авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Развитие теории фильтрации к пологим и горизонтальным газовым и нефтяным скважинам и ее применение для решения прикладных задач

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

СОХОШКО СЕРГЕЙ КОНСТАНТИНОВИЧ

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ ФИЛЬТРАЦИИ К ПОЛОГИМ

И ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ ГАЗОВЫМ И НЕФТЯНЫМ СКВАЖИНАМ

И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ РЕШЕНИЯ

ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ

Специальность: 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных

и газовых месторождений

Автореферат диссертации на соискание учёной степени

доктора технических наук

Тюмень – 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» (ТюмГНГУ) Федерального агентства по образованию

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Телков Александр Прокофьевич

Официальные оппоненты: - доктор физико-математических наук,

профессор Азизов Хубали Фатали оглы

- доктор физико-математических наук,

профессор Кутрунов Владимир Николаевич

- доктор технических наук

Федоров Вячеслав Николаевич

Ведущая организация - Открытое акционерное общество «Сибирский научно-исследовательский институт нефтяной промышленности» (ОАО «СибНИИНП»)

Защита состоится 22 октября 2008 г. в 900 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.01 при ТюмГНГУ по адресу: 625039, г.Тюмень, ул. 50 лет Октября, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотечно-информационном центре ТюмГНГУ по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72, каб. 32.

Автореферат разослан ___ ______ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор Г.П.Зозуля

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В настоящее время при проектировании конструкции забоев и режимов работы пологих, горизонтальных и многоствольных нефтяных и газовых скважин используются расчетные методы для скважин с открытым забоем, которые не позволяют учитывать изменение скорости потока флюида по стволу в зависимости от расположения интервалов перфорации, фильтров, местных сопротивлений в стволе, интерференции стволов при различных видах заканчивания стволов у многоствольных скважин.

Решение данных задач возможно при создании эффективных математических моделей притока к обсаженным и перфорированным пологим и горизонтальным стволам нефтяных и газовых скважин с учетом изменения режима течения флюида в стволах.

В должной мере не исследованы факторы, влияющие на профиль притока к пологим и горизонтальным стволам. Все это не позволяет достаточно эффективно проектировать сложный профиль ствола скважин в интервале продуктивного пласта и использовать их потенциал при разработке нефтяных и газовых месторождений.

Перечисленные проблемы определяют актуальность темы диссертационной работы.

Цель работы - разработка математических моделей притока к пологим, горизонтальным и многоствольным нефтяным и газовым скважинам с учетом всех видов гидравлических сопротивлений в стволах и их применение при обосновании траекторий и длин стволов в продуктивном пласте, конструкций забоев для повышения добычных возможностей скважин.

Основные задачи исследований

  1. Разработка математической модели и методики расчета профиля притока с учетом траектории ствола пологих и горизонтальных нефтяных скважин в продуктивном пласте.
  2. Разработка математической модели и методики расчета профиля притока с учетом траектории ствола пологих и горизонтальных газовых скважин в продуктивном пласте.
  3. Разработка математической модели и методики расчета профиля притока и траекторий стволов многоствольных нефтяных и газовых скважин с различными конструкциями забоя.

Научная новизна выполненной работы

  1. Впервые получена система уравнений для распределения давления вдоль ствола и дебита перфорационных отверстий для пологой и горизонтальной нефтяной и газовой скважины с обсаженным и перфорированным стволом с учетом всех видов гидравлических сопротивлений в стволе.
  2. Впервые исследован профиль притока к пологой и горизонтальной нефтяной и газовой скважинам и влияние на него параметров продуктивного пласта, плотности перфорации различных участков ствола.
  3. Впервые получено гидродинамическое обоснование длины пологого и горизонтального участка стволов нефтяной и газовой скважин в зависимости от режимов эксплуатации скважины, параметров пласта и конструкции забоя скважины.
  4. Впервые получена система уравнений для распределения давления и профиля притока вдоль ствола газовой скважины с гравийной набивкой, исследована зависимость профиля притока газа от технических и технологических параметров, а так же от фильтрационных параметров пласта.
  5. Впервые получена система уравнений для распределения давления и профиля притока вдоль стволов многоствольной газовой и нефтяной скважин с различными видами конструкций забоя.

