Содержание к диссертации
Введение
1. Общие сведения о проблемах, связнных с деформированием пород-коллекторов трещинно-порового типа и существующих моделях деформаций трещин. характеристика коллекторских свойств АГКМ и Ачимовской залежи УНГКМ 10
1.1. Проблемы, возникающие при разработке месторождений с трещинно-поровым типом коллектора 10
1.2. Существующие методы учета деформаций пород-коллекторов трещинно-порового типа 13
1.3. Характеристика продуктивной толщи АГКМ 24
1.4. Характеристика ачимовских продуктивных отложений УНГКМ 29
Выводы по главе 1 33
2. Результаты исследований физико- механических (ФМС) и фильтрационно- емкостных (ФЕС) свойств пород-коллекторов агкм и ачимовской залежи УНГКМ 35
2.1. Результаты исследований ФМС и ФЕС в атмосферных условиях 35
2.2. Результаты исследований ФМС и ФЕС пород-коллекторов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ при длительном действии высоких эффективных напряжений 42
2.3. Определение упругих свойств продуктивных объектов и коэффициента охвата пласта трещиноватостью по данным акустического широкополосного каротажа (АКШ) 53
Выводы по главе 2 62
3. Влияние деформаций продуктивных объектов агкм и ачимовской залежи унгкм на результаты газогидродинамических исследований скважин 64
3.1. Характер изменения динамики дебитов и коэффициентов продуктивности скважин 64
3.2. Определение параметров деформирования трещин в результате анализа и обработки индикаторных диаграмм 72
3.3. Влияние деформации трещинного пространства на характер кривых восстановления давления 81
Выводы по главе 3 94
4. Моделирование деформирования коллектора трещинно-порового типа в призабоинои зоне скважины 96
4.1. Краткое описание дилатансионной модели деформирования трещиноватых горных пород 96
4.2 Анализ смыкания трещин и изменения проницаемости коллектора в призабойной зоне добывающих скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ 100
4.3. Моделирование возникновения зон разрушения трещиноватого коллектора в районе добывающей скважины АГКМ с кумулятивной и щелевой перфорацией 105
4.4. Определение раскрытое и проницаемости трещин при вскрытии ачимовской залежи УНГКМ 112
Выводы по главе 4 118
5. Моделирование разработки продуктивных объектов с трещинно-поровым типом коллектора с учетом их деформирования в процессе падения пластового давления 120
5.1. Влияние деформаций продуктивных объектов на индикаторные диаграммы скважин 120
5.2. Моделирование динамики дебита скважины АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ с учетом деформаций трещин при падении пластового давления 135
5.3. Моделирование разработки АГКМ с учетом деформирования продуктивных объектов 143
Выводы по главе 5 155
Заключение 157
Список литературы 160
- Существующие методы учета деформаций пород-коллекторов трещинно-порового типа
- Результаты исследований ФМС и ФЕС пород-коллекторов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ при длительном действии высоких эффективных напряжений
- Определение параметров деформирования трещин в результате анализа и обработки индикаторных диаграмм
- Анализ смыкания трещин и изменения проницаемости коллектора в призабойной зоне добывающих скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ
Введение к работе
В последнее время при разработке месторождений углеводородов все чаще возникают проблемы, связанные с деформационными процессами. Ярким подтверждением этому является проведение нескольких Европейских конгрессов по механике горных пород (EUROCK), а также национальных конгрессов отдельных стран по проблемам, связанным с нефте- и газодобычей. Одной из наиболее актуальных проблем является моделирование деформационных процессов в продуктивной толще, связанных с разработкой и эксплуатацией месторождений с трещинными и трещинно-поровыми типами коллекторов.
К месторождениям данного типа относится значительная часть мировых запасов углеводородов (Иран, Ирак, Саудовская Аравия, Мексика, Вьетнам), в том числе, во многих регионах России (Прикаспийская впадина, Восточная и Западная Сибирь, Северный Кавказ, месторождения Пермского края). Несмотря на то, что количество таких месторождений довольно значительное, до сих пор лишь на немногих из них проектирование разработки происходит с учетом деформаций пород-коллекторов, которые оказывают существенное влияние на дебит скважин.
