Исследование системы "пласт-скважина" методом высокочастотных фильрационных волн давления тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСПГг

Исследование системы «пласт-скважина» методом высокочастотных фильтрационных волн давления

01 04 03 «Радиофизика» 25 00 29 «Физика атмосферы и гидросферы»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

На правах рукописи

Гаврилов Александр Геннадьевич

□ОЗ 1"73 136

Казань - 2007

003173136

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Казанский государственный университет им В И Ульянова- Ленина"

Научный руководитель Доктор физико-математических наук, доцент

Овчинников Марат Николаевич Научный консультант Кандидат физико-математических наук, доцент

Штанин Александр Васильевич Официальные оппоненты Доктор физико-математических наук,

Ведущая организация Институт механики и машиностроения

Казанского Научного Центра РАН Защита состоится «14» ноября 2007 г в 14 30 часов на заседании диссертационного Совета Д212 081 18 в Казанском государственном университете по адресу 420008, Казань, Кремлевская, 18, физический корпус, ауд 210

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного университета

профессор Смоляков Борис Петрович, Доктор технических наук Кравцов Яков Исаакович

Автореферат разослан « октября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, профессор

Карпов А В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Развитие научных основ разработки нефтяных месторождений связано в значительной степени с разработкой и внедрением принципов оптимизации гидродинамического и физико-химического режимов выработки продуктивных пластов Для реализации этих принципов необходима достоверная, дифференцированная по площади и толщине пласта геологическая, геофизическая и гидродинамическая информация об объекте эксплуатации начальная, снятая в период его разведки, и текущая, получаемая с требуемой частотой в процессе выработки Поэтому вопросы разработки экспресс-методов исследования насыщенных пористых пластов, интерпретации их результатов, создания автоматизированных комплексов контроля и управления фильтрационными потоками, проведения мониторинга месторождений являются актуальными, а их практическая реализация востребована производством

Цель работы: Разработка методики, проведение экспериментов и интерпретация результатов исследований фильтрационных параметров насыщенных пористых пластов методом фильтрационных гармонических волн давления в широком, включая миллигерцовый, диапазоне частот с использованием современной радиоэлектронной аппаратуры Новизна. Впервые обоснованы условия проведения и осуществлены эксперименты по исследованию пористых сред методом фильтрационных волн давления в режиме само прослушивания скважин с периодами колебаний от десятков секунд до десятков минут

Достоверность полученных результатов обосновывается использованием апробированных методик обработки результатов

экспериментальных исследований, корректным использованием методов математической физики и статистики, согласованием экспериментальных данных с теоретическими представлениями о фильтрационных волновых процессах в пористых средах Научная значимость работы связана с расширением (до 101 Гц) частотного диапазона использования метода фильтрационных волн давления при исследованиях насыщенных пористых сред и получением новых возможностей для анализа значений гидропроводности в прискважинной зоне

Значимость практическая заключается в возможности определения по результатам разработанных методик гидродинамических параметров призабойной пласта волновыми экспресс-методами с одновременным определением ее зональных неоднородностей Результаты работы были использованы для контроля разработки ряда нефтяных месторождений, в том числе на основе лицензионных соглашений по патенту РФ Апробация. Результаты работы докладывались на семинарах кафедры радиоэлектроники физического факультета Казанского государственного университета, итоговых научных конференциях КГУ, III Всесоюзном семинаре по современным проблемам теории фильтрации (Москва, 1989), Республиканском научно-техническом семинаре по проблемам автоматизации процессов разработки нефтяных месторождений (Казань, 1983), Международном форуме по проблемам науки, техники и образования (Москва,2001), Международной научно-практической конференции по проблемам повышения нефтеотдачи пластов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений и комплексное освоение высоковязких нефтей и природных битумов (Казань, 2007), конференции по новой технике промысловых исследований (Казань, 1977), Всесоюзной

конференции по народно-хозяйсвенным и методическим проблемам геотермии (Махачкала, 1978), конференции «Нетрадиционные коллекторы нефти, газа и природных битумов»(Казань, 2005, Научно-технической конференции по проблемам совершенствования разработки нефтяных месторождений (Альметьевск, 1983)

Вклад автора заключается в разработке методик проведения исследований и создании элементов экспериментальной измерительной аппаратуры, личном проведении натурных экспериментов, создании аппроксимационных методик для расчетов параметров пластов, интерпретации полученных результатов

Публикации. По теме диссертации опубликована 31 работа, включая 12 статей, из них 4 в рецензируемых научных журналах, также получены авторское свидетельство и патент

Структура и объем. Работа включает в себя 101 страницу теста, список библиографии из 90 наименований, состоит из введения, 3 глав и заключения

На защиту выносятся следующие основные положения:

1 Методика проведения гидродинамических исследований системы пласт- скважина, основанная на применении фильтрационных гармонических волн давления в диапазоне частот 10"'-10"5 Гц и использующая автоматизированную систему контроля гидродинамических параметров

2 Результаты анализа значений дебитов и давлений, синхронно по времени измеренных на устье и забое скважины при проведении гидродинамических исследований, в том числе, методом высокочастотных фильтрационных волн давления и выводы о возможностях использования устьевой аппаратуры взамен глубинной

3 Алгоритмы расчетов и результаты экспериментальных исследований фильтрационных параметров пластов при проведении гидродинамических исследований методом самопрослушивания скважин в широком диапазоне значений безразмерного параметра 10~4<2с = гс^а/х <50 для различных типов флюидонасыщенных коллекторов

4 Способ определения прискважинной зональной неоднородности пласта, основный на методе зондирования ее высокочастотными фильтрационными волнами давления, позволяющий рассчитывать значения гидропроводносги на расстояниях 10"'-102 метров от скважины

