Термогидродинамические особенности фильтрации флюидов при анизотропном распределении проницаемости в призабойной зоне пласта

Бочков, Андрей Сергеевич

Термогидродинамические особенности фильтрации флюидов при анизотропном распределении проницаемости в призабойной зоне пласта тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Бочков, Андрей Сергеевич АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Уфа МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.14 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Термогидродинамические особенности фильтрации флюидов при анизотропном распределении проницаемости в призабойной зоне пласта»

Автореферат диссертации на тему "Термогидродинамические особенности фильтрации флюидов при анизотропном распределении проницаемости в призабойной зоне пласта"

На правах рукописи

Бочков Андрей Сергеевич

ТЕРМОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФИЛЬТРАЦИИ ФЛЮИДОВ ПРИ АНИЗОТРОПНОМ РАСПРЕДЕЛЕНИИ ПРОНИЦАЕМОСТИ В ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЕ ПЛАСТА

01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника 25.00.10- Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 2 МАЙ 2011

Уфа-2011

4845947

Работа выполнена на кафедре геофизики физико-технического института Башкирского государственного университета.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Шарафутдинов Раммль Фаизырович

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Валиуллин Рим Абдуллович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Фатыхов Миннехан Абузаровнч

Защита диссертации состоится 19 мая 2011 года в 14:00 часов на заседании Диссертационного Совета Д 212.013.04 в БашГУ по адресу: 450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди 32, БашГУ, физико-технический институт, аудитория 216.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке БашГУ.

Автореферат разослан 18 апреля 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.013.04

кандидат технических наук Баженов Владимир Валентинович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Тюменский государственный университет», г.Тюмень

доктор физико-математических наук

Р Ф. Шарафутдинов

01.1ЦЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время в нефтяном инжиниринге происходит закономерное развитие систем и методов получения скважинкой и пластовой информации, в основе которых лежат ключевые параметры физических полей, определяющие фильтрационпо-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 (многозондовыс) системы, а также оптико-волоконные системы мониторинга (сканирующая термометрия, электрические и акустические имнджеры 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 прискважниного пространства затрагивает пространственные эффекты, становится возможным диапюстировать 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 га разработкой пласта, а также применении к задачам скважинных исследований освещено в работах многих авторов (Чекапюк Э.Б., Непримеров H.H., Пудовкин М.А., Алишаев М.Г., Розелберг 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 решеиия 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 па 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:

1. Разработаны двумерные численные модели фильтрации многофазного потока с учетом термодинамических эффектов, фазовых переходов, силы тяжести и анизотропного распределения поля проницаемости в призабойной зоне пласта.

2. 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.

3. Для увеличения контрастности температурного сигнала предложен процесс выведения скважины из термодинамического равновесия путем нагрева скважинной жидкости или металлической колонны.

4. Выявлен эффект шунтирования температурного сигнала металлической обсадной колонной и цементным кольцом и его влияние на распределение температуры в скважине.

На защиту выносятся:

1. Численные модели двумерной фильтрации многофазных флюидов (нефть-газ, нефть-вода) в пористой среде с учетом силы тяжести и неоднородности поля проницаемости в прискважинной области.

2. 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.

3. 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 трещшюватости 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:

1. Региональной конференции молодых специалистов компании «НК-Роснефть». - (Уфа, 2011),

2. IV международной научно-практической конференции «Математическое моделирование и компьютерные технологии в процессах разработки месторождений, добычи и переработки нефти» (SPE). - (Уфа, 2011),

3. Международной конференции EAGE (European Association of Geoscientists and Engineers), секция Well Logging and Core Analysis 1. - (Санкт-Петербург, 2010),

4. Региональной конференции молодых специалистов "РН-УфаНИПИнефть". - (Уфа, 2009),

5. Кустовой конференции молодых специалистов НК «Роснефть». - (Анапа, 2009),

6. Тринадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых. -(Ростов-на-Дону, 2007),

7. VI региональной школы-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике, химии. - (Уфа, 2006)

8-10. 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы и задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведен обзор и анализ литературы в области неизотермической фильтрации, а также существующих методов численного исследования неизотермической фильтрации. Важными работами в области неизотермической фильтрации следует отметить работы следующих авторов: Чекалюка Э.Б., Алишаева М.Г., Розенберга М.Д., Теслюка Е.В., Пудовкина М.А., Непримерова Н.Н., Валиуллина Р.А., Рамазанова А.Ш. и др. Опубликованные в последние годы работы в области численного исследования неизотермической многофазной фильтрации характеризуют данную проблематику инновационной и развивающейся. Отмечено, что данные работы практически не касаются вопросов пластовой неоднородности, вызванной геологическими, а также техногенными факторами, сам пласт рассматривается как однородный, не рассматриваются аспекты влияния конструкции скважины на распределение температуры при выходе из пласта. В главе также рассмотрены термодинамические эффекты и процессы, возникающие при работе эксплуатационной скважины в системе скважина-пласт при

неизотермической фильтрации флюидов и их использование в термометрических методах при диагностике состояния скважины и пласта.

Во второй главе на основе фундаментальных уравнений сохранения массы и энергии построены математические модели для расчета температурного поля в системе скважина-пласт при наличии в призабойной зоне скважины области неоднородности проницаемости в соответствии с этапами разработки месторождений. Период эксплуатации скважины можно разделить на дискретные интервалы: а) течение однофазной нефти при поддержании забойного давления выше давления насыщения, б) затем, при снижении давления ниже давления насыщения, происходит выделение газа из нефти и имеет место двухфазный приток, в) на поздней стадии разработки в условиях поддержания пластового давления с помощью закачки воды, на скважинах происходят прорывы нагнетаемой воды при достижении скважины фронта обводнения.

Исходя из этого, первой рассмотрена задача совместного притока нефти и выделившегося газа в координатах (г.х) и (г,<р), второй задачей- вытеснение нефти водой в координатах (г,ср). Важной особенностью фильтрации газированной нефти в пластах большой мощности является вертикальная сегрегация выделяющего газа. Фильтрация нефти, сопровождающаяся разгазированием (выделением фракции газа из нефти при снижении давления ниже критического значения давления насыщения), характеризуется сложным течением двухфазного флюида. Физическая постановка задачи выглядит следующим образом (Рис. 1):

Рис. 1. Схема области фильтрации. Р„ - пластовое давление, Рк - давление насыщения, г„ -радиус скважины, Як - радиус контура питания, г - радиус области разгазирования

Нефть, двигаясь к забою скважины, переходит из однофазного состояния в двухфазное. В пласте образуются две зоны. В одной из них, удаленной от скважины - (г,; /?*), движется однородная нефть при давлении выше давления насыщения Р,ъ а в области (г„;гЛ), - смесь нефти и выделяющегося газа. Насыщенность 1-й фазой & определяется как доля порового пространства элементарного объема, запятая данной фазой. Пусть С,у - массовая концентрацияу-го компонента в 1-й фазе.

Тогда применительно к рассматриваемой задаче уравнения сохранения массы фаз и компонентов с использованием закона Дарсп запишутся следующим образом:

ОСЬ С&ЯЖИЮ!

для нефти:

суммарное уравнение совместного притока:

»¿(РД+РА)^

fI р кг-к^)д!\ + S1\

Р, в г 1 f!¡ дг

К.-к,(5,)(дР, 1С, k2(S2)fSl\ )

Уравнение переноса тепла с учетом адиабатического эффекта, эффекта Джоуля-Томсона, фазовых переходов, капиллярного давления и силы гравитации имеет вид:

-IÜ.

