Содержание к диссертации
Введение
2. Тепловое поле призабойной зоны нагнетательной скважины трещиноватого пласта 10
2.1. Изменение температурі в нагнетательной скважине 10
2.2. Особенности изменения теплового поля трещиноватого пласта при заводнении 26
2.3. Перераспределение температурі в блоках горной породы трещиноватого пласта при фильтрации в нем жидкости 28
2.4. Изменение температури в призабойной зоне гидро динамически несовершенной нагнетательной сква жины трещиноватого пласта . 42
3. Влияние теплового поля призабойной зоны нагнетатель ной скважины на проницаемость трещиноватой среды и вязкость фильтрующейся воды 63
3.1. Изменение вязкости нагнетаемой воды от температуры 63
3.2. Влияние изменения температуры на проницаемость трещиноватой среды 78
4. Стационарная неизотермическая фильтрация нагнетаемой воды в трещиноватом ішасте 91
4.1. Неизотермическая фильтрация в деформируемом трещиноватом пласте при нагнетании воды через несовершенную по степени вскрытия скважину 91
4.2. Влияние изменяющихся с температурой фильтра -ционных параметров трещиноватого пласта на производительность нагнетательной скважины 109
4.3. Неизотермическая фильтрация воды в неоднородном деформируемом трещиноватом пласте 116
5. Методические разработки с учетом неизотермических условий фильтрации нагнетаемой воды в трещиноватом пласте 130
5.1. Определение гидродинамических параметров пласта по результатам исследований нагнетательных скважин на установившихся режимах 130
5.2. Исследование влияния неизотермических условий фильтрации нагнетаемой воды на основные показатели заводнения нефтяных залежей в трещиноватых пластах 137
5.3. Влияние неизотермических условий фильтрации нагнетаемой воды на дебит добывающих скважин 153
5.4. Результаты применения методических разработок с учетом неизотермических условий фильтрации нагнетаемой воды в трещиноватом пласте 167
Основные выводы и рекомендации 177
Литература 179
Приложения 193
- Особенности изменения теплового поля трещиноватого пласта при заводнении
- Влияние изменения температуры на проницаемость трещиноватой среды
- Влияние изменяющихся с температурой фильтра -ционных параметров трещиноватого пласта на производительность нагнетательной скважины
- Исследование влияния неизотермических условий фильтрации нагнетаемой воды на основные показатели заводнения нефтяных залежей в трещиноватых пластах
Введение к работе
Перед советскими нефтяниками в текущей пятилетке стоит ответственная задача - обеспечить добычу нефти в объеме 620 - 645 млн.тонн. Достижение такого высокого уровня добычи нефти будет осуществляться как за счет ввода в эксплуатацию новых, так и за счет совершенствования процесса разработки действующих месторождений. При этом особое значение придается применению новой прогрессивной техники и технологии добычи нефти.
Перспектива развития нефтедобывающей промышленности в определенной мере связана с освоением глубокозалегающих нефтяных залежей в некоторых районах страны _32j . В ряде случаев ІЧИАССР, Белоруссия и др.) такие залежи приурочены к трещиноватым коллекторам и находятся в условиях аномально высоких давлений и температур. В настоящее время месторождения с аномальными термогидродинамическими пластовыми условиями и наличием явно выраженной третино ватости открыты и в Западной Сибири, являющейся одним из ведущих нефтедобывающих районов страны.
Имеющийся опыт показывает, что одна из причин особенностей разработки таких залежей обусловлена влиянием указанной аномальности на фильтрацию жидкости. Известно, что при изменении пластового давления в процессе эксплуатации залежей в трещиноватых коллекторах может происходить обратимая или необратимая деформация горной породы, которая оказывает влияние на изменение фильтрационных параметров пласта, что, в свою очередь, отражается на производительности скважин, и, в конечном счете, на основных технико-экономических показателях разработки месторождения. Эти вопросы достаточно хорошо изучены в настоящее время [р,13,14,41,42,45,46, 54,59,64,68-70,74-76,79-81,85,87,89,130,131,138] .
Влияние теплового поля трещиноватого пласта на его кол лекторские свойства исследовано мало, хотя данный фактор имеет не менее важное значение. Основная добыча нефти страны осуществляется на месторождениях с применением наводнения. Закачка больших масс воды с температурой отличной от пластовой приводит к изменению, особенно для трещиноватых пластов, начальной термодинамической обстановки и ее влиянию на коллекторские свойства пласта и фильтрующейся жидкости, а следовательно и работу добывающих и нагнетательных скважин. При таких условиях фильтрационные параметры пласта и насыщающей жидкости следует рассматривать как не только давления, но и температуры, а фильтрацию нагнетаемой воды при неизотермических условиях.