Для месторождений с трещинными и трещинно-поровыми типами пород-коллекторов характерно изменение продуктивности скважин в зависимости от раскрытости трещин, на которую, в свою очередь, влияет изменение эффективных напряжений. Одним из наиболее явных негативных проявлений деформаций пород продуктивной толщи является резкое падение продуктивности скважин в самом начале их эксплуатации. Так, на Астраханском газоконденсатном месторождении (АГКМ) суточный дебит высокодебитных скважин снизился в 2-2.5 раза всего за 1.5-2 года. Аналогичный эффект наблюдался на динамике дебитов скважин, эксплуатирующих карбонатные породы-коллектора турнейско-фаменского продуктивного объекта месторождений севера Пермского края -
5 Шершневского, Сибирского и т.д. Для них характерным являлось падение дебита скважин в несколько раз всего после нескольких месяцев эксплуатации скважин. Причина такого резкого падения дебита связывается с увеличением эффективных напряжений в результате падения пластового давления и, соответственно, с уменьшением трещинной составляющей проницаемости пород-коллекторов.
Вместе с тем, у большинства месторождений трещинного и трещинно-порового типа, породы-коллектора являются высоко проницаемыми именно за счет трещин, и их проницаемость падает только при уменьшении пластового давления. Если выработать соответствующие подходы по учету деформирования трещин, можно добиться оптимальной работы скважин, что приведет к увеличению текущего уровня добычи углеводородного сырья и коэффициента его извлечения.
Для того чтобы глубже изучить процессы, происходящие при разработке и эксплуатации месторождений углеводородов в последнее время часто пользуются методами математического моделирования. В настоящее время существует широкий выбор программ для моделирования геологии и разработки нефтяных и газовых месторождений, таких как «Eclipse», «Pertrel» (разработка французской фирмы «Schlumberger»); «IRAP», «TempestMORE» (разработка норвежской фирмы «Roxar»); «Техсхема» (разработка СургутНИПИнефть). Такие программы позволяют смоделировать как одну отдельно взятую скважину, так и месторождение в целом. Моделирование в таких программных продуктах производиться после анализа и обработки результатов газогидродинамических исследований скважин; лабораторных и геофизических исследований, в результате которых определяются физико-механические и фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) пород продуктивной толщи.
Несмотря на разнообразие программных продуктов, до сих пор не существует математической модели в которой в полной мере учитывалась
взаимосвязь деформационных и газогидродинамических процессов при разработке месторождений углеводородов.
В данной работе будут рассмотрены некоторые аспекты этой проблемы на примере Астраханского газоконденсатного месторождения и ачимовской залежи Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения (УНГКМ). Цель работы.
На основе испытаний физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств, а так же по результатам обработки газогидродинамических исследований скважин разработать научные основы по учету влияния деформирования продуктивных объектов газоконденсатных месторождений, имеющих трещинно-поровый тип коллектора, на дебит скважин на примере Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ) и ачимовской залежи Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения (УНГКМ). Основная идея работы.
Основная идея работы заключается в реализации численными методами математических моделей деформирования трещиноватых горных пород для оценки изменения фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов и продуктивности скважин газоконденсатных месторождений. Задачи исследования.
Испытание физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ при длительном действии высоких эффективных напряжений.
Анализ и обработка результатов исследований скважин методом акустического широкополосного каротажа.
Анализ и обработка результатов газогидродинамических исследований скважин для определения параметров модели деформирования пород-коллекторов трещинно-порового типа.
Моделирование деформаций коллектора в призабойной зоне скважины для оценки изменения индикаторных диаграмм и динамики дебита
добывающих скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ с учетом
деформирования трещин. 5. На основе гидродинамической модели произвести прогноз основных
технологических показателей разработки АГКМ с учетом деформаций
пород-коллекторов при изменении пластового давления. Методы исследований.
Методы исследований включали в себя: испытания физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств продуктивных объектов при длительном действии высоких эффективных напряжений; анализ и обработка газогидродинамических исследований скважин для определения параметров деформирования трещин; анализ и обработка результатов геофизических исследований скважин, полученных методом акустического широкополосного каротажа; численное моделирование деформационных процессов в коллекторе при эксплуатации добывающих скважин. Научные положения, защищаемые в работе.