Практическая значимость полученных результатов

С использованием полученных решений для распределения давления и профиля притока вдоль стволов пологих и горизонтальных скважин можно производить проектирование профиля стволов скважин по пласту с учетом реальных свойств пласта и эффективных толщин. Разработанная методика расчета притока к пологой и горизонтальной скважинам с обсаженным цементированным и с открытым забоями позволяет провести сравнительный анализ работы стволов с различными конструкциями забоев.

Разработанные методики расчета пологих и горизонтальных стволов использовались в проекте доразработки сеноманской газовой залежи Медвежьего месторождения на заключительной стадии эксплуатации при расчете боковых стволов, при проектировании горизонтальных и пологих газоконденсатных скважин Бованенковского ГКМ в рамках выполненного ООО «ТюменНИИгипрогаз» договора с ОАО «Газпром» № 0275-06-5 «Разработать основные технические решения по строительству высокопроизводительных и многозабойных скважин на Бованенковском месторождении». Авторские разработки использованы так же в нескольких руководящих документах по интенсификации добычи углеводородов на месторождениях Западной Сибири.

Апробация результатов исследований

Результаты работы докладывались на: международной научно-технической конференции «Ресурсосбережение в топливно-энергетическом комплексе России» (Тюмень, ОАО «Запсибгазпром», 1999 г.), всероссийской научно-технической конференции «Проблемы совершенствования технологий строительства и эксплуатации скважин, подготовка кадров для Западно-Сибирского нефтегазодобывающего комплекса» (Тюмень, ТюмГНГУ, декабрь 2001 г.), Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 40-летию ТюмГНГУ (Тюмень, 2002 г.), конференции ТюмГНГУ «Нефть и газ: проблемы недропользования, добычи и транспортировки» (Тюмень, 2002 г.), II Международной научно-практической конференции «Современные технологии капитального ремонта скважин и повышения нефтеотдачи пластов. Перспективы развития» (Ставрополь, 2007 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликована 31 работа, в том числе 2 монографии, 8 патентов Российской Федерации.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из «Введения» и шести разделов, текст изложен на 212 страницах, иллюстрирован 79 рисунками, 7 таблицами, список использованной литературы состоит из 179 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность д-ру техн. наук, профессору Телкову А.П., д-ру геол.-минерал. наук, профессору Клещенко И.И. за консультации и помощь в выполнении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, определены цель и задачи исследований, сформулированы научная новизна и практическая ценность работы.

В первом разделе дан краткий обзор и анализ теоретических работ об установившемся притоке жидкости и газа к горизонтальным скважинам.

Вопросам притока к пологим и горизонтальным нефтяным и газовым скважинам посвящены работы З.С. Алиева, E.G. Anklam, К.С. Басниева, D.K. Babu, Ю.Е. Батурина, Ю.П. Борисова, Г.Г. Вахитова, F.M. Giger, P.A. Goode, M.J. Economaides, S.D. Joshi, F.J. Kuckuk, В.Д. Лысенко, Р.И. Мед-ведского, В.П. Меркулова, A.S. Odeh, В.П. Пилатовского, А.М. Пирвердяна, П.Я. Полубариновой-Кочиной, D.W. Peaceman, Е.Ю. Проселкова, А.Д. Седых, Ю.И. Стклянина, А.П. Телкова, В.П. Табакова, К.М. Тагирова, К.М. Федорова, В.В. Шеремета, В.Н. Щелкачева, И.А. Чарного, В.А. Черных, H. Yuan и других исследователей.

Для дебита нефтяной пологой и горизонтальной скважин получены решения в различных постановках. Однако с учетом всех видов гидравлических сопротивлений ствола решений нет. Это же относится и к пологим и

горизонтальным газовым скважинам.

На основе имеющихся теоретических исследований и накопленного практического опыта выделяют следующие основные объекты и направления применения горизонтальных скважин:

  • маломощные пласты (5-10 м) с низкой и неравномерной проницаемостью;
  • объекты с подошвенной водой и верхним газом с целью ограничения конусообразования;
  • коллекторы с вертикальной трещиноватостью;
  • разработка месторождений высоковязких нефтей и битумов, шельфовых и труднодоступных продуктивных зон.

Вопросам притока к горизонтальным скважинам посвящено несколько сот научных работ. При этом весьма ограниченное число работ посвящено горизонтальным газовым и газоконденсатным скважинам и практически не исследованы вопросы притока к пологим нефтяным и газовым скважинам.