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, трех глав и списка литературы Во введении обоснована актуальность выбранной темы, проведен литературный обзор, сформулирована цель работы, кратко изложены полученные результаты

Из всех гидродинамических методов по качеству получаемой информации следует выделить метод фильтрационных (гармонических) волн давления (ФВД), являющийся наиболее помехоустойчивым, информативно емким и достоверным Впервые метод ФВД для определения фильтрационных параметров пласта в случае прямолинейно-параллельной фильтрации был предложен Э Б Чекалюком Позже была решена задача распространения ФВД для случаев плоскорадиальной фильтрации без учета начальных условий, получены точные и асимптотические соотношения для расчета фильтрационных параметров по гидропрослушиванию пласта

Одной из важных и трудоемких задач в оптимизации гидродинамического режима выработки пласта и оценки эффективности методов воздействия на пласт является контроль за состоянием призабойной зоны скважины. Метод самопрослушивания скважины, а точнее системы "пласт - скважина", с помощью ФВД на «высоких» (в гидродинамическом смысле) частотах (период воздействия Т< 1000с), выделился в самостоятельную область гидродинамических исследований, использующих волновые радиофизические методы исследования природных сред

В nil первой главы описана аппаратура, применяемая для промысловых гидродинамических исследований В п 1 12. дано подробное описание комплекса первичной и вторичной регистрирующей аппаратуры - Автоматизированной Системы Контроля (АСК)», применяемой для самопрослушивания системы пласт-скважина методом высокочастотных фильтрационных волн давления В разработке современных АСК основной упор делается на компьютеризацию, миниатюризацию и разработку специального программного обеспечения Периодические во времени близкие к синусоидальному виду периодические колебания потока жидкости задаются специальным крановым устройством, приводимым в движение шаговым электродвигателем, управляемым, в свою очередь, специальным электронным блоком управления [19] Период задаваемых колебаний лежит в диапазоне от 20 секунд до 24 часов (минимальный — 10 секунд) Давление на устье и забое скважины измеряется и регистрируется устьевыми и глубинными электронными дистанционными манометрами с необходимым классом точности Расход (дебит) закачиваемой в скважину и изливаемой из скважины жидкости измеряется расходомерами тоже

наземного и глубинного исполнения. Блок вторичной регистрирующей аппаратуры имеет .два варианта исполнения. На рис.1 приведена схема комплекса сбора и регистрации данных гидродинамических исследований по самопрослушиванию.

АРМ оператора

Контроллер сбора данных

Источники питания датчиков и усилители- ^ формирователи и^

Датчики

физических

величин

1*5-485

\ Устройство управления шаговым двигателем

Шаговый двигатель

Рис, Г Структурная схема комплекса для сбора и регистрации данных.

В И.1.2. главы 1 Представлена методика проведения самопрослушивания системы «пласт-скважина». Описание методики разделено на три подраздела.

В п.1.2.1. описаны мероприятия но подготовке скважины и пласта к

%

эксперименту Эти мероприятия зависят от режима ее эксплуатации и вида оборудования, от свойств жидкости заполняющей пласт, от величины пластового давления, а также от величины необходимого радиуса дренирования До проведения исследований скважина останавливается, проводятся необходимые мероприятия по установке контрольно-измерительной аппаратуры, при низких пластовых давлениях проводится замена жидкости в стволе скважины на негазированную жидкость с меньшей плотностью Для самопрослушивания нагнетательных скважин, если позволяет величина пластового давления, можно использовать два принципиально разных режима их работы -режим нагнетания и режим излива

В п 1 2 2 описан порядок проведения промыслового эксперимента на примере исследования нагнетательной скважины 6209 Ромашкинского нефтяного месторождения (рис 2) и нефтяных скважин 33 и 34 Ушаковского нефтяного месторождения, эксплуатирующихся фонтанным способом Решены два основных методических вопроса

- чем и как задавать ФВД в системе «пласт- скважина»,

- где и каким образом измерять давление и дебит, используемые при расчете параметров призабойной зоны пласта

В п 1 2 3 описан способ анализа и обработки получаемых экспериментальных данных методом Фурье-анализа В рассматриваемом случае этот метод применяется при обработке графиков q{t) и РО) с целью определения значений амплитуды и фазы гармонических составляющих спектров колебаний дебитов и давлений

Гл 2 посвящена описанию теории метода ФВД и интерпретации результатов гидродинамических исследований пласта в режиме самопрослушивания

-юо 1 /Х 60 }/ГЧ 1БР У^ас 260

-» / Ч / Ч / Л /

чУ

-е с-& -12 с а

Рис,2. Пример одновременного измерения дебита и давления.

В п.2,1. дана подборка наиболее применяемых и сегодняшней практике обработки промыслового материала моделей фильтрации. Это известные модели Щелкачева В.Н., Христиановича С.А., Барснблатга Г.И., Молоковича Ю.М. и др. К сожалению, получить аналитические формулы расчета фильтрационных параметров возможно лишь для классической модели фильтрации. Расчет параметров по другим моделям возможен только по формулам, полученным для асимптотических решений, либо задача решается численными методами на ЭВМ.