Определение совместного влияния изменения давления и температуры на коллекторские свойства пласта весьма важно для повышения качества информативности промысловых исследований, контроля и регулирования процесса разработки месторождения.
Совершенствование разработки нефтяных месторождений неразрывно связано с интенсификацией системы заводнения. В связи с этим изучение особенностей неизотермической фильтрации нагнетаемой воды и их влияния на основные показатели заводнения имеет важное значение для повышения технико-экономической эффективности разработки месторождения.
Целью диссертационной работы является совершенствование методов гидродинамических расчетов заводнения нефтяных залежей при неизотермических условиях фильтрации нагнетаемой воды с учетом особенностей процессов тешгомассоперекоса в трещиноватых средах.
Основными задачами исследования диссертационной работы являются изучение изменения теплового поля в призабойной зоне несовершенной нагнетательной скважины трещиноватого пласта и его влияния на фильтрационные характеристики трещиноватой среды и насыщающей жидкости; исследование процесса установившейся неизотерми - 6 ческой фильтрации воды в трещиноватом пласте, нагнетаемой через несовершенную по степени вскрытия скважину; совершенствование методики обработки результатов гидродинамических исследований несовершенных нагнетательных скважин путем учета неизотермических условий фильтрации закачиваемой воды; исследование степени влияния неизотермических условий фильтрации нагнетаемой воды на повышение эффективности системы заводнения и в связи с этим совершенствование методов гидродинамических расчетов при проектировании заводнения нефтяных залежей в трещиноватых коллекторах.
Основные положения диссертационной работы приняты при изучении, проектировании, контроле и регулировании процесса разработки верхнемеловых залежей нефти ЧИАССР и отражены в научно-исследовательских отчетах СевКавНЙПЙнейти.
В представленной работе исследовано тепловое поле призабой-ной зоны несовершенной по степени вскрытия нагнетательной скважины трещиноватого пласта. Теоретическому и экспериментальному изучению теплового поля пористых насыщенных жидкостью пластов посвящены работы А.А.Аббасова, Н.А.Авдонина, И.К.Волкова, А.Б.Золотухина, А.К.Колосовской, У.П.Куванышева, Г.Е.Малофеева, Н.Н.Непри-мерова, Н.А.Пудовкина, И.А.Чарного, Э.Б.Чекалюка, А.Б.Шейнмана, Ч.Волека, В.Даудла, В.Коба, Х.Ловерье, Дж.Чепелера и других отечественных и зарубежных исследователей. Тепловое поле трещиноватого коллектора изучено мало _55,30,82,10з] • Механизм изменения температуры в трещиноватых средах весьма сложный в силу особенностей фильтрации жидкости, обусловленных строением рассматриваемых коллекторов. Трещиноватый пласт состоит из системы трещин, разделенных между собой блоками горной породы. Трещины являются путями фильтрации жидкости. Скорости фильтрации в таких пластах гораздо выше, чем в пористых, фильтрация жидкости происходит с нарушением линейного закона Дарси [23,75,79-81,85] . Трещинова - 7 тые пласты часто имеют значительную толщину. Приуроченные к ним залежи разрабатываются гидродинамически несовершенными по степени вскрытия пласта скважинами, что отражается на характере процесса фильтрации [j7,19,22,23 J . Нарушение теплового поля продуктивного пласта происходит преимущественно вследствие фильтрации закачиваемой жидкости с температурой отличной от пластовой. Факторы, оказывающие влияние на процесс фильтрации, будут сказываться и на изменении температуры рассматриваемых коллекторов.
Изменение температуры в трещиноватом пласте происходит в основном за счет конвективного переноса тепла и теплообмена между движущейся по трещинам жидкостью и блоками. При этом, как показали исследования, теплообмен между фильтрующейся по трещинам водой и блоками горной породы в процессе длительного нагнетания (что имеет место на практике) можно считать установившимся, подчиняющимся закону Ньютона. Воспользовавшись представлением трещиноватой среды как системы двух вложенных друг в друга разномасштабных сред и учитывая рассмотренные выше особенности тепломассопереноса, получено уравнение распределения температуры в призабойной зоне нагнетательной скважины, частично вскрывшей трещиноватый пласт. Анализ полученного решения показал, что изменение температуры в призабойной зоне нагнетательной скважины трещиноватого пласта происходит гораздо, интенсивнее, чем в пористом, что не может не отразиться на фильтрационных параметрах пласта и насыщающей жидкости.
