Гидродинамические методы анализа фильтрационных полей и свойств коллекторов сложного строения при импульсно-волновых воздействиях в скважине тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. ГУБКИНА

На правах рукописи ВОЛЬНИЦКАЯ Елена Петровна

УДК 622.245.512.528.112

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПОЛЕЙ И СВОЙСТВ КОЛЛЕКТОРОВ СЛОЖНОГО СТРОЕНИЯ ПРИ ИМПУЛЬСНО-ВОЛНОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ В СКВАЖИНЕ

Специальность: 01.02.05 - «Механика жидкости, газа и плазмы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2005 г.

Работа выполнена в Государственном научно-инженерном центре по импульсно-волновым технологиям в гидрогеологии и геотехнологии (ФГУП НИЦ ГИДГЕО) Министерства Природных ресурсов РФ.

Официальные оппоненты: Доктор физико-математических наук,

профессор В.Л. Данилов, ВНИИ им. АЛ. Крылова.

Доктор технических наук, профессор В.И. Марон,

РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

Доктор технических наук, профессор М.Х. Хайруллин,

Институт механики и машиностроения Казанского научного центра РАН.

Ведущая организация: Институт проблем нефти и газа РАН и

Минобразования РФ.

Защита диссертации состоится «_/£_» Июня 2005г. В ча-

сов в аудитории на заседании диссертационного совета Д.212.200.03

при Российском Государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета Д.212.200.03, кандидат физико-математических наук

М.Н. Кравченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. При проектировании разработки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых скважинными методами необходимы достоверные сведения о фильтрационных свойствах продуктивных пород. Большая часть известных методов определения фильтрационных параметров коллекторов базируется на непосредственном измерении скорости движения скважинной жидкости - опытные откачки, нагнетания, расхо-дометрия и др. Однако для их реализации требуется значительный объем буровых и опытно-фильтрационных работ, что ведет к существенным материальным и трудовым затратам. В последние годы получили развитие методы определения фильтрационных параметров пластов в процессе возбуждения скважины без отбора жидкости, в частности, метод колебаний. Несмотря на свою оперативность, этот метод, однако, недостаточно точен из-за отсутствия сведений о пьезопроводности пластов, которые можно получить по данным о распространении волн давления между скважинами.

Анализ существующих способов определения фильтрационных свойств пластов показывает, что по-прежнему остается актуальной разработка оперативных, нетрудоемких и достоверных методов. В настоящей работе, выполненной в научно-инженерном центре по импульсно-волновым технологиям (НИЦ ГИДГЕО), получил теоретическое развитие и экспериментальное подтверждение метод определения фильтрационных параметров пластов в процессе импульсно-волнового воздействия в скважине.

В НИЦ ГИДГЕО для целей очистки прискважинной зоны от кольмати-рующих загрязнений и интенсификации притоков флюида к скважинам разработаны специальные комплексы пневмоимпульсной аппаратуры, которые могут быть успешно применены для решения задачи оценки фильтрационных свойств пластов. Механизм импульсно-волнового воздействия на пласт

заключается в следующем. Пневмоисточники возбуждают в скважине мощные низкочастотные импульсы давления, которые создают в пласте фильтрационные потоки переменного направления при значительных градиентах давления. Это оказывает разрушающее действие на кольматант, закупоривающий отверстия фильтров и поровые каналы, и способствует образованию микротрещин, что, в конечном итоге, приводит к улучшению фильтрационных параметров прискважинной зоны и увеличению притока жидкости, насыщающей пласт.

Настоящая работа посвящена разработке теоретических основ метода определения фильтрационных свойств пластов в процессе импульсно-волнового воздействия в скважине. Оценка фильтрационных свойств пластов представляет большой интерес, поскольку для выбора оптимального режима импульсного воздействия на коллектор необходимо достоверное знание его фильтрационных свойств. В процессе обработки пласта также необходим контроль за изменением его гидродинамических характеристик. Традиционные методы определения фильтрационных параметров пластов, как правило, являются трудоемкими и дорогостоящими. Развиваемый метод, совмещенный с процессом пневмообработки скважин, не требует каких-либо дополнительных материальных и трудовых затрат, то есть по существу является экспресс-методом. Он позволит также достаточно просто определять фильтрационные параметры не только призабойной зоны скважины, но и интегральные характеристики обширных областей пласта. Сущность метода заключается в том, что в системе скважина-пласт путем многократных импульсных воздействий возбуждается колебательный процесс. Затем в наблюдательных скважинах (одной или, для повышения точности, в нескольких) измеряется уровень колебания жидкости и далее по разработанной методике рассчитываются осредненные фильтрационные характеристики в области между скважинами.

Таким образом, развитие импульсно-волновых методов воздействия на продуктивные пласты открыло новые возможности для оперативного исследования их коллекторских свойств, что потребовало своего теоретического обоснования и экспериментального апробирования.

Знание фильтрационных свойств коллекторов необходимо также при расчетах полей давлений и скоростей фильтрации, возникающих при возмущении скважин. В сложнопостроенных коллекторах такие расчеты с использованием традиционных аналитических математических методов, как правило, затруднены, а часто просто невозможны вследствие наличия разрывов фильтрационных коэффициентов на границах разнородных областей. При численном решении уравнений упругого режима фильтрации в условиях многопластовых резко-неоднородных залежей могут возникнуть трудности, связанные с устойчивостью разностных схем. В связи с этим является актуальным развитие эффективных методов построения фильтрационных полей в кусочно-неоднородных, в том числе в трещиновато-пористых коллекторах.

Таким образом, актуальность проблемы, рассматриваемой в настоящей диссертации, определяется необходимостью:

• исследования закономерностей поведения фильтрационных полей давлений и скоростей фильтрации при низкочастотном импульсно-волновом воздействии в системе скважина-пласт;

• создания экономичных и информативных методов определения коллекторских свойств пластов;

• разработки эффективных методов решения фильтрационных задач в сложнопостроенных коллекторах.

Актуально также создание методик, позволяющих оперативно оценивать гидродинамические свойства пластов и рассчитывать фильтрационные поля в многослойных, радиально-неоднородных пористых и трещиновато-пористых средах, что необходимо при разведке и разработке месторождений

полезных ископаемых, добываемых скважинными методами.

Исследования выполнялись в рамках Федеральных целевых программ «Развитие минерально-сырьевой базы Российской Федерации в 1996 -2000 гг.», «Обеспечение населения России питьевой водой» и «Воспроизводство и использование минерально-сырьевой базы на 2001 - 2005 гг.».

Целью диссертации является исследование закономерностей распределения полей давления и скоростей фильтрации, возникающих в пласте при импульсно-волновом воздействии в скважине, создание экспресс-методов оценки гидродинамических параметров коллекторов, а также развитие эффективных методов расчета фильтрационных полей в сложнопостроенных пластовых системах.

Основные задачи исследования.

1. Теоретически исследовать распределение полей давления и скоростей фильтрации в изотропных и анизотропных пластах при импульсно-волновом воздействии в скважине.

2. Разработать инженерные экспресс-методы решения обратных задач фильтрации по определению гидродинамических параметров изотропных и анизотропных пластов по реакции наблюдательных скважин на импульсное возмущение.

