Введение к работе
Актуальность темы исследования
В последние годы в связи с неизбежным уменьшением резерва углеводородных запасов, увеличением сильно выработанных и возрастанием доли трудноизвлекаемых залежей, существенно изменился подход к проблеме повышения нефтеотдачи. Традиционные технологии, которые основаны на внедрение в пласты физико-химических агентов, в современных реальных условиях малоэффективны и низкорентабельны. С целью повышения нефтеотдачи большое внимание уделяется вопросу использования внешних воздействий на нефтегазовые залежи различными физическими возмущениями.
Значительные возможности данного подхода видны уже в том, что глубина и полнота охвата воздействием пласта обеспечивается волновым характером доставки энергии, а инициируемые полезные процессы не только развиваются в естественном направлении, но и могут «подпитываться» с использованием собственной внутренней энергии метастабильных состояний горной среды.
Тем не менее, несмотря на значительный объем уже проведенных исследований, достаточно полного понимания механизмов повышения нефтеотдачи при внешнем воздействии еще не проявлено. Нам представляется, что такие процессы (возможность влияния малыми возмущениями на напряженно-деформационное состояние и фактор насыщенности) нельзя рассматривать и исследовать независимо друг от друга, поскольку они взаимосвязаны и взаимообусловлены, а потому без комплексного исследования получить практические результаты невозможно. При проведении флюидных и фильтрационных лабораторных исследований воспроизводились внутрипластовые термодинамические условия залежи, что происходило без соответствующего контроля и анализа изменений напряженно-деформационного состояния вмещающей флюид фазы - скелета породы, а это, в свою очередь, существенно влияет на предпосылки и общую энергетику возникновения полезных эффектов нефтеотдачи при слабом внешнем воздействии. С другой стороны, хотя в последние
годы обнаружены важные явления, свидетельствующие о коренном влиянии характера насыщенности на параметры отклика геологических сред на воздействие упругими колебаниями, исследований по установлению основных причинно-следственных связей их проявления не проводилось.
Целью работы является проведение комплекса исследований по распространению упругих волн в напряженно-деформированных насыщенных горных породах с учетом их микросейсмической активности, и выявления на их основе оптимальных режимов виброволнового воздействия для увеличения нефтеотдачи пласта.
Задачи исследования:
-
построение имитационной модели распространения упругих волн, учитывающие эффекты микросейсмической активности;
-
проведение математического моделирования распространения упругих волн в пористых насыщенных средах с учетом микросейсмической активности.
-
создание экспериментальной установки для изучения напряженно-деформированного состояния в горных породах с моделированием горных условий и насыщенности пластов;
-
разработка программно-измерительного комплекса для измерения и анализа сигналов акустической эмиссии;
-
Изучение явления инициирования внешним воздействием микросейсмической эмиссии.
Научная новизна. Автором впервые:
разработана математическая имитационная модель и алгоритмы численного решения методом Монте-Карло задачи распространения упругих волн в насыщенных пористых средах с учетом их микросейсмической активности;
создана экспериментальная установка для изучения напряженно-деформированного состояния в горных породах с моделированием горных условий и насыщенности пластов;
разработаны программно-измерительные комплексы для измерения и анализа сигналов акустической эмиссии;
получены экспериментальные результаты, позволяющие оценивать напряженно-деформационное состояние горных пород при анализе сигналов акустической эмиссии.
проведены эксперименты, результаты которых позволяют диагностировать напряженно-деформационное состояние призабойной зоны при проведении физического воздействия.
Обоснованность и достоверность результатов работы подтверждаются
использованием обоснованных и физически аргументированных математических методов Монте-Карло.
Полученные результаты базируются на использовании успешно апробированных методов экспериментального моделирования.
Тестированием программно-измерительного комплекса в лабораторных и промысловых испытаниях.
Соответствием результатов экспериментальных измерений с данными исследований проведенных с помощью стандартной геофизической аппаратуры
На защиту выносятся следующие положения:
-
Имитационные математические модели распространения упругих волн в насыщенных пористых средах с учетом их микросейсмической активности, позволяющие выявить оптимальные частоты воздействия на нефтеносный пласт и площадь эффективного охвата пласта от параметров микросейсмической активности;
-
сконструированная экспериментальная установка, позволяющая проводить физическое моделирование и исследования напряженно деформированного состояния горных пород;
-
методику приготовления искусственных кернов с заданными прочностно-фильтрационными свойствами, которая может быть использована при изу-
чении динамики акустической эмиссии и различных фильтрационных процессов.
-
программные комплексы «Сигнал» и «Кореллинт» для аналогово-цифрового преобразования, визуализаций и цифровой обработки сигналов, для анализа сигналов нелинейной динамической системы;
-
приборно-измерительный комплекс и методику измерения сигналов акустической эмиссии по колонне скважины;
Практическая ценность. Разработанные имитационные модели позволяют изучать пространственно-энергетическое распределение поля упругих волн в насыщенных пористых средах с учетом микросейсмической активности пласта. Составленная методика приготовления искусственных кернов с заданными прочностно-фильтрационными свойствами, может быть использована при изучении динамики акустической эмиссии и различных фильтрационных процессов. Разработанный программно-измерительный комплекс, позволяет проводить компьютерный мониторинг технологических процессов нефтедобычи, определять и оптимизировать режим воздействия упругими колебаниями на продуктивные пласты, а также диагностировать процесс бурения, определять приближения бурового инструмента к зонам повышенного трещинооб-разования и зонам с аномально высоким давлением флюидов в пластах. Результаты работы могут быть использованы при краткосрочном контроле и профилактике землетрясений, проявлений вредных техногенных воздействий, оползней, разрушений масштабных сооружений и т.д.
Разработанный программно-измерительный комплекс применяется в промысловых исследованиях и стендовых испытаниях различного оборудования научно-производственного предприятия «Ойл-Инжиниринг», а также в научной лаборатории насыщенных горных пород Башкирского государственного педагогического университета.
Апробация работы. Результаты исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях и научных школах: Уральская региональная научно-практическая конференция. (Уфа, 2003), Региональная школа-
конференция (Уфа, 2003), Региональная школа - конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике и физике (Уфа, 2004), Всероссийская научно- теоретическая конференция "ЭВТ в обучении и моделировании" (Бирск, 2003-2004), Международная конференция «Фундаментальные проблемы разработки нефтегазовых месторождений, добычи и транспортировки углеводородного сырья» (Москва, 2004), V региональный семинар-совещание по физике (Уфа, БГПУ, 2005), V региональная школа конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике и физике (Уфа, 2005), Международная уфимская зимняя школа-конференция по математике и физике с участием студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2005),. VI Региональное совещание по физике - семинар (Уфа, БГУ, 2006), Материалы вневузовской молодежной научно-практической конференции. (Уфа, БГПУ, 2007).
Публикации. По материалу диссертации опубликована 21 работа, в том числе 9 статей и 1 учебно-методическое пособие.
Структура и объем работы. Работа изложена на 170 страницах текста, включает 78 рисунков и состоит из введения, четырех глав, выводов, приложения и списка цитируемой литературы.