К настоящему времени наиболее существенными среди научных исследований, посвященным горизонтальным газовым скважинам, являются работы З.С. Алиева и В.В. Шеремета, В.А. Черных. Основная часть работ опубликована начиная с 1995 г. В этих работах предложены методы определения распределения забойного давления в горизонтальных газовых скважинах, оборудованных фонтанными трубами в горизонтальной части ствола и без них, в скважинах с большим и со средним радиусом кривизны для перехода ствола от вертикального положения к горизонтальному.

По предлагаемым методам расчета забойных давлений приведены примеры определения распределения забойного давления и профиля притока по длине горизонтального ствола в зонах отсутствия фонтанных труб и в затрубном пространстве для различных диаметров обсадной колонны, длины и диаметров спускаемых фонтанных труб.

Работы, посвященные производительности горизонтальных газовых скважин, в целом делятся на три группы.

1. Сравнительно точное решение задачи о притоке газа к горизонтальной скважине при линейной зависимости между градиентом давления и скоростью фильтрации, т.е. при линейном законе сопротивления, путем использования функции Лейбензона для заданной формы схемы фильтрации.

2. Приближенное решение задачи о притоке газа к горизонтальной скважине при нелинейной зависимости между градиентом давления и скоростью фильтрации для полосообразного пласта, вскрытого горизонтальной скважиной.

3. Точное численное решение задачи о притоке газа к горизонтальной скважине при линейном и нелинейном законах фильтрации.

Перечисленные выше группы отличаются не только схематизацией задач при поиске приближенных решений, но и принятием условия постоянства забойного давления по длине горизонтального ствола и отсутствием влияния величины устьевого давления на производительность горизонтальных скважин. Поэтому при заданных геометрии зоны, дренируемой горизонтальной скважиной, вскрытии пласта, различных проницаемостях и депрессии на пласт получено, что чем длиннее горизонтальный ствол, тем больше дебит горизонтальной скважины.

В работах З.С. Алиева и др. в приближенной постановке из множества факторов, влияющих на работу горизонтальной газовой скважины, по отдельности было исследовано влияние: толщины пласта, длины и диаметров обсадных колонн и фонтанных труб, устьевого давления, параметра анизотропии, потерь давления по длине горизонтального ствола (без учета местных сопротивлений), степени вскрытия пласта в плане, расположения горизонтального ствола по толщине пласта и относительно контуров питания. Расчеты показали, что при заданных параметрах вскрываемого пласта и депрессии на пласт дебит горизонтальной скважины снижается при толщинах пласта 10 м <= h <= 50 м в пределах 2-31 % от дебита, полученного при симметричном расположении горизонтального ствола относительно кровли и подошвы.

На примерах полосообразного пласта с различными толщинами и различными значениями радиуса контура питания определено влияние асимметричного расположения горизонтального ствола относительно контуров питания на производительность газовой скважины. Из этих расчетов следует, что при расположении горизонтального ствола у контура питания производительность скважины за счет асимметрии по Rk существенно снижается и составляет 52,0-70,3 % от дебита, получаемого при симметричном расположении ствола. Получено приближенное решение задачи, одновременно учитывающее асимметричное расположение горизонтального ствола по толщине и относительно контуров питания.

Наиболее точными по постановке задачи об оптимальной конструкции строго горизонтальных газовых скважин только с позиции подземной гидрогазодинамики являются приближенные решения, полученные З.С. Алиевым и В.В. Шереметом, с учетом потерь давлений по длине горизонтального ствола. В этой работе рассмотрены производительности горизонтальных газовых скважин различных конструкций. В частности, когда горизонтальный ствол не оборудован фонтанными трубами или частично, или полностью оборудован.

М.В. Колонтай и В.С. Путохин приводят решение для нефтяной скважины сложного профиля, в котором используется численная модель трехмерной трехфазной фильтрации с учетом гидравлических сопротивлений по стволу скважины. Однако численная модель требует разбиения пласта на блоки и усреднения давления в блоках. Не определены дебиты отдельных перфорационных отверстий, а так же местные гидравлические сопротивления перфорационных отверстий в стволе скважины. Не учитывается интерференция перфорационных отверстий в пласте и др.