3. Теоретически исследовать поведение поля давления в водонефтена-сыщенном пласте при гармоническом возмущении скважины с целью осуществления в наблюдательной скважине оперативного мониторинга за продвижением водонефтяного контакта в процессе разработки нефтяной залежи.

4. Развить вариационные методы, позволяющие эффективно находить решения фильтрационных задач в сложнопостроенных пластовых системах, а именно, в многослойных и радиально-неоднородных пористых и трещиновато-пористых коллекторах.

5. Экспериментально изучить поля давлений, возникающих в реальных

коллекторах при импульсно-волновых воздействиях в скважинах, а также оценить фильтрационные свойства пластов методом низкочастотного меж-скважинного прозвучивания.

Для решения поставленных задач использовались методы математической физики, подземной гидромеханики, численные методы, а также экспериментальные исследования с использованием измерительной аппаратуры, прошедшей метрологический контроль. Теоретические выводы подтверждены экспериментальными результатами.

Научная новизна работы состоит в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении эффективности использования низкочастотных волновых воздействий для решения комплекса гидродинамических задач, связанных с освоением и эксплуатацией продуктивных коллекторов. В рамках развиваемого подхода:

• установлены закономерности распределения волновых полей в пласте при импульсном возмущении в скважине, а именно, затухающий характер поля давлений по мере удаления от скважины и резкий знакопеременный характер изменения скоростей фильтрации во времени в различных сечениях пласта в зависимости от безразмерных параметров: режима работы импульсного источника а — т/Т и фильтрационных свойств коллектора /? = гс2 /^Г;

• создан экспресс-метод низкочастотного межскважинного прозвучи-вания для оперативного определения гидродинамических параметров изотропных и анизотропных пластов, основанный на реакции наблюдательных скважин на импульсное воздействие в возмущающей скважине;

• предложен и теоретически обоснован метод выявления слоистой неоднородности пласта, а также контроля за перемещением водонефтяного контакта по изменению во времени амплитуды волнового сигнала в наблюдательной скважине;

• развит вариационный подход для нахождения стационарных и не-

стационарных фильтрационных полей в сложнопостроенных пористых и трещиновато-пористых коллекторах, дана техника отыскания вариационным методом приближенных решений задач упругого режима фильтрации в пористых и трещиновато-пористых пластах с разрывными коллекторскими свойствами.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Практическая ценность работы состоит в том, что на основе теоретических и экспериментальных исследований разработан метод определения гидродинамических параметров изотропных и анизотропных коллекторов в процессе пневмоимпульсной обработки скважин, что позволяет оперативно и, главное, намного экономичнее традиционных методов получать достоверную информацию о фильтрационных свойствах пластов. Высокая степень информативности метода обеспечена возможностью определения ряда параметров, в том числе площадной анизотропии, что позволит осуществить рациональное размещение и эффективную эксплуатацию скважин на месторождениях. Следует отметить универсальность метода, позволяющего использовать его в скважинах различного назначения: водозаборных, геотехнологических, неглубоких (до 1 км) нефтяных. Отличительная особенность метода - относительно малая ресурсо- и энергоемкость по сравнению с традиционными методами. Разработанный «экспресс-метод» рекомендуется к использованию на стадиях разведки и разработки месторождений полезных ископаемых для повышения информативности гидродинамических исследований. Составлены «Методические рекомендации по оценке фильтрационных свойств коллекторов методом низкочастотного межскважинного про-звучивания», утвержденные ФГУП НТЦ «Эксперт» Министерства обороны РФ.

На основе развитого вариационного подхода разработан эффективный метод построения приближенных решений задач упругого режима фильтра-

ции в сложнопостроенных пористых и трещиновато-пористых пластах с разрывными коллекторскими свойствами, пригодный для целей проектирования разработки нефтяных и газовых месторождений. Метод реализован в комплексе алгоритмов и программ, представленных в «Методике расчета фильтрационных полей в неоднородных пористых и трещиновато-пористых залежах», утвержденной институтом ВНИИГаз.

На основе выполненных исследований разработаны и внедрены в производство образцы новой техники - пневмоимпульсные источники с регулируемыми амплитудно-частотными характеристиками, позволяющие осуществлять обработку скважин в различных геолого-технических условиях.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования явились основой для разработки комплексной импульсно-волновой технологии повышения производительности скважин, включающей в себя наземный ап-паратурно-измерительный комплекс, комплект пневмоисточников, научно-методическое и программное обеспечение для реализации импульсно-волновой обработки пласта и низкочастотного межскважинного прозвучива-ния. Эта технология успешно применялась для восстановления и повышения производительности гидрогеологических скважин во многих регионах нашей страны и за рубежом, а также на нефтяных скважинах Краснодарского края и геотехнологических скважинах Зауралья и Средней Азии.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и были представлены на: Всесоюзном постоянно действующем семинаре в Институте проблем механики АН, Москва, 1985; Международном конгрессе «Современные математические проблемы механики и их приложения», Москва, 1987; Симпозиуме «Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология» (ETER-96), Санкт-Петербург, 1996; Международной выставке «Геологоразведка-2000», Санкт-Петербург, 2000; научных семинарах кафедры нефтегазовой и подземной гидрсмехани-

ки РГУНГ им. И.М. Губкина, 2003, 2004; IV и V Международных салонах инноваций и инвестиций, Москва, 2004, 2005.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 21 статье, опубликованных в научных журналах и сборниках, а также в 6-ти научно-технических отчетах для Министерства природных ресурсов РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы. Работа содержит 256 страниц текста, в том числе 59 рисунков, 2 таблицы и список литературы, включающий 282 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационного исследования, охарактеризованы основные результаты работы, ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе проанализированы основные используемые методы оценки фильтрационных свойств пластов: с одной стороны, это комплекс геофизических методов, позволяющих определять пористость, проницаемость и глинистость коллекторов; с другой стороны, это гидрогеологические исследования: опытные откачки, наливы, нагнетания, расходометрия, гидропрослушивание. Теоретически эти методы хорошо обоснованы в работах Б.В. Боревского, Б.Г. Самсонова, Л.С. Язвина, С.Н. Бузинова, И.Д. Умрихи-на, И.И. Гринбаума и др. Однако, все эти методы требуют большого объема буровых и опытно-фильтрационных работ, что ведет к существенным затратам материальных и трудовых ресурсов, а сами исследования занимают длительный промежуток времени.

В последние десятилетия получили свое развитие методы определения гидродинамических параметров пластов в процессе импульсного возбуждения скважин без отбора жидкости по колебаниям уровня воды в скважине.

Здесь следует отметить работы В.И. Башмакова, Б.В. Боревского, Г.С. Варта-няна из ВСЕГИНГЕО, а также исследования И. Краусс.

