15372/PMTF20170512.

13. Шагапов В. Ш., Галиакбарова Э. В., Хакимова З. Р. К теории акустического зондирования трубчатых каналов, содержащих участки с нарушением герметичности // ИФЖ. 2018. Т. 91, № 3. С. 709–719.

14. Шагапов В. Ш., Хусаинов И. Г., Хакимова З. Р. Релаксация давления в трубчатом канале, имеющем поврежденный участок, после опрессовки // ИФЖ. 2020. Т. 93, № 2. С. 466–473.

15. Шагапов В. Ш., Галиакбарова Э. В., Хакимова З. Р. К теории акустического зондирования гидроразрывных трещин, перпендикулярных скважине // ИФЖ. 2021. Т. 94, № 5. С. 1185–1195.

16. Башмаков Р. А., Галиакбарова Э. В., Хакимова З. Р., Шагапов В. Ш. К теории метода «эхоскопии» призабойной зоны скважины в низкопроницаемом пласте, подверженным ГРП // ПММ. 2023. Т. 87, № 2. С. 314–326. https://doi.org/10.31857/S0032823523020042.