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 |

Исследование оптимальных конструкций и схем размещения перфорационных отверстий в горизонтальных и пологих скважинах

-- [ Страница 1 ] --

УДК 622.276

На правах рукописи

ТОРОПЧИН ОЛЕГ ПЕТРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И СХЕМ РАЗМЕЩЕНИЯ

ПЕРФОРАЦИОННЫХ ОТВЕРСТИЙ

В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И ПОЛОГИХ СКВАЖИНАХ

Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2010

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»)

Научный руководитель Официальные оппоненты: Ведущая организация – кандидат физико-математических наук Казакова Татьяна Георгиевна – доктор технических наук Гильманова Расима Хамбаловна – кандидат технических наук Шаисламов Шамиль Гатуфович – Государственное автономное научное учреждение «Институт нефтегазовых технологий и новых материалов» АН РБ

Защита диссертации состоится 29 апреля 2010 г. в 1130 часов
на заседании диссертационного совета Д 222.002.01
при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке
ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан 29 марта 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Широкое использование технологий горизонтального бурения требует научного обоснования и поиска оптимальных условий строительства горизонтальных (ГС) и полого направленных скважин. Существующие методики расчета движения флюида в стволе скважины отличаются эмпирическим характером и условными зонами работы. Точность этих методик, основанных на эмпирических зависимостях, мала, что связано со схематическим рассмотрением структуры потока, а также с использованием коэффициентов корреляции. В связи с этим при решении задач, связанных с притоком нефти из пласта в горизонтальную скважину, всё большую актуальность приобретает использование программных продуктов, основанных на применении численных методов. Создание и применение математических моделей позволит наиболее эффективно использовать специфические характеристики потока флюидов в стволе скважины, начиная с локального уровня перфорационного отверстия до уровня окончательного дебита.

Цель работы – обоснование и разработка оптимальных конструкций и схем перфорации скважин на основе детального исследования процессов притока и движения пластовых флюидов в стволе скважины.

Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:

  1. Разработка математической модели и методики расчета профиля притока с учетом траектории ствола пологих и горизонтальных нефтяных скважин в продуктивном пласте;
  2. Определение факторов, влияющих на профиль притока и дебит пологой скважины;
  3. Поиск оптимальных схем расположения перфорационных отверстий на стволе горизонтальной скважины;
  4. Разработка рекомендаций по повышению эффективности применения горизонтальных и полого направленных скважин.

Методы решения поставленных задач. Решение поставленных задач базируется на применении аналитических и численных методов решения уравнений Навье-Стокса, уравнений притока к стволу скважины, математического моделирования многофазных потоков в стволе скважины с использованием современных гидродинамических симуляторов.

Научная новизна результатов работы

  1. Показано, что при малых скоростях течения потока (малых числах Рейнольдса) в участках ствола горизонтальной скважины происходит накопление воды. При этом содержание воды в стволе скважины не соответствует реальной обводненности жидкости в коллекторе пласта, она значительно выше ее. Установлена зависимость обводненности добываемой продукции от числа Рейнольдса.
  2. Энергетические характеристики потока жидкости в стволе ГС сильно зависят от того, под каким углом притекает пластовый флюид в скважину через перфорационные отверстия. Создание условий, когда продольная (то есть вдоль основного потока в стволе ГС) составляющая скорости жидкости, притекающей через перфорационные отверстия в скважину, имеет максимально возможное значение, позволит существенно снизить турбулентность потока, потери давления.
  3. Показано, что профиль притока к стволу пологой скважины сильно зависит как от плотности перфорационных отверстий, так и от расположения скважины относительно кровли и подошвы пласта. Дебит пологой скважины имеет экстремальную зависимость от плотности перфорационных отверстий.
  4. Показано, что наилучшими показателями характеризуются распределенные схемы расположения перфорационных отверстий: по спирали и линейные сверху, сбоку, снизу. Схемы расположения перфорационных отверстий, условно называемые групповыми (три-четыре перфорационных отверстия на поперечном сечении), ввиду ударного характера впрыска жидкости через перфорационные отверстия в поток внутри ствола скважины обладают худшими показателями.