г дг

(ч Цг) + ¿[л Jn(с2 -С|)74 ->пХп + >»(Р,сМ + РЛ^Чг+ "РЙ^Л ~ + (3)

дг дг dz dz

Начальные и граничные условия:

P,{r,z)lr = />(rt,z), P,(r,z)\ =P,(r„z), =(

P, Л-И

T(rl,:) = Ti+(&h-z)-r, Я,^

ÓT

Л|Е =«(Г-Г..) ¿r Lr

(4)

= 0, 7-(г,4,0 = 7;0+(ДЛ---)-Г,

Здесь: где к,к, - абсолютная и фазовые проницаемости соответственно, //, - вязкость /-й фазы, Р, - давление фазы, г - коэффициент Джоуля-Томсона, r¡ - адиабатический коэффициент, Л- коэффициент теплопроводности, ст - удельная теплоемкость горной породы, насыщенной флюидом, сж - удельная теплоемкость флюида, g - ускорение свободного падения, ось z направлена вниз.

Уравнения (1-4) решались численно, на основе конечно-разностных схем. Для проверки адекватности разработанного программного обеспечения проведено тестирование и показана хорошая сходимость результатов расчетов с известными аналитическими и модельными решениями задач о нестационарном притоке однофазного флюида, однофазного притока нефти и двухфазной двухкомпонентной фильтрации газированной нефти при давлении ниже давления насыщения, а также сравнение с результатами расчетов специализированного пакета гидродинамического моделирования Eclipse фирмы Schlumberger.

В результате проведенных многовариантных расчетов были сделаны следующие выводы. Показано, что сила тяжести оказывает значительное влияние на термогидродинамические процессы при фильтрации флюида. Большее значение при этом имеет не столько динамика перераспределения фаз вследствие вертикального градиента силы тяжести, а начальное гидростатическое и геотермическое распределение давления и температуры. Выявлен вклад каждого из рассмотренных термодинамических эффектов. Исследовано влияние факторов, оказывающих воздействие на формирование теплового поля в призабойной зоне пласта (величины давления насыщения нефти газом, газового фактора, мощности пласта (Рис. 2), удаленности контура питания, влияния конвективного потока со стороны пласта и кондуктивного со стороны скважины для различных режимов работы пласта).

Рис. 2. Зависимость температуры на скважине на кровельной и подошвенной части за вычетом геотермической температуры от времени для различной мощности пласта

Выявлены следующие факторы, оказывающие влияние на наблюдаемую температурную аномалию: аномалия увеличивается с увеличением мощности пластов, а также с увеличением газового фактора.

Далее рассматривается двумерная модель неизотермической фильтрации газированной нефти с областью неоднородности в призабойной зоне скважины, контрастной по проницаемости со среднепластовой. Основными причинами обуславливающими неоднородность проницаемости могут быть седиментологические экраны, трещиноватость коллектора, загрязнение асфальто-смолистыми отложениями, результаты гидроразрыва пласта, соляно-кислотной обработки, процессы вскрытия и эксплуатации пласта приводят к изменению проницаемости в призабойной зоне и т.д. Такая задача может рассматриваться как симметричная относительно оси сектора неоднородности в цилиндрической системе координат (Рис. 3).

Рис. 3. Геометрия задачи с неоднородным распределением проницаемости

Математическая модель основанная на уравнениях сохранения массы и энергии в радиально-азимутапьной постановке имеет вид:

• для нефти гс ' Л "" гдг

5,) а/;

1 в

А Вг

суммарное уравнение притока нефти и газа

А (1-С„)

А 3«>.

(5)

51 с „I 13

М Зг дг

1 э( *Л№)э/> +—— р,--я +л-я

• уравнение теплопереноса

г а! 'Зг] гга

зг 'ар

+Л. (С! - ) Т +']пХп +т (Р^'Д + ) + ">Рг^г'1г

(7)

, чЗл ЗР гг эр

+ ( £|ДС.Ч + сгР2С2и1)-^ + е2РгС2и1 —+ (£1 Ас|и, + егРЛиЛ^+СгРгЩ

Начальные и граничные условия выбраны аналогично предыдущей задаче.

Уравнения (5-7) с соответствующими начальными и граничными условиями решались численно, на основе конечно-разностных схем.

Для выявления эффектов прискважинной неоднородности рассмотрено два модельных случая распределения проницаемости. В первом случае проницаемость зоны неоднородности была принята в 10 раз ниже средней по пласту, что имитирует ухудшение фильтрационной способности пласта вследствие парафнпизацин, загрязнения асфальто-смолистыми отложениями, либо седиментологическую неоднородность. Во втором случае зададим проницаемость зоны неоднородности в 10 выше, чем средняя проницаемость призабойной зоны. Этим самым смоделируем случай наличия высокопроницаемой зоны, вызванной трещиноватостыо, зоной разуплотнения, влияния трещины ГРП и т.д.

Согласно результатам расчетов, в области, прилегающей к зоне неоднородности, наблюдается более медленное снижение температуры из-за пониженных (относительно остальной области) скоростей притока.

Рис. 4. Распределение температуры в прискважинной области для случая а) кИ~0.1ки б)

к„=10к

То есть, в этом случае определяющим является эффект Джоуля-Томсона, и его вклад в неоднородной зоне проявляется в меньшей степени вследствие меньшего градиента давления. Изменение распределения температуры на стенке скважины показывает, что данный факт выглядит как наличие своеобразной зоны повышенных температур в области, прилегающей к зоне неоднородности (Рис. 4, а).

В случае к„=10 к приток флюида в скважину будет закономерно преобладать в зоне повышенных проницаемостей и сопровождаться температурной аномалией охлаждения вследствие более интенсивного газовыделения и повышенных скоростей притока (Рис. 4, б). Одним из отличий менее проницаемой зоны является то, что она более четко выделяется по

аномалии распределения температуры, т.к. играет роль своеобразного барьера для потока, в значительной степени перераспределяя температуру. В то же время более сильный поток по высокопроницаемой зоне оставляет доминировать в основном конвективный теплообмен, "смазывая" аномалии температуры двухфазного характера.

Также установлено, что важной характеристикой характера притока является сама величина давления насыщения, определяющая радиус зоны разгазирования и интенсивность выделения газа из нефти. С уменьшением величины давления насыщения (и, соответственно, уменьшением объема выделяющегося газа и радиуса зоны дегазации) вновь начинает преобладать вклад от дросселирования нефтяной фазы, и наблюдается обратный физический процесс - разогрев прискважинной области. Данная особенность иллюстрируется на Рис. 5, согласно которому при давлении насыщения, незначительно превышающем забойное, вокруг скважины наблюдается повышение температуры, а напротив зоны пониженных проницаемостей - менее разогретой зоны.

Рис. 5. Двумерное и азимутальное распределение температуры в прискважинной области для случаев: а) давление насыщения Рь=60 атм, 6) давление насыщения Рь~90 атм для одного и того

же момента времени.

Для оценки возможности регистрации подобных аномалий геофизическими приборами рассмотрена скорость изменения температурного сигнала на стенке скважины. Подтверждая результаты азимутального распределения температуры, кривая изменения температуры напротив зоны неоднородности лежит выше показаний датчиков в прилежащих областях. Таким образом, можно сделать вывод, что регистрация аномалии температурного сигнала будет свидетельствовать о наличии в призабойной зоне области пониженной проницаемости, степень отличия которой от среднего значения проницаемости призабойной зоны будет характеризоваться величиной температурной аномалии.

Другой распространенной ситуацией при разработке месторождений, как было отмечено, является одновременное двухфазное течение нефти и воды. Важной особенностью процесса

тепло-массопереноса нефти и воды, характеризующей отличие этого процесса от притока нефти и газа, являются более низкие значения коэффициента Джоуля-Томсона и отсутствие фазовых переходов, из-за чего величина формируемой температурной аномалии имеет меньшее значение. Это приводит к тому, что наблюдаемые эффекты будут достаточно быстро расформировываться, не позволяя достоверно зарегистрировать температурную аномалию. Для увеличения контрастности регистрируемого сигнала может быть применен процесс выведения скважины из термодинамического равновесия. Эффект теплового воздействия на температурное поле рассмотрен в следующей постановке.

