Введение к работе
Актуальность темы.
Термометрия исторически является первым методом исследования
скважин. Первые термические исследования были проведены российским
ученым Д.В. Голубятниковым еще в 1909 г. В настоящее время термометрия
широко применяется практически на всех стадиях жизни скважины и
позволяет эффективно решать многие геолого-промысловые задачи. Однако,
несмотря на достаточно широкое применение, в настоящее время
интерпретация данных термометрии остается только на качественном
уровне. Одной из причин такого положения дел является недостаточная
теоретическая изученность температурных процессов в
нефтегазонасыщенных пластах, в особенности для случаев многофазной фильтрации нефти, газа и воды с учетом разгазирования нефти при снижении давления ниже давления насыщения.
Имеются месторождения, где давление насыщения близко к пластовому и в пласте в окрестности добывающих скважин происходит разгазирование нефти. При освоении малодебитных скважин часто используют технологии вызова притока флюида из пласта, когда забойное давление в течение некоторого промежутка времени может оказываться ниже давления насыщения. В этих условиях важной задачей является построение и совершенствование математических моделей для исследований термогидродинамических процессов в пласте с фазовыми переходами.
Во многих случаях использование только сложных численных моделей на стадии планирования исследований и оперативной интерпретации неоправдано ввиду недостаточной информации о входных данных, что также затрудняет установление закономерностей, позволяющих определить необходимые подходы к методике работ и интерпретации результатов термогидродинамических исследований при освоении и эксплуатации
скважин. Для этого необходимы и простые аналитические модели, учитывающие основные физические процессы.
В связи с этим возникает необходимость разработки математических моделей для теоретического изучения вклада различных термодинамических эффектов в температурное поле в пласте, определения границ применимости аналитических моделей и совершенствования на их основе методики скважинных исследований и интерпретации данных.
Цель работы.
Повышение эффективности термогидродинамических исследований пластов на основе использования математических моделей неизотермической многофазной фильтрации флюида с фазовыми переходами.
Объект исследования. Неизотермическая многофазная фильтрация нефти, газа и воды с учетом разгазирования нефти.
Предмет исследования. Влияние водонасыщенности, газового фактора, теплоты фазового перехода, теплопроводности, теплоемкости и баротермического эффекта на нестационарные температурные поля в пласте.
Основные задачи исследования.
Анализ современного состояния теоретических и экспериментальных работ в области изучения многофазной неизотермической фильтрации в пласте с целью постановки задачи исследований.
Разработка математических моделей для определения температурного поля в пласте при трехфазной фильтрации флюида с фазовыми переходами.
Исследование влияния термодинамических эффектов на динамику изменения температуры в пласте при трехфазной фильтрации флюида с фазовыми переходами.
Определение путей практического использования разработанных математических моделей при термогидродинамических исследованиях пластов и интерпретации данных.
Совершенствование теоретической и экспериментальной базы измерений тепловых свойств пород для обеспечения созданных математических моделей надежными входными данными о тепловых свойствах резервуара.
Научная новизна.
Разработаны новые математические модели нестационарных термогидродинамических процессов в пласте, учитывающие фазовый переход, баротермический эффект, конвективный и кондуктивный теплоперенос при трехфазной фильтрации флюида в пористой среде для забойных давлений ниже давления насыщения нефти газом.
Определены условия инверсии температурной аномалии в зависимости от газового фактора для различных значений водонасыщенности. Оценен вклад радиальной теплопроводности в формирование температурного поля в пласте и дана оценка влияния неопределенностей в значениях входных параметров модели на точность определения температуры в пласте.
Разработаны теоретические основы нового метода измерений тепловых свойств горных пород (теплопроводности, температуропроводности и тепловой активности) с использованием кругового источника тепла.
Найдены пути экспериментальной реализации разработанной теоретической модели метода измерений комплекса тепловых свойств горных пород и разработана экспериментальная установка для измерений тепловых свойств.
Защищаемые научные положения.
1. Разработанные математические модели тепло- и массопереноса при многофазной фильтрации с учетом конвективного и кондуктивного
теплопереноса, фазового перехода и баротермического эффекта позволяют адекватно описать процесс формирования температурного поля в пласте применительно к задачам освоения и эксплуатации скважин при контроле за разработкой нефтяных и нефтегазовых месторождений.
Комплексный учет влияния водонасыщенности и радиальной теплопроводности на формирование температурного поля в пласте при определении инверсных значений газового фактора и теплоты разгазирования позволяет повысить достоверность определения времени наблюдения отрицательных температурных аномалий.
Применение разработанных теоретических и экспериментальных основ нового метода измерений тепловых свойств горных пород улучшает качество исходных данных о тепловых свойствах резервуаров и вмещающих пород и повышает достоверность результатов расчета температурных полей в пласте на основе созданных математических моделей.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
основана на использовании фундаментальных уравнений тепло- и массопереноса в пористых средах и апробированных численных методов решения задач неизотермической фильтрации, сравнением результатов с известными аналитическими решениями, а также сопоставлениями результатов теоретических и экспериментальных исследований, показавшими удовлетворительное согласие теории и эксперимента.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Практическая значимость работы заключается в повышении эффективности термогидродинамических исследований пластов в процессе освоения и эксплуатации скважин при давлениях близких или ниже давления насыщения. Созданные математические модели обеспечивают повышение качества планирования и интерпретации результатов термогидро динами-
ческих исследований пластов за счет учета установленных особенностей динамики температурных полей при наличии фазового перехода, баротермического эффекта, кондуктивного и конвективного теплопереноса при трехфазной фильтрации флюида в пористой среде для забойного давления ниже давления насыщения нефти газом.
Результаты диссертационной работы использованы в ООО «Технологическая Компания Шлюмберже» при выполнении научно-исследовательских проектов, применены компанией НПФ «ГеоТЭК» при разработке методического руководства по интерпретации результатов термогидродинамических исследований скважин с многофазными потоками. Разработанный программный комплекс включен в модуль геофизического калькулятора интегрированной системы автоматизированной интерпретации и обработки «ПРАЙМ» в НПЦ «ГеоТЭК».
Личный вклад автора заключается в решении задач исследования; разработке математических моделей многофазной фильтрации; проведении тестирования моделей и численных экспериментов; разработке и метрологическом тестировании экспериментальной установки для измерений тепловых свойств горных пород.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международном научном симпозиуме International Symposium of the Society of Core Analysts (Остин, 2011), Международных конференциях 9th Middle East Geosciences Conference and Exhibition (Манама, 2010), Canadian Unconventional Resources & International Petroleum Conference, (Калгари, 2010), «Молодые - Наукам о Земле» (Москва, 2010), «Новые Идеи в Науках о Земле» (Москва, 2009), Международной школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании» (Уфа, 2010), VIII Региональной школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии (Уфа, 2008) и
Международной школе-конференции по математике и физике (Уфа, 2005), а
также на научном семинаре кафедры геофизики БашГУ под руководством проф. ВалиуллинаР.А. (Уфа, 2009-2012).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 15 научных работах, включая 1 патент РФ и 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 154 страницы и включает список литературы из 125 наименований, 52 рисунка и 12 таблиц.