Из экспериментальных исследований [р,31,36,37,61 ] известно, что вязкость воды изменяется от температуры и практически не зависит от давления. Используя результаты этих работ, получена зависимость вязкости воды от температуры, анализ которой показал, что характер изменения температуры непосредственным образом сказывается на изменении вязкости фильтрующейся воды. Влияние нарушения начального теплового поля на проницаемость изучалось на модели трещиноватой среды со свойствами, близкими горным породам, слагающим продуктивные пласты. Установлено, что проницаемость трещиноватой среды зависит от температуры, изменение проницаемости от температуры носит обратимый характер. Исследование совместного влияния давления и температуры на проницаемость показали, что большее влияние оказывает температура. Изменение проницаемости трещиноватой среды и вязкости нагнетаемой воды при нарушении начальной термодинамической обстановки пласта обуславливают неизотермические условия фильтрации.
Исследованию изотермической фильтрации жидкости в трещиноватых пластах посвящены работы Э.А.Авакян, Г.И.Баренблатта, А.Т.Горбунова, К.М.Донцова, Ю.П.Желтова, С.Г.Каменецкого, Д.Н.Кузьмичева, Н.П.Лебединца, В.Н.Майдебора, Л.Г.Баказной, В.Н.Николаевского, Э.В.Соколовского, К.Х.Таташева, Н.Баутона, Ч.Брэйстера, П.рута, Дк.Уоррена и других авторов. Неизотермическая фильтрация исследована мало. Учитывая полученные результаты, приведенные выше, особенности фильтрации жидкости в трещиноватых средах и используя теорию обобщенного одномерного потока решены задачи о неизотермической фильтрации воды, нагнетаемой через несовершенную по степени вскрытия скважину, в однородном и неоднородном деформируемом трещиноватом пласте. Получены зависимости для определения коэффициентов дополнительных фильтрационных сопротивлений, обусловленных гидродинамическим несовершенством нагнетательной скважины по степени вскрытия пласта, а также из-за неоднородности пласта. Установлено, что влияние теплового поля на фильтрационные параметры пласта и насыщающей жидкости существенно сказывается на увеличении эффективности работы нагнетательных скважин.
На основе полученных решений предложена методика обработки результатов гидродинамических исследований несовершенных по степе - 9 ни вскрытия нагнетательных скважин трещиноватого коллектора. Методика позволяет определить изменяющиеся от давления и температуры фильтрационные параметры пласта, коэффициенты дополнительных сопротивлений, обусловленных неполнотой вскрытия пласта скважиной, а также оценить состояние призабойной зоны. Проведены исследования влияния неизотермической фильтрации нагнетаемой воды на основные показатели заводнения, в результате чего усовершенствованы методы гидродинамических расчетов при проектировании заводнения нефтяных залежей в трещиноватых коллекторах.
Диссертационная работа выполнена в Северо-Кавказском государственном научно-исследовательском и проектном институте нефтяной промышленности. За оказанное внимание и поддержку автор глубоко признательна и благодарна научному руководителю доктору технических наук, профессору Э.В.Соколовскому. За консультации и помощь автор считает своим долгом поблагодарить доктора технических наук В.Н.Майдебора, кандидатов наук С.А.Саакова, К.Х.Тата-шева, С.йЛижова, а также коллектив лаборатории гидродинамических исследований СевКавНШИнефти, где была выполнена работа. Автор также благодарна за помощь при выполнении расчетов старшему научному сотруднику отдела математических методов ТюменНИИГипрогаза Л.Л.Глушковой.
Особенности изменения теплового поля трещиноватого пласта при заводнении
Необходимость в определении термодинамической обстановки в процессе разработки нефтяных месторождений, особенно при заводнении, закачке в пласт теплоносителей, привела к изучению не только изменения давления, но и температуры продуктивных пластов.
Теоретическому и экспериментальному изучению теплового поля пористых насыщенных жидкостью пластов посвящены работы А.А.Абба-сова, Н.А.Авдонина, И.К.Волкова, А.Б.Золотухина, Л.К.Колосовской, У.П.Куванышева, Г.Е.Малофеева, Н.Н.Непримерова, М.А.Пудовкина, И.А.Чарного, Э.Б.Чекалюка, А.Б.Шейнмана, Ч.Волека, В.Даудла, В.Коба, Х.Ловерье, Дж.Чепеллера и других отечественных и зарубежных исследователей. В связи с существенными математическими трудностями задача о тепловом поле нефтяного пласта при нагнетании в точной постановке не решена. Детальный анализ существующих решений приведен в работе [,93 J . В математическом отношении все решения были получены при тех или иных допущениях. Общими являются следую щие L93J :1. Коэффициент теплообмена между водой и скелетом пласта бесконечно велик.2. Теплофизические параметры жидкостей и гоных пород не зависят от температуры.3. Теплофизические характеристики жидкости, насыщающей пласт до начала нагнетания, совпадают с теплофизическими характеристиками закачиваемой жидкости.4. Нагнетание воды не приводит к изменению фазового состояния пластовых жидкостей.5. Вектор скорости фильтрации в любой точке пласта определяется свойствами фильтрующейся жидкости и среды, градиентом давления. Задача о нахождении температурного поля выделяется и может решаться отдельно.