Широкое использование в подземной гидродинамике вычислительной техники позволило успешно развивать методы определения параметров пластов на основе математического моделирования. Таким образом решаются обратные коэффициентные задачи гидромеханики, которые являются некорректно поставленными в классическом смысле, т.е. незначительным изменениям в исходных данных могут соответствовать большие изменения в решениях задач. С этой особенностью обратных задач связаны основные трудности построения эффективных вычислительных алгоритмов. Постановка некорректных задач была впервые дана А.Н. Тихоновым и развита в дальнейшем в трудах В.Я. Арсенина, В.В. Воеводина, А.Б. Гласко, М.М. Лаврентьева и других. Решению обратных коэффициентных задач гидромеханики посвящены работы М.Т. Абасова, В.Я. Булыгина, Г.А. Вирновского, С.Н. Глейзе-ра, С.Н. Закирова, Б.И. Леви, Б.М. Палатника, М.Х. Хайруллина, М, Вассермана, Г. Гавалса, М. Дюпюи, П. Лемоньера, Дж. Сейнфельда, Дж. Чавента, У. Чена и многих других исследователей.

Обычно при реализации всех рассмотренных выше методов оценки фильтрационных свойств решается лишь одна задача - определение гидродинамических параметров пластов. При этом материальные и трудовые затраты получаются достаточно высокими. В связи с этим актуальна разработка новых экспресс-методов нахождения фильтрационных свойств коллекторов в качестве альтернативы к уже существующим. Развиваемый в настоящей работе метод позволит повысить оперативность и информативность определения фильтрационных свойств коллекторов, снизить материальные и трудовые затраты, а, следовательно, повысить экономическую эффективность гидродинамических исследований. Оперативность в определении параметров исследуемых коллекторов достигается благодаря совмещению

процессов пневмоимпульсной обработки скважин и регистрации возникающих волновых сигналов в наблюдательных скважинах, последующий анализ которых позволяет получать данные о фильтрационных свойствах пластов. Таким образом, этот метод, по существу, является «экспресс-методом», не требующим дополнительных материальных и трудовых затрат для оценки гидродинамических параметров коллекторов. Он получил свое название как метод низкочастотного межскважинного прозвучивания. Основные результаты этих исследований отражены в работах [9-18,20].

В главе рассмотрены наиболее распространенные математические модели фильтрации: Мятиева - Гиринского, Щелкачева - Гусейнзаде, Хантуша. Дан анализ исследований, в которых в рамках различных моделей были использованы точные и приближенные математические методы для решения задач фильтрации в неоднородных и анизотропных коллекторах. Это работы российских и зарубежных ученых: акад. П.Я. Полубариновой-Кочиной, М.Т. Абасова, Ф.Б. Абуталиева, Г.И. Баренблатта, К.С. Басниева, Г.Г. Вахитова, Г.В. Голубева, М.А. Гулиева, М.А. Гусейнзаде, Г.П. Гусейнова, Н.М. Дмитриева, В.М. Ентова, С.Н. Закирова, В.В. Кадета, В.М. Максимова, В.И. Марона, В.Н. Николаевского, С.Н. Нумерова, Г.Г. Тумашева, М.Х. Хайруллина, И.А. Чарного, М.И. Швидлера, В.Н. Щелкачева, Р. Аксфорда, М. Катца, М. Маскета, М., Пратца, Д. Рассела, М. Хантуша и многих других исследователей.

Проведенный анализ показывает, что все традиционно используемые методы обладают теми или иными ограничениями, вследствие чего приходится упрощать картину фильтрационных течений в коллекторах сложного строения. Основная трудность получения аналитических решений в кусочно-однородных залежах заключается в необходимости обеспечивать выполнение условий сопряжения на каждой границе раздела разнородных областей, поэтому в сложнопостроенных коллекторах такие расчеты, как правило,

затруднены, а часто просто невозможны.

Пожалуй, единственными методами, свободными от указанных выше ограничений, являются вариационные методы. Вариационные методы выгодно отличаются широким спектром задач, где они могут быть успешно применены, а также быстротой сходимости получаемых решений.

Показаны основные этапы создания вариационных принципов механики и их использование в теории фильтрации. Вариационные принципы и вариационные методы, восходящие истоками к трудам классиков математики и механики: И. Бернулли, Л. Эйлера, П. Мопертюи, Ж. Лагранжа, У.Р. Гамильтона, М.В. Остроградского, К.Ф. Гаусса, К.Г. Якоби, Ж.А. Пуанкаре, Г. Герца, Дж. Гиббса - получили свое дальнейшее развитие в работах акад. Н.Н. Боголюбова, акад. Н.М. Крылова, акад. Л.В. Канторовича, акад. Л.С. Лейбен-зона, В.И. Крылова, С.Г. Михлина, Л.С. Полака и других. Особый прогресс в области использования вариационных принципов для построения моделей в различных областях механики сплошной среды был достигнут в работах акад. Л.И. Седова и его учеников: В.Л. Бердичевского, А.Н. Голубятникова, М.В. Лурье и других, обобщивших, в частности, вариационные принципы на случай движений сплошной среды с разрывами.

Вариационный принцип для задач теории фильтрации использовался в работах акад. Л.С. Лейбензона, Ю.Н. Васильева, Г.Г. Вахитова, Г.В. Голу-бева, М.А. Гусейнзаде, В.Л. Данилова, В.М. Ентова, М.В. Лурье, В.М. Максимова, Г.Г. Тумашева, М.В. Филинова, В.А. Черных, Р.В. Шаймуратова, В.Н. Щелкачева и других. Практически во всех этих работах рассматривалась стационарная фильтрация. Для динамических задач теории упругости М. Гуртин предложил вариационный принцип, отличительной особенностью которого является включение в варьируемые функционалы интегралов-сверток по времени от неизвестных функций. Этот подход был в дальнейшем развит в трудах Л.Я. Айнолы, Дж. Мюррея, Е. Тонти, Л. Чамберза и других.

В настоящем исследовании развивается вариационный подход для расчета нестационарных фильтрационных полей в сложнопостроенных пористых и трещиновато-пористых коллекторах с разрывными коллекторскими свойствами. Основные положения этих исследований отражены в работах [1

Анализ существующих методов оценки фильтрационных свойств, а также методов расчета фильтрационных полей в коллекторах сложного строения определил цели и задачи исследований, которые послужили основой настоящей диссертационной работы.

Во второй главе разработаны методы определения фильтрационных параметров изотропных и анизотропных коллекторов, базирующиеся на реакции наблюдательных скважин на импульсные воздействия, создаваемые источниками в возмущающей скважине.

Проведены теоретические исследования распределения фильтрационных полей (давления и скоростей фильтрации) в пласте при импульсном воздействии в скважине, т.е. даны решения прямых гидродинамических задач [10]. Процесс фильтрации жидкости в круговом пласте описывается уравнением пьезопроводности в цилиндрических координатах:

В начальный момент времени и вдали от возбуждаемой скважины избыточное давление считаем исчезающе малым

Поскольку процесс пневмоимпульсного воздействия носит периодический характер, граничные условия состоят в задании на стенке скважины давления как периодической функции времени, являющейся разложе-

-8,19].

О)

Р(г,0) = 0; Р(г-юо,0 = 0

(2)

нием в ряд Фурье импульсов, генерируемых источником:

(3)

Считаем, что создаваемые пневмоисточником импульсы давления имеют прямоугольную форму, характеризуемую тремя параметрами: А - амплитудой, X - длительностью импульса, Т - периодом повторения импульсов. Решение задачи ищем в виде ряда:

P(r,t) = ^Р„ W • ехр(/ • 2 mßt), (4)

где P„(t)~ комплексная амплитуда к о л е б а ^ий/^^м н и м а я единица.

