Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Кислотное воздействие на карбонатные пласты и методы моделирования 9
1.1. Виды кислотного воздействия 9
1.2. Методы расчета кислотного воздействия на пласт 15
1.3. Анализ математических моделей кислотного воздействия 18
1.3.1. Анализ математических моделей кислотных обработок .18
1.3.2. Анализ математических моделей кислотного гидравлического разрыва пласта 25
1.4. Модели гидравлического разрыва пласта 29
1.5. Моделирование вытеснения нефти растворами активной примеси 31
1.6. Экспериментальные исследования процессов, протекающих при кислотном воздействии на пласт 35
ГЛАВА 2 Основные уравнения, описывающие кислотное воздействие на пласт 39
2.1 .Уравнение кинетики реакции растворения 39
2.2. Уравнение сохранения массы кислоты 43
2.3. Уравнение сохранения массы водной фазы 45
2.4. Уравнение сохранения массы жидкости 46
ГЛАВА 3 Задача кислотного воздействия на пласт 47
3.1. Постановка задачи 47
3.2. Решение задачи 51
3.3. Анализ устойчивости 54
ГЛАВА 4 Примеры и результаты расчетов 58
4.1. Исследование процесса растворения породы 58
4.2. Кислотная обработка скважины 63
4.2.1. Пример расчета 63
4.2.2. Расчет солянокислотной обработки скважины на примере Башкирского объекта разработки месторождения Удмуртии 72
4.2.3. Расчет солянокислотных обработок скважин Арланского месторождения 77
4.3. Кислотный гидравлический разрыв пласта 90
4.3.1. Пример расчета 90
4.3.2. Расчет кислотного гидравлического разрыва пласта на скважине Верейского объекта разработки месторождения Удмуртии 93
Заключение 98
Литература 100
Приложение 1 — Описание задачи кислотного воздействия на пласт в размерных переменных 109
- Анализ математических моделей кислотного гидравлического разрыва пласта
- Экспериментальные исследования процессов, протекающих при кислотном воздействии на пласт
- Уравнение сохранения массы кислоты
- Расчет солянокислотной обработки скважины на примере Башкирского объекта разработки месторождения Удмуртии
Введение к работе
Актуальность работы. В последнее время в России наметилась тенденция в сторону увеличения доли трудноизвлекаемых запасов нефти, для проектирования выработки которых часто требуется мультидисциплинарный системный подход. Огромная часть трудноизвлекаемых запасов сосредоточена в карбонатных пластах, разработка которых осложнена низкой проницаемостью и трещиноватостью. Распространенной и эффективной технологией увеличения проницаемости таких пластов является кислотное воздействие на призабойную зону скважин. Обработка водными растворами кислот призабойной зоны скважины позволяет модифицировать поровое пространство и интенсифицировать приток флюидов.
Существующие однофазные модели, описывающие плоскопараллельную и плоскорадиальную фильтрацию, не могут адекватно описывать процесс фильтрации флюида и растворения породы в призабойной зоне скважин, вскрывающих нефтенасыщенные пласты, и в окрестности трещин формирующихся в ходе кислотного гидравлического разрыва. Использование моделей, учитывающих двухфазный характер вытеснения нефти водным раствором кислоты, реакцию кислоты с породой, особенности притока флюидов к стоку (скважина или трещина) и кинетику растворения породы кислотой позволяет адекватно оценивать эффективность обработки, глубину проникновения кислоты в пласт, необходимое время остановки скважины на реакцию и рассчитывать параметры очистки призабойной зоны пласта от продуктов реакции.
В данной работе строится физически содержательная модель двухфазного вытеснения нефти водным раствором кислоты в первоначально однородном пласте радиальной и эллиптической формы. Учитывается кинетика растворения породы кислотой, присутствующей в водной фазе. Жидкости предполагаются несжимаемыми. С помощью построенной модели рассматриваются важные с практической точки зрения процессы кислотной обработки скважин и кислотного гидравлического разрыва пласта.