Метод определения параметров деформирования трещин на основе индикаторных диаграмм скважин, учитывающий распределение напряжений и пластового давления в коллекторе вблизи скважины.
Метод моделирования напряженно-деформированного состояния коллектора в призабойной зоне скважины, включающий использование дилатансионной модели деформирования горной породы по системам трещин и модели фильтрации в трещиноватом массиве, позволяющий прогнозировать изменение продуктивности скважины в зависимости от падения пластового и забойного давления.
Принцип учета деформаций трещин при газогидродинамическом моделировании газоконденсатных месторождений, позволяющий получить основные технологические показатели работы месторождения с учетом изменения трещинной составляющей проницаемости.
Научная новизна работы.
Доказано, что деформирование пород-коллекторов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ, относящихся к трещинно-поровому типу, существенно влияет на продуктивность скважин.
Разработана методика, позволяющая проводить моделирование призабойной зоны скважины с помощью дилатансионной модели деформирования горной породы по системам трещин и модели фильтрации в трещиноватом массиве для прогнозирования изменения дебита в зависимости от пластового и забойного давления.
Разработана методика учета деформаций пород-коллекторов трещинно-порового типа, позволяющая исследовать и прогнозировать работу как отдельных скважин так и всего фонда скважин на месторождении при изменении давления флюида на примере АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ.
Практическая ценность работы.
Разработанная методика учета деформаций трещин позволяет оценить влияние трещинной составляющей проницаемости на работу скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ.
Впервые для АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ проведены исследования физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств образцов при длительном действии высоких эффективных напряжений и показано, что падение продуктивности скважин определяется трещиной составляющей проницаемости.
Разработанные методические подходы к учету деформаций продуктивных объектов позволяют более обоснованно прогнозировать дебит скважин, вскрывших коллектор трещинно-порового типа.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается: прямыми испытаниями образцов керна продуктивных объектов, использованием общепризнанных программных продуктов геологического и гидродинамического моделирования и моделей фильтрации в
9 трещиноватой породе, проведением тестовых расчетов, использованием реальных газогидродинамических и геофизических исследований скважин, сходимостью с практическими данными. Реализация результатов работы.
Результаты работы использовались: для обработки реальных газогидродинамических исследований скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ; для моделирования реальных индикаторных диаграмм и динамики дебита скважин с учетом деформирования рассматриваемых продуктивных объектов при падении давления флюида; для геологического и гидродинамического моделирования разработки АГКМ с учетом деформаций трещин. Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы были представлены на XXXI и XXXIII научно-практической конференции (ГНФ ПермГТУ, 2002г., 2004г.); на V-ом и VII-om конкурсе молодых ученых НК «ЛУКОЙЛ» на лучшую НТР (2004г., 2006г.); на VII международной молодежной научной конференции «СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2006» (г.Ухта, 2006г.); на научно-практической южнороссийской конференции «Проблемы бассейнового и геолого-гидродинамического моделирования» (г.Волгоград, 2006г.); на научно-технических советах ООО «Уренгойгазпром», ООО «Астраханьгазпром», АстраханьНИПИгаз; на научно-техническом семинаре кафедр МДГ и ГИС, РНГМ, ГНГ и БНГС горно-нефтяного факультета ПГТУ, на семинаре по механике горных пород в ИГД УрО РАН (г.Екатеринбург, 2007г.). Публикации.
По результатам выполненных исследований опубликовано 9 работ. Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 161 страницах машинописного текста, содержит 68 рисунков, 21 таблиц и список использованной литературы из 120 наименований.
Существующие методы учета деформаций пород-коллекторов трещинно-порового типа
Деформации пород-коллекторов трещинно-порового типа состоят из деформаций поровой матрицы и деформаций трещин. В большинстве случаев деформации поровой матрицы незначительны и ими можно пренебречь [1,2,3], однако, как показывают исследования отечественных специалистов - Сонича В.П., Батурина Ю.Е., Черемисина Н.А. и др. [24,25,49,50,103-104], так и зарубежных специалистов - L.Y.Chin, R.R.Boade, M.Gutierrez, R.W.Lewis, M.A.Biot, F.P.Charlez [26,27,35,48,54,89-92], это не всегда так.