Опуская промежуточные выкладки, приведем решение задачи, которое выражается через функции Кельвина her И Ае/':

(5)

где

Здесь использованы безразмерные переменные: £ = г/гс; / = ; а = г/Г; = 2лиу5; Р = Р/А. Далее знак « ~ >> опустим. Выражение (5) характеризует поле периодических колебаний давления, устанавливающееся в пласте под действием импульсных нагрузок на скважине. Отметим, что а и Р являются характерными параметрами данной задачи: а определяет длительность и период повторения импульсов, т.е. характеризует аппаратурные особенности пневмоисточника; ¡} зависит от пьезопроводности пласта, т.е. характеризует его фильтрационные свойства. В настоящей работе рассчита-

1 Янке Е., Эмде Ф., Леш Ф. Специальные функции. - М.: Наука, 1968 - 344 с.

ны распределения давления для различных импульсных режимов в скважине и при самых разнообразных фильтрационных свойствах пласта.

Зная распределение давления в пласте, можно рассчитать поле скоростей фильтрации жидкости. Из закона Дарси следует, что V =— дР/д%, где безразмерная скорость ¥ = ргсУ/кА. Далее знак «~» опускаем. Вычислив производную по от выражения (5), описывающего поле давлений, находим поле скоростей фильтрации в пласте при импульсном воздействии в скважине:

где

Здесь - производные от соответствующих функций Кельвина.

В работе рассчитаны поля скоростей фильтрации для различных импульсных режимов в скважине и при самых разнообразных гидродинамических характеристиках пласта. В качестве примера на рис. 1 показано изменение скорости во времени для разных сечений пласта Виден резкий знакопеременный характер кривых, что способствует интенсивному выносу частиц кольматанта. Кривые имеют характерный период

Рассчитаны также зависимости максимальной скорости фильтрации от расстояния показывающие что с ростом параметра и уменьшением увеличивается глубина проникновения волны давления в пласт, что способствует активизации фильтрационных течений в более удаленных от скважины зонах.

Таким образом, решена прямая задача о нахождении полей давлений и скоростей фильтрации в пласте с заданными гидродинамическими парамет-

Рис. 1. Изменение скорости фильтрации во времени в разных сечениях пласта. Шифр кривых - £ = г/гс.

900 1000 1600 2000

Рис.2. Изменение уровня жидкости в наблюдательных скважинах в зависимости от расстояния до возмущающей скважины. Шифр кривых- 0 = г? / %Т.

рами и при заданных режимах импульсного воздействия в скважине.

Для выбора оптимального режима импульсного воздействия и контроля за процессом обработки скважины необходимы данные о фильтрационных параметрах пласта. В связи с этим представляет интерес обратная задача - определение коэффициента пьезопроводности пласта по данным об амплитудах колебания давления (или уровня жидкости) в наблюдательных скважинах.

Допустим, на расстоянии % = Rjrc от возмущающей скважины находится наблюдательная скважина, вскрывающая тот же горизонт, и в ней в результате импульсного воздействия возбуждаются колебания уровня жидкости H(t), связанные с колебаниями давления в точке R в соответствии с выражением (5). Очевидно, что H(t) = (P(R,t)-PB)/pg, где Рг - гидростатическое давление. Сопоставляя экспериментально измеренную амплитуду колебания уровня H(t) с расчетной, можно определить неизвестный безразмерный параметр и, соответственно, коэффициент пьезопроводности

Для удобства использования предлагаемого метода была рассчитана серия номограмм зависимости максимальной амплитуды колебаний уровня жидкости от расстояния до возмущающей скважина при различных параметрах а и ¡3. Одна из номограмм с парамет ром,п(ри ведена на рис. 2. Рассчитанные кривые охватывают целый спектр пород, встречающихся в природе и представляющих интерес с точки зрения флюидоотдачи: от слабопроницаемых 1,2 (слаботрещиноватые глинистые сланцы, плотные песчаники и известняки) до высокопроницаемых 15-17 (крупные галечники, закар-стованные породы с кавернами и полостями, сильнотрещиноватые известняки). Видно, что при больших значениях параметра [i-r^ I%Т (малых %Т), волна давления проникает вглубь пласта на расстояние порядка нескольких

£ (до 1 -2 м), интенсивно воздействуя лишь на прискважинную зону пласта. При меньших значениях ß (больших %Т) волна давления проникает вглубь пласта на расстояние до нескольких десятков ^ (до 100 и более метров).

Если ставится задача исследования фильтрационных свойств пласта в целом, то глубиной проникновения волны давления следует считать такое расстояние от скважины, на котором вызванные колебания удается зарегистрировать измерительными приборами. Как показали экспериментальные исследования по низкочастотному импульсно-волновому воздействию на реальные коллектора, глубина проникновения волны давления составляет порядка 100 м.

Для целей очистки прискважинной зоны пласта от кольматирующих отложений глубиной обработки следует считать то расстояние, на котором избыточное давление достаточно для разрушения загрязняющих осадков. Как показывают исследования, для естественных кольматантов предельные напряжения на сжатие составляют 1-1,5 МПа. При амплитуде импульса на стенке скважины А = АМПа относительная амплитуда давления PIA, при которой может произойти разрушение кольматанта, составит порядка 0,3. Протяженность зоны, охваченной возмущением такой интенсивности, в зависимости от параметра

зона разрушения кольматанта составит от 20 см до 2 м).

Для выбора оптимальной частоты обработки прискважинной зоны предварительно следует оценить пьезопроводность пласта методом низкочастотного межскважинного прозвучивания. Задавая глубину обработки по соответствующей номограмме находим кривую с параметром Зная величину пьезопроводности определяем оптимальную частоту (период) следования импульсов: T = r^ /xß • Изменяя частоту следования импульсов, можно обработать прискважинную зону на разной глубине.

Очевидно, что для эффективной обработки пластов, обладающих низкой пьезопроводностью целесообразно использовать пневмоисточники с большей амплитудой давления выхлопа А и большим периодом Т импульсных сигналов.

Следует отметить, что предложенный способ нахождения коэффициента пьезопроводности можно использовать для выявления площадной анизотропии фильтрационных свойств коллекторов. Для этого следует проводить измерения уровня жидкости в нескольких наблюдательных скважинах, расположенных в азимутально разных направлениях по отношению к возмущающей скважине. Сопоставляя данные о коэффициентах пьезопроводно-сти по различным направлениям, можно делать вывод о наличии или отсутствии анизотропии фильтрационных свойств исследуемых пластов.

В работе дано обобщение предлагаемого метода определения фильтрационных параметров пластов на случай анизотропных коллекторов [11]. Рассматриваются среды, имеющие одно преимущественное направление фильтрационных свойств, для которых тензор проницаемости определяются формулой

где Зи- единичный тензор Кронекера; И, - компонент единичного вектора п, характеризующего преимущественное направление; - проницаемости

коллектора в направлении вектора и перпендикулярном ему направлении, соответственно.

Подстановка закона Дарси для таких сред в уравнение неразрывности приводит к уравнению нестационарной фильтрации для анизотропной среды

где коэффициенты A, В и С определяются формулами

Mß-

1щп2{к2 -кг)

k2n\ + кхп\

Ж

Здесь ß, = mßж + ßM - коэффициент упругоемкости коллектора.