Расчетные формулы классической модели упругого режима фильтрации даны в п 2 2 Аналитические выражения для интерпретации результатов экспериментальных исследований с использованием рассматриваемого метода были получены и исследованы С Н Бузиновым и И Д Умрихиным и Ю М Молоковичем

В рамках «классической» модели упругого режима фильтрации

движение жидкости в пласте осуществляется по закону Дарси _ ^

W---gradP СП

¡i ' w

Для определения гидродинамических параметров системы «пласт-скважина» служат расчетные соотношения

X / /"с2 = й)п! X¡n =2тг/ТлХ1 , (2)

Если значения безразмерного параметра xm«l, то для расчета параметров можно воспользоваться приближенными формулами

X ! гс =(/ / 2)2 ехр(ж /2tgSc„ ) , (5) £ = 9„/8PcJsin3cJ (6)

Здесь к - коэффициент проницаемости, // - вязкость жидкости, гс -приведенный радиус скважины, И - толщина пласта, Р - давление, s = kh/f.i - коэффициент гидропроводности пласта, % - пьезопроводности пласта, со и Т- круговая частота и период колебаний, Хсп, - безразмерный параметр, Ker X, Kei X - функции Томсона, 5СП — сдвиг фаз между п-ми гармониками дебита и давления, qn - амплитуда n-ной гармоники дебита,

Кег1Хсп + КеГХа Ker¿Xcn + Kei]Xa

(3)

Рсп - амплитуда п-ной гармоники давления

В п 2 3 проведен анализ и интерпретация результатов исследований, проведенных на скважинах 6209 (рис 3), 33 и 34 в рамках выше описанной классической модели упругого режима фильтрации

с

I

16141210-

■ Е

О хКг

- 06

а 6420-

а> оо о>

и—'—I—■—I—•—I—1—г

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

"1—1—Г"

2000

Т, с

Рис 3 Расчетные значения гидропроводности е и параметра //г/ с учетом поправок в зависимости от периода колебаний дебита

Третья глава посвящена практическому применению метода самопрослушивания призабойной зоны скважины на примерах различных типов скважин и пластов В п31, 32 и 33 приводится описание программы выделения непериодической составляющей и гармонический анализ периодической составляющей колебаний, методики расчета поправки к вычислению разности фаз между гармониками давления и дебита и использования на практике «точных» формул классической модели упругого режима фильтрации

П 3 4 посвящен описанию условий проведения натурных экспериментов, приводятся примеры расчетов и анализа экспериментальных данных, представленных в графической и табличной формах Выводы и заключение.

1 Разработана оригинальная методика для проведения гидродинамических исследований системы пласт- скважина методом фильтрационных гармонических волн давления с использованием автоматизированной системы контроля гидродинамических параметров для широкого интервала частот (10~'-1(Г5 Гц) воздействия на пласт, включая миллигерцовый диапазон

2 По результатам синохронизированных во времени измерений дебитов и давлений на устье и забое скважины исследованиях системы пласт-скважина методом высокочастотных фильтрационных волн давления сделаны выводы и рекомендации о возможностях использования устьевой аппаратуры взамен глубинной в нагнетательных скважинах и эксплуатационных скважинах с фонтанным способом эксплуатации

3 Полученные экспериментальные результаты и результаты численного анализа решений уравнения пьезопроводности показывают необходимость использования его точных решений при интерпретации результатов высокочастотного зондирования насыщенного пористого пласта гидродинамическими волнами давления при значения параметра сдвига фаз между значениями соответствующих гармоник дебитов и давлений д>0 2 и детального учета гидродинамических колебаний столба жидкости в самой скважине при расчетах гидропроводности и комплексного параметра, связанного с пьезопроводностью-^/г2« Разработана оценочная методика сведения измеренных в скважине значений давлений и расходов жидкости в

скважине к пластовым условиям, учитывающая динамические колебания жидкости в стволе скважины

4 Показаны пределы применимости традиционных методик расчетов фильтрационных параметров пластов в части использования аппроксимаций бесселевых функций и разработаны эффективные алгоритмы расчетов фильтрационных параметров пласта при проведении гидродинамических исследований методом фильтрационных волн давления в режиме самопрослушивания в диапазоне значений безразмерного параметра 104<Ze = r^m/z <50 для различных типов флюидонасыщенных коллекторов Результаты расчетов были использованы при проведении промысловых экспериментов, для контроля текущего состояния разработки и построения постоянно действующих моделей ряда нефтяных месторождений Республики Татарстан

5 Разработан и обоснован способ определения прискважинной зональной неоднородности пласта по результатам его зондирования методом самопрослушивания высокочастотными фильтрационными волнами давления, основанный на поэтапном увеличении зоны зондирования путем перехода от периодов воздействия от 102 до 104-105 секунд

Постоянное обсуждение результатов, внимание и помощь научного руководителя вне Овчинникова МН, научного консультанта доц Штанина А В, профессора Непримерова Н Н, зав кафедрой профессора Насырова А М, плодотворное сотрудничество с доц Ходыревой Э Я, ст преп Евтушенко СП, ст преп Сайкиным К С, вне Куштановой Г Г, вне Христофоровой Н Н, доц Христофоровым А В, участие инженеров Костериной И К, Гараевой JIM, Матюшкина ИФ, Давлетшина ФИ,

Бойкова В И, Сомова А И и других сотрудников кафедры радиоэлектроники в осуществлении промысловых экспериментов способствовали решению рассматриваемых в работе проблем Считаю своим долгом выразить всем искреннюю благодарность

Список основных работ по теме диссертации

1 Разработка нефтяного месторождения как комплексная междисциплинарная технология / Овчинников М Н, Гаврилов А Г, Непримеров Н Н , Штанин А В // Наукоемкие технологии -2004Т 5, -№4 - С 20-26

2 Результаты математического моделирования процесса выработки остаточных запасов заводненных зон на примере участка Центрально-Азнакаевской площади Дифференциальный геолого-промысловый анализ, постоянно действующая модель и технологическая схема разработки месторождений / Овчинников М Н , Гаврилов А Г , Непримеров Н Н , Прошин Ю Н , Чекалин А Н , Штанин А В //Георесурсы - 2001 -№ 4 -С 33-34