В работах [51,52] были приведены результаты испытаний пористости и проницаемости при длительном действии высоких эффективных напряжений для образцов керна терригенных коллекторов севера Пермского края. Результаты испытаний показали, что для некоторых образцов, с довольно высокой проницаемостью, под действием высоких эффективных напряжений проницаемость уменьшалась почти в два раза. Такой эффект, естественно, должен привести к уменьшению продуктивности скважин при снижении пластового давления.
В работах Сонича В.П., Батурина Ю.Е., Черемисина Н.А. [24,25,49,50] приводились результаты испытаний образцов керна терригенных коллекторов месторождений Западной Сибири. Результаты испытаний показали, что под длительным действием высоких эффективных напряжений происходит необратимое уменьшение пористости на 10-16%, а проницаемости - на 20-45%.
Существенные изменения ФЕС по результатам испытаний образцов керна наблюдались так же для зарубежных месторождений. Для высокопористых образцов карбонатных пород-коллекторов месторождений Северного моря снижение пористости составляло 20-25%, проницаемости - 20-30% [26-28,89-92,97-102,105-106].
Таким образом, для того чтобы выяснить насколько существенно могут влиять деформации поровой матрицы на изменение пористости и проницаемости пород-коллекторов трещинно-порового типа, в первую очередь следует провести серию испытаний при длительном действии высоких эффективных напряжений образцов керна. Такие испытания будут имитировать поведение породы в процессе отработки месторождения и падении пластового давления. По результатам исследований будет видно - стоит ли учитывать деформации поровой матрицы при обработке гидродинамических исследований скважин, а так же при математическом моделировании работы как отдельных скважин так и месторождения в целом.
Выражение (1.2.4) используют для оценки изменения величины проницаемости трещин. Тогда, при уменьшении пластового давления проницаемость трещин будет стремиться к нулю, а общая проницаемость к величине проницаемости поровой матрицы. трещиноватого пласта.
В сечении трещиноватые породы-коллектора имеют довольно сложную структуру (рис. 1.2.1), состоящую, зачастую, из нескольких систем трещин, имеющих различную ширину 6, и различные расстояния между трещинами /,, поэтому обычно пользуются идеализированными средними величинами раскрытое трещин b и средним расстоянием между трещинами / (рис. 1.2.2).
Вышеприведенные зависимости по учету деформирования трещин имеют ряд недостатков: - в них не учитывается тот факт, что давление флюида в близи скважины -это распределенный параметр, зависящий от расстояния до скважины (от радиуса); - учет напряженно-деформированного состояния (НДС) вблизи скважины в виде только бокового горного давления довольно сильное упрощение, т.к. горизонтальные напряжения, как и давление флюида, являются распределенными параметрами, зависящими от расстояния до скважины; - в реальности, деформации трещин происходят под действием эффективных напряжений, принцип определения которых был предложен Терцаги [34] и доработан Био [35]. В работах зарубежных специалистов моделирование деформаций трещин производилось по другим принципам [36-42]. В них, в основном, оперируют с нормальными к трещине напряжениями ап и величиной закрытия трещин AV. Тесты показали, что зависимость crn-AV для большинства случаев нелинейна. Шегата [36] представил данную зависимость в полулогарифмическом виде (рис.1.2.3). При построении зависимости AV от логарифма тн, было обнаружено, что она линейна лишь для больших и маленьких значений напряжений, но не для средних. Графики для последующих циклов нагружений, в основном, линейны для различной величины нормальных напряжений. Нелинейность при средних величинах напряжений для полулогарифмических графиков так же возникает при разгрузке.
