Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Разработка нефтяных и газовых месторождений

Диссертационная работа:

Иванов Николай Прокофьевич. Установление оптимальных отборов нефти из скважин массивных залежей в трещиноватых коллекторах с активной подошвенной водой : ил РГБ ОД 61:85-5/121

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

1. ВВЕДЕНИЕ 4

2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ДВУХФАЗНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ НЕСМЕШИВАЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ В ТРЕЩИНОВАТЫХ ПЛАСТАХ 15

2.1. Дифференциальные уравнения фильтрации нефти и воды в трещиноватом пласте 15

2.2 Функция плоского совместного движения нефти и воды в трещиноватой среде 26

2.3. Функция вертикального совместного движения нефти и воды в трещиноватой среде.. 35

3. ПЛОСКО-ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ ВЫТЕСНЕНИЕ НЕФТИ ВОДОЙ ИЗ

ТРЕЩИНОВАТОЙ СРЕДЫ 47

3.1. Решение дифференциальных уравнений совместной фильтрации нефти и воды 47

3.2. Распределение насыщенности в трещиноватом пласте при плоско параллельном вытеснении нефти водой 55

3.3. Определение потерь давления в процессе вы теснения нефти 72

4. ВЕРТИКАЛЬНОЕ ВЫТЕСНЕНИЕ НЕФТИ ВОДОЙ ИЗ ТРЕЩИНО ВАТОГО ПЛАСТА 82

4.1. Основные зависимости процесса вертикального вытеснения нефти водой 82

4.2. Особенности процесса вертикального вытеснения нефти водой 86

4.3. Определение потерь давления при вертикальном вытеснении стр.

ПЛОСКО-РАДИАЛЬНОЕ ВЫТЕСНЕНИЕ НЕФТИ ВОДОЙ ИЗ ТРЕЩИНОВАТОГО ПЛАСТА 102

5.1. Распределение насыщенности в пласте при вытеснении нефти 102

5.2. Определение фронтальной и средней насыщенности трещиноватого пласта 109

5.3. Изменение продуктивности скважины при приближении фронта вытеснения 117

6. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОБВОДНЕНИЯ И УСТАНОВЛЕНИЕ ОПТИ МАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СКВАКЙН В ТРЕЩИНОВАТЫХ ПЛАСТАХ С АКТИВНОЙ ПОДОШВЕННОЙ ВОДОЙ 123

6.1. Инструментальное изучение процесса вытеснения нефти водой 123

6.2. Расчет безводного периода эксплуатации несовершенной скважины в трещиноватом пласте

с активной подошвенной водой... 129

6.3. Методика расчета оптимального режима работы скважины в трещиноватом пласте с активной подошвенной водой М

6.4. Выравнивание возмущенной поверхности ВНК в трещиноватом пласте после остановки добывающей скважины.. 1 4

7. ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 161

ЛИТЕРАТУРА ПРИЛОЖЕНИЯ  

Введение к работе:

Б соответствии с Основными направлениями экономического и социального развития СССР на І98І-І985 годы и на период до 1990 года / І / в одиннадцатой пятилетке объём добычи нефти в стране будет доведен до 620-645 млн.тонн в год.

Одним из путей достижения столь высоких уровней добычи нефти и наращивания их в будущем является наиболее эффективная выработка разведанных запасов углеводородного сырья за счет оптимальной эксплуатации скважин и залежей. В настоящее время эта сложная проблема наиболее полно решена для месторождений нефти, приуроченных к гранулярным коллекторам.

В последние годы в ряде нефтяных районов Советского Союза, во многих странах мира открыты залежи нефти в высокопродуктивных трещиноватых коллекторах. Последним присущи, как правило, специфический характер строения фильтрационной среды и течения в ней жидкости, большая толщина, наличие активной подошвенной воды. Это приводит к определенным особенностям процесса извлечения нефти из пластов, математического его описания,не позволяет использовать имеющиеся для гранулярных коллекторов решения.

Установление оптимальных отборов нефти из скважин и залежей базируется, как известно, на теории фильтрации и вытеснения нефти из пластов.