На защиту выносятся следующие положения:

  1. Увеличение скорости потока на входе в участок горизонтальной скважины приводит к непропорционально меньшему росту массового расхода жидкости на выходе, что связано с турбулентностью потока жидкости в стволе скважины;
  2. Линейное распределенное расположение перфорационных отверстий по стволу горизонтальной скважины с типом перфорации «под углом к направлению потока» является предпочтительным;
  3. Изменяя плотность перфорационных отверстий вдоль ствола скважины, можно регулировать интенсивность профиля притока пологой скважины. При этом наибольшим значением дебита жидкости обладает скважина с равномерным распределением перфорационных отверстий вдоль ствола;
  4. Сформирован оптимальный набор конструктивного исполнения и схем расположения перфорационных отверстий, позволяющий с максимальным экономическим эффектом повысить продуктивность горизонтальных скважин.

Практическая ценность результатов работы

  1. Результаты диссертационной работы использованы при разработке и внедрении геолого-технических мероприятий (ГТМ) на Ибряевском месторождении.
  2. Внедрение новой схемы расположения перфорационных отверстий позволило дополнительно получить 12.951 тыс. т нефти с экономическим эффектом в 15.541 млн руб.

Апробация результатов работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на семинарах, проведенных в ГУП «ИПТЭР»,
ООО НПО «Нефтегазтехнология», «РН-УфаНИПИнефть» (г. Уфа,
2006-2009 гг.), научно-технических советах ОАО «Оренбургнефть»
(г. Бугуруслан, 2006-2008 гг.), нефтяной компании «ТНК-ВР»
(г. Москва, 2008-2009 гг.).

Публикации и личный вклад автора

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 9 научных трудах, в том числе 6 в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

В рассматриваемых исследованиях автору принадлежит постановка задач, их решение, анализ полученных результатов и организация внедрения рекомендаций в промысловых условиях.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 101 наименование. Работа изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 3 таблицы, 115 рисунков.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю к.ф.-м.н. Казаковой Татьяне Георгиевне за помощь и полезные советы, высказанные в процессе выполнения диссертационной работы.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и основные задачи, обозначены основные положения, выносимые на защиту, показаны научная новизна и практическая ценность результатов работы.

Первая глава посвящена аналитическому обзору научно-технической литературы по вопросам применения горизонтальных скважин при разработке нефтяных и газовых месторождений, методов расчета и моделирования их технологических показателей.

Вопросы теории и практики применения технологии горизонтального бурения в разработке нефтяных месторождений освещены в трудах Алиева З.С., Басова И.К., Бердина Т.Г., Бескровного Н.С., Борисова Ю.П., Бузинова С.Н., Волкова Ю.А., Гайфуллина Я.С., Горшенина Е.А., Грайфера В.И., Григорьева А.В., Григоряна А.М., Григулецкого В.Г., Евченко В.С., Егурцова Н.А., Зайцева С.И., Закирова С.Н., Зарипова А.Т., Захарченко Н.П., Ибатуллина Р.Р., Ибрагимова А.И., Иктисанова В.А., Ипатова А.И., Каган Я.М., Кнеллер Л.Е., Котляровой Е.М., Кременецкого М.И., Крылова В.А., Крючкова Б.Н., Кулинича Ю.В., Куштановой Г.Г., Леготина Л.Г., Лысенко В.Д., Максимова В.П., Маринина Н.С., Меркулова В.П., Молокович Ю.М., Мохель А.Н., Мукминова И.Р., Муслимова Р.Х., Низаева Р.Х., Овчинникова М.Н., Пилатовского В.П., Полубариновой-Кочиной П.Я., Розенберга И.Б., Сафиуллина М.Н., Сомова Б.Е., Стрельченко В.В., Сучкова Б.М., Табакова В.П., Тюрина В.В., Фазлыева Р.Т., Фархуллина Р.Г., Хайруллина М.Х., Чекушина В.Ф., Шамсиева М.Н., Шеремета В.В., Юсупова И.Г., Янгуразовой З.А., Babu D.K., Odeh A.S., Butler R.M., Economides M.J., Ehlig-Economides C.A., Giger F.M., Goode P.A., Thambynaygam R.K., Joshi S.D., Kuchuk F.J., Lichtenberger G.J., Raghavan R., Suprunowicz R. и других исследователей.

