Введение к работе
Актуальность темы. Важнейшей задачей нефтяной и газовой промышленности на современном этапе является повышение эффективности добычи нефти, газа и конденсата, увеличение степени их извлечения из пластов. В этой связи особое значение приобретает знание поведения под действием внешних сил насыщенных жидкостью пористых сред, каковыми являются породы-коллекторы и большая часть разбуриваемых горных пород. В процессе бурения изменяется состояние и структура пластов в окрестности скважин. От этих изменений в дальнейшем будет во многом зависеть эффективность извлечения пластовых флюидов.
Не менее ватной задачей является и повышение скорости строительства скважин, обеспечивавшее уменьшение стоимости работ по введению месторождений в эксплуатацию. При решения задач, связанных с разрушением горных пород забоя скважины при бурении, обычно не учитывалось влияние жидкости на напряженное состояние приза-бойной зоны. Учет этого влияния позволяет приблизить модель рассматриваемого процесса к реальным условиям.
Поэтому является актуальным рассмотрение пористой среды, насыщенной жидкостью, как двухфазной, построение соответствующей математической модели и разработка эффективных алгоритмов для исследования такой двухфазной системы при изменении условий на ее границах. Бри этом важное значение приобретает создание пакета прикладных программ для ЭВМ, реализующих разработанные алгоритмы.
Выполненная диссертационная работа соответствует комплексной программе по повышению извлечения нефти на 1986-1990 годы и на период до 2000 года, общесоюзной научно-технической программе ГКНТ. Госплана СССР и Президиума АН СССР.
Целью работы является численное и аналитическое исследование динамики двухфазных систем жидкость-твердый скелет, которые моделируют насыщенные сжинаемой зидкостью деформируемые горные породы применительно к задачам, возникающим при строительстве скважин: создание эффективных алгоритмов расчета и прикладных программ, реализующих эти алгоритмы.
Методика исследования. На основе системы уравнений динамики
многофазных сред строится модель поведения под действием приложенных сил малого элемента двухфазной среды. состоящеЛ из твердого скелета и жидкости, заполняющей поры скелета. Указанная модель для осесимметричного случая реализуется в виде численных алгоритмов и программ для ПЭВМ с использованием метода конечны* элементов.
Научная новизна. Построена инкрементальная модель насыщенно{ жидкостью пористой среды налой проницаемости.
Поставлены и решены радиально-симметричная и осесиммэтрична$ задачи по определению гидродинамических характеристик и напряженного состояния насыщенных жидкостью пористых сред с помощью специально разработанішх алгоритмов расчета на основе предложение* двухфазной модели.
Показано, что дилатансионные изменения объема горных nopoj могут происходить не только за счет возможных пластическш свойств твердой фазы, но и вследствие возникновения микротредин і результате действия предельных растягивающих напряжений в твердої скелете породы, вызванных повышением давления поровой жидкости.
Исследованы поля напряжений, возникающие в насыщенной жидкостью пористой среде под воздействием приложенных сил и проведено их сравнение с полями напряжений, возникающими под воздействием аналогичных сил в пористой среде, не содержащей жидкости.
> Разработан способ регулирования процесса бурения^ котораї признан изобретением.
Практическая ценность. Разработано программное обеспечение, реализующее предложенную двухфазную модель насыщенной жидкость] пористой среды и позволяющее учитывать при расчетах неоднород ность свойств и структуры среды, геометрию рассматриваемой облас ти и свойства жидкости, насыщающей пористую среду.
Численным расчетон получены графики изменения пористост околосквахинной зоны при воздействии на стенки скважины в процес се бурения гидродинамического давления различной величины дл различных пород и насыщающих -их жидкостей, что позволяет дат рекомендации по выбору допустимых скоростей колонн при спуско подъемных операциях.
Получены поля распределения напряжений в области пористо среды под распределенной осесимметричной силой для сред, насыщен ных различными жидкостями и не содержащими жидкости, а также по
/
ля давления поровой жидкости и распределения пористости после приложения силы для насыщенных жидкостью сред при различных начальных значениях пористости.
Разработанный способ регулирования процесса бурения позволяет интенсифицировать процесс бурения сквахпн за счет повышения механической скорости бурения.
На залиту выносятся: I) построенная математическая модель насыщенной жидкостью пористой среды малой проницаемости; 2) алгоритм расчета параметров двухфазной среды малой проницаемости, состоящей из твердого скелета и жидкости, заполняющей поры скелета, при изменении условий на ее границах, основанный на указанной модели: 3) результаты численных исследований воздействия гидродинамического давления на стенки скважины, сложенные из насыщенной зидкостью пористой среды: 4) результаты численного исследования воздействия гидродинамического давления и механической нагрузки на поверхность забоя, сложенного из насыщенной жидкостью пористой среды или пористой среды, не сояерзацей хнякости: 5) результаты исследований влияния свойств буровой хидкости, забойного давления яа процесс образования частиц шлама.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всесоюзной конференции "Механика горных пород при бурении" в г.Грозном /1988 г./, на научных семинарах кафедры нефтегазовой и подземной гидромеханики НІЇНГ им. И.Ц.Губкина /І938-І990 г. г. /', на научном семинаре лаборатории гидромеханики Института проблем нефти и газа АН СССР, на кафедре бурения нефтяных и газовых сквахин МИКГ им. V.. Н.Губкина.
Структура и объем работы. Диссертация состоят из введения, четырех глав, приложения, списка литературы из 112 наименований. Общий объем работы - 157 страниц машинописного текста.