Несмотря на приближения и допущения, полученные решения позволили качественно и количественно оценить изменение температуры в пористых средах при нарушении термодинамической обстановки и создать на основе этих решений ряд методов расчета тепловых полей при воздействии на пласт в процессе разработки нефтяного месторождения [27,56,67,92,94,115,116,118,125,134]. Проведенные экспериментальные исследования [125, 132, ІЗЗ] подтвердили правомерность созданных методов.
Тепловое поле трещиноватого коллектора изучено мало [55, 30, 82, ЮЗ] . Точного решения задачи о нахождении температуры трещиноватого пласта не получено. Механизм изменения температуры в трещиноватых средах весьма сложный в силу особенностей фильтрации жидкости, обусловленных строением рассматриваемых коллекторов. Трещиноватый пласт состоит из системы трещин, разделенных между собой блоками горной породы. Трещины являются путями фильтрации жидкости. Скорости фильтрации в таких пластах гораздо выше, чем в пористых; фильтрация жидкости происходит с нарушением линейного закона Дарси [23, 75, 79-81, 85] .
Изменение температуры в трещиноватом пласте будет происходить преимущественно за счет конвективного переноса тепла и теплообмена между движущейся по трещинам жидкостью и блоками. При этом нельзя принять допущение о мгновенном выравнивании температуры между закачиваемой жидкостью и скелетом трещиноватого пласта как в случае пористой среды. Определение теплового потока при теплообмене между жидкостью и блоками связано с преодолением существенных трудностей при решении задач о тепловом поле трещиноватого коллектора.
Трещиноватые пласты часто имеют значительную толщину. Приуроченные к ним залежи разрабатываются гидродинамически несовершенными по степени вскрытия пласта скважинами, что отражается на характере процесса фильтрации [l7, 19, 22, 23J. Так как нарушение теплового поля продуктивного пласта происходит преимущественно вследствие фильтрации закачиваемой жидкости, то, несомненно, факторы, оказывающие влияние на процесс фильтрации, будут сказываться и на изменении температуры рассматриваемых пластов. Таким образом, сложность в определении температурного поля трещиноватого коллектора обусловлена строением трещиноватой среды, неполнотой вскрытия массивных продуктивных отложений скважинами, и, в связи с этим, особенностями фильтрации жидкости.
Для оценки изменения температурного поля пласта при фильтрации в нем жидкости необходимо исследовать процесс перераспределения температуры между скелетом пласта и внедряющейся жидкостью.
При фильтрации жидкости в пористом пласте данный вопрос исследован в работе [ш] . Перераспределение температуры рассматривалось для двух случаев: I - жидкость мгновенно внедряется в пористую среду; 2 - теплообмен между потоком жидкости и скелетом пласта происходит при постоянной скорости фильтрации. Было установлено, что процесс выравнивания температуры между жидкостью и частицами породы, слагающей пласт, зависит не только от теплофизичес-ких свойств и разности температуры, но в большей степени от величины поверхности контакта жидкой и твердой фаз, и, следовательно, от размера зерен породы, составляющих скелет пласта _II8J . Так, в случае мгновенного внедрения жидкости в пористую среду при раз-мере частиц, которыми моделировался пласт, равном порядка 10 м перераспределение температуры происходит очень быстро и равно6,25 10 с, т.е. практически мгновенно. В случае фильтрации жидкости в пласте с постоянной скоростью перераспределение температуры между жидкой и твердой фазами происходит несколько медленнее, чем при мгновенном внедрении жидкости в пористую среду. В момент максимальной интенсивности теплообмена, соответствующий началу нагнетания жидкости в пласт, величина безразмерной температуры 3 равная У= (Т - в0) / (Тс - Є0) (TQ = const и Т - соответственно температура нагнетаемой жидкости на забое и в пласте; 90 -начальная температура пористой среды) , не превышает Ю 5 - ТО"3, т.е. температура фильтрующейся воды и скелета пласта различаются очень мало LII8J .