Уравнения сохранения масс фаз и уравнение притока тепла в двумерном (г,а) случае имеют вид:

т а?, = 1 з Г арУ 1 э Гк-к^) а/Л

д! гЭг^ м, 3 г) г1 д<ру /г, д(р) ^

= 1 д(К к,&)дР\ 1 д Глт-^э/Л

д! гЭг[ м2 дг) г'др{ ц2 д<р)

|"(т[р,с,5, +р2сг82]Г + [1-т]р(,с0Г)+~(г[р,с|цг + р2с2 ь>2']г)+

д! г дг

01 дг гд<р

5,+52=1 (11)

Начальные и граничные условия выбраны аналогично задаче двумерной фильтрации нефти и газа.

Сначала рассмотрен случай, когда на пласт и скважину не оказывается дополнительного воздействия, нет влияния теплового источника. На Рис. 6 приведены результаты расчетов для двух случаев, когда проницаемость неоднородной области больше и меньше проницаемости пласта: а) к, =0.1 к,5) к=10-А.

0- {11 Я} /ШрШщх \ Учйвс

й ! ■ 4 ! •»- Л 1 „ 1 Л • .1 . Л .1 4

Рис. 6. Изолинии распределения а) нефтенасыщенности и б) температуры в прилегающей к

скважине области, к, =ъл -к

В формировании углового распределения температуры можно выделить моменты, связанные с однофазной фильтрацией нефти и двухфазной после прорыва воды из пласта в скважину (Рис. 7). При однофазной фильтрации до прорыва воды на участке неоднородности наблюдается поступление жидкости с меньшей температурой, а после прорыва воды -разогретой двухфазной смеси воды и нефти.

Рис. 7. Угловое распределение температуры на выходе из пласта в различные моменты времени при к =о.1 к а) шифр кривых: 1-5, 2-10, 3-40, 4- 60, 5- 65 часов, 6) с учетом кратковременного нагрева, шифр кривых: 1- 100, 2- 400, 3-800, 4- 1000 секунд.

Таким образом, в угловом распределении температуры наблюдается инверсия, т.е. переход от отрицательных к положительным температурным аномалиям.

Далее рассмотрены результаты расчетов в случае кратковременного нагрева тепловым источником заданной мощности. Динамика формирования углового распределения температуры в скважине при кратковременном нагреве (10 секунд) также приводится на рис. 7.

Наибольшие изменения температуры наблюдаются в области низкой проницаемости. В формировании распределения температуры можно выделить моменты, связанные с первоначальным нагревом прискважинной зоны, неравномерным охлаждением по периметру скважины при притоке жидкости после отключения нагревателя и последующим неравномерным дроссельным разогревом. В области с пониженной проницаемостью в процессе теплового воздействия наблюдается аномалия разогрева из-за меньшей скорости фильтрации жидкости к скважине (кривая 1, Рис.7, б). После прекращения нагрева наблюдается снижение температуры по периметру скважины, наибольший темп охлаждения наблюдается вне зоны неоднородности (кривая 2, Рис.7, б). Однако в дальнейшем, за счет проявления эффекта Джоуля-Томсона в области повышенной проницаемости наблюдается разогрев жидкости (кривые 3 и 4, Рис.7, б).

Таким образом, немонотонный характер распределения температуры сопровождается инверсией температуры на выходе из пласта. Данный факт может применяться при интерпретации данных термометрии, диагностике работы и технического состояния скважины: наличие каналов заколонного перетока, некачественного цементажа заколонного пространства, диагностирование прорывов воды, подтягивание конуса воды по зоне с улучшенными свойствами.

Применительно к скважинным условиям, с практической точки зрения рассмотрен вопрос о поведении температурного поля в случае наличия трещины гидравлического разрыва пласта -на формирование сопутствующих аномалий, при которых в прискважинной области образуется узко-развитая зона крайне высоких проницаемостей протяженностью до сотен метров от оси скважины. Показано, что в этом случае особенностями температурного поля являются значительная аномалия охлаждения, вызванная более пологим полем градиентов давления вдоль трещины с проницаемостью на несколько порядков выше среднепластовой, и ассоциированная строго в направлении развития трещины.. Установлено, что для достоверного определения температурной аномалии одним из условий является нивелирование контраста температур вследствие закачки холодной воды в пласт при ГРП.

В третьей главе проанализировано влияние элементов заканчивания скважины на формируемые температурные поля. Как известно, большое количество задач определения технического состояния скважины и прискважинной зоны реализуется в обсаженных скважинах. При этом как цементный камень, так и стальная колонна являются значительными факторами, влияющими на перераспределение поля температуры - цемент играет роль изолятора, задерживающего продвижение фронта температуры, в то же время стальная колонна является «проводником» температуры вследствие более высокого значения коэффициента теплопроводности.

Геометрия задачи учитывает наличие скважинного пространства, обсадной колонны, цементного кольца и окружающей скважину горной породы. Положение области неоднородности задается радиусом Як и азимутальным углом <р0 (Рис. 8).

Рис. 8. Геометрия задачи: I - внутриколонное пространство; 2 - железная обсадная колонна; 3 — цементное кольцо; 4 — горная порода

Математическая постановка задачи с учетом симметрии относительно азимутального угла (О <ф<, я), определяющий зону неоднородности, имеет следующий вид:

81 г дг{ or J г dip Начальные и граничные условия:

Т,-_0 = Т0, 0 < г < Rt, 0 < <р < 7Г, Tr,Rtt^ = Г„ (0, t > 0;

fl = о, о о 21 =м>о.

^'OSqiSK, 0ir<R4 U '«fti. Ос fix

(13)

T\ » » Л—I I ,/ = i,2,3

I,.«,-« ' gj >♦! 8r _ _>

-11,-t-O

где RbR2.R1.R4 - внутренний и внешний радиусы колонны, радиус скважины и радиус внешней границы соответственно, м\ Лк - радиус зоны неоднородности, м; Т(г, (р, 0 ~ текущая температура, К\ Т0(г, <р, 0) - начальное распределение температуры, К; <ра- азимут области неоднородности.

Для анализа процессов, происходящих в области перехода скважина-пласт, рассмотрено двухфазное течение газированной нефти при наличии зоны неоднородности с проницаемостью в 10 раз меньше проницаемости прилежащего пространства. На Рис. 9 приведено распределение температур внутри пласта в ячейках, прилегающих к скважине; внутри цементного пласта; внутри обсадной колонны; в скважине.

0 50 т 160 200 250 300 350 О И 100 150 200 250 300 350

а) с б) «.'

Рис. 9. Азимутальное распределение температуры: I - Пластовая температура, 2 — температура внутри цементного кольца, 3 - температура внутри обсадной колонны, 4 -температура в скважине. Время расчета -а) 1 ч., б) 10 ч.

В первые моменты времени решающее воздействие на температуру оказывает цементное кольцо, которое действует как изолятор температурного сигнала, температурная аномалия в самой скважине практически не проявляется. Шунтирующая способность цементного камня проявляется как препятствие для распространения температурной аномалии. В следующие моменты времени одновременно с развитием температурного фронта происходит продвижение температурной аномалии через каждую среду, с каждой из которой происходит теплообмен, величина которого обусловлена теплофизическими характеристиками каждой зоны. Через достаточно значительное время работы скважины, как и следует ожидать, наличие дополнительных областей с различными теплофизическими свойствами, обусловленное конструкцией заканчивания скважины, нивелирует итоговое распределение температуры. Таким образом, для данных условий информативными являются первые часы исследования. Этот режим может быть обеспечен либо замерами после пуска скважины в работу, либо наведением дополнительной контрастной температуры с помощью теплового источника, помещенного в скважину.