Это уравнение с помощью преобразования осей координат (поворота на угол в и деформаций) сводится к радиально симметричному уравнению для изотропной среды, решение которого (5) уже было получено ранее. Однако в этом случае неизвестны и подлежат определению: продольный и поперечный коэффициенты проницаемости к{,кг И угол в, характеризующий положение главных осей тензора проницаемости относительно базовой системы координат. Таким образом, достаточно выполнить наблюдения за изменениями уровней жидкости в трех скважинах. Если число наблюдательных скважин больше трех, то для отыскания неизвестных параметров анизотропии используется метод наименьших квадратов. Данные по большему числу скважин лишь повысят точность определения параметров анизотропии исследуемой площади.

Таким образом, предложен метод определения параметров анизотропии коллекторов по результатам наблюдения в трех скважинах и дано его обобщение на случай большего числа скважин [12].

Далее в работе исследована возможность определения границы перемещения водонефтяного контакта (ВНК) в процессе периодического возмущения скважины. Современные модели совместной фильтрации нефти и воды разработаны в трудах Маскета, Бакли и Леверетта, Раппопорта и Лиса. В рамках этих моделей были решены различные задачи взаимного вытеснения жидкостей в работах Г.И. Баренблатта, В.Л. Данилова, В.М. Ентова, Ю.П. Желтова, P.M. Каца, Ю.М. Молоковича, Н.Н. Непримерова, В.П. Оноприенко, A.M. Пирвердяна, В.М. Рыжика, И.А. Чарного, Д.А. Эфроса и многих других исследователей.

В настоящей работе теоретически обоснована возможность осуществления мониторинга границы ВНК при гармоническом характере изменения давления в возмущающей скважине. Характерным признаком перемещения ВНК будет изменение во времени амплитуд колебаний, регистрируемых в наблюдательных скважинах. Физически это объясняется разной степенью затухания волновых полей при прохождении их через породы, насыщенные флюидами с различной вязкостью, либо через пласты с одинаковым характером насыщения, но различными по проницаемости. Для реализации мониторинга необходимо в одной скважине установить источник возбуждения волнового поля, а в другой или нескольких скважинах поместить датчики давления, которые будут фиксировать изменения амплитуд волнового сигнала, вызванные перемещением ВНК.

Рассмотрена задача о распределении волновых полей в водонефтяном пласте, вскрытом скважиной, в которой возбуждаются гармонические колебания заданной амплитуды. В пласте, насыщенном флюидами с различной вязкостью, давление в каждой области распределяется по

закону:

где - коэффициенты проницаемости, упругоемкости и вязкость

флюида в зоне пласта.

Пусть начальное давление в пласте было Рй. Считаем, что при волновом воздействии на пласт давление на стенке возмущающей скважины изменяется по гармоническому закону с амплитудой колебаний и круговой частотой На контуре питания давление в пласте равно начальному давлению кровля и подошва пласта - непроницаемы. Таким образом, начальные и граничные условия задачи имеют вид:

(10)

На контакте вода - нефть выполняются условия равенства давлений и расходов жидкостей:

Решение задачи ищется в виде гармонических колебаний, подчиняющихся закону:

Р1(г,г,1) = А1(г,г)5тС1Я + ВХг,г)сО5С01> г = 1,2 (13)

где Л1,В1 -неизвестные коэффициенты. Подставив (13) в уравнение (10) и приравняв коэффициенты при получим систему уравнений

Пуассона для определения неизвестных ^В,. Для численного решения данной краевой задачи используем метод Либмана-Зейделя, В результате вычислительного процесса находим значения коэффициентов и

амплитуд колебаний в каждой зоне пласта -

В качестве примера на рис. 3 показано поле изобар, возникающее в во-до-нефтенасыщенном пласте, вскрытом скважиной, в которой осуществляется волновое воздействие. Видно, что в водонасыщенной части пласта (с меньшей вязкостью флюида) амплитуды колебаний давления значительно больше, чем в нефтенасыщенной части пласта (с большей вязкостью флюида). Это дает возможность четко отслеживать границу раздела сред с разным характером насыщения, т. е. осуществлять непрерывный мониторинг положения ВНК в процессе разработки залежи.

Рассчитаны зависимости амплитуды давления от соотношения вязко-стей насыщающих пласт флюидов которые показывают, что чем

больше различие вязкостей, тем сильнее различаются амплитуды давления в

г = г!к

Рис. 3. Поле давлений в водонефтенасыщенном пласте при гармоническом возмущении скважины.

Шифр кривых - безразмерные изобары.

водо- и нефтенасыщенных зонах пласта. Если задавать разные периоды гармонического воздействия Т, то, как показывают расчеты, амплитуда давления на одинаковом удалении от скважины при малых периодах на несколько порядков ниже, чем при больших периодах колебаний (Г = 20с). Естественно, что низкочастотные колебания охватывают пласт большей протяженности, зато различие амплитуд в водо- и нефтенасыщенных зонах гораздо заметнее при малых Т. Таким образом, гармонические воздействия большей частоты позволяют лучше дифференцировать разрез по вязкости флюидов.

Отметим, что таким же способом можно выделять в залежи про-пластки с разной проницаемостью, положив в выражениях (10) и (12) различные коэффициенты проницаемости. Пропластку с большей проницаемостью будет соответствовать большее значение амплитуды колебаний и, соот-

ветственно, наоборот.

В результате исследований, проведенных во второй главе, показано, что комплексное использование импульсно-волновой технологии воздействия на продуктивные пласты позволяет, помимо её основной задачи - очистки прискважинной зоны от кольматирующих отложений, - одновременно решать другие задачи, приоритетность которых определяется поставленной целью, а именно:

• определять фильтрационные параметры коллекторов методом низкочастотного межскважинного прозвучивания;

• выявлять анизотропию пласта и оценивать параметры анизотропии по методу 3-х и более скважин;

• осуществлять оперативный мониторинг водонефтяного контакта в процессе разработки нефтяной залежи;

• выявлять слоистую неоднородность путем регистрации изменения во времени амплитуды волнового сигнала при прохождении его через пласт.

Фильтрационные параметры, такие как коэффициенты пьезопроводно-сти, проницаемости, а также параметры анизотропии пласта используются для расчета фильтрационных полей, возникающих при возмущении скважин. В сложнопостроенных пластах такие расчеты с использованием традиционных математических методов, как правило, затруднены, а часто просто невозможны вследствие наличия разрывов фильтрационных коэффициентов на границах разнородных областей.

В третьей главе развит вариационный подход к построению фильтрационных полей в многослойных и радиально-неоднородных пористых и трещиновато-пористых коллекторах. Изложены вариационные принципы и проведено их обобщение на случай сред с разрывными фильтрационными характеристиками для основных задач теории фильтрации: течения несжи-

маемой жидкости в пористой среде, упругого режима фильтрации в пористых и трещиновато-пористых пластах.

Сущность вариационных принципов состоит в том, что они позволяют заменить задачу о нахождении решения дифференциального уравнения при заданных начально-краевых условиях и условиях сопряжения эквивалентной ей вариационной задачей об отыскании экстремалей специального функционала. Прямые вариационные методы являются эффективным средством приближенного построения этих экстремалей.