3 Гаврилов А Г, Марданшин А Н, Штанин А В Использование фильтрационных волн давления при доразработке участка Центрально-Азнакаевской площади// Научно-технический журнал "Георесурсы" -4(21) -2006 -С 21-22

4 Гаврилов АГ, Марданшин АН, Овчинников МН, Штанин А.В Исследования призабойной зоны скважины методом высокочастотного фильтрационного зондирования // Электронный журнал "Нефтегазовое дело" - 2006 ЬйрУДуту ogbus ги/аиЛога'Оах/гйоуЛЗауп1о1 рс1£ свободный

5 Экспериментальные исследования фильтрационных параметров пластов на режимах гидродинамического самопрослушивания и взаимодействия

скважин / Овчинников M H, Гаврилов А Г, Штанин А В, Гарипов Б M // Труды международного форума по проблемам науки, техники и образования - M Академия наук о Земле, 2001-ТЗ-С151-152

6 Гаврилов А Г, Закиров Р X, Штанин А.В Изменение фильтрационных параметров пласта в процессе эксплуатации ячейки и зависимостью*; от пластового давления // Исследования по подземной гидромеханике-Казань Изд Казанского ун-та, 1983 -Вып 6 -С 19-25

7 Гаврилов А Г, Ларионов M В , Штанин А В Определение положения фронта нагнетаемой воды в неоднородных по толщине пластах// Исследования по подземной гидромеханике - Казань- Изд Казанского ун-та, 1983 -Вып 5 -С 32-41

8 Гаврилов А.Г, Штанин А В Гидродинамические исследования трещиновато-пористых коллекторов// Исследования по подземной гидромеханике.-Казань Изд Казанского ун-та, 1983-Вып 7-С 36-44

9 Гаврилов А Г, Штанин А В Изучение гидродинамических параметров неоднородного по толщине нефтяного пласта // Исследования по подземной гидромеханике -Казань. Изд Казанского ун-та, 1983 -Вып 5.-С 24-31

10 AGGavrilov, M N Ovchinnikov, AVShtanin Geological structures recognition and evaluation of water saturation m oil fields by the hydrodynamical methods// Proc Int Conf Geometrization of Physics IV, October 4-8 -Kazan, 1999 -P 208-210

11 Hydrodynamic methods for evaluation of field of saturation by the oil a stratum / Gavrilov A G , Nepnmerov N N , Ovchinnikov M N , Shtanm A V. // Annales XXIIIrd General Assembly European Geophysical Society, Nice, 20-24 April, 1998 - Supplement Part II -P 497

12 Гаврилов А Г, Закиров Р X, Ларионов М В, Штанин А В Автоматизированная система контроля за выработкой пласта // Проблемы автоматизации процессов разработки нефтяных месторождений Тезисы докл Республиканского научно-технического семинара - Казань -1983 -С 45

13 Гаврилов А Г, Овчинников МН, Штанин АВ, Панарин АТ Актуальные вопросы использования гидродинамических методов контроля и увеличения нефтеотдачи пластов Труды научно-практической конференции, посвященной 50-летию открытия девонской нефти Ромашкинского месторождения, Бугульма, 25-26 ноября 1997г, с 125-128

14 Гаврилов А Г ,Штанин А В Аппаратура для гидродинамических исследований пластов и скважин //Новая техника промысловых исследований Тезисы докл Казань 1977-С 33-34

15 Гаврилов А Г , Штанин А В Аппаратура и методика проведения промысловых гидродинамических исследований пластов и скважин//Сб Некоторые вопросы контроля разработки нефтяных месторождений -ПК физфака КГУ -Казань -2004.-С.45-56

16 Овчинников МН, Гаврилов АГ, Куштанова ГГ, Семенов АВ, Штанин А В Особенности применения периодических гидродинамических режимов при разработке трещиновато-пористых коллекторов // Материалы Международной научно-практической конференции -Казань -Изд-во «Фэн» -2007 -С 477-487

17 Овчинников МН, Куштанова ГГ, Гаврилов А Г Кривые восстановления давления в коллекторах со сложной реологией Труды конференции «Нетрадиционные коллекторы нефти, газа и природных битумов», Казань, изд-во КГУ, 2005 -с 212-214

18 Радиоэлектронные устройства, фильтрационные потоки и компьютерное моделирование в разработке нефтяных месторождений Гаврилов А Г, Непримеров Н Н, Овчинников М Н, Штанин А В Конференция физического факультета, к 200-летию КГУ, 10 ноября 2004 г-Сб -С 126

19 Гаврилов А Г, Матюшкин И Ф , Штанин А В и др Устройство для регулирования потока жидкости Авт св-во №1626035.-1990.

20 Гаврилов А Г , Непримеров Н Н , Панарин А.Т , Штанин А В Патент РФ№2099513 «Способ выработки нефтяного пласта» 1997г

¿г ту л

1 8 0 4

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства Казанского государственного университета им В И Ульянова-Ленина Тираж 100 экз Заказ 47/10

420008, ул Профессора Нужина, 1/37 тел 231-53-59,292-65-60

Перечень условных обозначений и сокращений

Введение

Гл. 1. Аппаратура и методика проведения промысловых гидродинамических исследований

1.1. Аппаратура для промысловых гидродинамических исследований

1.1.1.Регистрирующая аппаратура для межскважинного гидродинамического исследования пластов

1.1.2. «АСК-1» для самопрослушивания системы «пласт-скважина»

1.1.3. «АСК-2» для самопрослушивания системы «пласт-скважина»

