Изучение теплообменных процессов при индукционном нагреве обсадной колонны применительно к определению заколонных перетоков

Об авторах:

Давлетшин Филюс Фанизович, аспирант кафедры геофизики, Башкирский государственный университет (г. Уфа); felix8047@mail.ru

Исламов Денис Фавилович, старший преподаватель кафедры геофизики, Башкирский государственный университет (г. Уфа); islamovden@rambler.ru

Хабиров Тимур Раильвеич, кандидат физико-математических наук, ассистент кафедры геофизики, Башкирский государственный университет (г. Уфа); khabirovtr@mail.ru

Гаязов Марат Сальманович, ассистент кафедры геофизики, заведующий лабораторией, Башкирский государственный университет (г. Уфа); gaiver28@mail.ru

Низаева Ирина Григорьевна, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры геофизики, Башкирский государственный университет (г. Уфа); nizaevaig@rambler.ru

Аннотация:

Одним из перспективных методов геофизического исследования действующих скважин является активная термометрия. Технология проведения исследований данным методом включает индукционный нагрев участка металлической обсадной колонны, регистрацию и анализ изменения температуры в интервале индукционного воздействия. В результате теплообмена с нагретым участком колонны в потоке жидкости, движущейся внутри колонны или в канале заколонного перетока, создается тепловое возмущение. Анализ нестационарной температуры в процессе индукционного воздействия позволяет решать актуальные практические задачи, например определять наличие перетоков жидкости в пространстве за обсадной колонной. В данной работе на основе численного моделирования изучаются особенности формирования температурного поля в процессе индукционного нагрева обсадной колонны применительно к определению заколонных перетоков жидкости. Численное моделирование выполнено в программном пакете Ansys Fluent. Движение жидкости в скважине описывается уравнением Навье — Стокса в приближении Буссинеска — Обербека, а ее температура рассчитывается с учетом вынужденной и свободной конвекции. Для расчета температуры в индукторе, обсадной колонне, горных породах и цементном кольце используется нестационарное уравнение теплопроводности. Рассмотрено применение индукционного нагрева при диагностике заколонных перетоков в зумпфе, локализованных ниже работающих перфорированных пластов, в кольцевом пространстве между обсадной колонной и цементным кольцом. Построены кривые распределения средней по сечению температуры в теле обсадной колонны в интервале индукционного нагрева при различном расходе в канале заколонного перетока. Показано, что с увеличением объемного расхода в канале перетока максимальный разогрев колонны снижается за счет более интенсивной теплоотдачи потоку в канале перетока. Установлено, что на температурных кривых отмечается «затяжка» температуры (температурные возмущения в теле обсадной колонны распространяются по направлению потока в канале перетока), величина которой возрастает с ростом расхода в канале перетока. Показано, что «затяжка» температуры (величина расстояния, на которое распространяется тепловое возмущение) при перетоке вверх превышает «затяжку» при перетоке вниз, что связано с влиянием естественной тепловой конвекции в жидкости внутри обсадной колонны. На примере принятых в работе условий моделирования установлено, что перетоки вверх и вниз величиной более 0,5 м3/сут могут достоверно определяться по температурным замерам в процессе индукционного воздействия.

Список литературы:

Валиуллин Р. А., Шарафутдинов Р. Ф., Сорокань В. Ю. 2002а. Использование искусственных тепловых полей в скважинной термометрии // Каротажник. № 10. С. 124–137.

Валиуллин Р. А., Шарафутдинов Р. Ф., Рамазанов А. Ш., Дрягин В. В., Адиев Я. Р., Шилов А. А. 2002б. Способ активной термометрии действующих скважин (варианты): пат. 2194160 РФ / заявитель и патентообладатель Башкирский государственный университет, НПФ «ГеоТЭК». № 2001102007/03; заявл. 22.01.2001; опубл. 10.12.2002.

Ипатов А. И., Кременецкий М. И. 2022. Проблемы промыслово-геофизического контроля в условиях «новой экономической политики» // Актуальные проблемы нефти и газа. № 2 (37). С. 87–99. https://doi.org/10.29222/ipng.2078-5712.2022-37.art6

Коровин В. М., Лобанков В. М., Миллер А. В., Миллер А. А., Сулейманов А. А., Барышев В. И., Соломина И. Л., Шаисламова Г. Г. 2010. Геофизические исследования и работы в скважинах: в 7 т. Том 4. Контроль технического состояния скважин. Уфа: Информ­реклама. 436 с.

Леонтьев Д. С., Клещенко И. И. 2015. Методические аспекты диагностики причин обводнения нефтяных скважин // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. № 2 (110). С. 61–67. https://doi.org/10.31660/0445-0108-2015-2-61-67

Bergman Th. L., Lavine A. S., Incropera F. P., DeWitt D. P. 2019. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 8th ed. John Wiley & Sons. 992 p.

Henkes R. A. W. M., Van der Flugt F. F., Hoogendoorn C. J. 1991. Natural-convection flow in a square cavity calculated with low-Reynolds-number turbulence models // International Journal of Heat and Mass Transfer. Vol. 34. No. 2. Pp. 377–388. https://doi.org/10.1016/0017-9310(91)90258-G

Sharafutdinov R., Valiullin R., Ramazanov A., Fedotov V., Sadretdinov A., Zakirov M. 2012. Application of active temperature logging at oilfields of Russia // SPE Russian Oil and Gas Exploration and Production Technical Conference and Exhibition (16–18 October 2012, Moscow, Russia). Paper SPE-161982-MS. https://doi.org/10.2118/161982-MS

Sharafutdinov R., Akchurin R., Davletshin F., Ramazanov A. 2022. Numerical simulation of induction heating of well casing // Aspects in Mining and Mineral Science. Vol. 9. No. 3. Pp. 1047–1050. https://doi.org/10.31031/AMMS.2022.09.000714

Valiullin R., Sharafutdinov R., Ramazanov A., Shilov A. 2012. Enhancement of well productivity using a technique of high-frequency induction treatment // SPE Heavy Oil Confe­rence (12–14 June 2012, Calgary, Alberta, Canada). Paper SPE-157724-MS. https://doi.org/10.2118/157724-MS