В трещиноватом пласте поверхность контакта жидкой и твердой фаз значительно меньше, чем в пористом. Размеры блоков трещиноватых сред изменяются от нескольких сантиметров до нескольких метров _80, 104 J , а размеры зерен пород, слагающих пористые пласты, равны в основном Ю"5 - 10 3 м \j39J . Если представить трещиноватую среду как "укрупненную" пористую, где роль "зерен" играют
Влияние изменения температуры на проницаемость трещиноватой среды
Исследование изменения коллекторских свойств пласта при нарушении термодинамической обстановки имеет существенное значение для расчетов процессов разработки месторождения. В работе QlIOj указывается на необходимость определения термоупругого запаса и проницаемости пласта при изменении температуры, особенно в приза-бойных зонах нагнетательных скважин. Немногочисленные исследования не позволяют судить о степени влияния изменения температуры на проницаемость пористой среды. Так, в работах [j4, 10, 72] учитывается изменение от температуры фазовой проницаемости, величина которой, как явствует из этих работ, зависит непосредственно от свойств насыщаюших пористый пласт жидкостей. Экспериментальными исследованиями [45, 90, 109] сделана попытка качественно оценить изменение проницаемости пористой среды от температуры, но каких-либо определенных выводов сделано не было.
Необходимо отметить работу [l39] , в которой впервые в нефтяной литературе приведены результаты экспериментальных исследо -ваний изменения относительной и абсолютной проницаемостей от температуры для пористых сред. Эксперименты выполнены на кернах песчаников Буаз и Береа при фильтрации через них воды. Результаты исследований представлены в виде графических зависимостей безразмерной проницаемости от температуры на рисунке ЗЛІ. Безразмерная проницаемость определяется отношением величин проницаемости при данной температуре к проницаемости при Т = 20С. Как видно из этих графиков, проницаемость плавно уменьшается с увеличением температуры, причем, при повышенных температурах (Т Ю0С) изменение проницаемости становится менее заметно. Как было выявлено, влияние температуры на проницаемость исследуемых песчаников носит обратимый характер (рис.3.11, кривая 3) . При проведении экспериментов давление оставалось неизменным. Анализируя полученные экспериментальные данные, авторы работы [_I39J сделали предположение о том, что изменение проницаемости от температуры происходит вследствие . "механического стресса", вызванного тепловым расширением зерен породы, за счет чего некоторые поровые каналы могут быть уплотнены.
Для трещиноватой среды, исходя из объемных соотношений, приближенная оценка изменения проницаемости ltT0 - проницаемость при начальной пластовой температуре TQ; Пгто - начальная трещиноватость; Ш - начальная водонасыщен-ность; Втп, Втв - коэффициенты теплового расширения, соответственно, породы и воды; дТ = TQ - Т, где Т - текущая температура пласта.
При расчетах по формуле (3.9) значения йтп берутся из справочников, например LI06J , где приведены теплофизические характеристики горных пород, однородных по минералогическому составу. Как известно, горные породы, слагающие продуктивные пласты нефтяных месторождений, литологически неоднородны, представляют собой агрегаты кристаллов, теплофизические свойства которых различны. Кроме того, влияние различных факторов на параметры, характеризующие коллекторские свойства пласта, необходимо определять непосредственно при фильтрации жидкости, вследствие которой происходит нарушение термодинамической обстановки пласта.
В настоящее время определить изменение проницаемости от температуры непосредственно по результатам промысловых исследований не представляется возможным. В связи с этим, влияние изменения температуры на проницаемость при фильтрации жидкости с температурой, существенно отличной от пластовой, изучалось экспериментально [l2IJ на модели трещиноватого пласта 80, 120j .
Модель трещиноватого пласта представляет собой набор из десяти последовательно соединенных секций, в каждой из которых моделируются элементы трещиноватой среда (рис.3.13) . Секция (рис. 3.13, I) представляет собой металлический цилиндр длиной 0,25 м, диаметром 0,152 м с толщиной стенки 0,0235 м. Для создания трещи фольги, которые заливались специальным раствором со свойствами близкими горным породам, слагающим продуктивные пласты. После отвердения раствора полоски фольги извлекались - образовывались элементы трещиноватой среды: микро- и макротрещины, каверны, резкие сужения и расширения, изменения направления течения жидкости, т.е. все те элементы, которыми характеризуется движение жидкости в трещиноватых коллекторах _80 j . Раскрытие трещин изменялось от 70 до 500 мкм, количество их в секции составляло от 3 до 7. Диаметр каверн изменялся от 500 до 1200 мкм, а их количество в секции - от 3 до 18. Секции устанавливались одна на другую, торцы модели жестко закреплялись металлическими опорами (рис.3.13, 2) .
