Введение к работе
Актуальность темы. В условиях ухудшения структуры запасов основных месторождений нефтяной отрасли, все большее значение приобретает разработка и внедрение новых и высокоэффективных технологических решений извлечения нефти из низкопродуктивных пластов, приуроченных к карбонатным коллекторам. Наибольшее распространение на промыслах получили солянокислотные технологии и их модификации. Повышение эффективности кислотных обработок в многопластовых коллекторах достигается применением селективной кислотной обработки скважины, т.е. направленным воздействием кислотных растворов на целевой пропласток. Для большей глубины воздействия на карбонатный коллектор в последнее время широко применяются большеобъемные селективные кислотные обработки (БСКО).
В соответствие с современными требованиями, расчет прогнозных показателей при проектировании БСКО должен базироваться на моделях основных физико-химических процессов с реализацией в виде программного продукта. Для скважин с неоднородным профилем проницаемости задача размещения кислоты по целевым пропласткам не может быть корректно решена без численного моделирования. Кроме того, численные симуляторы позволяют решать задачу технико-экономической оптимизации процесса обработки, моделируя варианты дизайна обработки с различными объемами, стадийностью рабочих жидкостей и исходными экономическими сценариями. При проектировании дизайна БСКО необходимо обоснованно рассчитывать скорость закачки реагентов, объем кислотного состава, объем отклонителя, количество циклов закачки рабочей жидкости, количество отклоняющих стадий, объем закачиваемой жидкости на каждом этапе и т.д. для прогноза продуктивности скважины после обработки и оценки ожидаемой прибыли за счет проведения кислотной обработки.
Должным образом спроектированные и осуществленные кислотные стимуляции позволяют повысить производительность нефтяных и газовых скважин. Успех этих обработок зависит в значительной степени от правильного выбора кислотного состава и оптимального проекта обработки. Это может быть достигнуто только при хорошем понимании фундаментальных принципов кислотной обработки.
Поэтому теоретическое изучение некоторых особенностей движения кислотных растворов и нелинейно-вязких отклонителей и их распределение между разнопроницаемыми пропластками карбонатного коллектора является актуальным направлением, которое поможет точнее прогнозировать оптимальные технологические параметры БСКО.
Разработка программного комплекса, позволяющего автоматизировать процессы планирования большеобъемной селективной кислотной обработки с применением отклоняющих нелинейно-вязких жидкостей также является актуальной задачей.
Целью настоящей работы является разработка математической модели процесса кислотного растворения слоисто-неоднородных карбонатных коллекторов с применением отклоняющих нелинейно-вязких жидкостей, изучение параметров, влияющих на улучшение фильтрационно-емкостных свойств коллектора, а так же поиск их оптимальных значений для обеспечения максимальной эффективности БСКО.
Основные задачи:
-
Разработка математической модели процесса кислотного растворения карбонатной породы на основе физико-химического моделирования в масштабе керна.
-
Разработка математической модели кислотной обработки слоисто-неоднородного карбонатного пласта с применением отклонителей на основе нелинейно-вязких жидкостей для прогнозирования конечного распределения объемов закачиваемых реагентов между пропластками.
-
Исследование влияния скорости и объема закачки кислотного реагента, объема отклонителя на степень выравнивания профиля притока и эффективность БСКО; определение оптимальной скорости закачки и объемов реагентов для каждой стадии обработки; расчет оптимального соотношения объемов отклонителя и кислотного состава. Определение количества отклоняющих стадий, распределение стадий БСКО относительно общего объема кислотного состава.
-
Разработка алгоритмов, позволяющих оптимизировать дизайн кислотных обработок скважин с применением отклонителей на основе нелинейно-вязких жидкостей и обеспечить максимальную эффективность обработки.
Методы исследования:
Комплексный подход к решению задач, основанный на использовании современных методов физико-химического и математического моделирования. Компьютерные программы, реализующие численные методы решения уравнений математических моделей, созданы на надежных алгоритмах и тщательным образом тестированы путем сравнения с аналитическими решениями и экспериментальными данными.
