Введение к работе
Актуальность проблемы. Технологии активного воздействия на пласт с целью интенсификации извлечения углеводородов известны еще с первой половины столетия. Важнейшим среди этих методов, как известно, стало поддержание пластового давления путем закачки воды. В последние десятилетия появилось много других технологий воздействия на нефтяные и газоконденсатные залежи путем закачки различных агентов. Эти технологии весьма капиталоемки и требуют тщательного обоснования их применимости для каждого конкретного месторождения. Следовательно, возникает необходимость достоверного прогноза показателей разработки при реализации того или иного проекта.
Процессы заводнения и закачки различных агентов - это многофазные процессы в пористых средах. Поэтому моделирование многофазной фильтрации с целью определения эффективности того или иного подхода или технологии разработки является весьма насущной задачей. Вначале наибольшее развитие получило математическое и экспериментальное моделирование. Сейчас с появлением мощных персональных компьютеров все более активную роль играет численное моделхгрование. Имеется возможность использовать алгоритмы, о реализации которых нельзя было и думать до этого. Персональные компьютеры дали также необходимые средства визуализации, без которых не всегда возможно правильно оценить полученный результат. Поэтому в настоящее время использование численного моделирования является наиболее эффективным способом прогнозирования процессов многофазной фильтрации.
Хотя численные методы начали развиваться задолго до появления компьютеров, существует немало теоретических проблем при их применении. Все эти проблемы можно разбить на 3 основные категории — устойчивость, быстродействие и точность. Даже широко рекламируемые коммерческие программы не гарантируют, что пользователь не встретится с одной из трех вышеухазанных проблем. Поэтому очевидна необходимость совершен-
сгвования существующих и создания новых численных методов для моделирования многофазной фильтрации в пористой среде.
Актуальность рассматриваемых в диссертации исследований в практическом плане объясняется, в частности, появлением в последние, годы проблемы освоения водоплавающих залежей газа с малыми этажами газоносности. Такие месторождения в Тюменской области пока не разрабатываются. А что касается месторождений-гигантов, то они в ближайшем будущем, вследствие активного поступления подошвенной воды, тоже превратятся в водоплавающие залежи с малыми этажами газоносности.
Цель работы. Создать новый численный метод повышенной точности и производительности для моделирования многомерных двухфазных фильтрационных течений в пористой среде.
Исследовать с помощью численных экспериментов влияние характера латеральной анизотропии на показатели разработки нефтяных месторождений.
Применить предлагаемый метод для обоснования новой технологии разработки водоплавающих газовых залежей с малым этажом газоносности.
Методы решения поставленных задач. Задача конструирования численного метода решалась посредством аналитического анализа аппроксимации и устойчивости численного решения задачи двухфазной фильтрации, а также созданием соответствующей программы для ЭВМ с целью экспериментальной проверки предлагаемого алгоритма. При этом автор основывался на современных идеях вычислительной математики.
Задачи исследования влияния анизотропии и обоснования технологии разработки тонких водоплавающих залежей решались путем постановки соответствующих численных экспериментов.
Научная новизна. Предложен новый численный метод для решения многомерных двухфазных задач теории фильтрации. Для построенного численного метода исследована аппроксимация и устойчивость в многомерном случае, что позволило сделать вывод о его применимости для решения задач двухфазной фильтрации.
Выявлено большое влияние анизотропии пласта на коэффициенты конечной нефте- н конденсатоотдачи. При корректном и некорректном учете анизотропии эти коэффициенты могут отличаться в 10 и более раз. На основе исследования различных сеток скважин при заводнении анизотропного пласта получен вывод о целесообразности деформирования пятиточечного элемента разработки. При этом известные семи- и девятиточечные элементы в анизотропных коллекторах могут быть неэффективными с точки зрения преждевременного обводнения части скважин.
Обоснована возможность и эффективность разработки водоплавающих залежей с малым этажом газоносности системой горизонтальных скважин при новом режиме их эксплуатации — режиме заданного газоводяного фактора. Такой режим позволяет значительно увеличить дебиты по газу и коэффициент конечной газоотдачи по сравнению с известным режимом предельных безводных дебитоз.
Практнчесісая значимость работы. Создан программный комплекс по моделированию трехмерной двухфазной фильтрации в пористой среде, который позволяет значительно уменьшить числеь-пую диффузию и эффект ориентации сеток, что весьма положительно сказывается на точности прогнозирования показателей разработки.
Для заводнения залежей с сильной латеральной анизотропией продемонстрирован механизм поиска оптимальной сетки размещения скважин.
Предложенная технология разработки газовых залежей с малым этажом газоносности позволит освоить запасы, ранее считавшиеся неперспективными, а также увеличить конечный коэффициент газоотдачи залежей, находящихся на поздней стадии эксплуатации.
Внедрение результатов исследований. Созданный программный комплекс был использован при составлении совместно с ВНИПИМорнефтегаз Проекта разработки Штокмановского газоконденсатного месторождения (1995 г.).
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на следующих научных конференциях: - 8th European conference on IOR, Vienna, 15-17 May, 1995.
Workshop on Parameter Identification and Inverse Problems in Hydrology, Geology and Ecology, Karlsruhe, April 10-12, 1995.
XLVI Berg- und Huttenmannischer Tag, Freiberg, 14-17 Juni 1995.
- Проблемы разработки газовых и газоконденсатних месторождений.
Москва, 12-15 ноября, 1996.
- XIV Губкинские чтения "Развитие идей И.М. Губкина в теории и практи
ке нефтегазового дела". Москва, 15-17 октября, 1996.
- 5th European Conference on the Mathematics of Oil Recovery, Leoben,
Austria, 3-6 Sept., 1996.
Публикации. По результатам диссертационной работы сделано 11 публикаций, в том числе 1 статья без соавторов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введення, пяти глав и заключения. Общий объем работы составляет 153 страницы, в том числе 16 таблиц, 55 рисунков и списка литературы из 121 наименования.
Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю, профессору С.Н. Закирову, профессору Ф. Хэфнеру из Фрайбергского технического университета, канд. техн. наук Б.М. Палагни-ку, а также сотрудникам лаборатории газонефтеконденсатоотдачи ИПНГ РАН за помощь в работе и ценное обсуждение результатов исследований.
Автор признателен руководству РАО "Газпром", АО "Росшельф" и ВНИПИМорнефтегаза за предоставленные возможности практической реализации результатов исследований, а также канд. геол.-мин. наук И.И. Хведчуку, докт. техн. наук Л.Г. Кульпину, канд. техн. наук П.А. Герешу и канд. техн. наук СЕ. Ершову за плодотворное сотрудничество при выполнении прикладных исследований.