Применение предлагаемой модели позволяет дать обоснованные рекомендации по выбору параметров обработки, оценить эффективность воздействия, учесть двухфазный характер вытеснения нефти водным раствором соляной кислоты. Эти обстоятельства определяют актуальность предлагаемой работы.
Цель работы. Целью данной работы является исследование фильтрационных эффектов, возникающих при кислотном воздействии на карбонатные нефтесодержащие пласты.
Для достижения поставленной цели были созданы математические модели, алгоритмы и программы для расчета вытеснения нефти водным раствором кислоты с учетом кинетики растворения карбонатной породы в призабойной зоне скважины и вблизи трещины, формирующейся при кислотном гидроразрыве. С помощью созданных программ были выполнены многовариантные расчеты, в том числе и для реальных объектов.
Основные задачи работы.
1. Создание математических моделей двухфазного вытеснения нефти
водным раствором кислоты при кислотных обработках и кислотном
гидравлическом разрыве пласта.
Анализ процессов и эффектов, возникающих при кислотном воздействии на карбонатные пласты, с помощью предложенной модели.
Качественная и количественная оценка параметров кислотного воздействия.
4. Применение предложенной модели на практике, на примере реальных
объектов разработки.
Методом исследования является математическое моделирование. В качестве теоретической базы используются общие законы механики сплошных сред и физической химии, основные представления подземной гидродинамики, математической физики, вычислительной математики и теории разностных схем.
Основными защищаемыми положениями являются:
Математическая модель неустановившегося двухфазного вытеснения нефти водным раствором кислоты.
Качественное описание процессов фильтрации, протекающих при кислотном воздействии на пласт, и количественная оценка характеристик кислотных обработок скважины и трещины гидроразрыва на основе созданной математической модели.
3. Результаты расчетов кислотного воздействия для реальных объектов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Создана физически содержательная модель двухфазного вытеснения
нефти водным раствором кислоты, реагирующей с породой, позволяющая
моделировать кислотное воздействие на нефтенасыщенный пласт.
На основе математического моделирования решена задача о проведении кислотной обработки скважины и трещины в ходе кислотного гидроразрыва.
Выполнена оценка глубины проникновения кислоты в пласт, эффективности кислотного воздействия, необходимого времени остановки скважины на реакцию и очистки призабойной зоны пласта.
Показано, что регулирование таких параметров воздействия, как темп нагнетания и скорость химической реакции позволяет достичь максимально возможного эффекта кислотной обработки при заданном объеме раствора реагента.
Показано, что при кислотном гидроразрыве значительное замедление скорости реакции может привести к большим утечкам непрореагировавшей кислоты в пласт, расширить зону проникновения, снизить эффекты вблизи трещины и тем самым ухудшить результат воздействия.
Практическая значимость работы:
1. Созданы и зарегистрированы программы для расчета эффекта кислотной обработки скважин и трещин кислотного гидравлического разрыва пласта.
2. Получены количественные оценки необходимой длительности
остановки скважины на реакцию и очистки призабойной зоны пласта от
продуктов реакции кислоты с породой.
Даны рекомендации по выбору темпа нагнетания и регулированию скорости химической реакции для достижения максимально возможного эффекта кислотной обработки при заданном объеме раствора реагента.
Количественно определен эффект кислотной обработки и глубина проникновения кислоты в пласт на примере ряда скважин месторождений Удмуртии. Получена хорошая сходимость результатов расчетов с фактическими данными.