Вариационный принцип первая вариация функционала

сформулированный для задач фильтрации, утверждает, что из всех возможных полей давления, удовлетворяющих граничным условиям на поверхности области фильтрации, истинным будет то, при котором функционал является стационарным.

Приведем формулировку вариационного принципа для задачи упругого режима фильтрации в неоднородном трещиновато-пористом пласте как для наиболее сложной из решенных в этой главе задач фильтрации [19]:

где

Здесь символом обозначена операция свертки по времени двух функций

Дх,у,х,Г) * g(x>y,z,t) = ¡/(х,у,х, г) * - х)йх. (15)

Индекс «1» относится к системе трещин; «2» - к системе пористых блоков;

безразмерная характеристика трещиновато-пористой среды, опре-

деляемая отношением проницаемости пористых блоков к квадрату длины трещин 1Г. Реализация вариационного принципа (14) равносильна как решению системы дифференциальных уравнений, описывающих фильтрацию жидкости в неоднородном трещиновато-пористом пласте (модель Г.И Ба-ренблатта, Ю.П. Желтова, И.Н. Кочиной):

(16)

так и условиям сопряжения на границах раздела трещиновато-пористых пропластков с различными фильтрационными свойствами. Возможны различные условия на этих границах:

1) если в точках границы раздела давления в системе трещин и пор являются непрерывными, то

(17)

2) если давление на границе раздела в системе трещин непрерывно, а в порах терпит разрыв (поры запечатаны), то

(18)

3) если на границе давление в трещинах терпит разрыв (трещины запечатаны), а в порах - непрерывно, то

4) при условии др^Фёр^р дрьФдрг) - трещины и поры запечатаны, т.е. пласты гидродинамически изолированы:

Выбор тех или иных условий сопряжения на границе раздела разнородных трещиновато-пористых пластов определяется их геологическим строением - протяженностью и раскрытостью трещин, размерами пор, взаимным расположением пор и трещин и т.д. Но в любом случае, как показано выше, вариационная формулировка эквивалентна как исходным дифференциальным уравнениям, так и условиям сопряжения на границе раздела разнородных областей.

Четвертая глава диссертации посвящена решению различных задач фильтрации с помощью прямых вариационных методов. В частности, решены задачи фильтрации несжимаемой жидкости, задачи упругого режима фильтрации в пористых и трещиновато-пористых средах с разрывными фильтрационными свойствами.

Согласно алгоритму использования прямого вариационного метода Ритца, решение задач Рк{х,у,г,1) ищется в виде отрезка ряда, удовлетворяющего начально-краевым условиям задачи

РЛх,У,^) = ^а^)<рг(х,у>2), (21)

где - неизвестные коэффициенты ряда; - базисные функции.

Подстановка ряда (21) в соответствующую вариационную формулировку приводит либо к системе алгебраических уравнений (для задач фильтрации несжимаемой жидкости), либо к системе обыкновенных дифференци-

альных уравнений (для задач упругого режима фильтрации) относительно неизвестных коэффициентов Подстановка в конкретную формулу решения дает искомое поле давлений в неоднородном пласте.

В работе вариационным методом решены задачи одномерной и двумерной фильтрации несжимаемой жидкости в кусочно-однородных пористых пластах. Сравнение результатов расчета полей давления, полученных вариационным методом при различном числе N членов ряда (21), с имеющимися точными решениями этих задач показывает хорошую сходимость вариационного метода [1].

Решены также задачи упругого режима фильтрации в кусочно-однородных пористых пластах в одномерной и двумерной постановках. Все вариационные формулировки даны как для задач плоско-параллельной, так и для задач радиальной фильтрации. Произведено численное исследование сходимости и точности вариационного метода путем сравнения полученных с его помощью результатов с некоторыми имеющимися точными решениями и экспериментальными данными. Оказалось, что достаточно от 3-х до 10-ти членов аппроксимирующего ряда (21), чтобы при увеличении их числа последующее приближение отличалось от предыдущего менее, чем на 1%, и практически совпадало с точным решением.

В работе приведены конкретные примеры расчетов фильтрационных полей в пористых пластах, обладающих различными типами неоднородности: слоистой, зональной, смешанной, а также обусловленной наличием малопроницаемых включений. Рассмотрены варианты различного расположения разнородных пропластков в слоистом пласте и их различной мощности, показано влияние соотношения геометрических размеров слоистой залежи на характер фильтрационных течений. Доказано, что осреднение фильтрационных параметров слоистых пластов сильно искажает реальную картину поля давлений, особенно в пластах относительно большой мощности с резким

ким различием фильтрационных свойств отдельных пропластков.

Представлена вариационная постановка задач о плоско-параллельном и радиальном течениях жидкости и газа в слоисто-неоднородных трещиновато-пористых пластах. Точность рассчитанного вариационным методом распределения давления в трещиновато-пористой среде была оценена лишь для случая однородного пласта путем сопоставления с результатами вычислений по точным формулам, приведенным в монографии Л.Г. Наказной. Точные решения фильтрационных задач для неоднородных трещиновато-пористых пластов отсутствуют ввиду их сложности и громоздкости.

Приведены и проанализированы примеры расчетов фильтрационных полей в многослойных пластах, обладающих двойной пористостью. Вследствие высокой фильтрационной способности трещин, давление в них изменяется значительно быстрее, чем в порах. В результате между трещинами и порами возникают фильтрационные перетоки. Слоистая неоднородность, в свою очередь, приводит к опережению фронта давления в наиболее проницаемом пропластке. Таким образом, имеет место эффект «двойного гидравлического запаздывания» различного масштаба, обусловленный, с одной стороны, слоистой неоднородностью залежи (масштаб процесса порядка размеров пропластков), а с другой стороны - различной фильтрационной способностью трещин и пор (масштаб процесса порядка размеров трещин).

В пятой главе для проверки вышеизложенных теоретических положений проведены экспериментальные исследования гидродинамических свойств коллекторов методом низкочастотного межскважинного прозвучи-вания, выполненные на полигоне «Петушки» во Владимирской области. Осуществлена адаптация измерительных средств и разработана методика проведения экспериментальных работ для исследования распространения импульсных возмущений в пласте.

Схема эксперимента представлена на рис. 4. Сущность метода заклю-

Рис. 4. Схема эксперимента по определению фильтрационных свойств пластов методом низкочастотного межскважинного прозвучивания

1 - возмущающая скважина; 2 - наблюдательная скважина; 3 - аппаратурно-измерительный комплекс; 4 - пневмоисточник; 5 - датчик давления Р-4; б - датчики давления ПДП-100М; 7 - регистрирующая аппаратура; 8 - электрические линии.

чается в следующем. В возмущающую скважину 1 опускается пневмоисточник 4, который генерирует импульсы давления с заданной амплитудой и частотой. Импульсное возбуждение скважины вызывает в пласте колебательный процесс, сопровождающийся периодическим движением жидкости при смене знака избыточного давления. Происходит втекание и вытекание жидкости в фильтровую часть скважины. При этом возникают колебания уровней жидкости в наблюдательных скважинах 2. Эти колебания фиксируются специальными датчиками давления 6, которые подключены к регистрирующей аппаратуре 7, входящей в состав аппаратурно-измерительного комплекса 3. После обработки зарегистрированных кривых определяются фильтрационные параметры исследуемого коллектора.