1.2. Методика проведения самопрослушивания системы «пласт-скважина» 30 1.2.1 Подготовка пласта и скважины к эксперименту 31 1.2.2. Порядок проведения промыслового эксперимента 34 1.2.3 Математическая обработка экспериментальных данных 39 Гл.2 Теория метода ФВД и интерпретация результатов гидродинамических исследований пласта в режиме самопрослушивания

2.1. Модели фильтрации

2.2. Рассчетные формулы «классической» модели упругого режима фильтрации

2.3. Анализ исходных данных самопрослушивания системы «пласт-скважина»

Гл.З Практическое применение метода самопрослушивания призабойной зоны скважины

3.1 Описание программы выделения непериодической составляющей и гармонического анализа периодической составляющей колебаний (Фурье - анализ для самопрослушивания)

3.2 Расчет поправки к вычислению разности фаз между q(t) и Pc(t)

3.3 Применение на практике «точных» формул модели классического, упругого режима фильтрации

3.4 Натурные примеры исследования скважин методом высокочастотного зондирования

3.4.1 .Самопрослушивание эксплуатационных скважин, оборудованных ШГН

3.4.2 Самопрослушивание эксплуатационных скважин, оборудованных фонтанной арматурой

3.4.3 Самопрослушивание нагнетательных скважин 81 Выводы и заключение 92 Литература

Перечень условных обозначений и сокращений

Р - давление, приведенное пластовое давление t - время аз - пьезопроводность пласта s - гидропроводность пласта h - толщина пласта Н - глубина залегания пласта к - коэффициент проницаемости ц - вязкость жидкости р - плотность жидкости m - пористость со,Т - круговая частота и период колебаний

Зж, Рс, Р* - коэффициенты объемной упругости жидкости, пористой среды и пласта гс - приведенный радиус скважины г* - расстояние между скважинами

Хс, X* - безразмерные параметры

Ker X, Kei X - функции Томсона

8СП - сдвиг фаз между n-ми гармониками дебита и давления qn - амплитуда n-ной гармоники дебита

Рсп - амплитуда n-ной гармоники давления

ФВД - фильтрационные волны давления

ФПП - фильтрационные параметры пласта

НИМ - начальный информационный массив

АСК - автоматизированная система контроля

КТС - комплекс технических средств

КВД, КПД, КВУ - кривая восстановления давления, кривая падения дебита, кривая восстановления уровня

НКТ - насосно- компрессорные трубы

Развитие научных основ разработки нефтяных месторождений связано в значительной степени с разработкой и внедрением принципов оптимизации гидродинамического и физико-химического режимов выработки продуктивных пластов. Для реализации этих принципов необходима достоверная, дифференцированная по площади и толщине пласта геологическая, геофизическая и гидродинамическая информация об объекте эксплуатации: начальная, снятая в период его разведки, и текущая, получаемая с требуемой частотой в процессе выработки. В связи с этим, разработка и совершенствование моделей пласта, гидродинамических методов контроля его выработки и методик проведения промысловых экспериментов, являются весьма актуальными задачами подземной гидромеханики.

Для описания неустановившихся процессов используются различные модели [42-46, 65, 73, 77, 90], среди которых наиболее широкое распространение получила, так называемая, классическая модель упругого режима фильтрации [90]. Дифференциальное уравнение изотермической фильтрации слабосжимаемой жидкости в однородной изотропной и упругой среде имеет вид, аналогичный уравнению теплопроводности

На основе решений этого уравнения, полученных для различных граничных и начальных условий ,разработаны методы исследования пластов, а для каждого метода разработано большое число способов обработки экспериментальных данных с целью определения фильтрационных параметров пласта [4,7-10,12, 66].

По характеру проводимых исследований и получаемой информации гидродинамические методы можно разделить на два класса:

1. Исследование призабойной зоны скважины;

2. Исследование межскважинного пространства пласта.

К первому классу относятся методы исследования, в которых используются экспериментальные данные по давлению P(t) и дебиту q(t), получаемые на возмущающей скважине. Это: самопрослушивание зоны дренирования пласта методами кривой восстановления давления (КВД); кривой падения дебита (КПД); фильтрационных волн давления (ФВД). Эти методы позволяют определить два параметра околоскважинного пространства: комплекс х!гс и коэффициент гидропроводности пласта е = kh/jLi, где гс -приведенный радиус скважины, h - толщина пласта.

Ко второму классу относятся методы, в которых используются данные, регистрируемые на возмущающей скважине Pc(t),q(t) а также данные по давлению Pr(t) на одной или нескольких реагирующих скважинах окружения. Это гидропрослушивание пласта: методами изменения давления (дебита) возмущающей скважины на постоянную величину (скачок), произвольного изменения давления (дебита) на возмущающей скважине (импульс), фильтрационных волн давления (ФВД) и др. Эти методы позволяют по информации, получаемой на возмущающей скважине найти х/гс и s •> а п0 совокупности данных, получаемых на возмущающей и каждой из реагирующих < скважин, определить значения %■> £ ■> гс Для межскважинного пространства пласта.

Из всех гидродинамических методов по качеству получаемой информации следует выделить метод ФВД, являющийся наиболее помехоустойчивым, информативно емким и достоверным [7-10].

Впервые метод ФВД для определения фильтрационных параметров пласта в случае прямолинейно-параллельной фильтрации был предложен Э.Б. Чекалюком [81-84]. Затем была решена задача распространения ФВД для случаев плоскорадиальной фильтрации без учета начальных условий, получены точные и асимптотические соотношения для расчета фильтрационных параметров по гидропрослушиванию пласта [9,10,44]. В работе [7] дана оценка влияния начальных условий на установление квазипериодического режима на возмущающей скважине и в любой точке пласта в зависимости от значения безразмерного параметра Z = ? а также получены приближенные выражения для расчета у 2 и s по данным 'с самопрослушивания пласта. Дальнейшее теоретическое развитие эта тема получила в работе [8], где были получены точные выражения для расчета фильтрационных параметров в призабойной зоне скважины при исследовании ее методом ФВД.