Результаты исследований ФМС и ФЕС пород-коллекторов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ при длительном действии высоких эффективных напряжений
Как было показано в работах [24-28,35,48-52,54], падение пластового давления оказывает влияние не только на деформацию трещин, но и на деформацию поровой матрицы, причем для некоторых пород-коллекторов такие деформации могут привести к довольно существенному падению пористости и проницаемости, поэтому для определения вклада деформаций поровой матрицы в общие деформации всей трещинно-поровой породы были проведены лабораторные испытания образцов керна, отобранных из продуктивных отложений АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ. Ниже представлена программа испытаний образцов. Для образцов АГКМ. Для пористости: 1. Измерения пористости, модуля упругости, коэффициента Пуассона в условиях, близких к атмосферным. 2. Нагружение образца до эффективного давления 60МШ в течение 5 часов. Измерения пористости, модуля упругости, коэффициента Пуассона при давлениях 12,24,3 6,48,60МПа. 3. Выдержка образца под нагрузкой бОМПа в течение 180 часов. Каждые 24ч измерения пористости, модуля упругосди, коэффициента Пуассона. 4. Разгрузка образца до эффективного давления ЗОМПа в течение 10ч. Измерение пористости, модуля упругости, коэффициента Пуассона при эффективных давлениях 55,50,45,40,35,30МПа. Итого 195ч на образец. Для проницаемости: 1. Измерение проницаемости в условиях, близких к атмосферным. 2. Нагружение образца до эффективного давления бОМПа в течение 5 часов. Измерение проницаемости при давлениях 12,24,36,48,60МПа. 3. Выдержка образца под нагрузкой бОМПа в течение 180 часов. Каждые 24ч измерение проницаемости. 4. Разгрузка образца до эффективного давления ЗОМПа в течение 10ч. Измерение проницаемости при эффективных давлениях 55,50,45,40,35,30МПа. Итого 195ч на образец. Для образцов ачимовской залежи УНГКМ. Для пористости: 1. Измерения пористости, модуля упругости, коэффициента Пуассона в атмосферных условиях. 2. Нагружение образца до эффективного давления 45МПа в течение 8 часов. Измерение пористости, модуля упругости, коэффициента Пуассона при давлениях 5,10,15,20,30,40,45МПа. 3. Выдержка образца под нагрузкой 45МПа в течение 192 часов. Каждые 24ч измерения пористости, модуля упругости, коэффициента Пуассона. 4. Разгрузка образца до эффективного давления 35МПа в течение 8 ч и далее выдержка под этим давлением 8ч.
В результате испытаний образцы нагружались до эффективного давления, соответствующего падению пластового давления до 20-3ОМПа и затем выдерживались при этом давлении несколько суток. При выдержке образцов должны были происходить пластические деформации, соответствующие деформациям породы в пластовых условиях.
На рис.2.2.1-2.2.3 и в таблицах 2.2.1-2.2.6 показаны результаты испытаний для некоторых образцов керна. Из рисунков видно, что изменение пористости и проницаемости как для образцов АГКМ, так и для образцов ачимовской залежи УНГКМ довольно незначительные - максимум несколько процентов от относительных величин. Нужно сказать, что подобные результаты были получены и для остальных испытанных образцов, не приведенных на рисунках. В то же время, по результатам гидродинамических исследований на дебит скважин изменение давления флюида оказывает довольно существенное влияние [19,21], не сопоставимое с деформацией пород поровой матрицы. Наиболее вероятным объяснением данного факта является весомый вклад проницаемости трещин в общую проницаемость пород-коллекторов.
В связи с тем, что изменение проницаемости и пористости пород поровой матрицы образцов АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ незначительны, то деформациями поровой матрицы можно пренебречь, поэтому дальнейшие исследования деформаций пород-коллекторов трещинно-порового типа (на примере АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ) будут сосредоточены только на деформации трещин. В качестве примера, на рис.2.2.3 и таблицах 2.2.5-2.2.6 показаны результаты изменения физико-механических свойств образцов керна коэффициента Пуассона и модуля упругости.
Несколько необычно ведет себя коэффициент Пуассона - для образца АГКМ при увеличении нагрузки он постепенно падает, для образца ачимовской залежи УНГКМ наоборот - растет с ростом эффективных напряжений. Возможно это связано с разницей в литологическом составе образцов. В то же время, при разгрузке оба образца ведут себя одинаково. В заключение можно привести результаты определения изменения трещинной проницаемости на образцах. Эксперименты были проведены на испытательной системе трехосного неравновномпонентного сжатия (ИСТНС) Института проблем механики РАН.