Апробация работы. Основные положения и результаты, изложенные в диссертации, докладывались на 6-й конференциях: 60-я Юбилейная студенческая научная конференция «Нефть и газ - 2006» (11-14 апреля 2006 г., Москва, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина), Международная научно-практическая конференция «Повышение нефтеотдачи пластов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений и комплексное освоение высоковязких нефтей и природных битумов» (4-6 сентября 2007 г., Казань), Седьмая Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности» (25-28 сентября 2007 г., Москва, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина), Научно-практическая конференция «Методы интенсификации добычи углеводородного сырья. Опыт и перспективы» (27-28 ноября 2008 г., Москва, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина), П-я научно-практическая конференция «Математическое моделирование и компьютерные технологии в разработке месторождений» (15-17 апреля 2009 г., Уфа), П-й Международный научный симпозиум «Теория и практика применения методов увеличения нефтеотдачи пластов» (15-16 сентября 2009 г., Москва, ОАО «ВНИИнефть»). Результаты работы многократно обсуждались на научных семинарах кафедры разработки и эксплуатации газовых и газоконденсатних месторождений (РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина), кафедры прикладной
математики и компьютерного моделирования (РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина) и ООО «Русснефть-НТЦ».
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений. Работа содержит 124 страницы включая 4 таблицы, 47 рисунков. Список литературы содержит 97 наименований.
Анализ математических моделей кислотного гидравлического разрыва пласта
Williams В.В., Nierode D.E. и Whiteley М.Е. [81] изучили динамику изменения проводимости трещины и влияние фильтрации в пласт кислотного состава на проводимость трещины. В дальнейшем исследования были продолжены в работе [90] посвященной кислотному гидравлическому разрыву пласта. Рассмотренная модель позволяет определять размер зоны проникновения кислоты, оценивать изменение структуры трещины с учетом скорости закачки кислоты, температуры пласта, концентрации кислоты и типа пород. Приведены конкретные примеры использования модели для выбора характеристик жидкостей, применяемых при обработке, необходимого объема кислоты, наиболее экономичного варианта, анализа формы трещины. Представлено сравнение расчетных и экспериментальных данных.
Hill A.D. совместно с Rodoplu S., Zhou Н., Zhu D. [76] провел серию экспериментальных исследований, позволивших определить проводимость трещины кислотного гидроразрыва и потери жидкости в пласт. Такие исследования позволили автору предложить новый метод мониторинга изменения скин-фактора [74] в реальном времени, который позволяет оптимизировать процесс кислотной обработки, что показано на примере реальных скважин. Положения работы [85] развиты в [79], в которой представлены результаты исследования проникновения кислоты в трещину с учетом температурного и ионного эффекта. Задача рассмотрена в двумерной стационарной постановке для несжимаемой жидкости и сформулирована для изучения распределения концентрации кислоты в трещине и глубины ее проникновения. В работе оценено влияние ионного эффекта на основе теории диссоциации Аррениуса и температурного эффекта с учетом схемы Леверье. Тепловая модель принята такой же, как и в работе [85]. Ионный эффект позволяет учитывать изменение константы диссоциации в процессе фильтрации и является более точным аналогом эффекта диффузии.
Моделирование кислотного гидравлического разрыва пласта интегральным методом, проведено в работе [63]. Для оценки глубины проникновения флюида в трещину применяется теория Perkins Т.К. и Kern L.R. [91], дающая классическое описание процесса развития трещины гидроразрыва. Для оценки проникновения кислоты в пласт использовано уравнение переноса примеси, которое заменяет соотношения для транспорта проппанта в трещину. Проведено сравнение с результатами Williams В.В. и ДР [90]- Получено хорошее соответствие.
В настоящее время модель переноса кислоты в трещине Settari А.Т. [95], основанная на зависимостях, использованных в модели [71] - [73], считается классической. Модель позволяет определять проницаемость трещины, учитывает процесс переноса кислоты, в трещине и кинетику реакции кислоты. Модель представлена в одномерном, двумерном и трехмерном случаях и учитывает уравнение теплового баланса, реологию флюида и потери жидкости в пласт. Она является обобщением рассмотренных ранее моделей течения в трещине. При этом предложена зависимость определяющая скорость реакции кислоты с неоднородной породой г = -кг(с0 -с У, где кг — температуро-зависимая константа скорости реакции, со - начальная концентрация кислоты, с - равновесная концентрация кислоты, п — степень реакции. Здесь фильтрация кислотного состава в пласт учтена как потери, а основная задача модели — определение параметров трещины. Кроме того, учтен эффект образования червоточин, а растворение породы имеет место только на границе трещина - пласт. В работе проведена апробация полученных материалов на экспериментальном материале.