К настоящему времени проведен значительный объём исследовательских работ по изучению этих процессов в трещинных коллекторах, которые разделяются на три направления / 2 /. Первое из них связано с созданием и использованием идеализированных моделей трещиноватого пласта. К этим работам относятся, в частности, исследования Г.Й.Бэренблатта,А.А.Боксермана,Ю.П.Желтова , А.А.Кочешкова / 3,4 /, которые рассматривали трещиноватую горную породу как некоторую непрерывную сложную среду,состоящую из двух сред, вложенных одна в другую, а также работы Джибсона,Фри мена и Пирсона, обобщенные Дж.Берксом, которые трещиноватый нефтяной коллектор представляли в виде блоков из пористой горной породы, отделенных друг от друга трещинами. Известны также модели трещиноватых пластов, предложенные А.М.Нечаем,Д.Н.Борреном, Э.Ч.Чекалюком / 6 /, Б.Ф.Сазоновым / 7 / и др.

Второе направление основано на получении параметров трещиноватых горных пород при помощи комплекса различных геологических, геофизических и гидродинамических методов, экспериментов по изучению законов движения жидкостей в щелях (трещинах),начатых Г.М.Ломизе / 8 /.

Использование идеализированных моделей,законов механики сплошных сред позволили в приближенной постановке решить основные задачи теории фильтрации однородных жидкостей в трещиноватых коллекторах, получить аналитические зависимости, описывающие плоское движение нефти и воды в трещиновато-пористой среде /3-8/. Наиболее сложные задачи, решение которых имеет определяющее значение для выбора эффективной системы разработки месторождений, приуроченных к трещиноватым коллекторам, связаны с созданием теории совместной фильтрации несмешивающихся жидкостей в условиях нарушения закона Дарси, методик ее практического применения.

Работы в области создания этой теории можно выделить в виде третьего направления исследований, которое, в основном,базируется на известной теории фильтрации несмешивающихся жидкостей Бак-лея-Леверетта для гранулярных сред / У6,97 /. К этому же направлению следует отнести работы по анализу разработки конкретных месторождений нефти, приуроченных к трещиноватым коллекторам, по прогнозированию их обводнения, по методам контроля за движением нефти и воды, перемещением водонефтяного контакта.

Б последние годы для решения практических задач нефтепромысловой механики применяют индикаторные исследования. Приведенные в работах /9-ІІ/ результаты указывают на существенные различия характере обводнения нефтенасыщенных коллекторов с развитой трещиноватой системой по сравнению с гранулярными. При проведении индикаторных исследовании с целью выяснения причин аномально быстрого поступления воды в добывающие скважины установлено, что путями ее движения служат единичные трещины и небольшие по площади и толщине высокопроницаемые зоны. В тоже время накопленный опыт разработки залежей трещиноватых коллекторов, специальные наблюдения за процессом их обводнения /10-14/, в том числе с применением индикаторов, показывают, что даже при их наличии перемещение основных объёмов пластовой воды происходит достаточно равномерно.

Анализ фактических материалов по залежам, приуроченным к трещиноватым коллекторам позволил выделить следующие характерные причины обводнения продуктивных пластов: естественное продвижение контура нефтеносности в пределах всей залежи; внутршшэсто-вые перетоки воды по высокопроницэемым путям; локальный подъём водонефтяного контакта у забоев скважин /12-23/. Основная часть залежей в таких коллекторах заводняется в результате фронтального продвижения водонефтяного контакта или перемещения воды от нагнетательных скважин к зонам отбора жидкости.

Для определения характера обводнения трещиноватых коллекторов большое практическое значение имеет изучение особенностей процесса обводнения скважин конкретных залежей выявление которых позволяет учитывать их при проектировании процессов разработки аналогичных залежей. С этой целью исследователями предло 7 жены методы прогнозирования процесса обводнения массивных залежей с трещиноватыми и трещиновато-кавернозными коллекторами /18, 20-26/.

Согласно работам /18,24-/» процесс обводнения скважин и залежей в условиях вертикального вытеснения нефти водой по схеме "снизу-вверх" подразделяется на пять категорий в зависимости от продолжительности водного периода и интенсивности обводнения добываемой продукции. Характер обводнения, в основном, зависит от местоположения трещин в пределах вскрытого интервала разреза,их числа и степени раскрытия,гидропроводности призабойной зоны пласта и соотношения вязкостен вытесняемой и вытесняющей жидкости.

В работе /24/ получены также эмпирические зависимости текущей обводненности от относительной накопленной добычи нефти за водный период эксплуатации для каждой выделенной категории скважин, которые рекомендованы для практического использования при проектировании и анализе разработки залежей с подобными характеристиками.

