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 |

Методы моделирования работы скважин при разработке низкопроницаемых коллекторов.

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Гук Вячеслав Юрьевич

Методы моделирования работы скважин при разработке низкопроницаемых коллекторов.

Специальность 25.00.17 —

Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Москва 2010

Работа выполнена в корпоративном научно-техническом центре Открытого Акционерного Общества «Нефтяная Компания «Роснефть» (ОАО НК «Роснефть»)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Хасанов Марс Магнавиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Фёдоров Вячеслав Николаевич

кандидат технических наук

Курамшин Ринат Мунирович

Ведущая организация: Кафедра нефтегазовой и подземной гидромеханики Российского государственного университета нефти и газа им. И.М.Губкина

Защита состоится « » сентября 2010 г. в... часов на заседании диссертационного совета ДМ 002.263.01 при НЦ НВМТ РАН

по адресу: 119334 г. Москва, ул. Бардина, 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НЦ НВМТ РАН по адресу: 119334 г. Москва, ул. Бардина, 4.

Автореферат разослан «... » августа 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук А.П. Аверьянов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В последние годы все большая доля разрабатываемых запасов нефти относится к категории трудноизвлекаемых, а промышленная добыча переходит в новые регионы с низкопроницаемыми пластами и малыми дебитами скважин. В такой ситуации для обеспечения экономической рентабельности производства необходимо добиваться максимального использования потенциала добычи нефти каждой скважиной. Выполнение этого условия предполагает оценку величины потенциала с последующим подбором оптимального оборудования и режима работы скважины для достижения потенциала. При этом оценка потенциала сводится как к определению свойств нефтяного пласта, так и к определению текущих параметров работы скважины, в частности, забойного давления.

В случае низкой проницаемости подавляющее большинство скважин эксплуатируются с использованием средств механизированной добычи, и замер забойного давления становится затруднительным. Глубинными датчиками оборудованы только наиболее продуктивные скважины, к тому же сложные условия эксплуатации выводят их из строя достаточно быстро. Поэтому забойное давление рассчитывают через устьевые параметры и параметры потока. Из-за выделения газа из нефти с понижением давления поток в стволе скважины является многофазным. В связи с тем, что механика многофазных сред чрезвычайно сложна, а аналитическому решению поддаются задачи только узкого круга, расчёт градиента давления по стволу скважины в условиях многофазного потока является непростой задачей, требующей больших вычислительных затрат. Возникает необходимость в методах оценки градиента давления, характеризующихся приемлемой точностью при достаточно низких требованиях к вычислительным ресурсам.

Наиболее эффективным способом оценки продуктивных характеристик пласта являются гидродинамические исследования. В случае низкопроницаемых пластов, однако, обычные гидродинамические исследования практически неприменимы из-за длительности исследований и сложностей с вызовом притока. Альтернативой исследованиям в случае низкопроницаемых пластов может служить наблюдение параметров нормальной эксплуатации скважины. В частности, ценным источником информации является работа скважины на неустановившемся режиме, который при вводе в эксплуатацию скважин при проницаемостях 1-10 мД длится несколько месяцев, что открывает широкие возможности для сбора и интерпретации данных. Разработка и использование методик интерпретации таких данных позволит существенно повысить достоверность исходных параметров при выборе режимов работы скважин.

Выбор наиболее эффективного режима работы скважины должен производиться на основании модели скважины, сопряженной с пластом. При этом необходимо учитывать важную особенность добычи из низкопроницаемых коллекторов – длительные неустановившиеся режимы. Их учет может позволить существенно увеличить добычу нефти на начальном этапе эксплуатации скважины посредством выбора соответствующего погружного оборудования. Таким образом, для решения задачи необходимо разработать модель работы системы пласт-скважина-погружной насос на неустановившемся режиме.