Таким образом, рассмотрены различные подходы к моделированию кислотного воздействия при кислотном гидроразрыве. Большая часть их основана на линейной и радиальной фильтрации жидкости вблизи трещины, что является серьезным упрощением. 1.4. Модели гидравлического разрыва пласта.
Моделированию гидравлического разрыва пласта посвящено множество работ. Первую теоретическую модель распространения двумерной трещины, получившую всеобщее признание, предложили Христианович С.А., Желтов Ю.П. и Баренблатт Г.И. [4], [20], [21], [23]. Несколько позже Perkins Т.К., Kern L.R. [90] была предложена вторая модель. Эти две основные двумерные теоретические модели распространения трещин гидроразрыва различаются физической постановкой задач. Модели трещины имеют различную геометрию поперечного сечения.
Впервые приток к скважине, пересеченной естественной вертикальной прямолинейной трещиной неограниченной длины, в условиях стационарной фильтрации исследовался Маскетом М. [38]. В зависимости от соотношения проницаемостей пласта и трещины и ширины трещины получено распределение притока из пласта в трещину и давления вдоль нее.
Необходимость оценки эффективности гидравлического разрыва пласта вызвала появление работ по созданию методов расчета производительности скважин, пересеченных трещинами гидроразрыва [32], [50], [59]. Задача о притоке к вертикальной трещине эллиптической формы конечной проводимости в однородном пласте с удаленным контуром питания рассмотрена Prats М. [93], Кадетом В.В., Селяковым В.И. [27] и др. Получено аналитическое решение задачи для пласта и для трещины. Исследованию фильтрации в пласте с трещинами гидравлического разрыва посвящена работа Каневской Р.Д. [30], предложен ряд аналитических и разностных решений задачи о притоке к трещине гидроразрыва. Определен эффект от гидроразрыва, предложена методика по определению скважин кандидатов на проведение ГРП. Аналитическое решение задачи о притоке жидкости к скважине с вертикальной трещиной гидроразрыва рассмотрено в работе [30]. Оценен эффект от проведения гидроразрыва в анизотропном кусочно-однородном пласте.
Применение эллиптических координат для моделирования притока жидкости к трещине существенно упрощает решение задачи [93], [94]. В работе [94] проведено сравнение моделей радиальной, билинейной и линейной фильтрации к трещине с моделью эллиптического притока, показано, что в широком диапазоне значений полудлины трещины классические модели [59] существенно расходятся с эллиптической моделью, например при определении динамики забойного давления.
Экспериментальные исследования процессов, протекающих при кислотном воздействии на пласт
При проведении расчетов важно корректно поставить граничные и начальные условия и выбрать значения констант уравнения. При выборе констант следует опираться на экспериментальные исследования процесса. Некоторые экспериментальные исследования по растворению карбонатной породы соляной кислотой представлены в работах [31], [36], [55], [60], [61], [62], [66] и [68].
В работе [35] изучено взаимодействие соляной кислоты с карбонатными породами на примере продуктивной толщи Ишимбайского месторождения. Исследовано влияние давления, температуры и концентрации кислоты на скорость ее взаимодействия с породой. Также опыты проводились с ангидритом и карбонатом кальция. Помимо того, изучался характер изменений в призабойной зоне и пласте в результате кислотных обработок.