В одной из работ Е.Ю. Проселкова и Ю.М. Проселкова дано решение для строго горизонтальной нефтяной скважины с открытым забоем с учетом распределения давления по стволу скважины. Однако для притока к элементарному участку горизонтального ствола использовалась формула Дюпюи для вертикальной скважины. Влияние границ пласта не учитывалось. Сделан вывод о существовании предельной длины горизонтального ствола для заданной депрессии.

Основные усилия исследователей за рубежом в настоящее время направлены на создание цифровых моделей, учитывающих влияние перфорации, гидравлических сопротивлений ствола, профиля ствола скважины и т.д. Ввиду большой сложности моделей, исследования направлены на повышение эффективности их работы, но результаты расчетов по ним пока не известны. Аналитические модели, предлагаемые нами более просты, но позволяют на этапе технико-экономического обоснования разработки месторождений обосновать конструкцию стволов пологих скважин и оценить их продуктивность.

К недостаточно изученным до настоящего времени относились такие вопросы как влияние на производительность пологих скважин профиля ствола скважины, расположения участков перфорации и фильтров по длине ствола, всех видов гидравлических сопротивлений в стволе.

К неизученным вопросам для многоствольных скважин так же относятся: взаимовлияние стволов; влияние на профиль притока гидравлических сопротивлений в стволах; влияние на профиль притока расположения интервалов перфорации и фильтров и др.

Во втором разделе рассмотрены и решены задачи притока к горизонтальным и многозабойным нефтяным скважинам без учета гидравлических сопротивлений в стволах.

Исследована работа горизонтальной скважины в тонком нефтяном пласте, подстилаемом подошвенной водой. Работа такой скважины может быть осложнена быстрым прорывом подошвенной воды. Для предотвращения прорыва воды ниже водонефтяного контакта можно расположить еще один горизонтальный ствол для одновременно-раздельного отбора воды. Способы технической реализации режима одновременно-раздельного отбора нефти и воды известны и, в частности, нефть может отбираться по насосно-компрессорным трубам, а вода по затрубному пространству. Возникает задача расчета дебитов стволов при их совместной работе для достижения неподвижности водонефтяного контакта (рисунок 1).

 Схема расположения горизонтальных стволов в нефтяной залежи с подошвенной-0

Рисунок 1 - Схема расположения горизонтальных стволов в нефтяной залежи с подошвенной водой

Задача решается при условии, что месторождение разрабатывается рядами горизонтальных скважин при наличии нагнетательных рядов скважин. Таким образом, каждая добывающая скважина работает в полосообразном элементе пласта с двусторонним контуром питания (рисунок 2).

При неподвижности водонефтяного контакта на нем должно выполняться условие

, (1)

где P0 – давление на поверхности раздела на контурах, Па;

РА – давление на невозмущенной поверхности раздела (на ВНК)

между стволами, Па;

(P0 – РА)В – разность давлений, обусловленная движением воды, Па;

(P0 – РА)Н – разность давлений, обусловленная движением нефти, Па;

Рк () – капиллярное давление на границе раздела вода-нефть, Па.

 Элемент пласта с горизонтальной скважиной между линиями нагнетания Знак-2

Рисунок 2 - Элемент пласта с горизонтальной скважиной между линиями нагнетания

Знак верхний (+) соответствует гидрофобной, а знак нижний (-) – гидрофильной пористой среде.

Для верхнего ствола решение уравнения пьезопроводности может быть найдено с использованием метода функций Грина. Для безразмерной депрессии решение имеет вид

(2)

Здесь введены следующие безразмерные величины

(3)

где н и нz – пьезопроводность по горизонтали и вертикали для нефте-насыщенной части пласта, м2/с;

Xs и Ys – соответственно длина и ширина полосы (рисунок 2), м;

Xc, Yc, Zc1 – координаты середины ствола скважины, м;

L – длина горизонтального ствола скважины, м;

X, Y, Z – координаты точки, в которой рассчитывается безразмерное давление, м; остальные обозначения общепринятые.

Для нижнего ствола, находящегося в водонасыщенной части пласта, решение выглядит аналогично. Разница лишь в том, что вместо kн, н, hн, Qн, н в (2) и (3) следует подставить соответствующие параметры для воды kв, в, hв, Qв, в и вертикальную координату Z*с2= Zс2/hв.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.