Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время в нефтяном инжиниринге происходит закономерное развитие систем и методов получения скважинной и пластовой информации, в основе которых лежат ключевые параметры физических полей, определяющие фильтрационно-емкостной потенциал пластов (статические свойства), а также их отклик на промышленную разработку, изменение гидродинамического равновесия, перераспределение энергетического состояния пласта (динамические параметры). Все это связано с тем, что, во-первых, происходит развитие новых подходов к процессу измерения: в разработку вводятся пространственные сканирующие приборы, многодатчиковые (многозондовые) системы, а также оптико-волоконные системы мониторинга (сканирующая термометрия, электрические и акустические имиджеры и т.д.). И во-вторых, совершенствование существующих приборов приводит к постоянному уменьшению погрешности измерений, благодаря чему становится возможным исследование, выявление и применение достаточно «тонких» эффектов, которые раньше находились за гранью инструментальной возможности измерений.
Эти факторы приводят к тому, что расширяется область исследования пластовых характеристик от одномерного случая (в случае точечного замера скважинным зондом) к многомерному. Процесс изучения прискважинного пространства затрагивает пространственные эффекты, становится возможным диагностировать объемное (пространственное) распределение тех или иных параметров.
Одним из динамично развиваемых методов исследования динамических характеристик пласта является термометрия. Реальный процесс фильтрации флюида в пористых средах является неизотермическим - вследствие проявления термодинамических эффектов температура пористой среды с насыщающими флюидами изменяется. На этом базируется информативность скважинной термометрии. Нестационарная термометрия является одним из известных геофизических методов исследования скважин, широко используемых при разведке нефти и газа, определении их запасов и контроле за разработкой. В сложных условиях, когда эффективность ГИС становится низкой, этот метод может стать единственным источником информации о физических свойствах пласта. Развитие данного метода при контроле за разработкой пласта, а также применении к задачам скважинных исследований освещено в работах многих авторов (Чекалюк Э.Б., Непримеров Н.Н., Пудовкин М.А., Алишаев М.Г., Розенберг М.Д., Теслюк Е.В. и т.д.). Большой вклад в развитие теории и практики термометрии привнесли сотрудники кафедры геофизики Башкирского государственного университета, заложившие фундамент ко многим методикам, подходам и новациям геофизических исследований. Однако исследования в основном посвящены однородным средам.
Появление в производстве принципиально новых приборов, в частности, многодатчиковых термометров, требует разработки методической базы для обработки и интерпретации наблюдаемых физических полей и эффектов. Информативность геофизического метода является комплексным понятием, характеризующим возможность решения конкретных задач при определенных условиях измерений с оценкой достоверности качественной или количественной интерпретации.
Целью диссертационной работы является исследование особенностей формирования температурного поля в системе скважина-пласт с учетом силы тяжести и анизотропного распределения проницаемости в призабойной зоне пласта на основе разработанных численных моделей.
Задачи исследования:
1. Анализ литературных источников в области нестационарной неизотермической фильтрации флюидов в скважине и пласте, а также в области построения численных схем и моделирования неизотермических термогидродинамических процессов.
2.Математическое моделирование, исследование термогидродинамических процессов при работе вертикальной скважины и пласта для течения многофазных потоков с учетом силы тяжести, а также в присутствии зоны неоднородности.
3. Исследование влияния обсадной колонны и цементного кольца на распределение температуры в скважине.
4.Определение путей практического использования результатов термогидродинамических исследований скважин.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработаны двумерные численные модели фильтрации многофазного потока с учетом термодинамических эффектов, фазовых переходов, силы тяжести и анизотропного распределения поля проницаемости в призабойной зоне пласта.
-
Установлено, что при фильтрации газированной нефти в области, прилегающей к зоне неоднородности, в зависимости от соотношения давления насыщения и пластового давления, наблюдается переход от разогрева к охлаждению относительно однородной области (инверсия температурной аномалии), а при вытеснении нефти водой инверсия температурной аномалии наблюдается после прорыва воды из пласта в скважину.
-
Для увеличения контрастности температурного сигнала предложен процесс выведения скважины из термодинамического равновесия путем нагрева скважинной жидкости или металлической колонны.
-
Выявлен эффект шунтирования температурного сигнала металлической обсадной колонной и цементным кольцом и его влияние на распределение температуры в скважине.
На защиту выносятся:
-
Численные модели двумерной фильтрации многофазных флюидов (нефть-газ, нефть-вода) в пористой среде с учетом силы тяжести и неоднородности поля проницаемости в прискважинной области.
-
Результаты численного исследования влияния силы тяжести и области неоднородности на термогидродинамические процессы при двухфазной фильтрации нефти и газа, нефти и воды, а также способы диагностирования зоны неоднородности.
-
Способ диагностики состояния скважины и пласта путем увеличения полезного температурного сигнала в системе «скважина-пласт».
Научная и практическая ценность работы заключается в разработке физико-математических моделей и эффективных численных программных продуктов (компьютерных симуляторов), построенными на основе фундаментальных уравнений тепло- и массообмена в пористых телах и учитывающих процессы фазовых переходов. Полученные результаты могут быть использованы в геофизических предприятиях а) при построении методического аппарата интерпретации многодатчиковых и сканирующих приборов термометрии, б) при совершенствовании технологии термометрических исследований по выявлению областей неоднородности проницаемости призабойной зоны (области загрязнений асфальто-смолистыми отложениями, соляно-кислотной обработки, развитие трещин гидроразрыва пласта, направления преимущественной трещиноватости коллектора и т.д.), в) диагностирования технического состояния скважины, источников обводнения скважин и т.д.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах:
-
Региональной конференции молодых специалистов компании «НК-Роснефть». – (Уфа, 2011),
-
IV международной научно-практической конференции «Математическое моделирование и компьютерные технологии в процессах разработки месторождений, добычи и переработки нефти» (SPE) . – (Уфа, 2011),
-
Международной конференции EAGE (European Association of Geoscientists and Engineers), секция Well Logging and Core Analysis I. – (Санкт-Петербург, 2010),
-
Региональной конференции молодых специалистов "РН-УфаНИПИнефть". – (Уфа, 2009),
-
Кустовой конференции молодых специалистов НК «Роснефть». – (Анапа, 2009),
-
Тринадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых. – (Ростов-на-Дону, 2007),
-
VI региональной школы-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике, химии. – (Уфа, 2006)
-
Студенческих научно-практических конференциях по физике. – (Уфа, 2005, 2006, 2007).
Публикации.
Основные результаты диссертации опубликованы в 13 печатных работах, список которых приводится в конце автореферата, в том числе 4 – входящих в перечень ВАК РФ.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы из 127 наименований. Общий объем работы составляет 146 страниц, включающих 83 рисунка и 5 таблиц.
Похожие диссертации на Термогидродинамические особенности фильтрации флюидов при анизотропном распределении проницаемости в призабойной зоне пласта
-