В виду условности определения положения начального водонеф-тяного раздела и его изменения в процессе разработки предложенные в работах /18,24/ методы дают большие погрешности.В работе / 25 / предложен более совершенный полуэмпирический способ прогнозирования обводнения залежей. Кроме того, дано обоснование одной из особенностей разработки трещиноватых коллекторов,заключающейся в том, что основные запасы нефти отбираются в безводный период.

В работе /23/ проанализированы зависимости текущей обводненности продукции скважин от относительной накопленной добычи нефти за водный период эксплуатации скважин средне-триасовой нефтяной залежи месторождения Долни Дыбник.Результаты использованы для прогнозирования разработки аналогичной залежи месторождения Горни Дыбник.

Б /26/, подобно как и в статье /23/, проанализирован водный период эксплуатации полностью обводнившихся скважин ряда нефтяных залежей Народной Республики Болгарии. По характеру обводне-нения скважины подразделены на семь категорий,при этом в каждую попали скважины разных залежей. Для каждой категории получено аналитическое выражение осредненной кривой обводнения. Предложен метод прогнозирования процесса обводнения, базирующийся на непосредственном сопоставлении фактической кривой обводнения с осредненными кривыми.

Б настоящее время созданы методики и проведены экспериментальные исследования совместного течения несмешивающихся жидкостей на моделях со слокными трещиноватыми средами /15,17,27-29/.

В работе /28/ при изучении процесса двухфазной фильтрации трещиноватая среда рассматривалась как пористая и использована теория Баклея-Леверетта для гранулярных коллекторов. По результатам исследования движения двухфазной жидкости в одной щели сделано допущение о линейной зависимости фазовой проницаемости от насыщенности. С использованием полученной с такими упрощениями системы уравнений были решены некоторые задачи плоской совместной фильтрации двух несмешивающихся жидкостей в чисто трещинной среде.

Б работе /27/ представлены результаты экспериментальных исследований совместной фильтрации двух несмешивающихся жидкостей в сложной трещиноватой среде, установлено влияние закона течения жидкостей на характер изменения кривых относительных прони-цаемостей. Определено,что при насыщенности одной из фаз меньше 80-9( относительная проницаемость для нее резко уменьшается и практически равняется нулю при 5-20 % насыщении.

В работе /29/ приведен анализ результатов исследований фильтрации воды и керосина (аналога нефти) в переходной зоне течения и в области квадратичного закона сопротивления. При их обработке полагали, что в переходной зоне и в области квадратичного течения линейный закон движения жидкостей сохраняется, но изменяется проницаемость среды, которую назвали псевдопроницаемостью. Установлено, что в области квадратичного закона сопротивления при любой насыщенности среды отличной от нуля, происходит совместная фильтрация несмешивающихся фаз. При вполне сформировавшемся турбулентном движении во всех случаях зависимости относительных псевдопроницаемостей от насыщенности линейные. Форма кривых относительных псевдопроницаемостей в переходной зоне зависит, в основном, от скорости фильтрации и в меньшей степени от других факторов, действие которых уменьшается по мере развития турбулентности.

При интерпретации результатов исследований совместной фильтрации нефти и воды предложено использовать параметр турбулентности для каждой из движущихся фаз (вторая проницаемость при турбулентном движении). Полученные зависимости относительных фазовых параметров турбулентности от насыщенности среды показывают, что при любой величине насыщенности, отличной от нуля, происходит движение обеих фаз.

В работе /30/ приведены результаты экспериментальных исследований при условии приближенного моделирования процесса вытеснения нефти из трещиновато-кавернозного пласта. Установлено,что коэффициент нефтеотдачи залежей, приуроченных к подобным коллекторам, зависит от скорости вытеснения только в определенном диапазоне ее изменения, определяемом конкретным строением трещиновато-кавернозной системы, характером распределения трещин и физическими свойствами флюидов.При увеличении скорости выше "критической", значение которой также определяется строением фильт 10 рационной системы, характером распределения трещин и физическими свойствами флюидов, коэффициент вытеснения за безводный период уменьшается. Причем, как показали эксперименты, потери нефти в безводный период ее добычи не могут быть компенсированы в водный период разработки залежей. 

