Ссылка для цитирования: Исследование теплового поля в скважине при заколонном движении жидкости в процессе индукционного воздействия / Ф.Ф. Давлетшин, А.Ш. Рамазанов, Р.З. Акчурин,  Р.Ф. Шарафутдинов,  Д.Ф. Исламов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2023. – Т. 334. – № 3. – С. 153-164.

Актуальность. Одним из перспективных методов промыслово-геофизических исследований скважин является активная термометрия. Технология проведения исследований данным методом включает локальный индукционный нагрев металлической обсадной колонны, регистрацию и анализ изменения температуры колонны. При некачественном цементировании скважин возможно возникновение потока жидкости в кольцевом пространстве между обсадной колонной и цементным кольцом (заколонного перетока). По каналу перетока в скважину поступает вода из непродуктивных пластов, что снижает рентабельность добычи нефти. В этой связи своевременное выявление и ликвидация заколонных перетоков является важной задачей эффективной эксплуатации скважин. При индукционном нагреве обсадной колонны в потоке жидкости, движущейся в канале заколонного перетока, благодаря теплообмену с нагретым участком колонны возникает тепловое возмущение, которое может быть использовано для выявления наличия перетока. Объект: добывающая скважина, в которой проводятся исследования методом активной термометрии с помощью локального индукционного нагрева обсадной колонны. Цель: разработка математической модели расчета теплового поля, вызванного индукционным нагревом участка металлической обсадной колонны, с учетом движения жидкости в кольцевом пространстве между обсадной колонной и цементным кольцом (заколонного перетока); получение аналитических решений для расчета температуры обсадной колонны и жидкости в канале перетока; исследование особенностей формирования температурного поля в колонне и жидкости в канале перетока в процессе индукционного нагрева, а также влияния расхода жидкости в канале перетока на тепловое поле в обсадной колонне. Методы: метод интегрального преобразования Лапласа по времени и численный алгоритма Стефеста с целью получения аналитических решений для расчета температурного поля; сравнение результатов расчетов по аналитической модели с результатами численного моделирования в программном пакете Ansys Fluent (Лицензия ANSYS Academic Research CFD в рамках договора с Башкирским государственным университетом от 15.06.2020). Результаты. Методом интегральных преобразований Лапласа получены новые аналитические решения для расчета нестационарного поля температуры в скважине при индукционном нагреве участка металлической обсадной колонны с учетом потока жидкости в кольцевом пространстве между колонной и цементным кольцом. Исследованы особенности формирования температурного поля в процессе нагрева и после отключения индуктора, показано, что в течение 20 минут нагрева температурные возмущения в жидкости, движущейся в канале перетока, и обсадной колонне распространяются по направлению потока на расстояние более 2 м. Показано, что рост температуры колонны на расстояниях порядка 1–2 м выше интервала индукционного нагрева связан с теплоотдачей от нагретого флюида в канале заколонного перетока. Критерий роста температуры обсадной колонны на расстояниях 1–2 м относительно интервала индукционного нагрева может быть использован как признак заколонного движения жидкости. Исследовано влияние скорости (расхода) жидкости в канале перетока на характер формирования температуры колонны в процессе индукционного нагрева. Показано, что увеличение расхода жидкости в канале перетока при прочих равных условиях приводит к росту скорости распространения температурных возмущений в теле обсадной колонны, а также к снижению величины разогрева колонны вследствие роста интенсивности оттока тепла из интервала работы индуктора. Выполнено сравнение результатов расчетов по аналитической модели с результатами моделирования в программном пакете Ansys Fluent, установлено, что расчетные температуры колонны и жидкости несколько завышены по сравнению с численным решением в связи с применением упрощающих допущений в рамках аналитической модели.