Отдельного рассмотрения требует использование различных средств контроля режимов работы скважин при разработке многопластовых месторождений с низкой проницаемостью. Несмотря на широкое использование средств одновременной раздельной закачки на производстве, практически нет работ, где описывается математическая модель и численные критерии выбора режимов работы такого оборудования.

Целью исследования является обеспечение достижения потенциала добычи и увеличение порога рентабельности разработки низкопроницаемых коллекторов посредством применения новых методов оценки их свойств и последующего расчёта и реализации наиболее эффективных режимов работы скважин.

Научная новизна

  1. Учёт движения газа в пробках жидкости при моделировании многофазного потока с использованием подхода дрейфа;
  2. Моделирование системы «пласт-скважина» на неустановившемся режиме с учётом характеристик реальных электроцентробежных насосов и способ эффективного подбора типоразмера насоса и адаптации его частоты на неустановившемся режиме.
  3. Обоснование метода оценки продуктивных свойств низкопроницаемых коллекторов по данным работы скважины на неустановившемся режиме;
  4. Моделирование работы нагнетательной скважины, оснащенной компоновкой одновременно-раздельной закачки и метод выбора эффективных режимов работы таких скважин.

Практическая ценность работы

Результаты работы опробованы в НК Роснефть при анализе и оптимизации разработки ряда месторождений, включая Приобское месторождение. На основе результатов исследования разработаны и введены в действие следующие методические указания НК Роснефть:

  1. «Факторный анализ причин изменения дебитов новых скважин»
  2. «Построение карт проницаемости с использованием данных нормальной эксплуатации»

Достоверность результатов диссертации обеспечивается использованием фундаментальных принципов механики жидкости и газа, корректной постановкой задач, сопоставлением полученных результатов с имеющимися моделями, лабораторными данными и промысловым опробованием.

Основные положения, представляемые к защите

  1. Модель расчёта градиента давления в многофазном потоке с учетом движения газа в жидкостных пробках снарядного режима потока.
  2. Модель совместной работы пласта и скважины на неустановившемся режиме с учетом характеристик электроцентробежных насосов и метод подбора электроцентробежного насоса с учетом неустановившегося режима.
  3. Алгоритм оценки параметров пласта по данным работы скважины на неустановившемся режиме.
  4. Модель работы нагнетательной скважины, оснащённой компоновкой одновременной раздельной закачки и метод выбора режима работы такой скважины.

Апробация результатов работы

Основные результаты диссертационной работы были представлены на следующих конференциях:

  • Современные технологии для ТЭК Западной Сибири. Тюмень, 18-19 апреля 2007;
  • International Oil Conference and Exhibition in Mexico IOCEM. Veracruz, Mexico, 27-30 June, 2007;
  • VIII конференция молодых специалистов организаций, осуществляющих виды деятельности, связанной с пользованием участками недр на территории Ханты-Мансийского автономного округа – Югры, Ханты-Мансийск 2-3 апреля 2008;
  • Геология и разработка месторождений с трудноизвлекаемыми запасами. Небуг, 15-18 сентября 2008;
  • SPE Russian Oil & Gas Exploration and Production Technical Conference & Exhibition 2008. Moscow, Russia, 26-28 October, 2008;
  • 71st EAGE Conference & Exhibition incorporating SPE EUROPEC 2009. Amsterdam, Netherlands, 8-11 June, 2009

Публикации

Основное содержание диссертационной работы отражено в 11 публикациях, в т.ч. в 3 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения, списка использованных источников. Диссертация изложена на 92 страницах, содержит 26 рисунков, 5 таблиц и 109 наименований в списке использованных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, цель, научная новизна и практическая значимость, формулируются цели исследования и описывается его ход.

Планирование режимов работы скважины требует предварительной оценки её добывных возможностей. Такая оценка включает в себя расчёт забойного давления при текущей эксплуатации скважины и оценка параметров пласта: проницаемости, скин-фактора и пластового давления. На основании уточнения указанных параметров оценивают потенциальный дебит скважины. После того, как параметры пласта и потенциальный дебит рассчитаны, необходимо с использованием модели «пласт-скважина» определить режим работы и требуемое оборудование для его достижения. В исследовании последовательно разрабатываются модели расчета забойного давления, оценки параметров пласта и выбора режима работы скважины.