Анализ опубликованных работ показал, что в настоящее время не всегда используется весь потенциал горизонтальных технологий при освоении и разработке нефтяных месторождений. Результаты ряда работ подтверждают, что повышение эффективности разработки месторождений возможно на основе оптимального (по критерию максимизации коэффициента извлечения нефти (КИН)) выбора местоположения, профиля и взаимной ориентации стволов горизонтальных скважин. Немаловажным также является исследование характера притока к стволу скважины с учетом течения пластовых флюидов внутри скважины. Поэтому продолжение данных исследований применительно к конкретным месторождениям остается актуальной задачей.

Несмотря на ряд преимуществ применения горизонтальных технологий, их фактическая эффективность значительно ниже теоретически возможной. Не всегда оправдываются ожидания по дебитам, в некоторых случаях происходит быстрое обводнение продукции скважин. В литературе выделяют следующие причины недостаточной эффективности ГС: особые условия вскрытия продуктивного пласта горизонтальным стволом, неоднородность геологического строения пласта-коллектора, несовершенство методов определения гипсометрического положения точки входа в продуктивный пласт, трещиноватость коллектора, влияние ствола скважины, отставание организации поддержания пластового давления и другие факторы. Практически отсутствуют исследования, посвященные изучению движения многофазного флюида в стволе скважины в зоне перфорации. Данная задача о потоке в стволе скважины при наличии распределенных источников имеет особое значение, так как ее решение позволит разработать новые виды перфорационных зон, способствующих увеличению продуктивности скважины.

На сегодняшний день нет универсальных методик, позволяющих производить проектирование и разработку новых конструкций как горизонтальных, так и вертикальных скважин. Существующие методики расчета движения флюида в стволе скважины отличаются эмпирическим характером и условными зонами работы. Точность этих методик, основанных на эмпирических зависимостях, мала, что связано со схематическим рассмотрением структуры потока, а также с использованием коэффициентов корреляции. В связи с этим при решении задач, связанных с притоком нефти в ствол горизонтальной скважины, все большую актуальность приобретает использование программных продуктов, основанных на применении численных методов. Создание методики, основанной на использовании численных алгоритмов, позволит наиболее эффективно использовать специфические характеристики потока скважины, начиная с локального уровня перфорационного отверстия до уровня окончательного дебита.

Во второй главе приведены результаты теоретических исследований свойств потока жидкости в горизонтальном участке ствола скважины с распределенными источниками (перфорационными отверстиями).

Для определения влияния перфорационных отверстий на установление режима течения однородной жидкости в горизонтальном стволе скважины был рассмотрен ряд модельных задач с различными условиями, описывающими возмущающие воздействия. Расчеты проводились с использованием пакета гидрогазодинамического моделирования FlowVision, а также пакета твердотельного моделирования SolidWorks для создания областей расчета.

Были решены следующие задачи:

  1. Определение структуры потока на горизонтальном участке скважины без перфорационных отверстий и без учета силы тяжести;
  2. Определение структуры потока на горизонтальном участке скважины без перфорационных отверстий с учетом силы тяжести;
  3. Определение структуры потока на горизонтальном участке скважины с одной перфорационной зоной и c учетом силы тяжести.

В качестве исследуемой жидкости рассматривался керосин (аналог полностью дегазированной нефти – однородного флюида).

Учет силы тяжести приводит к возникновению перпендикулярных к направлению основного потока составляющих скорости и образованию циркуляционных потоков. Полученные картины течения при локальном рассмотрении напоминают Броуновское движение.