Исследования румынских ученых Кристиан М, Сокол С, Константинеску А. [31] позволяют сделать выводы о характере и механизме воздействия кислот при обработке скважин для повышения их продуктивности. Получены значения скорости реакции кислот с различными минералами, слагающими породу. Было показано, что скорость реакции не может быть равномерной. Она зависит от концентрации кислоты, которая от максимальной в начальный момент времени снижается по мере протекания реакции. Поэтому для более точной оценки скорости реакции была введена константа скорости реакции. Скорость реакции определяется зависимостьюу = с, где v — скорость реакции, у — константа скорости реакции, зависящая от температуры и от среды реакции, но не зависящая от концентрации веществ. Определение соответствует реакции первого порядка (концентрация кислоты в первой степени), такое описание правомерно, когда растворяемый минерал однородный. В таком случае образования червоточин не происходит [66], зависимость позволяет определять кинетику реакции растворения. Также в работе освещены вопросы получения составов на основе растворов соляной кислоты. Добавление присадок позволяет модифицировать свойства кислотного состава, и тем самым учесть некоторые особенности породы обрабатываемого пласта. Представлена информация об ингибиторах кислотной коррозии и замедлителях реакции, которые позволяют снизить коррозионную активность и скорость реакции получаемого состава.
Под руководством Hill A.D. [55] проведены экспериментальные исследования проводимости трещины кислотного гидроразрыва, подтвердившие математическую модель [81]. Получено, что потери жидкости в пласт при кислотном гидроразрыве часто сильно влияют на обработку при создании трещин высокой протяженности. Потери жидкости в пласт также оценены в экспериментальных исследованиях Crowe C.W. [60]. Показана зависимость между потерями жидкости в пласт и образованием червоточин, при этом длина червоточин определяется скоростью фильтрации в пласт, температурой и концентрацией кислоты. Эффект образования червоточин снижает эффективность кислотных составов при определенных свойствах состава.
Кислотные гели, использующиеся при стимуляции скважин, и их свойства изучены в работах [61], [62]. При создании кислотного геля стараются сделать стабильный состав заданной вязкости. Проводилось сравнение различных гелевых агентов и экспериментальное моделирование процесса изменения вязкости гелевого кислотного агента в трещине в пластовых условиях. Исследованы свойства ряда низкотемпературных гелевых агентов. Исследования показали, что 15% раствор НО, связанный предложенным в работе гелем, сохраняет свою вязкость при высоких температурах.
В [68] рассмотрена экспериментальная модель радиальной обработки песчаника HF кислотой. Модель позволяет изучать процесс закачки флюидов и кислотных агентов в пласт, рассмотрены условия проведения успешной обработки, и получены требования к кислотному составу в случае, когда обработка карбоната проводится в присутствии глины. Построены распределения кислоты, скин-фактора, проницаемости и пористости в призабойной зоне пласта.
Экспериментальные исследования процессов растворения породы кислотой зарубежных авторов обобщены в работах [65], [70]. Рассмотрены исследования по определению скорости реакции при различных термобарических условиях. Даны оценки диффузионных процессов, протекающих при кислотном воздействии на пласт. Вклад диффузионных процессов при высокой скорости растворения породы кислотой, что распространено при солянокислотных обработках карбонатов, оказывается незначительным. В случаях, когда характерное время процесса растворения велико, следует учитывать диффузию кислоты в пласт.
Таким образом, задачи расчета процессов кислотного воздействия на пласт рассматривались в основном в практическом ключе, имеющим конкретное приложение. При этом основное внимание уделено решению задачи радиальной фильтрации однофазной жидкости и растворения породы численными методами. Практические руководства для оценки эффекта от кислотного воздействия составлены для решения задач проектирования параметров обработки объемным методом, который не учитывает кинетику процессов, протекающих в пласте при кислотных обработках и двухфазный характер вытеснения нефти раствором кислоты.
Расчеты, основанные на интегральном методе оценки, не позволяют учитывать кинетику растворения породы и могут быть использованы лишь при небольшой скорости реакции. Поскольку процесс растворения карбонатной породы водным раствором соляной кислоты протекает с большой скоростью, применение интегральных методов оценки эффективности воздействия может быть неправомерным. Используемые линейные и радиальные модели однофазной фильтрации позволяют оценить эффективность кислотных обработок нагнетательных скважин.