Следует отметить, что расчет фильтрационных параметров по этим формулам еще в недалеком прошлом представлял далеко не тривиальную задачу. В расчетные выражения входят специальные функции - функции Кельвина [72]. На современном уровне развития вычислительной техники, с появлением пакетов прикладных программ Maple, Mathematica вопрос расчетов ФПП стал довольно легко разрешимым.

В настоящее время все более актуальным становится вопрос управления разработкой нефтяных месторождений. В Казанском университете многие годы ведутся работы, имеющие целью оптимизацию гидродинамических режимов работы скважин и увеличения нефтеотдачи. Применение разработанных методов выработки пластов [22, 23] позволяет повысить коэффициент нефтеизвлечения, как правило, без бурения дополнительных скважин и каких-либо значительных материальных затрат[25].

В основе методов оптимизации выработки лежат экспериментальные исследования околоскважинных и межскважинных интервалов методами фильтрационных волн давления [7-10, 15-18], учет предыстории разработки участка методом дифференциального геолого-промыслового анализа[41, 80], использование уточненных моделей фильтрации [12, 44] и организация непрерывного контроля гидродинамических параметров с помощью автоматизированной системы контроля разработки [14, 26, 31, 86].

Одной из важных и трудоемких задач в оптимизации гидродинамического режима выработки пласта и оценки эффективности методов воздействия на пласт является контроль за состоянием призабойной зоны скважины. Метод самопрослушивания скважины, а точнее системы "пласт - скважина", с помощью ФВД на «высоких» частотах (период воздействия Т<1000с), выделился в самостоятельную область гидродинамических исследований [19, 21,29,32, 54, 66].

Диссертация состоит из введения трех глав и списка литературы.

Выводы и заключение.

1. Разработана оригинальная методика для проведения гидродинамических исследований системы пласт- скважина методом фильтрационных гармонических волн давления с использованием автоматизированной системы контроля гидродинамических параметров для широкого интервала частот (lO^-lO"5 Гц) воздействия на пласт, включая миллигерцовый диапазон.

2. По результатам синохронизированных во времени измерений дебитов и давлений на устье и забое скважины исследованиях системы пласт-скважина методом высокочастотных фильтрационных волн давления сделаны выводы и рекомендации о возможностях использования устьевой аппаратуры взамен глубинной в нагнетательных скважинах и эксплуатационных скважинах с фонтанным способом эксплуатации.

3. Полученные экспериментальные результаты и результаты численного анализа решений уравнения пьезопроводности показывают необходимость использования его точных решений при интерпретации результатов высокочастотного зондирования насыщенного пористого пласта гидродинамическими волнами давления при значения параметра сдвига фаз между значениями соответствующих гармоник дебитов и давлений А>0.2 и детального учета гидродинамических колебаний столба жидкости в самой скважине при расчетах гидропроводности и комплексного параметра, связанного с пьезопроводностью-^/г2с. Разработана оценочная методика сведения измеренных в скважине значений давлений и расходов жидкости в скважине к пластовым условиям, учитывающая динамические колебания жидкости в стволе скважины.

4. Показаны пределы применимости традиционных методик расчетов фильтрационных параметров пластов в части использования аппроксимаций бесселевых функций и разработаны эффективные алгоритмы расчетов фильтрационных параметров пласта при проведении гидродинамических исследований методом фильтрационных волн давления в режиме самопрослушивания в диапазоне значений безразмерного параметра 10"4<ZC =/*cN/®/^<50 для различных типов флюидонасыщенных коллекторов. Результаты расчетов были использованы при проведении промысловых экспериментов, для контроля текущего состояния разработки и построения постоянно действующих моделей ряда нефтяных месторождений Республики Татарстан.

5. Разработан и обоснован способ определения прискважинной зональной неоднородности пласта по результатам его зондирования методом самопрослушивания высокочастотными фильтрационными волнами давления, основанный на поэтапном увеличении зоны зондирования путем перехода от периодов воздействия 102 до 104-105 секунд.

1. A.G.Gavrilov, Khodyreva E.Ya., Stanin A.V. Hydrogeological and Geothermal Parameters of Rocks by Temperature Measurements.// Abstract World Geothermal Congress 2005.Turkey 2004.Paper Number 1909.

2. A.G.Gavrilov, M.N.Ovchinnikov, A.V.Shtanin. Geological structures recognition and evaluation of water saturation in oil fields by the hydrodynamical methods// Proc.Int.Conf. Geometrization of Physics IV, October 4-8 -Kazan, 1999.-P.208-210.

3. A.c.№ 697704. Способ определения коэффициента гидропьезопроводности пласта/ Умрихин И.Д., Бузинов С.Н., Куренков О.В., Ентов В.М., Малахова Т.А. (СССР).- Бюл.№42, 1979.

4. Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. М., Недра, 1984, 211с.

5. Борисов Ю.П. Определение параметров пласта при исследовании скважин на неустановившихся режимах с учетом продолжающегося притока жидкости // Труды ВНИИ.-1959.-вып. XIX.

6. Бузинов С.Н., Умрихин И.Д. Гидродинамические методы исследования скважин и пластов. М., Недра, 1973,248с.

7. Бузинов С.Н., Умрихин И.Д. Исследование нефтяных и газовых скважин и пластов. М., Недра, 1984, 265с.

8. Бузинов С.Н., Умрихин И.Д. Исследование пластов и скважин при гармоническом возбуждении пласта.//Изв. АН СССР. Механика и машиностроение.-1960.-№4.-С.48-52.