Б практике разработки нефтяных месторождений большое значение имеет знание как начального, так и текущего значения коэффициента нефтенасыщенности. Б работах /31,32/ на основании многочисленных исследований кернового материала и теоретических расчетов, проведенных с рядом упрощений, установлено,что среднее начальное нефтесодержание мезозойских залежей ЧИАССР находится в пределах 85-90%.

Б работе /33/ на основании исследований, изложенных в статьях предложен экспресс- метод определения коэффициента неф-тесодеркания трещинно-кавернозного карбонатного коллектора.

В последние годы стали широко применяться методы определения нефтенасыщенности, оснозанные на использовании данных промысловых исследований. В работе /34/ показана возможность применения комбинированного метода контроля за текущей нефтензсы-щенностью и определения ее значения, средневзвешенного по площади.

Для изучения процесса вытеснения нефти водой из массивных залежей в работе /35/ предложен промысловый метод,основанный на использовании результатов гидродинамических исследований скважин и лабораторных исследований физических свойств нефти и воды. Установлено,что у скважин, не обводняющихся в течение длительного времени, коэффициенты продуктивности остаются, в основном, постоянными, а для скважин, где вместе с нефтью добывается вода,они снижаются по мере обводнения добываемой жидкости. Сделан вывод, что одной из основных причин снижения коэффициентов продуктивности скважин во времени является изменение нефтеводонасыщенности пласта.

В связи с тем, что идеальные фазовые проницаемости по промысловым данным получить практически невозможно, М.Ф.Постаю /35/ введено понятие "условная фазовая проницаемость" для нефти и воды в пределах динамического нефтенасыщенного объёма коллектора. Так как в коллекторе всегда содержится некоторое количество связанной воды, то начальный коэффициент продуктивности скважины характеризует не физическую (абсолютную) проницаемость коллектора, а начальную фазовую проницаемость для нефти.

Отношение текущей фазовой проницаемости для нефти к начальной характеризует условную относительную проницаемость для нефти. Графики условных относительных проницаемостей независимо от характера обводнения скважин носят прямолинейный или близкий к нему характер и отражают процесс вытеснения нефти водой в динамическом нефтенасыщенном объёме коллектора.

Б работе /36/ проанализированы диаграммы фазовых проницаемостей, приведенные в статье /27/, и условных относительных проницаемостей из работы /35/. Полученные обобщенные зависимости относительных фазовых проницаемостей для нефти и воды от водо-насыщенности отражают реальные условия фильтрации жидкостей в трещиновато-кавернозных коллекторах типа тех, к которым приурочены верхнемеловые залежи ЧЙАССР.

Б работе / 37 /, применяя закон фильтрации Дарси, используя результаты работы /27/, эвторы получили эмпирические зависимости для определения насыщенности на фронте вытеснения нефти водой в условиях трещиновато-кавернозного коллектора.Проведенные по полученным зависимостям расчеты показали, что в водный период разработки зэлежи должно извлекаться незначительное количество нефти. Одним из эффективных путей изучения закономерностей движения многофазных потоков в мощных трещиноватых отложениях, процесса обводнения дренирующих их скважин, создания методик гидродинамических расчетов являются специальные комплексное исследования по выявлению мест притока нефти и воды в скважину в пределах вскрытой толщины пласта. Такие работы впервые начаты на мезозойских залежах ЧйАССР /38/.

Учитывая значительные трудности аналитического решения задач нефтепромысловой механики, а также с целью ускорения и автоматизации процессов проектирования и контроля за разработкой нефтяных месторождений созданы методические руководства по численному моделированию одномерных задач многофазной фильтрации в пористой среде /39/.

В то же время реальные процессы, происходящие в массивных залежах, требуют рассмотрения широкого круга задач, связанных с пространственным характером совместного течения жидкостей.

Моделирование процесса пространственной фильтрации двухфазной системы (нефть-вода) в коллекторе произвольной формы реализовано комплексом программ N/TOL -2 /40/• Математической моделью комплекса является система дифференциальных уравнений, полученная комбинацией уравнения неразрывности для каждой фазы и обобщенного линейного закона фильтрации.