Четвертая глава посвящена анализу полевых данных измерений температуры в скважинах при контроле за разработкой нефтяных месторождений и путям практического применения полученных в работе результатов исследований неизотермической многофазной фильтрации. Рассмотрены полевые данные по скважинам, эксплуатирующимся при забойном давлении ниже давления насыщения в пластах большой мощности. Приводятся также полевые данные измерений азимутального распределения температуры при компрессорном освоении скважины. На рис. 10а приведены распределения температуры в скважине №1 (мощность пласта 23 м.) при фонтанном способе эксплуатации. Видно, что в кровле пласта наблюдается значительная температурная аномалия охлаждения в 4 градуса, как следствие влияния теплоты разгазирования нефти, соотношения давления насыщения и гидростатического распределения давления, первоначального геотермического поля.

Следующий пример иллюстрирует данные по угловому распределению температуры в скважине №2 при компрессорном освоении. Измерения проведены азимутальным термометром с шестью датчиками температуры. Данный датчик позволяет получить двумерную интерполяционную развертку распределения температуры вдоль стенки скважины. Согласно результатам исследований (Рис. 10 б) в интервале продуктивного пласта распределение температуры на выходе из пласта различается в зависимости от угла, что может свидетельствовать об изменчивости проницаемости пристеночной зоны. Более детальный анализ позволяет выявить более интенсивный разогрев различных интервалов пласта на различных

режимах, что также свидетельствует о неоднородности зоны, прилегающей к скважине, влияющей на перераспределение потоков флюида.

Рис. 10. а) планшеты проведенного комплекса ГИС в скв. №1, 6) исследования шестидатчиковым термометром в скв. N¡2

Таким образом, отмечено, что физические эффекты, заложенные в разработанные математические модели, встречаются и достаточно распространены в практике промысловых геофизических измерений сервисных компаний и сопровождают работу скважин на различных этапах их эксплуатации.

Исходя из рассмотренных примеров, следуют потенциальные области применения рассмотренных методов. Данный факт может применяться при интерпретации данных термометрии, диагностике работы и технического состояния скважины: наличие каналов заколонного перетока, диагностирование прорывов воды из над- или подстилающих водонасыщенных пропластков, подтягнвание конуса воды по зоне с улучшенными петрофизическими свойствами. Разработан численный симулятор для выбора и обоснования оптимального воздействия на пласт, моделирования и прогнозирования предполагаемого отклика пласта на данные термометрических исследований, повышение достоверности решения задач методом термометрии при промысловых исследованиях. Предложены оптимальные условия проведения азимутальных температурных измерений для решения нефтепромысловых задач (определение направления трещины гидроразрыва, определение анизотропии проницаемости и.т.д).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Основные результаты исследований, выполненных в диссертационной работе, сводятся к

следующему:

1. Созданы численные модели неизотермической многофазной фильтрации в неоднородных средах, реализованные в виде самостоятельных программных комплексов. Сравнение результатов решения ряда тестовых задач с известными аналитическими и численными решениями показало адекватность разработанных моделей.

2. Для случая пластов большой мощности исследовано влияние факторов, оказывающих воздействие на формирование теплового поля в призабойной зоне пласта при фильтрации газированной нефти. Показано, что сила тяжести оказывает значительное влияние на термогидродинамические процессы при фильтрации флюида для пластов большой мощности.

3. При фильтрации нефти и растворенного газа характер температурной аномалии показывает, что наличие зоны неоднородности с тем или иным соотношением проницаемости по отношению к средней проницаемости призабойной зоны пласта, принципиально разным образом диагностируется на выходе из пласта, что может использоваться при интерпретации данных термометрии. Рассмотрено влияние соотношения величины давления насыщения и забойного давления в скважине и проанализированы возможности потенциальной регистрации температурных аномалий.

4. Для случая двухфазной фильтрации нефти и воды показано, что наличие неоднородности в прискважинной зоне пласта приводит к возникновению немонотонного углового и радиального распределений температуры и насыщенностей фаз. В зависимости от соотношения проницаемостей пласта и участка неоднородности при фильтрации нефти и воды в угловом распределении температуры в скважине наблюдается инверсия, т.е. переход либо от отрицательных к положительным температурным аномалиям, либо наоборот. Выведение скважины из термодинамического равновесия позволяет диагностировать и распознавать температурные аномалии, сглаженные в результате длительной работы скважины.

5. Проведен анализ влияния наличия цементного кольца и обсадной колонны. Показано, что их наличие приводит к сглаживанию кривых распределения температуры в точках внутри скважины. Благодаря более высокому коэффициенту теплопроводности металлической колонны расширяется зона, реагирующая на первоначальный температурный контраст, вызванный наличием зоны неоднородности.

6. Полученные результаты дополняют известные данные по формированию температурных полей в пластовых условиях при неизотермической фильтрации нефти, газа и воды с учетом термодинамических эффектов и могут быть использованы при интерпретации результатов многодатчиковых температурных исследований скважин в условиях многофазной фильтрации. Описанные результаты открывают новые перспективы использования температурных полей для исследования окружающего скважину пространства.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Бочков A.C. Радиально-азимутальиый неизотермический приток жидкости к скважине в условиях теплового воздействия / Р.Ф. Шарафутдинов, A.A. Садретдинов, A.C. Бочков // Теплофизика высоких температур. -2011, - том 49, №1. - с. 1-5.

2. Бочков A.C. Исследование радиально-углового распределения температуры при неизотермической двухфазной фильтрации нефти и воды / P.A. Валиуллин, A.A. Садретдинов, Р.Ф. Шарафутдинов, A.C. Бочков // Новосибирск: Прикладная механика и техническая физика. - 2008. -т.49, №6. - с. 124-130.

3. Бочков A.C. Моделирование распределения изотопов при радиально-азимутальнои неоднородности проницаемости в призабойной зоне пласта / Р.Ф. Шарафутдинов, P.A. Валиуллин, A.A. Садретдинов, A.C. Бочков, A.M. Зимовец // ИФ РИНЦ: Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. - 2007, - №7. - с.34-37.

4. Бочков A.C. Влияние азимутальной неоднородности распределения изотопов в призабойной зоне пласта на показания гамма-каротажа / P.A. Валиуллин, A.M. Зимовец, A.A. Садретдинов, Р.Ф. Шарафутдинов, A.C. Бочков // Тверь: Каротажник. - 2007, выпуск 163, с, 88-92.

В других изданиях

5. Бочков A.C. Численное исследование азимутально-радиального распределения температуры в пласте при наличии неоднородностей / A.C. Бочков // Материалы Тринадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых. - Ростов-на-Дону. - АСФ. - 2007. - т.1. - с.588

6. Бочков A.C. Изучение влияния силы тяжести и капиллярных эффектов на процесс фильтрации нефти при забойном давлении ниже давления насыщения / A.C. Бочков // Сборник трудов VI региональной школы-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике, химии. - Уфа - 2006,- т.1.-с.71-76

7. Бочков A.C. Исследование неизотермической двухфазной одномерной фильтрации с учетом капиллярных сил I A.C. Бочков /I Тезисы докладов студенческой научно-практической конференции по физике. 28 апреля 2006 г. - Уфа: РИО БашГУ. - 2006.

8. Бочков A.C. Математическое моделирование процессов теплопереноса в случае притока флюидов в пластах большой толщины / A.C. Бочков // Тезисы докладов студенческой научно-практической конференции по физике. - Уфа. - 2005. - с. 14.

9. Бочков A.C. Моделирование распределения изотопов при радиально-азимутапьной неоднородности проницаемости в призабойной зоне пласта / A.C. Бочков // Тезисы докладов студенческой научно-практической конференции по физике. - Уфа. - 2006. - с. 14.

10. Бочков A.C. Об определении зон неоднородности проницаемости в прискважинной области / A.C. Бочков // Уфа: Материалы конференции молодых специалистов "РН-УфаНИПИнефть". -Уфа. - 2009.

11. Бочков A.C. Численное исследование влияния силы тяжести на фильтрацию газированной нефти в пластах большой толщины, мощности / A.C. Бочков // Тезисы докладов студенческой научно-практической конференции. - 27 апреля 2007 г. - Уфа: РИО БашГУ. - 2007.