Методом низкочастотного межскважинного прозвучивания были определены фильтрационные параметры клязьминского водоносного горизонта: коэффициент пьезопроводности, водопроводимости, упругой водоотдачи, а также выявлено наличие анизотропии фильтрационных свойств исследуе-

мого пласта и найдены показатели анизотропии: коэффициенты проницаемости в направлении главных осей и их ориентация относительно базовой системы координат. Результаты хорошо согласуются с имеющимися данными, полученными методом кустовых откачек. Была обнаружена гидродинамическая связь между клязьминским и нижележащим касимовским водоносными горизонтами.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования явились основой для разработки комплексной импульсно-волновой технологии воздействия на пласт и призабойную зону скважин для целей их очистки от кольматирующих загрязнений и интенсификации притока флюидов в скважину. Комплексная технология низкочастотного импульсно-волнового воздействия на пласт, включает в себя наземный аппаратурно-измерительный комплекс, комплект пневмоисточников, научно-методическое и программное обеспечение для реализации импульсно-волновой обработки пласта и низкочастотного межскважинного прозвучивания.

Эта технология успешно применялась для восстановления и повышения производительности гидрогеологических скважин во многих регионах нашей страны и за рубежом: России, Украине, Литве, Казахстане, Белоруссии, Армении, Болгарии, Бразилии, а также на нефтяных скважинах Краснодарского края и геотехнологических скважинах Зауралья и Средней Азии.

Технология обеспечена комплексами наземного и скважинного оборудования АСП-С, АРС-92, которое может быть размещено на любой транспортной базе грузоподъемностью более 1,5 тонн и работать в автономном режиме.

Наземное технологическое оборудование включает воздушный компрессор высокого давления (до 15 МПа) и емкости для хранения запаса сжатого воздуха. Сжатый воздух по гибкому трубопроводу (магистрали высокого давления), уложенному на лебедке, подается к спускаемому в скважину

пневматическому источнику. Скважинное оборудование включает набор пневмоимпульсных источников (ПК-200/50, ПК-500/75, КП-1 с объемом запасаемого воздух 0,2, 0,5 и 1 л соответственно) для различных конструкций скважин и разных геологических условий применения. Комплексы АРС-92 оснащены скважинными и наземными приборами информационного обеспечения качества работ и оценки технического состояния скважин. Основные технические характеристики используемой пневмоимпульсной аппаратуры: глубина скважин - до 300 м; диаметр обрабатываемых скважин - от 70 мм; запас сжатого воздуха в баллонах - 160 дм3; рабочее давление сжатого воздуха - 5-12 МПа; амплитуда импульсного давления - до 4 МПа; энергия одиночного воздействия - до 2 кДж; частота повторения импульсов - до 0,5 Гц; частотный диапазон спектра сигнала 0 - 200 Гц; максимум спектральной плотности энергии от 0 до 40 Гц.

Применение импульсно-волновой технологии позволяет: повысить качество подготовки месторождений для скважинной добычи полезных ископаемых; увеличить производительность скважин в 2 - 5 раз; повысить достоверность и информативность гидродинамических исследований на стадиях разведки, оценки запасов и подготовки месторождений к промышленной эксплуатации; сохранить целостность фильтров и колонн; существенно сократить затраты времени, трудовых и материальных ресурсов для определения фильтрационных свойств коллекторов; обеспечить экологическую чистоту и безопасность работ при обработке скважин.

Теоретически и экспериментально доказано, что использование им-пульсно-волновой технологии воздействия на продуктивные пласты позволяет в процессе обработки скважин решать ряд гидродинамических задач по определению фильтрационных параметров и анизотропии пласта, оперативному мониторингу водонефтяного контакта и выявлению слоистой неоднородности. Разработанные методики: «Методика оценки фильтрационных

свойств коллекторов с использованием низкочастотного межскважинного прозвучивания» и «Методика расчета фильтрационных полей в неоднородных пористых и трещиновато-пористых залежах» рекомендуются к использованию на практике при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых, добываемых скважинными методами.

ВЫВОДЫ

1. Доказана возможность использования импульсно-волновой технологии для оперативного определения фильтрационных параметров коллекторов по реакции наблюдательных скважин на импульсное воздействие в возмущающей скважине. Предложенный экспресс-метод определения фильтрационных параметров пласта в процессе обработки скважин рекомендуется к широкому практическому внедрению.

2. Для выявления параметров анизотропии пластов в процессе им-пульсно-волнового воздействия разработан метод 3-х скважин и дано его обобщение на случай использования большего числа наблюдательных скважин.

3. Доказана возможность оперативного отслеживания перемещения границы водонефтяного контакта в процессе волнового воздействия в скважине путем анализа прошедшего через пласт сигнала. Показано, что аналогичным методом также можно выявить слоистую неоднородность залежи.

4. Показаны преимущества вариационного метода для расчета фильтрационных полей в пластах с разрывными коллекторскими свойствами. Развитое в диссертации обобщение позволило эффективно использовать этот метод для расчета как стационарных, так и нестационарных фильтрационных полей в условиях сложного строения пористых и трещиновато-пористых коллекторов.

5. Теоретически и экспериментально доказано, что использование им-пульсно-волновой технологии воздействия на продуктивные пласты позволяет непосредственно в процессе обработки скважин решать ряд гидродинамических задач по определению фильтрационных параметров и анизотропии пласта, оперативному мониторингу водонефтяного контакта и выявлению слоистой неоднородности. Разработанные методики: «Методика оценки фильтрационных свойств коллекторов с использованием низкочастотного межскважинного прозвучивания» и «Методика расчета фильтрационных полей в неоднородных пористых и трещиновато-пористых залежах» рекомендуются к использованию на практике при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых, добываемых скважинными методами.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Выявлены закономерности поведения фильтрационных полей давлений и скоростей фильтрации при импульсном воздействии в скважине, характеризующиеся безразмерными параметрами зависящими от аппаратурных особенностей источника возмущений и фильтрационных свойств коллектора. Составлена программа, по которой рассчитана серия номограмм, охватывающих широкий спектр пород-коллекторов и позволяющих находить численные значения давления и скоростей фильтрации в любой точке пласта при импульсном возмущении скважины. Определена зона влияния сигнала, составляющая от 20г!гс (при Р = —10 3) до

2000г/гс (при /? = 3-10~7).

2. Разработан инженерный экспресс-метод нахождения фильтрационных свойств коллекторов по реакции наблюдательных скважин на импульсное воздействие в возмущающей скважине. Составлен пакет программ и рассчитана серия номограмм, позволяющих определять фильтрационные свой-

ства исследуемого пласта при различных режимах импульсного воздействия в скважине.

3. Получено точное решение задачи о распределении поля давлений в анизотропном пласте при импульсном воздействии в скважине. Разработан алгоритм определения параметров анизотропии путем регистрации колебаний уровней жидкости в трех наблюдательных скважинах. Произведено обобщение метода на случай неограниченного числа наблюдательных скважин.

4. Теоретически обоснован метод выявления слоистой неоднородности залежи, а также контроля за перемещением водонефтяного контакта по изменению во времени амплитуды волнового сигнала в наблюдательной скважине. При этом отмечено, что колебания большей частоты (1 Гц) позволяют лучше выявлять границу ВНК, либо пропластков с разной проницаемостью, чем колебания меньшей частоты (0,05 Гц).