Для определения эффекта от кислотного воздействия в добывающей скважине, вскрывающей карбонатные нефтесодержащие пласты, необходимо учитывать не только кинетику растворения породы, но и двухфазный характер вытеснения нефти водным раствором соляной кислоты.
Использование эллиптической модели притока жидкости к трещинам гидроразрыва - распространенный подход, позволяющий адекватно моделировать трещину ГРП. Для изучения эффективности кислотного гидроразрыва также представляется целесообразным использование модели двухфазной фильтрации водного раствора кислоты в эллиптической области вблизи трещины ГРП.
Уравнение сохранения массы кислоты
Далее представлена серия расчетов для разных объемов закачиваемого в ходе обработки кислотного состава. Приемистость при этом постоянна и составила 50 м /сут (рис. 4.2.2.5). Изменение объема закачиваемого состава достигнуто за счет увеличения длительности закачки. При увеличении объема скин-фактор снижается, при этом дополнительная добыча нефти на 1 м3 кислотного состава также снижается. Несмотря на рост дополнительной добычи нефти, общая эффективность процесса падает.
Расчеты с предельно большими объемами закачки (300 м для данных условий) показали, что скин-фактор в таком случае не снижается менее -2.1. При этом дополнительная добыча нефти за год на 1 м закачанного состава будет довольно низкая ( 20 м3/м3). Радиус затронутой зоны - 1.43 метров, ее средняя проницаемость — 432 мДа, а обработка длилась около 6 дней.
Сравнение средней статистики по фактическим данным скважин Башкирского объекта с расчетными данными показало удовлетворительную сходимость по ряду скважин. Проведено моделирование ряда ,кислотных обработок, которые имели место на Каширо-Подольском объекте (КПО) Вятской площади Арланского месторождения Удмуртии.
Поскольку моделирование кислотных обработок проводилось для фонда скважин с низкой обводненностью, в расчетах принято, что фильтрация протекает в пласте, изначально насыщенном нефтью. Предполагалось, что обработка проводится в скважинах с незагрязненной призабойной зоной пласта. Для определения зависимости проницаемости от пористости в расчете использована принятая по объекту эмпирическая зависимость к=10(т 100 0105-40375\ Скорость реакции принята согласно экспериментам, проведенным на похожем объекте соседнего месторождения. В ходе обработки воздействие кислотным составом проводилось на несколько пластов одновременно, в предложенной модели данный эффект не учитывался. Для оценки дебита жидкости по скважинам использована формула Дюпюи [3]. В расчетах использованы функции относительных фазовых проницаемостей, представленные на рис. 4.2.3.1. Вышеперечисленные предположения не вносят существенных погрешностей и являются модельным упрощением.
Рассмотрена обработка скважины № 1 12 %-ным раствором НС1 в объеме 6.2 м3, закачка длилась 30 минут, темп нагнетания при этом составил 300 м /сут. Свойства пласта и кислотного состава представлены в таблице 4.2.3.1. Обработка проводилась в апреле 2008 г. При проведении моделирования свойства призабойной зоны пласта были адаптированы. По результатам адаптации при принятой проницаемости один из интервалов перфорации не дает приток, а пластовое давление до обработки составляет 70 атм. Таким образом, в ходе моделирования кислотных обработок могут быть несколько уточнены свойства призабойной зоны пласта.
Результаты расчета показали, что радиус затронутой зоны составил 1.45 м, и скин-фактор после обработки —1.17. Пластовое давление снизилось до 60 атм. На рис. 4.2.3.2 приведено сравнение расчетных параметров с фактическими при принятых условиях.
