Выявление причин непроизводительной закачки воды при разработке нефтяных месторождений на основе моделирования термических процессов

В представленной работе приведены результаты совместного численного моделирования полей температуры и давления.

Основной целью расчетов является обоснование методики мониторинга влияния стационарных и нестабильных трещин на динамику непроизводительной закачки по результатам термометрии скважин [1].

Выявление причин непроизводительной закачки воды при разработке нефтяных ...

Никонорова Анастасия Николаевна

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• •    провести анализ информативности термометрии при диагностике трещин;

• •    выполнить оценку возможностей количественной интерпретации термических исследований при определении длин трещин и фильтрационно-емкостных свойств вскрываемых коллекторов.

Алгоритм решения задач.

• 1.    Моделирование полей давления и температур.

• 2.    Оценка поведения температурного поля как в процессе закачки, так и в процессе релаксации.

• 3.    Анализ влияния геометрии трещин и свойств коллектора на температурное поле.

Для воссоздания скважинных условий, а также задания условий развития трещин была применена следующая модель (см. Рисунок 1).

• 1.    Скважина вертикальная цилиндрическая, полость радиуса r_c в неограниченном по простиранию однородном вмещающем пласте-коллекторе пористости K_п.п , проницаемости k_п ,теплопроводности λ _п , объемной теплоемкости c γ _п .

• 2.    Границы пласта – плоские горизонтальные непроницаемые и непроводящие теплоту поверхности, находящиеся на расстоянии h друг от друга по вертикали.

• 3.    Трещина – вертикальный канал с прямоугольным осевым сечением длины 2 L_тр и ширины х_тр , расположенный симметрично относительно оси скважины и вскрывающий пласт по всей высоте; заполнитель полости трещины – однородная среда пористости K_п.тр , проницаемости k_тр , теплопроводности λ _тр , объемной теплоемкости c γ _тр.

• 4.    В начальный момент времени t = 0 все точки пласта и полости трещины характеризуются одинаковым начальным давлением Р_пл = const и температурой Т_пл = const (их изменение по высоте пласта не учитывается).

• 5.    В рассматриваемых условиях температура Т ( r , t ) и давление P ( r , t ) являются функциями радиальной координаты r и времени t.

• 6.    В течение периода времени 0 раб скважина работает в режиме нагнетания с расходом Q = const.

• 7.    В течение последующего периода времени t_раб <  t <  t_раб + t_ост скважина простаивает, при этом рассматривается вариант, когда в данный период трещина остается открытой, и вариант, когда трещина закрывается. В последнем случае фильтрационные и тепловые свойства трещины принимаются такими, как у пласта.

• 8.    Первоначально пласт полностью насыщен водой. Тепловые свойства первоначально содержащейся в порах и закачиваемой воды одинаковы: теплопроводность λ _ф , объемная теплоемкость c γ _ф.

Расчеты выполнялись в Eclipse на неравномерной сетке, сгущенной в областях контрастных изменений давления и температуры в полости трещины, а также в пласте вблизи поверхности трещины и вблизи стенки скважины.

Согласно принятой постановке задачи изучается многослойная среда, состоящая из нескольких однородных областей (ствол скважины, полость трещины, вмещающие породы).

Моделирование поля давления

В рассматриваемых условиях задача сводится к совместному решению уравнения пьезопроводности (для давления) и уравнения теплового баланса (для температуры) [2]. Уравнение пьезопроводности имеет вид

Выявление причин непроизводительной закачки воды при разработке нефтяных ...

д ² P ( x , y , z , t ) .   d ² P ( x , y , z , t ) .   d ² P ( x , y , z , t ) .    1 д P ( x , y , z , t ) i

дx2              дy2              дz2        Xi      dt      ’ где P(x, y,z,t)i - давление как функция координат и времени; X — пьезопроводность; i – индекс слоя.

Рисунок 1. Схема системы «скважина – пласт» при термомоделировании

Начальным условием является равенство начального давления P₀ гидростатическому: P₀ = P ( x , y , z , 0).