12. Бочков A.C. Комплектование данных геологии, петрофизики и разработки при моделировании сложнопостроенных коллекторов / A.C. Бочков // Материалы конференции молодых специалистов "РН-УфаНИПИнефть". - Уфа. - 2011.

13. Бочков A.C., Мухамадеев Д.С. Новые подходы к геостохастическому моделированию пластов / A.C. Бочков, Д.С. Мухамадеев // Материалы конференции молодых специалистов "РН-УфаНИПИнефть". - Уфа. - 2011.

БОЧКОВ Андрей Сергеевич

ТЕРМОГИДРОДННАМНЧЕСКНЕ ОСОБЕННОСТИ ФИЛЬТРАЦИИ ФЛЮИДОВ ПРИ АНИЗОТРОПНОМ РАСПРЕДЕЛЕНИИ ПРОНИЦАЕМОСТИ В ПРИЗАБОННОИ ЗОНЕ ПЛАСТА

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Лицензия на издательскую деятельность ЛР№021319 от 05.01.99 г.

Подписано в печать 14.04.2011 г. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,05. Уч.-изд. л. 1,64. Тираж 100 экз. Заказ 224.

Редакционно-издательский центр Башкирского госу 'дарственного университета 450074, РБ, л Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

Отпечатано на множительном участке Башкирского государственного университета 450074, РБ, г Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Бочков, Андрей Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ МНОГОФАЗНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ.

1.1. Математические модели.

1.2. Термодинамические процессы в системе скважина-пласт при неизотермической фильтрации флюидов.

1.2.1. Конвективный теплоперенос.

1.2.2. Кондуктивный теплоперенос.

1.2.3. Эффект Джоуля-Томсона.

1.2.4. Адиабатический эффект.

1.2.5. Эффект фазовых переходов. Теплота разгазирования.

1.2.6. Капиллярные и гравитационные силы.

1.3. Термометрия скважин.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ

ТЕРМОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В НЕОДНОРОДНОМ ПО СВОЙСТВАМ ПЛАСТЕ

2.1. Математическая-модель неизотермической двухфазной фильтрации газированной нефти с учетом фазовых переходов в двумерной постановке {г, г).

2.1.1. Физическая постановка.

2.1.2. Математическая постановка.

2.1.3. Начальные и граничные условия.

2.1.4. Расчетная схема.

2.1.5. Результаты расчетов.

2.1.6. Исследование вклада эффектов, формирующих температурное поле.

2.1.7. Влияние мощности пласта, величины газового фактора.

2.1.8. Выводы.

2.2. Математическая модель неизотермической двухфазной фильтрации газированной нефти с учетом фазовых переходов в двумерной постановке {г, ср}.

2.2.1. Физическая постановка.

2.2.2. Математическая постановка.

2.2.3. Начальные и граничные условия.

2.2.4. Результаты расчетов.

2.2.5. Анализ возможности регистрации температуры в скважинных условиях.

2.2.6. Выводы.

2.3. Математическая модель неизотермической двухфазной фильтрации нефти и воды в двумерной постановке {г, <р}.

2.3.1. Физическая постановка.

2.3.2. Математическая постановка.

2.3.3. Начальные и граничные условия.

2.3.4. Расчетная схема.

2.3.5. Результаты расчетов без кратковременного нагрева.

2.3.6. Результаты расчетов с кратковременным нагревом.

2.3.7. Выводы.

Глава 3. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ В СИСТЕМЕ СКВАЖИНА-ПЛАСТ.

3.1. Влияние факторов конструкции и геометрии скважины.

3.2. Выводы.

Глава 4. ПРИМЕРЫ ПРОМЫСЛОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПУТИ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

4.1. Примеры промысловых исследований скважин, эксплуатирующихся при забойном давлении ниже давления насыщения.

4.2. Примеры изучения неоднородности прискважинной зоны.

4.3. Применение данных термометрии при детализации интервала образования трещины ГРП

4.4. Сравнение результатов численных и экспериментальных исследований.

4.5. Примеры исследования прискважинной области многодатчиковыми приборами.

4.6. Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Термогидродинамические особенности фильтрации флюидов при анизотропном распределении проницаемости в призабойной зоне пласта"

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 закономерное развитие новых подходов к процессу измерения: в разработку вводятся пространственные сканирующие приборы, многодатчиковые (многозондовые) системы, а также опто-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 и применение достаточно «тонких» эффектов, которые раньше находились за, гранью инструментальной погрешности измерений.

Эти факторы приводят к тому, что расширяется область исследования пластовых характеристик от одномерного случая (в случае точечного замера скважинным зондом) многомерному. Процесс изучения прискважинного пространства затрагивает пространственные эффекты, становится возможным диагностировать объемное (пространственное) распределение тех или иных параметров.

Следует также упомянуть тот факт, что введение в производство принципиально новых приборов 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 [39].

Одним из динамично развиваемых методов исследования 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 [2,3,16,59^31,41,47,69,76,81,90]. Большой вклад в развитие теории и практики термометрии внесли сотрудники кафедры геофизики Башкирского государственного университета, заложившие фундамент ко многим методикам, подходам и новациям .геофизических исследований [см. например, 21,22,25,32,33]. Температурные исследования скважин позволяют решать широкий круг практических задач нефтегазопромысловой геофизики, в1 частности, такие как контроль за техническим состоянием обсадной колонны, определение работающих интервалов скважины, коллекторов, приемистости нагнетательных скважин, выявление негерметичности зумпфа, определение интервалов и дебитов заколонных перетоков, пластов с движущимся флюидом, определение состава притока и т.д. К перспективным направлениям развития термометрии можно отнести контроль за процессом бурения в режиме реального времени.

Иными словами, в освоении данного метода скрыт большой потенциал применения, который еще предстоит раскрыть, описать и применить.

Методы термометрии могут дать достаточно информации о происходящих процессах вблизи скважины, т.к. они опираются на термодинамические эффекты, связанные с движением флюида в пласте и скважине. На температурные поля оказывают влияние процессы, протекающие в скважине, колонне, цементном кольце, околоскважинном пространстве и пласте:

Также стоит отметить, что будущее развитие нефтегазовой промышленности во многом связано с переходом и смещением объектов разработки на низкопроницаемые коллектора и высоковязкие нефти, которые, кроме того, требуют использовать современные методы увеличения нефтеотдачи, такими как неизотермическая закачка горячего пара, внутрипластовое горение, разогрев прискважинной области индукционными и прямыми методами и т.д. Каждая из таких задач требует разработки методической основы и принципиального аппарата исследования.

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:

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:

На защиту выносятся:

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.), диагностирования технического состояния скважины, источников обводнения скважин и т.д.

В работе в качестве метода исследования- используется численное (компьютерное) моделирование на основе конечно-разностных приближений и метода контрольного объема. Это позволило с заданной точностью описать термогидродинамические процессы, происходящие в пласте и области, примыкающей к скважине. Благодаря- успехам, достигнутым в области вычислительной техники и математического обеспечения, в настоящее время стало возможным создание компьютерного программного обеспечения для моделирования очень сложных процессов, протекающих при осуществлении различных проектов разработки.

Достоверность результатов диссертации основана на использовании фундаментальных уравнений тепло- и массообмена в пористых телах, сравнением результатов с аналитическими решениями и численными решениями, полученным с помощью других программных комплексов.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

1. Региональной конференции молодых специалистов компании «НК-Роснефть». - (Уфа, 2011),

3. Международной конференции EAGE (European Association of Geoscientists and Engineers), секция Well Logging and Core Analysis I. -(Санкт-Петербург, 2010),

4. Региональной конференции молодых специалистов "РН-УфаНИПИнефть". - (Уфа, 2009),

5. Кустовой конференции молодых специалистов НК «Роснефть». — (Анапа, 2009),

6. Тринадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых. — (Ростов-на-Дону, 2007),

7. VI региональной школы-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике, химии. — (Уфа, 2006)

8-10.Студенческих научно-практических конференциях по физике. -(Уфа, 2005, 2006, 2007).

