Модель системы поддержания пластового давления. Метод «путевой увязки» потокораспределителя

Методы поддержания пластового давления в настоящее время обычно применяются с первого периода разработки залежи. Процесс нагнетания воды в продуктивный пласт через нагнетательные скважины с целью поддержания пластового давления называется заводнением. Заводнение позволяет резко увеличить нефтеотдачу пласта, в отдельных случаях до 70% [1].

Назначение системы поддержания пластового давления (ППД). ППД относится к гидродинамическим методам повышения нефтеотдачи и кроме повышения нефтеотдачи, обеспечивает интенсификацию процесса разработки, поддерживает или повышаетпла-стовое давление.

На практике применяются следующие системы заводнения:

• 1.    Законтурное заводнение – применяют на сравнительно небольших по размерам залежах с литологически однородными коллекторами, с хорошей проницаемостью в законтурной части.

• 2.    Приконтурное заводнение - применяется при низкой проницаемости нагнетательные скважины размещают на небольшом расстоянии от контура нефтеносности или непосредственно на этом контуре в более проницаемых частях залежи.

• 3.    Внутриконтурное заводнение – применяется при разработке значительных по размерам нефтяных залежей.

• 4.    Блоковое заводнение – залежь разрезают на самостоятельные участки рядами нагнетательных скважин, расположенных перпендикулярно оси структуры

• 5.    Очаговое заводнение – в сочетании с внутрикон-турным заводнением, когда на отдельных участках падает Рnm и сжижаются объемы отбираемой нефти [3].

Модель системы поддержания пластового давления. Особенный интерес для разработок в области моделирования представляют сложные системы с развитой структурой и состоящие из множества элементов, которые объединяют процессы движения жидкостей в наземных трубопроводных сетях, скважинах с фильтрационноэнергетическими процессами пластовых систем. Целевые параметры такого рода систем обычно трудно предсказуемы и сильно изменяются при изменении свойств хотя бы одного элемента системы [1].

В связи с тем, что наибольший уровень воздействия на пластовую систему и наибольшую энергоемкость имеют системы заводнения, основным аспектом практического применения моделей является повышение эффективности систем поддержания пластового давления (ППД) с позиции минимизации энергетиче- ских затрат и максимизации эффективности процесса нефтеизвлечения. Большинство ограничений в известных моделях теории гидравлических цепей (ТГЦ) связаны с фиктивными граничными условиями, ограничениями на вид структуры системы, требованиями к виду функций (замыкающих отношений), отсутствие взаимосвязи между гидравлическими режимами и важными техническими показателями элементов (например, взаимодействие с природными системами, перемерзание участков, аварийные режимы работы насосных агрегатов, изменение состояния обратных клапанов, переход гидравлической энергии в тепловую и т.п.) [2].

Метод «путевой увязки» потокораспределе-ния. Процесс заводнения обеспечивается техногенной (технической) гидросистемой (ТГС) поддержания пластового давления, включающей в себя объекты водозабора, системы очистки, насосные станции, сети трубопроводов, запорной и дросселирующей арматуры, оборудования устья нагнетательных скважин, дренируемые и заводняемые зоны пласта или пластовую гидросистему в целом [5].

Одним из методов систем ППД является метод «путевой увязки» потокораспределения.

Согласно данному методу для любого потокорас-пределения должны выполняться следующие условия:

• 1.    В каждом транзитивном (соединенным с более чем одним звеном) узле должен соблюдаться материальный баланс, отвечающий принципу неразрывности (сплошности) потока текучей среды.

• 2.    Сумма перепадов давления на концах звеньев, входящих в путь, должна быть равна сумме гидростатических перепадов давления на концах звеньев, входящих в этот путь и перепадов давления между узлом начала пути и узлом конца пути. Ими являются активные узлы, символизирующие накопители текучей среды, давление в которых задано на момент расчета.

Направление «обхода» пути задается выбором одного из пары активных узлов начальным, а другого конечным, то есть как и в звеньях, но уже для цепочки от одного НТС до другого. Поскольку активные узлы отражают элемент НТС, то согласно первому свойству НТС, значения, характеризующие стабилизированный потенциал текучей среды, должны быть заданы на текущий момент времени (давления в точках возможного притока / оттока – в реках, озерах, емкостях, пластах и т.д.).

Отличием предлагаемой модели от известных аналогов является полноценный учет потоков теплораспре-деления в гидросистемах произвольного вида, то есть структуры и характеристик элементов, описываемых в виде функций полных гидравлических характеристик. В известных моделях не учитывается двусторонняя взаимосвязь физических свойств жидкости с теплораспреде-лением. То есть изменяемая температура потока по длине звеньев меняет плотность и вязкость среды и наоборот, изменение вязкости и плотности изменяет характеристики теплопередачи и температуру. Также вследствие перехода части гидравлической энергии в тепловую, происходит дополнительный нагрев среды, который в свою очередь ведет к изменению ее вязкости и плотности, что далее приводит к изменению режима течения и потерь давления на трение [4].