Методика проведения опытов следующая. Модель вакуумировалась и заполнялась водой. Устанавливалась определенная температура (точность регулировки температуры ±0,5С), затем производилась прокачка воды, предварительно подогретой до температуры, равной температуре модели. Диапазон изменения температур составлял 20 -- 95С. Замеры осуществлялись через 20-25С дважды. По достижении 95С температура в той же последовательности уменьшалась до исходной. При обратном ходе замер производился один раз. Расходы жидкости и соответствующие перепады давления определялись при установившемся течении. Все остальные параметры, необходимые для расчета проницаемости (площадь фильтрации, длина модели, вязкость фильтрующейся жидкости в зависимости от температуры, определяемая по формуле (3.3)) были определены предварительно.
В таблице 3.2 приведены результаты эксперимента, по которым построена графическая зависимость изменения проницаемости \ от температуры (рис.3.12) . Из графика видно, что проницаемость трещиноватой среды в исследуемом диапазоне температур изменяется практически линейно. При этом значения проницаемости при прямом и обратном ходе отличаются незначительно, не более, чем на 3-5%.
Обработка экспериментальных данных показала, что влияние изменения температуры на проницаемость трещиноватой среды существенно. При изменении температуры на 20-40С проницаемость изменяется, соответственно, на 10-20%; при максимальном изменении температуры в исследуемом диапазоне проницаемость изменяется не более, чем на 30а/ по сравнению с начальной.
Полученная экспериментальная зависимость описывается уравнением:где 1сто - проницаемость при начальной температуре Т ;дТ = TQ - Т - разность между начальной и текущей температурами: при нагнетании горячей воды - д Т 0; при нагнетании холодной дТ 0; JiT - коэффициент, характеризующий изменение проницае -мости от температуры. По опытным данным 15 т = 4,25-10" С"1.
Сопоставление полученных результатов (рис.3.12) с данными работы [_I39j для пористой среды показало, что в качественном отношении характер изменения проницаемости от температуры одинаков. Но
Влияние изменяющихся с температурой фильтра -ционных параметров трещиноватого пласта на производительность нагнетательной скважины
С целью определения влияния изменяющихся с температурой фильтрационных параметров на производительность нагнетательной скважи ны рассмотрим процесс фильтрации жидкости при следующих условиях. Пусть движение нагнетаемой воды в деформируемом трещиноватом пласте происходит при неизотермических условиях. При этом только вязкость фильтрующейся воды изменяется с температурой. Проницаемость и параметр фильтрационных свойств трещиноватой среды будем считать зависящими только от давления. При данных условиях уравнения фильтрации и состояния будут иметь вид:a adp=r- - 07+ V1 (4.23) Как видно, уравнение (4.25) отличается от полученного ранее (4.9) линейным и нелинейным коэффициентами, учитывающими несовершенство скважины по степени вскрытия. Причем, коэффициент Срт в данном случае равен соответствующему нелинейному коэффициенту С9 в случае изотермической фильтрации согласно формуле (4.20) LI7J
Рассмотррім следующий случай. Пусть при неизотермической фильтрации нагнетаемой воды в деформируемом тренршоватом пласте про ницаемость и параметр фильтрационных свойств среды изменяются от температуры. Вязкость фильтрующейся воды постоянна. Тогда, закон фильтрации и уравнения состояния запишутся в виде: 4.1; рис.4.З, 4.4), показали следующее. При изменении от температуры только вязкости фильтрующейся воды величины коэффициентов Стт несколько выше, чем при учете изменения проницаемости от температуры при одинаковой степени вскрытия пласта Ь . С увеличением Ь величины Gym изменяются более интенсивно при Jt= JCT) , чем при 4с=КТ) (табл.4.5; рис.4.7, кривые 2,3). В обоих случаях значения линейных коэффициентов Cjm, учитывающих несовершенство скважины по степени вскрытия, больше величин Стт при одновременном учете вязкости и проницаемости изменяющихся с температурой (рис.4.7, кривая I), и меньше, чем при изотермической фильтрации (рис.4.7, кривая 4; табл.4.I). Несколько большие значения коэффициентов Стт при изменяющейся от температуры только вязкости по сравнению с величинами Cjm, учитывающими изменение только проницаемости, свидетельствует о том, что при неизотермических условиях фильтрации проницаемость оказывает большее влияние на снижение дополнительных сопротивлений, определяемых геометрией потока при искривленном течении l_I7 J .