Публикации

Основные положения диссертации опубликованы в 13 печатных изданиях, из них в 4 изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и 2 приложений. Общий объем работы составляет 146 страниц и включает список литературы из 127 наименований, 83 рисунка и 5 таблиц.

Заключение диссертации по теме "Теплофизика и теоретическая теплотехника"

Основные результаты исследований, выполненных в диссертационной работе, сводятся к следующему:

1. Созданы численные модели, реализованные в виде самостоятельных программных комплексов. Сравнение результатов решения ряда тестовых задач с известными аналитическими и численными решениями показало адекватность разработанных моделей.

2. Для случая пластов большой мощности исследовано влияние факторов, оказывающих воздействие на формирование теплового поля в призабойной зоне пласта. Показано, что сила тяжести оказывает значительное влияние на термогидродинамические процессы при фильтрации флюида для пластов большой мощности.

3. При фильтрации нефти и растворенного газа характер температурной аномалии показывает, что наличие зоны неоднородности с тем или иным соотношением проницаемости по отношению к средней проницаемости призабойной зоны пласта, принципиально разным образом диагностируется на выходе из пласта, что может использоваться при интерпретации данных термометрии. Рассмотрено влияние соотношения величины давления насыщения и забойного давления в скважине и проанализированы возможности регистрации температурных аномалий.

Проведен анализ влияния наличия цементного кольца и обсадной колонны. Показано, что их присутствие скважины приводит к сглаживанию кривых распределения температуры в точках внутри скважины. Благодаря более высокому коэффициенту теплопроводности металлической колонны расширяется зона, реагирующая на первоначальный температурный контраст, вызванный наличием зоны неоднородности.

Полученные результаты дополняют известные данные по формированию температурных полей в пластовых условиях при неизотермической фильтрации нефти, газа и воды с учетом термодинамических эффектов и могут быть использованы при интерпретации результатов многодатчиковых температурных исследований скважин в условиях многофазной фильтрации. Описанные результаты открывают новые перспективы использования температурных полей для исследования окружающего скважину пространства. 1

125

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Бочков, Андрей Сергеевич, Уфа

1. Басниев К.С., Алиев З.С., Черных В.В. Методы расчетов дебитов горизонтальных, наклонных и многоствольных газовых скважин. Обз. ин-форм. сер. Бурение газовых и газоконденсатных скважин. М.: ИРЦ Газпром, 1999.

2. Баранов В.Е., Куреленков С.Х., Шевелева Л.В. Прикладное моделирование пласта. — Томский политехнический университет, -2006. с.43

3. Басниев К.С., Кочина И. Н., Максимов В. М. Подземная гидромехника. М., Недра. - 1993. - 416 с.

4. Бочков A.C. Комплексирование данных геологии, петрофизики и разработки при моделировании сложнопостроенных коллекторов // Материалы конференции молодых специалистов "РН-УфаНИПИнефть". Уфа. - 2011.

5. Бочков A.C. Исследование неизотермической двухфазной одномерной фильтрации с учетом капиллярных сил // Тезисы докладов студенческой научно-практической конференции по физике. 28 апреля 2006 г. Уфа: РИО БашГУ. - 2006.

6. Бочков A.C. Математическое моделирование процессов теплопереноса в случае притока флюидов в пластах большой толщины // Тезисы докладов студенческой научно-практической конференции по физике. -Уфа.-2005. -с. 14.

7. Бочков A.C. Моделирование распределения изотопов при радиально-азимутальной неоднородности проницаемости в призабойной зоне пласта // Тезисы докладов студенческой научно-практической конференции по физике. — Уфа. 2006. - с. 14.

8. Бочков A.C. Об определении зон неоднородности проницаемости в прискважинной области // Материалы конференции молодых специалистов "РН-УфаНИПИнефть". Уфа. - 2009.

9. Бочков A.C. Численное исследование влияния силы тяжести на фильтрацию газированной нефти в пластах большой толщины, мощности // Тезисы докладов студенческой научно-практической конференции. 27 апреля 2007 г. — Уфа: РИО БашГУ. 2007.

10. Бочков A.C., Мухамадеев Д.С. Новые подходы к геостохастическому моделированию- пластов // Материалы конференции^ молодых специалистов "РН-УфаНИПИнефть". Уфа. - 2011.

11. Будилин М., Ямбаев М. Проблемы подготовки PVT-свойств для задачи неизотермической фильтрации высоковязких нефтей и способы их решения // Oil & Gas Eurasia, №8. — 2007. с. 32

12. Буевич A.C., Валиуллин P.A., Хизбуллин Ф.Ф. Экспериментальные исследования некоторых термодинамических процессов для жидкостей. // Физико- химическая гидродинамика: Межвузовский сборник,-Уфа: Баш.гос.унив-т. 1980.- с.56- 60

13. Бузинов С.Н., Григорьев A.B.,' Егурцов H.A. Исследование горизонтальных скважин на неустановившихся режимах // Тезисы 3-го Международного семинара "Горизонтальные скважины", 29 30 ноября 2000 г., Москва.

14. БулгаковаJT.T., Халиков Г.А. Исследование осесимметричного течения при локальном разгазировании нефтяных залежей. // БашГУ. УДК 622 241: 532.546.001.246. 1979 г.

15. Булыгин В.Я., Локотунин В.А. Математическое моделирование тепломассопереноса в нефтяных пластах. // Сб.:Динамика многофазных сред. Новосибирск. - 1981. - с. 101-107.

16. Бурже, Ж., Сурио П., Комбарну М. Термические методы повышения нефтеотдачи пластов, пер. с франц. М.: Недра, 1989. - 422 с-ил. - Пер. изд.: Франция. - 1984

17. Валиуллин P.A., Шарафутдинов Р.Ф. Особенности переходных температурных полей при компрессорном опробовании скважин и пластов // Нефть и.газ, №1.- 1998.- с.29-34.

18. Валиуллин P.A., Болдырев В.Д. Экспериментальное изучение адиабатического эффекта в пластовых жидкостях. Физико-химическая гидродинамика: Межвузовский сборник, Уфа: Баш. Гос. Унив-т. — 1989.-е: 84-89.

19. Валиуллин P.A., Зимовец А.М., Садретдинов A.A., Шарафутдинов Р.Ф., Бочков A.C. Влияние азимутальной неоднородности распределения изотопов в призабойной зоне пласта на показания гамма-каротажа // Тверь: Каротажник. 2007, выпуск 163.-е. 88-92.

20. Валиуллин P.A., Назаров В.Ф., Рамазанов А.Ш., Федотов В.Я., Филиппов А.И., Яруллин Р.К. «Методические рекомендации по термическим исследованиям скважин». - Уфа. - 1989г. - 98 с.

21. Валиуллин P.A., Рамазанов А.Ш. Особенности термометрии нефтяных скважин при выделении газа в пласте. / В khl Геофизические исследования в нефтяных скважинах./ Труды ВНИИНПГ, вып. 20, 1990, с.78-84.

22. Валиуллин P.A., Рамазанов А.Ш. Термические исследования при компрессорном освоении нефтяных скважин. — Уфа: Изд-во Башкирск. Гос. ун-та. -, 1992. 168 с.

23. Валиуллин P.A., Рамазанов А.Ш., Шарафутдинов Р.Ф. Баротермический эффект при трехфазной фильтрации с фазовыми переходами. // Механика жидкости и газа. Изв. РАН. 1994. № 6. - с. 113-117.

24. Валиуллин P.A., Рамазанов А.Ш., Шарафутдинов Р.Ф. Термометрия пластов с многофазными потоками. Изд-е Башкирск. Ун-та. — Уфа, 1998.- 116 с.

25. Валиуллин P.A., Шарафутдинов Р.Ф., Кулагин O.JL Экспериментальное изучение термодинамических эффектов в газожидкостных системах. // Физико-химическая гидродинамика: Межвузовский сборник. -Уфа : Башк.гос.унив-т. -1995.- с. 13-18.