Рассмотрена обработка скважины № 2 составом ДН-9010 в объеме 18 м , закачка длилась 80 минут, темп нагнетания при этом составил 330 м /сут. При этом перед обработкой скважины произведен дострел пласта, этот эффект был учтен при анализе показателей работы скважины. Так, до проведения дострела мощность пласта составляла 8.6 м, по результатам адаптации модели пластовое давление составило 60 атм, проницаемость призабойной зоны 130 мД. После проведения дострела мощность пласта составила П.4 м, давление 70 атм, средняя проницаемость обрабатываемого интервала 215 мД. Обработка проводилась в августе 2004 г. При проведении моделирования свойства призабойной зоны пласта были адаптированы.
Результаты расчета показали, что радиус затронутой зоны составил 1.79 м, и скин-фактор после обработки -1.56. На рис. 4.2.3.5 приведено сравнение расчетных параметров с фактическими при принятых условиях.
Проведен анализ работы скважины №2 в период с августа 2004 по декабрь 2007 г. Анализ показывает, что продуктивность скважины снизилась, что можно объяснить ухудшением фильтрационных свойств в призабойной зоне, вызванным загрязнением пласта и отложением парафинов.
Рассмотрена обработка скважины № 2, проводившаяся в январе 2008 г. Для описания свойств пласта и кислотного состава использованы данные, показанные в таблице 4.2.3.1. В результате адаптации модели определено значение скин-фактора перед обработкой, которое составило 0.2. Таким образом, значение скин-фактора увеличилось с -1.56 в августе 2004 до 0.2 в январе 2007, т.е. скорость изменения скин-фактора + 0,034/мес. Можно сделать вывод, что если увеличение скин-фактора будет продолжаться с той же скоростью, то следующая кислотная обработка потребуется через 4.2 года. Расчет показал, что радиус затронутой зоны составил 1.75 м, и скин-фактор после обработки -1.27. Сравнение результатов расчета представлено нарис. 4.23.6.
Расчет солянокислотной обработки скважины на примере Башкирского объекта разработки месторождения Удмуртии
Основная часть кислоты реагирует при закачке раствора в пласт, тогда как после остановки закачки реакция длится короткое время. Общая продолжительность реакции не превышает 8 часов, в то время как основная фаза реакции длится в основном при закачке и составляет 5.5 часов. Определено значение скин-фактора -3.92.
Были выполнены многовариантные расчеты, которые позволили оценить скин-фактор для трещин разной длины в зависимости от глубины зоны проникновения состава в пласт, рис. 4.3.1.4. При увеличении полудлины трещины для достижения заданной глубины проникновения требуется увеличивать объем закачиваемого состава, т.е. скорость закачки. Но полудлина трещины более значимый параметр, чем глубина затронутой зоны. При небольшой полудлине даже в случае более глубокого проникновения состава в пласт эффект от воздействия намного ниже, чем для трещин большой длины. Поэтому утечки кислоты в пласт в ходе кислотного гидроразрыва, приводящие к расширению зоны проникновения, при сохранении объема реагента снижают эффективность воздействия.
Моделировалось протравливание водным раствором НС1 15%-ной концентрации в объеме 30 м трещины гидроразрыва с полудлиной 12.5 м в течение 12 мин. при темпе нагнетания 3600 м /сут. Исходные данные для расчета соответствуют одному из реальных объектов Удмуртии в табл. 4.3.2.1.