5. Разработан вариационный подход для решения стационарных и нестационарных задач фильтрации в пористых и трещиновато-пористых пластах с разрывными коллекторскими свойствами. Произведено численное исследование сходимости и точности вариационного метода путем сравнения полученных с его помощью результатов с имеющимися точными решениями и экспериментальными данными. Показано, что в большинстве практически важных случаев можно достигнуть требуемой точности, ограничившись базисными функциями 10-й степени.

6. Составлен комплекс программ для выполнения численных расчетов, результаты которых показывают, что в слоистых трещиновато-пористых пластах зозникает эффект «двойного» гидравлического запаздывания различного масштаба, обусловленный, с одной стороны, слоистой неоднородностью залежи, а с другой - различными фильтрационными свойствами систем пор и трещин.

7. Разработана комплексная технология низкочастотного импульсно-волнового воздействия на пласт, включающая наземный аппаратурно-измерительный комплекс, комплект пневмоисточников, научно-методическое и программное обеспечение для реализации импульсно-волновой обработки пласта и низкочастотного межскважинного прозвучива-ния.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Вольницкая Е.П. К вопросу о сходимости вариационного метода расчета фильтрационных течений в неоднородных пластах. // Разработка газовых и газоконденсатных месторождений: Сб. науч. тр. - М.: ВНИИГаз, 1981.-С. 89-99.

2. Вольницкая Е.П. Использование прямых вариационных методов для расчета фильтрационных полей в неоднородных пористых и трещиновато-пористых коллекторах. // Проблемы комплексного освоения нефтяных и газовых месторождений: Тезисы докладов на Всес. конф. молодых ученых и спец-стов. - Учкекен, 1984. - С.71.

3. Вольницкая Е.П. Использование вариационного принципа для приближенного расчета фильтрационных полей в неоднородных коллекторах при упругом режиме фильтрации. // Тр. МИНХ и ГП, Механика жидкости и газа. - 1984. -Вып. 186. - С. 24-31.

4. Вольницкая Е.П. Приближенный метод расчета процессов фильтрации в многослойных трещиновато-пористых месторождениях. // Газовая пром-стъ. - 1985. - № 4. / Рукопись деп. в ВНИИЭгазпром, № 393 Д.

5. Вольницкая Е.П. Расчет нестационарных температурных полей в слоистых средах. // Изв. ВУЗов, Энергетика. - 1985. - № 6. - С. 85-89.

6. Вольницкая Е.П. Расчет фильтрационных полей в слоистых коллекторах в условиях упругого режима фильтрации. // Изв. ВУЗов, Нефть и газ. -

1986.-№6.-С. 71-76.

7. Вольницкая Е.П., Лурье М.В. Вариационный метод решения задач фильтрации в неоднородных средах с двойной пористостью. // Тр. Казанского ф-ла физ.-техн. ин-та АН СССР, Казань.-1986-С. 23-30.

8. Лурье М.В., Вольницкая Е.П. Применение вариационных соотношений Л.И.Седова для решения задач нефтепромысловой механики и их приложения. // Тр. Междунар. Конгресса «Совр. матем. пробл. механики и их приложения», Москва. -1987.

9. Вольницкая Э.М., Вольницкая Е.П., Прилепский В.П., Атакулов Т.Г. Разработка и внедрение низкочастотных импульсно-волновых технологий // Тезисы доклада на симп. «Горное обор., перераб. минер, сырья, нов. технологии, экология» ETER, Санкт-Петербург. - 1996. - С. 74.

10. Вольницкая Е.П., Вольницкая Э.М., Лурье М.В., Прилепский В.П. Определение гидрогеологических параметров водопроводящих коллекторов методом импульсного воздействия на пласт.// Изв. ВУЗов, Геология и разведка. - 1997. - №5. - С.96-100.

11. Вольницкая Э.М., Вольницкая Е.П., Лурье М.В., Прилепский В.П. Определение параметров анизотропии водопроводящих коллекторов методом импульсного воздействия на пласт.// Изв. ВУЗов, Геология и разведка. -1998.-№5.-С.83-88.

12. Лурье М.В., Вольницкая Е.П., Вольницкая Э.М., Прилепский В.П. Обобщенный метод определения анизотропии водопроводящих коллекторов при импульсном воздействии на пласт // Изв. ВУЗов, Нефть и газ. - 2000. -№3.-С. 34-40.

13. Вольницкая Е.П. Использование импульсно-волновой технологии для повышения информативности гидрогеологических исследований. // Водное хозяйство России. - 2003. - Т. 5. - № 2. - С. 152 - 163.

14. Вольницкая Е.П., Вольницкая Э.М., Мойзис СЕ. Увеличение производительности водяных скважин. // Россия и мир: Наука и технология. -2003.-№4.-С. 33-34.

15. Вольницкая Э.М., Вольницкая Е.П., Прилепский В.П. Использование импульсно-волновой технологии для повышения водозахватной способности гидрогеологических скважин. // Водное хозяйство России. - 2003. - Т. 5.-№4.-С. 331-338.

16. Вольницкая Е.П., Вольницкая Э.М., Мойзис СЕ. Пневмо-импульсная технология восстановления производительности скважин. // Вода и водоочистные технологии. Украинский научно-практический журнал. -2003.-№4.-С. 59-60.

17. Вольницкая Э.М., Вольницкая Е.П., Воркин И.А. Новая технология разглинизации водозаборных скважин. // Водное хозяйство России. - 2004. -Т.6.-№1.-С 77-83.

18. Вольницкая Е.П. Технология реновации водозаборных скважин. // Водное хозяйство России. - 2004. - Т. 6. - № 2. - С. 176-181.

19. Вольницкая Е.П. Вариационные принципы для моделирования нестационарной фильтрации жидкости в пластах с разрывными коллекторски-ми свойствами. // Известия РАН, Механика жидкости и газа. - 2004. - № 6. -С. 115-123.

20. Вольницкая Е.П. Увеличение флюидоотдачи с помощью импульс-но-волновой технологии низкочастотного воздействия на пласт. // Технология нефти и газа, 2005. - № 1. - С. 66-67.

21. Вольницкая Э.М., Вольницкая Е.П., Прилепский В.П. Экологически чистые волновые технологии освоения и восстановления производительности водозаборных скважин. // Передовые технологии России. - 2005. - № 5.-С

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

декартовы координаты, - цилиндрические координаты,

время, - коэффициент проницаемости пласта, - пористость пла-

ста; - коэффициент пьезопроводности пласта, - коэффициент уп-

ругоемкости пласта, - коэффициент сжимаемости твердой фазы по-

роды, - коэффициент сжимаемости жидкости, - плотность

жидкости, - динамическая вязкость жидкости, - ускорение

силы тяжести,, м/с2', V - скорость фильтрации, м/с", Р - давление в пласте, Па;

- радиус скважины, - расстояние от скважины до контура питания,

м; А - амплитуда импульса давления, Па; Н - амплитуда колебания уровня жидкости в скважине, м\ Т - длительность импульса, с; Т - период между

импульсами, - оператор Гамильтона.

ОШ- о/оз

■ ir! ri /

19 МАЙ 2005