Таким образом, в настоящее время накоплен значительный фактический материал по разработке нефтяных залежей в трещиноватых коллекторах, проведены многочисленные экспериментальные и теоретические исследования совместной фильтрации нефти и воды с использованием вычислительной техники. Однако, выявленные особенности процесса извлечения нефти из таких пластов в практике нефтедобычи учитываются не в полной мере. В технологических расчетах при разработке залежей нефти в трещиноватых коллекторах по прежнему широко применяется линейный закон фильтрации с использованием теории Баклея-Леверетта. До сих пор отсутствует нэдеж-ная теоретическая основа совместного течения нефти и воды в трещиноватых горных породах при одновременном проявлении нескольких режимов фильтрации. Нет в достаточной мере учитывающих особенности трещиноватых коллекторов расчетных зависимостей и методик определения основных показателей процесса вытеснения нефти водой, оптимальных режимов работы скважин и прогноза их обводнения. Все это сказывается на качестве изучения, проектирования, контроля и регулирования процессов разработки залежей нефти в массивных трещиноватых коллекторах и, в конечном счете,на эффективности выработки запасов.

Попытка решения некоторых из перечисленных вопросов с использованием полученных в работах /28,29/ результатов предпринята в статье /4-І/. При этом, вследствие ряда неточностей при постановке и решении задачи, полученные автором математические зависимости не могут в полной мере использоваться при расчете процесса вытеснения нефти водой из трещиноватого коллектора.

Целью настоящей диссертационной работы является повышение эффективности эксплуатации нефтяных залежей в массивных трещиноватых коллекторах с активной подошвенной водой за счет создания и применения более совершенных разработок по определению основных показателей процесса вытеснения нефти водой, методики установления оптимальных режимов работы скважин, обеспечивающих предотвращение преждевременного поступления воды в их продукцию и достижение запланированных отборов нефти из залежей.

Основными задачами исследований являлись:

- создание математической модели процесса совместной фильтрации нефти и воды в трещиноватых пластах;

- получение аналитических решений систем уравнений математической модели для расчета насыщенности пласта на фронте и за фронтом вытеснения нефти водой, средней и эквивалентной насыщенности, потерь давления при одновременном проявлении нескольких режимов фильтрации;

- выявление основных закономерностей и анализ факторов влияющих на эффективность вытеснения нефти водой из трещиноватого коллектора;

- совершенствование методов определения продолжительности безводного периода эксплуатации скважин в трещиноватых пластах, расчета времени оседания локального подъёма возмущенной поверхности ВНК после остановки добывающей скважины;

- совершенствование и внедрение методики определения оптимального режима эксплуатации скважин в массивных трещиноватых пластах с активной подошвенной водой.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору Соколовскому Э.Б. за выбор направления исследований и оказанную помощь при выполнении диссертационной работы, старшим научным сотрудником института "СевКавНИПИнефть" к.т.н.Белову В.В. и Посташ М.Ф. за консультативную помощь и критические замечания при обсуждении полученных результатов,работникам КИВЦ объединения "Грознефть" за производство расчетов на ЭВМ. 

Подобные работы
Духовная Полина Абрамовна
Совершенствование методов гидродинамических расчетов неизотермической фильтрации воды при проектировании заводнения нефтяных залежей в трещиноватых коллекторах
Редькин Игорь Иванович
Прогнозирование основных показателей качества сточных вод, пригодных для заводнения коллекторов смешанного типа
Тимофеев Александр Николаевич
Разработка технологии изоляции притока пластовых вод в трещиновато-пористых коллекторах
Шаймуратов Рафат Вафаевич
Теоретические основы и практическая реализация методов разработки залежей нефти в сложно построенных карбонатных коллекторах
Шаньгин Евгений Сергеевич
Автоматизация управления добычей нефти из малодебитных скважин на основе биротативного привода
Матвеев Сергей Владимирович
Системный анализ надежности добычи нефти на основе оптимизации систем технического обслуживания скважин : на примере Шаимской группы нефтяных месторождений
Юшков Антон Юрьевич
Программно-информационное обеспечение моделирования и управления режимами работы газовых скважин : На примере сеноманских залежей
Пономарев Александр Николаевич
Обоснование рационального режима эксплуатации скважин при разработке залежей нефти и газа в сложнопостроенных коллекторах
Миних Александр Антонович
Разработка методики расчета внутрискважинной газлифтной эксплуатации для отбора нефти из оторочек
Дворкин Владимир Исаакович
Геофизический контроль за выработкой запасов нефти в скважинах специальной конструкции

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net