В экспериментах, результаты которых представлены ниже, проницаемость пород kr измерялась по газу (воздуху). При этом внутрипоровое давление в образцах не превышало нескольких атмосфер. Оба экспериментальных образца керна были представлены известняком. Результаты испытаний представлены на Рис.2.2.4 и 2.2.5. На рисунках приняты обозначения: К0 - начальная проницаемость трещины, 1 - исходное состояние пород коллектора, 2 -состояние коллектора при падении пластового давления до 30-35МПа.
Общий вид падения проницаемости по трещине аналогичен падению поровой проницаемости, представленной на Рис.2.2.1. При эффективном давлении ЗОМПа, соответствующем приблизительно начальному пластовому давлению проницаемость составляет 30-40% от проницаемости, определенной в атмосферных условиях. При падении пластового давления до 30-35МПа (эффективное давление бОМПа) проницаемость падает в среднем до 10%. Таким образом, можно сделать предварительный оценочный вывод о том, что по результатам прямых опытов трещинная проницаемость при падении пластового давления до 30-35МПа падает в 3-4 раза.
Характерным является также то, что кривая разгрузки проходит практически параллельно горизонтальной оси, т.е. трещинная проницаемость практически не восстанавливается при восстановлении пластового давления. Это соответствует результатам, полученным в опытах Н.Бартона и З.Бандиса [39,40].
Определение параметров деформирования трещин в результате анализа и обработки индикаторных диаграмм
Как уже отмечалось, для коллекторов трещинно-порового типа характерны индикаторные диаграммы выпуклые к оси дебитов [2,4,6-9], что связано с уменьшением коэффициента продуктивности при уменьшении забойного давления, что, в свою очередь, является следствием снижения трещиной проницаемости. В данной главе будет рассмотрена одна из методик обработки индикаторных диаграмм скважин, эксплуатирующих трещинно-поровый тип коллектора, разработанная автором работы, а так же непосредственно результаты обработки реальных индикаторных диаграмм скважин АГКМ и УНГКМ.
Результаты экспериментальных исследований по определению параметров смыкаемости трещин показывают, что берега трещины смыкаются по определенному закону по мере падения пластового давления [1,2-4]. В общем виде закон сжимаемости трещины представляет собой экспоненциальную зависимость [1]: bT = bQQxV[PT(PM-P6J] (3.2.1) где Ьт- текущая раскрытость трещины, мкм; Рт- пластовое давление флюида, МПа; рТ - коэффициент сжимаемости трещин, МПа"1; Рбг - боковое горное давление, МПа; Ь0 - раскрытость трещины при Рт=Рбг, мкм. Реальные значения Ь0 изменяются от 4 до 60 мкм. По аналогии с формулой (3.2.1) можно выразить изменение трещинной проницаемости [1,2,4]: К = К0 ырМт(Рт -Рбг)] (3.2.2) Общая проницаемость пород коллекторов трещинно-порового типа складывается из проницаемости систем трещин и проницаемости поровой матрицы: К общ = Ктп + К пар 0 -2-3) Подставив вышеприведенные зависимости в формулу Дюпюи, можно получить дебит скважины при различной величине депрессии. В общем виде формула Дюпюи выглядит следующим образом [64]: gJ- L, (3.2.4) /Лп— гс где Q - дебит скважины, м3/сут; h - эффективная газонасыщенная толщина, м; АР - депрессия, МПа; // - вязкость газа, мПа-с; гк - радиус контура питания, м; гс - радиус скважины, м. Подставив формулы (3.2.2), (3.2.3) в формулу для вычисления дебита (3.2.4) получим окончательное выражение для вычисления дебита с учетом влияния трещинной проницаемости: fl — fc - + O (3.2.5) /Лп— Формула (3.2.5) может быть использована лишь для приблизительной оценки продуктивности скважины, вскрывшей коллектор трещинно-порового типа, т.к. она не учитывает неравномерное распределение пластового давления " от забоя скважины до радиуса контура питания, которые, в свою очередь, создают неравномерное распределение проницаемости. Распределение пластового давления в зависимости от радиуса определяется по логарифмической зависимости [64]: P(r) = PK-AP—г-, (3.2.6) In Гс где Рк - давление на контуре питания МПа. Вывод единой аналитической зависимости для дебита, включающей зависимость пластового давления от радиуса довольно громоздок, поэтому можно воспользоваться численным методом расчета.