Наличие перфорационных зон привносит дополнительные возмущения в структуру потока жидкости. На рисунке 1 приведены изображения линий тока и поле модуля скорости течения жидкости для случая, когда значение скорости на входе в модель 0.1 м/с. Неравномерность поля скорости существенно возросла. При этом наблюдается интересный эффект. При скоростях поступления жидкости в перфорационные отверстия, сопоставимых со скоростью движения жидкости на входе в модель, в области перфорационной зоны происходит разделение потока по отношению к основному направлению движения на две почти равные части: по потоку и против потока. Это означает, что жидкость, поступающая с входа в модель, блокируется жидкостью, притекающей из перфорационной зоны. При многократном превышении скорости движения жидкости на входе в модель над скоростью поступления флюида через перфорационную зону такого разделения потока не происходит. Точнее разделение потока в этом случае на части по и против движения жидкости по ГС незначительно и локализовано в области перфорационной зоны. При больших скоростях на входе в модель структура потока более организована, линии тока представляют собой вытянутые по протяженности ствола спирали, закручивающиеся во взаимно противоположных направлениях.

Рисунок 1 – Траектории линий тока и поле модуля скорости с учетом силы тяжести и наличия перфорационной зоны в модели для значения скорости потока на входе 0.1 м/с

Таким образом, при отсутствии возмущающего воздействия ламинарное течение в стволе скважины хорошо соответствует результатам теоретических и экспериментальных исследований. При низких скоростях движения потока и, соответственно, низком значении числа Рейнольдса наблюдается быстрое установление картины течения ламинарного потока за входной областью (зона установления ламинарного потока незначительна). Возрастание скорости приводит к увеличению области установления стандартного ламинарного течения. Переход к скоростям, для которых число Рейнольдса выше критического значения, при отсутствии возмущающих воздействий не нарушает ламинарного характера течения, что является подтверждением исследований Л. Шиллера о влиянии возмущений на критическое значение числа Рейнольдса.

Учет влияния силы тяжести как постоянного возмущающего фактора кардинальным образом изменил структуру потока. В поле вектора скорости потока появились составляющие, перпендикулярные направлению основного потока. Наблюдаемое движение линий тока потока отличается хаотичным распределением и колебаниями направлений потока по всей протяженности течения. При возрастании скорости поток приобретает ярко выраженную структуру спиралевидного движения жидкости вдоль ствола скважины. Такая картина течения характерна для турбулентного режима течения.

Учет распределенного источника (перфорационной зоны) показал, что структура течения сильно зависит от соотношения скоростей на входе в модель и в области перфорационных отверстий. Если скорости сопоставимы по величине, то происходит отсечение части ствола скважины и блокирование поступающей по стволу жидкости перфорационной зоной. В этом случае продуктивность скважины должна резко снизиться.

Исследование влияния неоднородности физических свойств (обводненности) жидкости, поступающей из пласта, на характеристики потока в участке горизонтальной скважины с группой распределенных источников позволило определить закономерности накопления и проскальзывания разнородных фаз при их совместном течении в стволе скважины. Было показано, что пятипроцентное содержание воды в пластовой жидкости способствует накоплению воды в участках ствола горизонтальной скважины. Значение содержания воды в скважинной жидкости отличается от обводненности поступающей из коллектора жидкости и зависит от скорости несущего потока. Таким образом, для горизонтальных скважин существует характерная зависимость содержания воды в скважинной жидкости от критерия Рейнольдса (рисунок 2). Необходимо отметить, что отклонение водосодержания в стволе скважины от значений обводненности тем больше, чем меньше дебит скважины (процессы скольжения фаз). При малых скоростях движения потока, сопоставимых со скоростью поступления флюида через перфорационные отверстия, происходят гравитационное разделение фаз и накопление более тяжелой фазы в стволе скважины. Увеличение скорости движения на входе в участок приводит к выравниванию содержания фаз в пластовой и скважинной жидкостях.

Рисунок 2 – Зависимость средней обводненности жидкости
на рассматриваемом участке горизонтальной скважины
от числа Рейнольдса для потока жидкости на входе модели



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 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.