Первая глава посвящена оценке забойного давления скважины с использованием новых методов моделирования газо-жидкостного течения в стволе скважины.

Многофазный поток является неотъемлемой составляющей скважинной добычи нефти, что необходимо учитывать при расчёте градиента давления по стволу скважины. Дается постановка задачи о газо-жидкостногом течении в скважине. В литературном обзоре рассматриваются и анализируются упрощения точной постановки задачи, позволяющие рассчитать градиент давления в многофазном потоке в определенных предположениях. Упрощенные модели можно разделить на 3 класса:

  • Эмпирические корреляции (Данс и Рос (1963), Оркижевский (1967), Мукерджи и Брилл (1985));
  • Модели дрейфа (Хасан и Кабир (1988));
  • Механистические модели (Ансари и др. (1994), Занг (2001)).

Механистические модели характеризуются наилучшей сходимостью с экеспериментальными и промысловыми данными, но их использование в практических приложениях зачастую бывает затруднительным в связи с требуемыми вычислительными затратами. Модели, основанные на подходе дрейфа, позволяют производить вычисления на порядок быстрее, но характеризуются большей ошибкой расчётов. В особенности это характерно для снарядного режима многофазного потока – расхождение расчетов с экспериметальными данными достигает 30%. В связи с тем, что снарядный режим потока встречается в широком диапазоне условий и является доминирующим в большинстве реальных скважин, такая ошибка существенно сказывается на оценке потенциала добычи по всей нефтяной компании.

Выведена формула для расчёта объёмного газосодержания с учетом газа в пробках жидкости при снарядном режиме потока:

, (1)

где – приведённая скорость газа, м/с; – скорость смеси, м/с; – скорость дрейфа при пузырьковом потоке, м/с; – скорость дрейфа при снарядном потоке, м/с; – безразмерный параметр профиля скорости при пузырьковом потоке; – безразмерный параметр профиля скорости при снарядном потоке.

Графически зависимости объемного содержания газа от приведенной скорости газа для различных значений приведённой скорости жидкости (vsl) приведены на рис.1.

 Зависимость объёмного газосодержания от приведённой скорости газа для-7

Рисунок 1 Зависимость объёмного газосодержания от приведённой скорости газа для различных значений приведённой скорости жидкости (vsl)

Апробация модели проводилась на основе данных банка консорциума TUFFP (Проекты жидкостных течений университета Талсы) и промысловых данных НК «Роснефть». Банк TUFFP содержит лабораторные и промысловые данные о многофазных потоках, позволяющие калибровать модели и оценивать точность их расчёта. На момент проведения оценки он содержал данные по 2052 скважинам. Этот набор охватывает широкий диапазон диаметоров труб и параметров потока. Для каждой скважины расчётный перепад давления сравнивался с измеренным. Оценка модели в сравнении с механистическими моделями и моделью на основе подхода дрейфа проводилась путем сравнения 6 статистических коэффициентов, а также относительного коэффициента эффективности, являющимся их комбинацией.

Апробация промысловыми данными производилась путем интерпретации данных отжима динамического уровня скважины. Отжим динамического уровня проводят для уточнения расчета забойного давления путем снижения влияния на расчёт режимов течения с высоким содержанием газа. В начале исследования закрываетя затрубная задвижка скважины, и газ начинает скапливаться в затрубном пространстве, увеличивая затрубное давление. Динамический уровень и содержание газа в нефти в затрубном пространстве при этом снижаются. Точность модели можно оценить, сравнивая показания манометра, установленного на приёме насоса, с расчётными величинами в ходе отжима. На рис. 2 приведены графики показания манометра и расчётных значений в ходе отжима на одной из скважин Приобского месторождения. Из рисунка видно, что точность расчёта увеличивается с ходом отжима. Погрешность расчёта в начале процедуры отжима составляет 12 атм., в конце процедуры отжима: 2 атм. Для модели Хасана-Кабира погрешность в начале исследования составляет 22 атм, в конце исследования – 4.5 атм. Таким образом, разработанная модель позволяет предложенная модель позволяет снизить ошибку расчёта давления примерно в 2 раза.