9. Бузинов С.Н., Умрихин И.Д. Исследование пластов и скважин при упругом режиме фильтрации.- М.: Недра, 1964.- 273с.

10. Владимиров B.C. Уравнения математической физики.- М.: Наука, 1981.-512с.

11. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М., «Наука», 1975г.

12. Гаврилов А.Г., Закиров Р.Х., Штанин А.В. Изменение фильтрационных параметров пласта в процессе эксплуатации ячейки и зависимостьих от пластового давления.// Исследования по подземной гидромеханике.-Казань: Изд. Казанского ун-та, 1983.-Вып.6.-С. 19-25.

13. Гаврилов А.Г., Закиров Р.Х., Штанин А.В. Исследование трещиновато-пористых коллекторов методом фильтрационных волн давления.// Исследования по подземной гидромеханике.- Казань: Изд. Казанского унта, 1983 .-Вып.6.-С.25-31.

14. Гаврилов А.Г., Ларионов М.В., Штанин А.В. Определение положения фронта нагнетаемой воды в неоднородных по толщине пластах.// Исследования по подземной гидромеханике. Казань: Изд. Казанского унта, 1983.-Вып.5.-С.32-41.

15. Гаврилов А.Г., Марданшин А.Н., Овчинников М.Н., Штанин А.В. Исследования призабойной зоны скважины методом высокочастотного фильтрационного зондирования. // Электронный журнал "Нефтегазовое дело".-2006.-С.

16. Гаврилов А.Г., Марданшин А.Н., Штанин А.В. Использование фильтрационных волн давления при доразработке участка Центрально-Азнакаевской площади.// Научно-технический журнал "Георесурсы".-4(21).-2006.-С.21 -22.

17. Гаврилов А.Г., Матюшкин И.Ф., Штанин А.В. и др. Устройство для регулирования потока жидкости. Авт. св-во №1626035.-1990.

18. Гаврилов А.Г., Непримеров Н.Н., Овчинников М.Н., Штанин А.В.ВОПРОСЫ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ОПТИМАЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ ПЛАСТА (ОВНП). Когалым, 2003.

19. Гаврилов А.Г., Непримеров Н.Н., Панарин А.Т., Штанин А.В. Патент РФ№2099513. «Способ выработки нефтяного пласта». 1997г.

20. Гаврилов А.Г., Овчинников М.Н., Снегуренко А.П., Штанин А.В. Экспериментальные исследования фильтрации в трещиновато-пористых средах методом фильтрационных волн давления// Казанский госуниверситет. Казань.- 2000.- 9с.- Деп. в ВИНИТИ 31.07.00,2127-В00.

21. Гаврилов А.Г., Штанин А.В. Аппаратура и методика проведения промысловых гидродинамических исследований пластов и скважин.//Сб. Некоторые вопросы контроля разработки нефтяных месторождений.-ГЖ физфака КГУ.-Казань.-2004.-С.45-56.

22. Гаврилов А.Г., Штанин А.В. Гидродинамические исследования трещиновато-пористых коллекторов// Исследования по подземной гидромеханике.-Казань: Изд. Казанского ун-та, 1983.-Вып.7.-С.36-44.

23. Гаврилов А.Г., Штанин А.В. Изучение гидродинамических параметров неоднородного по толщине нефтяного пласта.//Исследования по подземной гидромеханике. Казань: Изд. Казанского ун-та, 1983.-Вып.5.-С.24-31.

24. Гаврилов А.Г., Штанин А.В. Самопрослушивание пластов и скважин методом фильтрационных волн давления.//Тезисы докл. III Всес.семинар по современным проблемам теории фильтрации.-М.-1989.-2с.

25. Гаврилов А.Г.,Марданшин А.Н., Штанин А.В. Автоматизация контроля и управления разработкой пласта.// Тезисы докл. Итоговой конференции КГУ.-Казань.-2005.-2с.

26. Гаврилов А.Г.,Штанин А.В. Аппаратура для гидродинамических исследований пластов и скважин.//Новая техника промысловых исследований: Тезисы докл. Казань. 1977.-C.33-34.

27. Гаврилов А.Г.,Штанин А.В. Гидродинамический метод фильтрационных волн давления для исследования призабойной зоны скважин.// Сб.

28. Некоторые вопросы контроля разработки нефтяного месторождения.-ПК физфака КГУ.-Казань.-2006.-С.27-39.

29. Геофизические методы исследования скважин. Справочник геофизика. М., «Недра», 1983г.

30. Гидродинамические исследования скважин и методы обработки результатов измерений/ Хисамов P.C., Сулейманов Э.И., Фархуллин Р.Г., Никашев О.А., Губайдуллин А.А., Ишкаев P.K., Хусаинов В.М.- М.: ОАО ВНИИОЭНГ, 1999.-227с.

31. Желтов Ю.П. Деформация горных пород.- М., Недра, 1966.- 198 с.

32. Зайцев М.В.,Михайлов Н.Н. Влияние околоскважинной зоны на продуктивность скважины. //Нефтяное хозяйство.-2004.-С.64-66.

33. Иктисанов В.А. Определение фильтрационных параметров пластов и реологических свойств дисперсных систем при разработке нефтяных месторождений. Москва, 2001, ОАО ВНИИОЭНГ,212с.

34. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., «Наука», 1978г.

35. Лисовский Н.Н., Лозин Е.В. Высокий коэффициент извлечения нефти -результат интеллектуальной разработки нефтяного месторождения.//Нефтяное хозяйство. -2005.-№12.-С.

36. Лысенко В.Д. Теория разработки нефтяных месторождений.-М.-Недра, .-1993.-312с.