Поскольку скважина работает с низкой обводненностью ( 5%), принято, что фильтрация протекает в пласте, изначально насыщенном нефтью. Предполагалось, что обработка проводится в скважине, с незагрязненной призабойной зоной пласта, т.е. до обработки S=0 В расчете использована зависимость проницаемости от пористости Козени (1.3.1). Принятые для моделирования объекта функции относительных фазовых проницаемостей представлены на рис. 4.3.2.1. Согласно расчету скин-фактор после обработки достиг значения -4.18, глубина проникновения кислотного состава в пласт в направлении перпендикулярном трещине составила 0.42 м. Расчетный дебит нефти до обработки - 16.8 т/сут., после обработки - 37.2 т/сут., что хорошо согласуется с фактическими данными (рис. 4.3.2.2). с перпендикулярном трещине. Цветом показаны значения рассматриваемой величины. Характерное время реакции несколько превышает один час, за это время часть состава успевает прореагировать. По предварительной оценке, если эффект от обработки продлится год, то при постоянной обводненности продукции, дополнительная добыча нефти составит 6.7 тыс. м . или 225 м нефти на 1 м закачанного состава, что является очень хорошим технологическим результатам. Заключение. В диссертационной работе представлена математическая модель двухфазного вытеснения нефти водным раствором соляной кислоты с учетом растворения породы, предназначенная для моделирования кислотного воздействия на нефтенасыщенные карбонатные пласты. Рассмотрены модели кислотной обработки скважины и кислотного воздействия на трещину в ходе кислотного гидроразрыва. Модель двухфазного вытеснения нефти водным раствором соляной кислоты основана на законах сохранения массы породы, нефтяной, водной фаз, и активного компонента - кислоты. Новизна предложенного подхода состоит в том, что, во-первых, рассматривается двухфазная модель кислотного воздействия, во-вторых учитывается кинетика реакции кислоты с породой и фильтрационные эффекты растворения; в-третьих, учитываются особенности фильтрации не только вблизи скважины, но и вблизи кислотного гидроразрыва, что дает возможность оценивать глубину проникновения водной фазы в пласт, эффективность кислотного воздействия, необходимое время остановки скважины на реакцию и очистки призабойной зоны пласта. Для реализации модели разработан расчетный алгоритм и компьютерная программа. Расчетный алгоритм был основан на методе конечных разностей. Был проведен анализ устойчивости разностной схемы. Адекватность модели была проверена сопоставлением с фактическими данными по некоторым месторождениям Удмуртии. С помощь модели и расчетного алгоритма были проведены исследования процессов, возникающих при кислотном воздействии на карбонатные пласты: остановка скважины на реакцию после кислотной обработки, очистка призабойной зоны пласта от продуктов реакции водного раствора кислоты с породой, эффекты фильтрации при кислотном воздействии в скважинах и трещинах кислотного гидроразрыва. Показано, что регулирование таких параметров воздействия как темп нагнетания и скорость химической реакции позволяет достичь максимально возможного эффекта кислотной обработки при заданном объеме раствора реагента. Отмечено, что при кислотном гидроразрыве значительное замедление скорости реакции может привести к большим утечкам непрореагировавшей кислоты в пласт, расширить зону проникновения, но снизить эффекты вблизи трещины и тем самым ухудшить результат воздействия. В заключении еще раз кратко повторим основные результаты работы: 1. Создана физически содержательная модель двухфазного вытеснения нефти водным раствором кислоты, реагирующей с породой, основанная на законах сохранения массы фаз и активного компонента водной фазы, уравнении кинетики растворения породы, зависимости проницаемости от пористости. На ее базе разработаны алгоритмы и программы для расчета эффекта кислотной обработки скважин и трещины в ходе кислотного гидроразрыва в нефтенасыщенном пласте. 2. В результате рассмотрения задачи о кислотной обработке скважины проведена оценка глубины проникновения водного раствора кислоты в пласт, эффективности кислотной обработки, необходимого времени остановки скважины на реакцию и очистки призабойной зоны пласта. 3. Показано, что регулирование таких параметров воздействия как темп нагнетания и скорость химической реакции позволяет достичь максимально возможного эффекта кислотной обработки при заданном объеме раствора реагента. 4. В результате рассмотрения задачи о кислотном воздействии вдоль трещины в ходе кислотного гидроразрыва проведена оценка глубины проникновения водного раствора кислоты в пласт и эффективности кислотного гидроразрыва. Показано, что потери кислотного состава в пласт отрицательно сказываются на эффективности кислотного гидроразрыва.