Научная новизна.
-
Разработана математическая модель процесса кислотного растворения карбонатной породы в масштабе керна с учетом суффозии. По результатам экспериментальных исследований идентифицированы параметры модели.
-
Разработана математическая модель кислотной обработки слоисто-неоднородного карбонатного пласта с применением отклонителей на основе нелинейно-вязких жидкостей. Модель учитывает осаждение нерастворимых твердых частиц в поровых каналах. Получены аналитические решения линеаризованной задачи для однородного пласта.
-
Показано, что существует оптимальная скорость закачки кислотного реагента для достижения максимального прироста дебита жидкости при условии максимального выравнивания профиля притока после обработки. Выработаны критерии для определения "оптимального" соотношения объемов кислоты и отклонителя, и методики расчета распределения стадий БСКО относительно общего объема кислотного состава.
-
Разработаны алгоритмы, позволяющие оптимизировать дизайн кислотных обработок скважин с применением вязких жидкостей – отклонителей и обеспечить максимальную эффективность обработки.
Практическая ценность. Результаты, полученные в диссертации, могут быть использованы при проектировании дизайна кислотных обработок карбонатных коллекторов с применением отклонителей на основе нелинейно-вязких жидкостей. Задачи, поставленные в работе, выполнялись в рамках реальных проектных работ в ООО «РН-УфаНИПИнефть». Разработанные математические модели, соответствующие численные алгоритмы заложены в программный модуль «Симулятор БСКО», используемый для проектирования оптимального дизайна БСКО. Программный модуль «Симулятор БСКО» прошел апробацию на месторождениях ОАО «НК «Роснефть» и в настоящее время внедряется в корпоративный программный комплекс «Геология и добыча» («ГиД»).
Достоверность полученных результатов подтверждается использованием классических подходов к анализу процессов физико-химической и подземной гидродинамики, химических закономерностей взаимодействия карбонатов с соляной кислотой, использованием основных принципов механики многофазных сред. Обоснованность результатов обеспечивается сходимостью и точностью численных схем, сопоставлением тестовых расчетов с аналитическим решением, качественным и количественным совпадением теоретических результатов с экспериментальными данными, и с результатами промысловых измерений. Полученные результаты не противоречат физическому смыслу при закладывании в расчет исходных данных в диапазоне практических величин.
На защиту выносится:
-
Математическая модель кислотной обработки слоисто-неоднородного карбонатного пласта с применением отклонителей на основе нелинейно-вязких жидкостей для прогнозирования конечного распределения объемов закачиваемых реагентов между пропластками.
-
Методики расчета оптимальных значений определяющих параметров БСКО, обеспечивающих максимальную эффективность кислотной обработки слоисто-неоднородного карбонатного коллектора.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научной конференции «Мавлютовские чтения», 2008, 2010 гг., Уфа; XVII-ой Международной конференции «Математика. Компьютер. Образование», 2010г, Дубна; III Кустовой научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «НК «Роснефть», 2010г, Самара; научно-практических конференциях «Математическое моделирование и компьютерные технологии в разработке месторождений», 2008, 2010 гг., Уфа; V Всероссийской научно-практической конференции «Нефтепромысловая химия», 2010г, Москва; V Межрегиональной научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «НК «Роснефть», 2010г, Москва; V Всероссийской научно-практической конференции «Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа», 2010г, Томск; семинарах по НИР в КНТЦ ОАО «НК «Роснефть», 2008-2010 гг. (руководитель д-р тех. наук, проф. Хасанов М. М.)
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 12 научных работах, в том числе 4 – в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ. Все результаты, выносимые на защиту, получены лично автором.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 138 страницах, содержит введение, четыре главы, заключение, 3 таблицы, 45 иллюстраций и список литературы, который включает 131 наименование.
Похожие диссертации на Математическое моделирование кислотных обработок скважин в слоисто-неоднородных карбонатных коллекторах