26. Валиуллин P.A., Буевич A.C., Филлипов А.И., Дворкин И.Л. и др. Способ определения характера движения жидкости за обсадной колонной. /A.C. №933964. 1982.

27. Валиуллин P.A., Федотов В.Я., ШакировА.Ф. и др. Способ определения вертикального движения жидкости в скважине. /A.C. № 1305321.- 1987

28. Вахитов Г.Г., Кузнецов O.JL, Симкин Э.М. Термодинамика призабойной зоны нефтяного пласта. М.^Недра. - 1978. — 216 с.

29. Владимиров И.В. Расчет температурных полей при закачке холодной воды в нагнетательную скважину // Нефтепромысловое дело. — 2003. -№7. с.25-28.

30. Геофизические методы исследования скважин. Справочник геофизика/ Под ред. В.М.Запорожца. М.: Недра, 1983 с. 591.

31. Гиматудинов Ш.К. и др. Физика нефтяного и газового пласта.- М.: Недра. 1982.-308 с.

32. Григулецкий В.Г., Никитин Б.А. Стационарный приток нефти к одиночной горизонтальной многозабойной скважине в анизатропном пласте. Научно-технический и производственный журнал «Нефтяное хозяйство», январь 1994.

33. Дахнов В.Н. Интерпретация результатов геофизических исследований скважин.- М.: Недра. 1982. - 448 с.

34. Дворкин И.Л., Буевич A.C., Филиппов А.И. Коханчиков А.И., Назаров В.Ф., Закусило Г.А. Термометрия действующих нефтяных скважин // Пособие по методике измерений и интерпретации. Деп.ВНИИОЭНГ. -1976, №305.- 43с.

35. Есьман Б.И., Габузов Г.Г. Термогидравлические процессы при бурении скважин. М.: Недра. 1991.

36. Закиров М.Ф. Исследование нестационарных термогидродинамических процессов в системе горизонтальная скважина — пласт // Автореферат кандидатской диссертации. Уфа. 2006.

37. Исаченко Bi П., Осипова В. А:, Сукомел А. С. Теплопередача. М.: Энергоиздат. 1981.

38. Казакова Т.Г. Моделирование вытеснения нефти в многопластовой неоднородной по проницаемости системе коллекторов в условиях неизотермической фильтрации // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. — 2010 №7. с. 38-41.

39. Каневская Р. Д. Математическое моделирование гидродинамических процессов разработки месторождений углеводородов. Ижевск. Институт компьютерных исследований. 2003. - 26 с.

40. Кременецкий М.И. Исследование межпластовых перетоков жидкости и газа в скважине по данным термометрии. Автореферат кандидатской диссертации. МИНХ и ГП. 1978.

41. Кучумов Р.Я., Пустовалов М.Ф., Кучумов P.P. Анализ и моделирование эффективности эксплуатации скважин, осложненных парафиносолеотложениями ТМ.: ОАО "ВНИИОЗНП. 2005. - 186 с.

42. Латыпов Р.Ш., Шарафиев Р.Г. Техническая термодинамика и энерго. технология химических производств: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1998. — 344 е.: ил.

43. Лойцянский, Л. Г. Механика жидкости и газа. — М.: Дрофа. -2003 840 с.

44. Луканин В.Н., Шатров М.Г., Камфер Г.М.и др. Теплотехника: Учеб. для вузов. М.: Высш. шк. - 2002. - 671с.

45. Люшин С.Ф., Рассказов В.А., Шейх-Али Д.М. и др. Борьба с отложениями парафина при добыче нефти. М.: Гостоптехиздат. -1961.

46. Меркулов В.П., Краснощекова Л.А. Исследование пространственной литолого-петрофизической неоднородности продуктивныхколлекторов месторождений нефти и газа. — Томск: Изд.ТПУ — Т.305. -Вып.6. 2002.-с.296 - 304.

47. Меркулов В.П., Посысоев A.A. Оценка пластовых свойств и оперативный анализ каротажных диаграмм. Томск:SIT Томский политехнический университет. - 2004. - с. 130.

48. Мирзаджанзаде А.Х., Хасанов М.М., Бахтизин Р.Н. Моделирование процессов нефтегазодобычи. Нелинейность, неравновесность, неопределенность. — Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований. 2004. - с. 192-193.

49. Моисеев В.Н. Применение геофизических методов в процессе эксплуатации скважин. — М:Недра. 1990.

50. Муслимов Р.Х., Абулмазитов Р.Г., Иванов А.И., Сулейманов Э.И., Хасамов Р.Б. Развитие методов повышения* производительности скважин. //Геологическое строение и разработка Вавлинского нефтяного месторождения. -М.: ОАО ВНИИОЭНГ. 1996. - с.384-405.

51. Мухер A.A., Шакиров А.Ф. Геофизические и прямые методы исследования скважин: Учебник для профтехобразования.- М.: Недра, 1981.295 с.

52. Назаров В.Ф., Шарафутдинов Р.Ф., Валиуллин P.A. и1 др. Способ определения интервалов заколонного движения жидкости в скважине. //A.C. №1476119. -1989.

53. Непримеров H.H. Трехмерный анализ нефтеотдачи охлажденных пластов. Казань: Изд. КГУ. - 1978.

54. Непримеров H.H., Пудовкин М.А., Марков А.И. Особенности теплового поля нефтяного месторождения. Казань, Издательство КГУ, -1968.

55. Орлинский Б.М. Контроль за разработкой залежи j нефти геофизическими методами. М., «Недра»,-1977. 239 с.

56. Патанкар C.B. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат. - 1984.

57. Патент № 2154732. Способ обработки призабойной зоны пласта / Шилов A.A., Ладин П.А. Хакимов Т.Г.- 20.08.2000 г.

58. Попов A.A. Опыт внедрения электропрогрева призабойных зон скважины на промыслах Войжского НПУ //НТС ВНИИОЭНГа. Сер. Нефтепромысловое дело. — М. 1969. - № 3. - с.23-25.

59. Попов A.A. Эффективность методов воздействия напризабойную зону скважины // М.: ВНИИОЭНГ, Нефтепромысловое дело. — 1979. — 31 с.

60. Пудовкин М.А., Саламатин А.Н., Чугунов В.А. Температурные процессы в действующих скважинах. Казань : Изд-во Казан.унив-та. -1977.- 168 с.

61. Рамазанов А.Ш., Шарафутдинов Р.Ф., Халикова А.Г. Баротермический эффект при вытеснении нефти из пористой среды. Изв. АН СССР., МЖГ. 1992. - №3 с. 104-109.

62. Розенберг М.Д., Кундин С.А. Многофазная многокомпонентная фильтрация при добыче нефти и газа. М.: Недра. - 1976.

63. Рубинштейн Л. И. Температурные поля в нефтяных пластах. М.: Недра. - 1972. - 276 с.

64. Руководство по применению промыслово- геофизических методов для контроля за разработкой нефтяных месторождений. М.: Недра. - 1978.

65. Руководящий документ (РД 153-39.0-109-01) Методические указания «Комплексирование и этапность выполнения геофизических, гидродинамических и геохимических исследований нефтяных и нефтегазовых месторождений».

66. Руководящий документ (РД 153-39.0-110-01) «Методические указания по геолого-промысловому анализу разработки нефтяных и газонефтяных месторождений».

67. Садретдинов А.А. Численное моделирование неизотермического притока флюида к скважине с фазовыми переходами // Каротажник. — 2004. вып. 14(127). - с.83-91.

68. Салагаев В. Б., Валиуллин Р. А., Булгаков Р. Т. Математическое моделирование температурного поля в скважине при заданной геометрии перетока жидкости за колонной // ИФЖ. — 1990, Т. 58, № 1. Деп. в ВИНИТИ 20.11.89, per. № 6947 В 89. - с. 153.

69. Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука. - 1977.I

70. Сучков Б.М. Оценка влияния дроссельного эффекта на изменение температурного режима работы скважины // Нефтепромысловое дело. -1974. № 9.1

71. Термодинамические исследования фильтрации нефти и газа в залежи. Балакиров Ю.А., М., Недра, 1970.

72. Теслюк Е.В., Розенберг М.Д. О неизотермической фильтрации многофазного потока и об учете термодинамических эффектов при разработке нефтяных месторождений // Тр.ВНИИнефть. -1965. вып.42. - с.281-293.

73. Технология и техника эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Балакиров Ю.А.М, изд-во «Недра». 1970 г., 192 стр.

74. Требин Г.Ф., Капырин Ю.Ф. О величине дроссельного эффекта при фильтрации углеводородов на различных глубинах // Тр.ВНИИ.- М.: Недра. 1970, вып.37. - с. 56-58.

75. Требин Г.Ф., Капырин Ю.Ф., Петухов. Экспериментальное изучение изменения температуры при дросселировании нефти // Тр.ВНИИ.- М.: Недра. 1974, вып.49. - с.74-80.

76. Фанчи Д. Р. Интегрированный подход к моделированиюIфильтрационных потоков // М.Ижевск: Ижевский институткомпьютерных исследований, НИЦ — Регулярная и хаотическая динамика. 2010. — 106 с.

77. Федоров K.M., Шарафутдинов Р.Ф. К теории неизотермической фильтрации с фазовыми переходами // Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. 1989. № 5. - с. 78-85 ,

78. Филиппов А.И. Скважинная термометрия переходных процессов. — Саратов, Изд.Саратов.унив. 1989. - 116 с.

79. Фунг Ван Хай, Шамаев Г.А., Нуен Хыу Нян, Тю Ван Лыонг, Нгуен Ван Ту. Основные причины ухудшения проницаемости призабойной зоны пласта нижнего олигоцена месторождения "Белый Тигр" // Уфа: Башкирский химический журнал. 2008. - т. 15. №2. - с. 135.

80. Халимов Э.М. Технология повышения нефтеотдачи пластов М.: Недра. 1984.

81. Хуснуллин М.Х. Геофизические методы контроля разработки нефтяных пластов. — М.: Недра. 1989. — 190 с.

82. Чекалюк Э.Б. Термодинамика нефтяного пласта. М.: Недра. - 1965.238 с.

83. Шарафутдинов Р.Ф., Садретдинов A.A., Бочков A.C. Радиально-азимутальный неизотермический приток жидкости к скважине вусловиях теплового воздействия // Теплофизика высоких температур. —2011.-том49, №1.-с. 1-5.

84. Шарафутдинов Р.Ф. Нестационарный тепло- и массоперенос в нефте-насыщенных пористых средах. Автореферат диссертации, на соискание ученой степени доктора физ.-мат.наук. Уфа: БашГУ, 2000 г.

85. Шарафутдинов Т.Р. Исследование температурных полей в скважине с источниками тепла. Автореферат диссертации к.т.н. Уфа. 2006.

86. Шилов А.А. Способ обработки призабойной зоны пласта индукционным высокочастотным нагревателем на каротажном кабеле // Интервал. 2002. - №8(43).

87. Шилов А.А., Хакимов Т.Г., Ладин П.А., Дрягин В.В., Опошнян В.И., Копылов А.Е. Тепловое воздействие на призабойную зону пласта с применением индукционного высокочастотного нагревателя // НТЖ «Каротажник». 1999. - №64. - с.53-55.

88. Bear J. The Dynamics of Fluids in Porous Media, Dover Publications, Inc. -1972.10Ó. Bejan A. Convective Heat Transfer, Wiley. 2004.

89. Crone S., Bergins Ch. and Strauss K. Multiphase Flow in Homogeneous Porous Media with Phase Change Journal Transport in Porous Media .Issue Volume 49, Number 3. 2002. - pp. 291-312.

90. Darcy, H. Les fontaines publiques de la ville de Dijon / H. Darcy. Paris: Victor Dalmont. - 1856.

91. Dawkrajai P., Analis A.R., Yoshioka K., Zhu D., Hill A.D, Lake L.W. A ! comprehensive statistically-based method to interpret realtime owingmeasurements, DOE Report. 2004.

92. Ettefagh J.-Natural convection in open-ended cavities with a- porous obstructing medium / J.Ettefagh, K.Vafai I I Int. J. Heat and Mass Transfer. 1988. vol. 31. - N4. -pp. 673-693.

93. Fedorov K. M. and Sharafiitdinov R. F. Contribution to the theory of nonisothermal flow through porous media with phase transitions. Journal Fluid Dynamics. pp. 721-727

94. Ferguson W. J., Kaddouri A. A Mass Conservative Non-Isothermal Subsurface Three-Phase Flow Model: Formulation and Application, , Journal Water, Air, & Soil,Pollution. 1994. - pp.269-291

95. Helmig R., Bastian P. Numerical simulation of non-isothermal multiphase multicomponent processes in porous media. An efficient solution technique.

96. Class H.; Institut für Wasserbau, Lehrstuhl für Hydromechanik undt

97. Hydrosystemmodellierung, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 61, 705 691 Stuttgart, ALLEMAGNE Interdisziplinäres Zentrum für wissenschaftliches Rechnen, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 368,69120 Heidelberg, ALLEMAGNE.

98. Lai, F. C. Natural convection in horizontal porous layers with discrete heat sources / F.C. Lai, Y.S. Choi, F.A.Kulacki //AIAA paper. 1988. - №659. -pp. 1-10.

99. Mathemathical Theory of Oil and Gas Recovery, Kluwer Academic Publishers, London. 1999.

100. Nield D.A., Bejan A. Convection in Porous Media, Springer. 1999.

101. Numerical Methods in Heat Transfer: vol. 3 / ed. by R.W. Lewis, K. Morgan. Chichester, West Sussex, England: John Wiley & Sons Ltd, 1985.- 294 p.

102. Prasad, V. Mixed convection in horizontal porous layers heated from below. SPE 20769 presented at SPE Annual Technical Conference and Exhibition, San Antonio, TX. 1995.

103. Prasad, V. Thermal convection in a rectangular cavity filled with a heatgenerating, Darcy porous medium«/ V. Prasad // ASME J. Heat Transfer.- 1988. vol. - N 2. - p. 134-142.

104. Ramazanov A.Sh., Nagimov V.M. Analytical model for the calculation of temperature distribution in the oil reservoir during unsteady fluid inflow, ,Oil and Gas Business Journal. 2007.r

105. Ramazanov A.Sh., Parshin A.V. Temperature distribution in oil and water saturated reservoir with account of oil degassing, Oil and Gas Business Journal. 2006.

106. Ramey H.J. Jr. Wellbore heat transmission. JPT. 1962. - p. 435.

107. Sagar R.K., Dotty D.R., Schmidt Z. Predicting temperature profiles in a flowing well, SPE 19702 presented at SPE Annual Technical Conference and Exhibition, San Antonio, TX. 1989.

108. Shiu K.C., Beggs H.D. Predicting temperatures in fowing oil wells, J. Energy Resources Tech, 1989. - pp. 1-11.

109. V. Prasad, F.A. Kulacki, M. Keyhani // ASME J. Heat Transfer. 1988. -vol.110.-N2.-pp. 395-407.

110. Valiullin R.A., Sharafutdinov R.F., Ramazanov A.Sh. A research into thermal fields in fluid-saturated porous media, Elsevier 148, 2004. - pp. 7277.

111. Whitson and Belery. Compositional Gradients in Petroleum Reservoirs, paper SPE 28000, presented at the 1994 University of Tulsa Centennal Petroleum Engineering Symposium, Tulsa. 1994.

112. Yoshioka K. Detection of water or gas entry into horizontal wells by using permanent downhole monitoring systems, Ph.D. thesis, Texas A and M University, Department of Petroleum Engineering. 2007