Один из таких методов - представить цилиндрическую область коллектора вблизи скважины в виде множества вложенных друг в друга цилиндров (рис.3.2.1). В каждом таком цилиндре проницаемость постоянна. Задаются внешний и внутренний радиус каждого цилиндра. Внутренний радиус первого цилиндра равен радиусу скважины, а внешний радиус последнего цилиндра равен радиусу контура питания. Так же давление, на внутренней стенке первого цилиндра равно давлению на забое скважины, а давление на внешней стенке последнего цилиндра равно давлению на контуре питания. Используя формулу (3.2.5), можно определить поток газа в каждом цилиндре, при этом радиусы цилиндров задаются как исходные данные, однако значения давлений между каждым цилиндром неизвестны. Эту проблему можно решить, сделав ряд преобразований.
Таким образом, зная все радиусы цилиндров и проницаемость в каждом цилиндре, можно получить дебит скважины, при этом проницаемость в каждом цилиндре определялась с учетом изменения пластового давления и напряжений вблизи скважины. С помощью данной формулы так же можно учитывать падение пластового давления в процессе отработки месторождения. Точность значения дебита, полученного по формуле (3.2.10) зависит от количества цилиндров, на которые будет разбит участок вблизи скважины. Анализируя формулу (3.2.10) можно сделать следующие выводы: 1. Если радиусы цилиндров задаются с одинаковым шагом, то первоочередную роль будут играть проницаемости цилиндров наиболее близко лежащих от скважины, т.к., например, если взять шаг изменения радиусов равный радиусу скважины, то получим: 1г для 1-го цилиндра: In — » 0.69 для п-го цилиндра: при п -» да 1п- = 0. 2. Т.к. моделируется добывающая скважина, то давление на забое меньше давления на контуре, значит трещинная проницаемость вблизи скважины меньше, чем на контуре, т.е К] К„, а т.к. проницаемость стоит в знаменателе то ее вклад в общую сумму, стоящую в знаменателе будет тем больше, чем проницаемость меньше.
Далее формула (3.2.10) будет использована для моделирования индикаторных диаграмм трещинно-порового типа коллектора. На рис.3.2.2 для примера показаны индикаторные диаграммы некоторых скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ. При обработке индикаторных диаграмм параметры трещин подбирались таким образом, чтобы модельная индикаторная диаграмма проходила наиболее близко к реальной.
Для скважин АГКМ поровая проницаемость принималась постоянной и равной 0.2мД, т.к. четкой зависимости между пористостью и проницаемостью поровой матрицы на основе исследований ФЕС не наблюдалось (глава 2.2). Некоторые индикаторные диаграммы снимались не в начале работы скважин, т.е. не с начальным пластовым давлением, поэтому при обработке так же учитывалось падение давления в залежи. В результате варьировались параметры исходной проницаемости трещин Ко и коэффициент сжимаемости трещин.
Для скважин УНГКМ параметр поровой проницаемости определялся по зависимости, показанной на рис.2.2.1, а значение параметра К0 принималось равным поровой проницаемости. В процессе обработки индикаторных диаграмм подбирался только коэффициент сжимаемости трещин.
Анализ смыкания трещин и изменения проницаемости коллектора в призабойной зоне добывающих скважин АГКМ и ачимовской залежи УНГКМ
Представим следующие допущения, положенные в основу геомеханической модели деформирования трещинно-порового коллектора: - контакт объемной сетки трещин со стенками скважин осуществляется на уровне ультра-, микро- и мезотрещин, расстояния между которыми, равные 1-20 см, соизмеримы с диаметром скважин (20 см); - трещины имеют вертикальную ориентировку по отношению к напластованию, и сила сжатия их плоских стенок определяется величиной бокового горного давления, определяющегося через коэффициент Пуассона.
Изложенные выше положения использовались при построении геомеханической модели деформирования коллектора трещинно-порового типа. При расчете раскрытия и проницаемости трещин использовалась конечно-элементная сетка, показанная на Рис.4.2.1.