 Сравнение расчёта забойного давления с замером в ходе отжима-8

Рисунок 2 Сравнение расчёта забойного давления с замером в ходе отжима динамического уровня.

Разработанная в первой главе модель может быть использована для расчета градиента давления в НКТ, в области между приёмом насоса и дырами перфорации и в затрубном пространстве в случае, если на выходе и затруба установлен обратный клапан. Практическая ценность формулы (1) состоит с том, что с её использованием можно получить аналитическую зависимость динамического уровня скважины от давления и затем вычислить забойное давление по известному значению динамического уровня без использования численного интегрирования. Такой подход является решением при необходимости быстрой оценки большого числа скважин – в рамках целого добывающего общества или нефтяной компании.

Вторая глава посвящена обоснованию метода использования данных нормальной эксплуатации скважины на неустановившемся режиме работы для оценки параметров пласта.

Параметры пласта, необходимые для оценки потенциала и последующего выбора оптимального режима работы скважины, обычно определяют при помощи гидродинамических исследований. В случае низкопроницаемых коллекторов применимость гидродинамических исследований существенно снижается из-за длительности и сложностей с вызовом притока. Альтернативой гидродинамическим исследованиям может служить наблюдение и интерпретация параметров нормальной эксплуатации скважин. При этом для снижения неопределённости необходимо иметь параметры работы скважины более чем на одном режиме. Установившийся и псевдоустановившийся режимы работы скважины характеризуются постоянством коэффициента продуктивности, дебита жидкости, пластового и забойного давлений в течение длительного времени. Для определения основных пластовых параметров эти режимы не всегда достаточно информативны.

Особенностью низкопроницаемых коллекторов являются длительные неустановившиеся режимы. Скважины, введённые в эксплуатацию, работают со снижающимся дебитом и забойным давлением в течение нескольких месяцев. Характер кривых изменения давления и дебита зависит от параметров пласта: проницаемости, скин-фактора и текущего пластового давления. Следовательно, имея модель, описывающую поведение системы “пласт-скважина” на неустановившемся режиме, определение интересующих параметров пласта по данным добычи представляет собой обратную задачу.

Процессы, происходящие в пласте, описываются дифференциальным уравнением пьезопроводности, которое составлено в результате комбинации закона сохранения, уравнения состояния и закона Дарси. Аналитическое его решение возможно лишь для небольшого набора граничных условий. При этом решения содержат трансцендентные и специальные функции, что затрудняет применение этих решений. В связи с этим существует ряд упрощённых методов для поиска зависимости дебита и забойного давления от времени. К таким методам относится метод последовательной смены стационарных состояний, метод Пирвердяна (1950), метод Баренблатта (1954), формула Чекалюка (1950) и т.д. При выводе этих методов принималось предположение постоянства дебита или забойного давления. На практике и дебит, и забойное давление скважины изменяется, в соответствии с характеристикой скважины и пласта. В связи с этим, целесообразно перейти от описания дебита и депресии к их комплексу: коэффициенту продуктивности. Агарвалом и др. (1999) показано, что условие постоянства дебита и условие постоянства забойного давления практически идентичны при анализе изменения коэффициента продуктивности на неустановившемся режиме, а их различие проявляется с началом псевдоустановившегося режима. Используя подход псевдостационарных состояний, в диссертационном исследовании получена следующая зависимость коэффициента продуктивности пласта от времени:

(2)


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.