На стенке скважины и на поверхности трещин выполняются граничные условия сопряжения (IV рода):

1. P ( x2p, yap, zap, t ) i    P ( Хгр,yгр, z8p, t ) j, где P (xap, yap, zap, t) i - давление на границе; K.

^д P ( x zp , ^y zp , z ap , t ) i

д n

дP ( xap, yap, zap, t ) j j         д n

где n – направление нормали; K_i,j – проницаемость слоев; i , j – индексы контактирующих слоев.

На Рисунке 2 приводится график динамики поля давления как в процессе закачки флюида в пласт, так и в процессе остановки скважины.

Расчеты выполнены при следующих условиях: дебит жидкости, закачиваемой в пласт, составляет 10 м3/сут. на 1 м пласта, проницаемость пласта – 3 мД.

Моделирование поля температуры

Основными процессами, формирующими поведение теплового поля в стволе скважины, являются теплопроводность, конвективный теплоперенос, дроссельный и адиабатический эффекты. Данные процессы описываются уравнениями баланса тепловых потоков для конкретных условий исследуемых скважин и пластов [3].

Так, при модельных условиях, описанных в предыдущем разделе, тепловые эффекты при закачке холодной жидкости в пласт-коллектор описываются следующим уравнением баланса:

,      _                          dP(x,y,z,t).

divATncgradT\

6T^x,y,z,ty

-KncyфeтgradP^

Однако для породнеколлекторов уравнение (2) примет следующий вид:

div^nc ■ gr^adT(^x,y^,z,t)i = ^cYin

д T (x,y,z,t) i St

где cy_{n c} - объемная теплоемкость пористой среды; XТпс - теплопроводность пористой среды.

Условием является равенство начального давления гидростатическому:

T 0 = Т,, где Т0 – начальная температура; Тг – геотермическая температура.

На стенке скважины и на поверхности трещин выполняются граничные условия сопряжения (IV рода):

1. Тi = Тj, где Т (хгр, угр, z2p, t) j - температура на границе;

^дТ ( ^хгр, Угр, ^zгp, t )i       ^dТ ( ^хгр, Угр, ^zгp, t )i

. i           дП               j           дП где n – направление нормали; λi,j – теплопроводности слоев; i, j – индексы контактирующих слоев.

Выявление причин непроизводительной закачки воды при разработке нефтяных ...

Анализ поведения поля температуры в условиях образования трещины

Моделирование полей температуры и давления выполнено при условиях короткой (3 ч) и длительной (72 ч) закачки (см. Рисунок 3). Расчет полей давления и температуры произведен согласно уравнениям (1)–(3). Выявлены необычные закономерности поведения теплового поля при различных длинах трещин.

В частности, рассмотрим случай трехчасовой закачки в пласт при условиях проницаемости пласта 10 мД, дебита жидкости 10 м3/сут. на 1 м пласта. Обнаружено, что с увеличением длины трещины темп восстановления теплового поля значительно быстрее.

Такая закономерность, скорее всего, связана с формированием в пласте теплового поля линейной симметрии.

Для случая 72-часовой закачки в пласт (при проницаемости пласта 3 мД, дебите жидкости 10 м3/сут. на 1 м пласта) закономерность увеличения скорости восстановления теплового поля при росте длин трещин сохраняется (Рисунок 4).

Рисунок 3. Поведение поля температуры в скважине в условиях непроизводительной закачки в пласт в течение 3 ч и в процессе релаксации. Шифр кривых – длина трещины, м

Рисунок 4. Поведение поля температуры в скважине в условиях непроизводительной закачки в пласт в течение 72 ч и в процессе релаксации. Шифр кривых – длина трещины, м

Выводы

В условиях образования трещин наблюдается нестандартное поведение теплового поля в процессе релаксации – рост темпа восстановления первоначальной температуры при увеличении длины трещины. Обнаруженный эффект может быть положен в основу-метода диагностики непроизводительной закачки в пласт, вскрытый трещиной, в процессе разработки нефтяных месторождений. Для обоснования методики интерпретации термометрии скважин с целью оценки непроизводительной закачки необходим дополнительный анализ с учетом геометрических размеров трещин, фильтрационных свойств пласта, режима работы скважин.