Расчет напряженно-деформированного состояния (НДС) трещиноватого коллектора производился в программном комплексе «ANSYS» [72] с учетом распределения пластового давления по радиусу, вызванного работой скважины. В качестве граничных условий принимались следующие условия. Создание высокой депрессии приводит к сильному смыканию трещин в ПЗП и к падению трещинной проницаемости. Переход от ситуации разгруженного массива к сжатому происходит весьма резко и определяется параметрами исходного пластового давления и характеристиками трещин.
Радиус зоны сжатых трещин и соответственно радиус зоны резкого падения проницаемости определяется создаваемой депрессией и параметрами сжимаемости трещин. Отметим, что полученные численные результаты отражают конкретные физико-механические характеристики, представленные в таблице 4.2.1 и особенно параметры бокового горного и пластового давления. При изменении исходных параметров количественно изменятся и полученные картины распределения сжимаемости трещин и изменения проницаемости. Более тщательные расчеты показывают, что если допустить полное смыкание трещин в ПЗП путем высокой депрессии или долгим «периодом ожидания» скважины, то последующее освоение скважины уже не сможет восстановить трещинную проницаемость ПЗП; она восстановится лишь на 15-20% и скважина уже, фактически потеряв трещинную проницаемость, не может быть высокопродуктивной.
Под устойчивостью горных пород понимается их свойство сохранять форму и размеры обнажений, образуемых при строительстве горных выработок и подземных сооружений. При работе добывающей скважины в ее призабойной зоне вследствие создания депрессии возможно возникновение неустойчивости горного массива или возникновение зон разрушения. Зоны разрушения не являются некими разрушенными зонами в обыденном понимании этого слова, хотя в случае слабого коллектора они могут превратиться в действительные зоны разрушенных пород, обеспечивающие эффект пескопроявления. Чаще всего, в данных зонах действующие напряжения превышают принятый в модели механики горных пород критерий разрушения породы и деформации становятся не упругими а пластическими, вязкопластическими или некими другими, принятыми в рамках расчетной модели. На практике это означает потерю в данных зонах связности и упругих свойств, развитие трещин и повышенное разрыхление. Применительно к скважине это будет означать, прежде всего, повышение в данных зонах проницаемости. При этом на область распространения зон разрушения в первую очередь влияет величина созданной на забое скважины депрессии, деформационные характеристики коллектора и параметры трещиноватости пород, слагающих коллектор.
Для оценки возможности возникновения зон разрушения по системам трещин использовалась модель среды с дилатансией, изложенная выше. Все расчеты производились в плоской постановке в программном комплексе "ANSYS", который был специально доработан для дилатансионной модели. Рассматривались два варианта перфорации: щелевая перфорация, глубина щелей принималась 0.5м, ширина 4см, при этом принималось наличие четырех перфорационных щелей; обыкновенная кумулятивная перфорация или открытый ствол, при этом на конечно-элементной схеме перфорационные отверстия в силу своих незначительных размеров не воспроизводились.
В обеих схемах принималось, что скважина имеет открытый ствол. Радиусы элементов конструкции скважины принимались в соответствии с применяемыми на Астраханском месторождении.
Забойное давление вычисляется как разность пластового давления на контуре питания и депрессии. Распределение пластового давления вычисляется по логарифмической зависимости для упругого режима разработки залежи, в зависимости от расстояния до скважины.
В программе расчетов для оценки возможности возникновения зон разрушения основными варьируемыми параметрами являлись величина депрессии на забое скважины и сцепление пород коллектора. Принимается наличие двух ортогональных систем трещин с расстояниями между трещинами 2.5 см и сцеплением от ЗМПа до 9МПа. Принималось равенство бокового горного и пластового давлений. Результаты расчетов представлены на Рис.4.3.2-4.3.3. В целом, проведенный численный анализ показывает следующие результаты: В условиях обычной перфорации в некоторых условиях возможно возникновение зон разрушения по системам трещин. Однако возникающие зоны разрушения при кумулятивной перфорации или при открытом стволе имеют весьма небольшую величину, сопоставимую с радиусом скважины. Так, небольшие по размерам зоны разрушения возникают уже при нулевой депрессии, однако, при довольно слабом сцеплении по трещинам - 1,0 МПа. По мере роста депрессии зоны разрушения практически не растут.