Величины общих линейных фильтрационных сопротивлений А при учете зависимости только вязкости от температуры несколько ниже, чем при изменении только проницаемости (табл.4.5). С увеличением степени вскрытия пласта \ь от 0,1 до 0,8 при JJL= (Т) значения Ат возрастают интенсивнее (в б раз), чем при fc = KT) (в 4,5 раза). Происходит это вследствие того, что, с одной стороны, при увеличении степени вскрытия пласта происходит интенсивнее пере -распределение температуры, а, с другой - вязкость фильтрующейся воды сильнее изменяется с температурой, чем проницаемость трещиноватой среды, и, следовательно, влияние вязкости на величину общего линейного коэффициента фильтрационного сопротивления более значительно, чем проницаемости.
Величина нелинейного коэффициента С т, и, следовательно, ве личина общего нелинейного коэффициента фильтрационного сопротивления В при неизотермической фильтрации зависит от изменения параметра фильтрационных свойств трещиноватой среды от температуры С = J(T) . Сопоставление значений ( и Вт с соответствующими С и В при изотермической фильтрации приведено ранее (табл.4.I; рис. 4.4).
Большее влияние изменения вязкости воды, чем проницаемости и параметра фильтрационных свойств трещиноватой среды при неизотермической фильтрации подтверждается значениями рассчитанных коэффициентов приемистости (табл.4.6.)Таблица 4.6,Расчетные коэффициенты приемистости с учетом изменяющихся с температурой фильтрационных параметров
При условии Jbl=i(T) величины т больше, чем при ІС,С " (Т) при одном и том же вскрытии пласта. С увеличением степени вскрытия (г от 0,1 до 0,8 коэффициенты приемистости уве личиваются в б и 5 раз, соответственно при JL = $(1) и %, С =;f (Т). Наибольшие значения 2Т получаются при одновременном учете влияния температуры на все фильтрационные параметры1Л, J&, С = JCT). Даж при изменении либо только Jt= НТ) » либо только fo,C = ;f(T) величины коэффициентов приемистости больше, чем при изотермической фильтрации.
Как правило, продуктивные пласты нефтяных месторождений неоднородны. Наиболее сильно неоднородность сказывается на состоянии призабойной зоны скважины, на которое влияет попадание промывочного раствора в процессе бурения, отложение смол, парафинов при эксплуатации и другие причины, способствующие ухудшению кол-лекторских свойств пласта. Применение методов интенсификации притока, наоборот, способствует улучшению состояния призабойной зоны. И в том и в другом случаях фильтрационные свойства ее и удаленной части пласта различны. При фильтрации воды в неоднородном пласте с температурой отличной от пластовой на величину коллекторских свойств оказывает влияние изменение термодинамической обстановки.
Исследуем неизотермическую фильтрацию в неоднородном деформируемом трещиноватом пласте при нагнетании воды через несовершенную по степени вскрытия скважину б(Г] . Непосредственно в призабойной зоне скважины С4.ГГ фильтрационные параметры изменяются с расстоянием. В пределах каждой области 7».V"h л коллекторские свойства пласта преполагаются постоянными и определяются зависимостями б9І :
Исследование влияния неизотермических условий фильтрации нагнетаемой воды на основные показатели заводнения нефтяных залежей в трещиноватых пластах
В формулы (5.14), (5.15), (5.17), (5.18) и (5.21) входят интегралы, вычисление которых производится следующим образом. По зависимостям (4.14) и (4.14) определяются функции $л( ) и Зп( ). Функции.;,(» и Jo ( ) в формулах (5.14) и (5.15) определяются также зависимостями (4.14) и (4.15), но при \ = I. При этом необходимо предварительно рассчитать коэффициенты а и Ю зависимости (2,47). Для этого находится распределение температуры в призабой-ной зоне нагнетательной скважины в соответствии с формулой (2.43), затем производится ее аппроксимация зависимостью (2.47), в результате чего определяются указанные коэффициенты. Данные расчеты реализуются на ЭВМ ЕС 1020 по программе "Гамма" Приложения I. Затем по программе "Интеграл" Приложения I рассчитываются интегралы.
пластахПри проектировании и анализе процесса заводнения нефтяных месторождений важное значение имеет учет факторов, влияющих на фильтрацию нагнетаемой в пласт воды. В работах [її, 41, 42J показано, что нелинейность фильтрации закачиваемой воды, обуслов -ленная строением трещиноватых коллекторов, существенно сказывается на основных показателях заводнения: производительности нагнетательных скважин, их числе, суммарном объеме закачки. Как было выяснено в предыдущих главах, изменение термодинамической обета -новки пласта при нагнетании воды оказывает значительное влияние на ее фильтрацию. Очевидно, данный фактор необходимо учитывать при гидродинамических расчетах заводнения нефтяных залежей в трещиноватых пластах.
Производительность несовершенной по степени вскрытия пласта нагнетательной скважины при неизотермической фильтрации закачиваемой воды в деформируемом трещиноватом коллекторе определяется формулой здесь Сн - половина расстояния между скважинами в нагнетательном ряду.
Для оценки степени влияния неизотермических условий фильтрации закачиваемой воды на производительность нагнетательной скважины по формулам (5.23), (5.24) проведены расчеты, результаты которых сравнивались с соответствующими значениями расходов, определенных для условий изотермической фильтрации. По полученным данным построены графические зависимости (рис.5.2, 5.3), анализ которых показал следующее.
В условиях влияния теплового поля пласта на фильтрацию закачиваемой воды несовершенство нагнетательной скважины по степени вскрытия более существенно сказывается на ее производительности, чем при изотермической фильтрации. При увеличении относительного вскрытия 1г работающей толщины пласта от 0,1 до 0,8 в случае плоско-радиального потока расход нагнетаемой воды qT при неизотермической фильтрации в 1,5-2 раза больше расхода Q при изотермической фильтрации. В случае искривленного течения при таком же увеличении относительного вскрытия пласта h величины Q т в 2 -2,5 раза больше величин 0 (рис.5.2). Значительное повышение производительности нагнетательной скважины при неизотермической фильтрации закачиваемой воды по сравнению с изотермической обусловлено тем, что при увеличении вскрытия пласта возрастает охватпо его толщине заводнением, в связи с чем происходит интенсивное изменение температуры в призабойной зоне нагнетательной скважины, что, как выяснено в главах 3 и 4, непосредственно сказывается на фильтрационных свойствах трещиноватого коллектора.
Из нефтепромысловой практики известно, что в соответствии с технологией и технико-экономическими показателями разработки нефтяного месторождения не всегда возможно повысить производитель -ность скважин за счет увеличения степени вскрытия пласта. Одним из широко используемых технологических методов для увеличения расхода нагнетаемой воды является повышение давления нагнетания Р , т.е. репрессии ДРС на пласт. Анализ графических зависимостей изменения расхода закачиваемой воды при различных условиях фильтрации, степенях вскрытия пласта \ь и репрессиях APQ (рис.5,2) показал, что с возрастанием величины ДР0 производительность нагнетательной скважины увеличивается несколько интенсивнее при учете геометрии потока, обусловленной неполнотой вскрытия пласта скважиной, в условиях неизотермической фильтрации, чем при изотермической фильтрации. Несмотря на различный характер изменения, величины QT в 2 и более раз выше соответствующих значений 0 при одинаковом увеличении репрессии как в случае искривленного, так и в случае плоско-радиального течения.
При разработке нефтяных месторождений, приуроченных к трещиноватым коллекторам, на производительность скважин может оказывать влияние деформация пласта. Особенно проявление деформации ощутимо в процессе закачки воды в пласт при повышенных давлениях нагнетания. В этом случае производительность нагнетательных скважин увеличивается значительнее по сравнению с недеформируемым пластом при прочих равных условиях. На рисунке 5,5 представлены графические зависимости изменения производительности нагнетательной скважины для изотермических и неизотермических условий фильтрующейся воды в случае недеформируемого и деформируемого трещиноватых пластов при различных значениях репрессий д Рп. Анализ этих за-висимостей показал, что на величину расхода нагнетаемой воды с учетом неизотермической фильтрации деформация влияет в большей степени, чем на величину расхода в случае изотермической фильтрации. При увеличении репрессии дРс в 3 раза величины qT возрастают на 26$, а величины ( - на 13%. Влияние неизотермической фильтрации воды на производительность нагнетательной скважины как в случае недеформируемого, так и деформируемого трещиноватого пласта состоит в том, что при увеличении репрессии по сравнению с первоначальной значения расходов Q без учета температурных изменений возрастают, но остаются меньшими или близкими величинам т при первоначальной репрессии. Например (рис.5,3), при ДРС = = I МПа расход Ст больше Q в 2,2 раза. Чтобы производительность нагнетательной скважины возросла в 2,2 раза, необходимо увеличить репрессию дРс в 2,2 раза в случае деформируемого пласта или в 2,8 раза - для недеформируемого пласта. Очевидно, учет влияния теплового поля пласта на фильтрацию закачиваемой воды при определений производительности нагнетательных скважин имеет важное значение с точки зрения оптимального расхода энергетического ресурса, необходимого для разработки нефтяных залежей с заводнением в трещиноватых коллекторах.
Влияние неизотермических условий фильтрации на величину суммарного объема закачиваемой воды Q и число нагнетательных скважин П рассмотрим на примере полосообразной залежи шириной S ; расстояние между скважинами в нагнетательном ряду 2(ТН.Суммарное количество закачиваемой воды на линии ряда нагнетательных