37. М.Н.Овчинников, А.Т.Панарин, А.Н.Чекалин. Контроль геофизических и гидродинамических параметров пластов как элемент управления заводнением нефтяных месторождений // НТВ Каротажник,- 2000.- №61.-С.62-66.

38. Механика насыщенных пористых сред/ Николаевский В. Н. , Басниев К. С., Горбунов А. Т., Зотов Г.А.- М.: Недра, 1976.- 335с.

39. Молокович Ю.М. Одномерная фильтрация несжимаемой вязкопластичной жидкости. Казань, Изд-во КГУ, 1969.-88с.

40. Молокович Ю.М., Непримеров Н.Н., Пикуза В.И., Штанин А.В. Релаксационная фильтрация. Казань, Изд-во Казанского университета, 1980,136с.

41. Молокович Ю.М., Осипов П.П. Основы теории релаксационной фильтрации. Казань, Изд-во КГУ, 1987.-116с.

42. Молокович Ю.М., Скворцов Э.В. Одномерная фильтрация сжимаемой вязкопластичной жидкости. Казань, Изд-во КГУ, 1971.-64с.

43. Непримеров Н.Н. Влияние промыслового эксперимента на развитие теории фильтрации. Сб. Проблемы теории фильтрации и механика процессов повышения нефтеотдачи. М., Наука, 1987, с. 153-162.

44. Непримеров Н.Н. Десятитомное собрание научных и литературных трудов. ТомЗ.,Казань,2004г.

45. Непримеров Н.Н. Трехмерный анализ нефтеотдачи охлажденных пластов. Изд-во КГУ, Казань, 1978.- 216с.

46. Непримеров Н.Н., Шарагин А.Г. Особенности внутриконтурной выработки нефтяных пластов. Казань: изд-во Казан, ун-та, 1961.

47. Непримеров Н.Н.,Штанин А.В.,Гаврилов А.Г. Определение мощности водоносных пластов методом фильтрационных волн давления //Народно-хозяйсвенные и методические проблемы геотермии: Тезисы докл. на Всесоюзной конференции. Махачкала, 1978.-С.96.

48. Овчинников М.Н. Дифференциальный геолого-промысловый анализ, постоянно действующая модель и технологическая схема разработки месторождений //Георесурсы.- 2001.- №1.-С. 4-7.

49. Овчинников М.Н. Дифференцированный геолого-промысловый анализ состояния и расчет прогнозных вариантов разработки // Нефтяное хозяйство.-2003- № 8.-С.110-111.

50. Овчинников М.Н. Интерпретация результатов исследований пластов методом фильтрационных волн давления. Казань, ЗАО «Новое знание», 2003, 84с.

51. Овчинников М.Н., Гаврилов А.Г., Штанин А.В. Контроль гидродинамических параметров нефтенасыщенных пластов и расчеты полей заводнения.// Выставка «Образование. Карьера 2006».-Казань.-2006.

52. Овчинников М.Н., Куштанова Г.Г. «Способ разработки нефтяных месторождений в условиях заводнения». Патент РФ № 2166069,2000г.

53. Овчинников М.Н., Куштанова Г.Г., Гаврилов А.Г. КРИВЫЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В КОЛЛЕКТОРАХ СО СЛОЖНОЙ РЕОЛОГИЕИ. Труды конференции «Нетрадиционные коллекторы нефти, газа и природных битумов», Казань, изд-во КГУ, 2005. -с.212-214.

54. Определение фильтрационных параметров пласта по данным нестационарного притока жидкости / Хайруллин М.К., Басниев К.С., Муслимов Р.Х., Фархуллин Р.Г., Хисамов Р.С. // Тр. 12-го симп. Повышение нефтеотдачи пластов, Казань, 2003,- С.495-501.

55. Пат. 2188320 РФ. Способ определения распределения давления и границ неоднородностей пласта (варианты)/ Овчинников М.Н., Завидонов А.Ю., Куштанова Г.Г.- Приор. 22.01.2001; Опубл. 2002, Бюл.№ 24.- с.325.

56. Пыхачев Г.Б., Исаев Р.Г. Подземная гидравлика.-М.: Недра,1973.- 360с.

57. Пьезометрия окрестности скважин. Теоретические основы./Молокович Ю.М., Марков А.И., Давлетшин А.А., Куштанова Г.Г. -Казань: изд-во «ДАС», 2000.- 203с.

58. Радиоэлектронные устройства, фильтрационные потоки и компьютерное моделирование в разработке нефтяных месторождений. Гаврилов А.Г.,

59. Непримеров Н.Н., Овчинников М.Н., Штанин А.В. Конференция физического факультета, к 200-летию КГУ, 10 ноября 2004 г.

60. Разработка нефтяного месторождения как комплексная междисциплинарная технология / Овчинников М.Н., Гаврилов А.Г., Непримеров Н.Н., Штанин А.В. // Наукоемкие технологии. -2004.- Т.5, №4.- с. 20-26.

61. Справочник по специальным функциям. Под редакцией Абрамовича, Стиган И. -М., Наука, 1979г.-830с.

62. Стрелков С.П. Механика.- М.: Наука,1975.- 385с.

63. Тихонов А.Н. Самарский А.А. Уравнения математической физики. -М.:Наука, 1966.- 724с.э

64. Фархуллин Р.Г. Комплекс промысловых исследований по контролю за выработкой запасов нефти.-Казань.-ТАТПОЛИГРАФЪ.-2002.-304с.

65. Хисамов Р.С., Сулейманов Э.И.,Фархуллин Р.Г., Никашев О.А., Губайдуллин А.А.,Ишкаев Р.К., Хусаинов В.М. Гидродинамические исследования скважин и методы обработки результатов измерений.-Москва.-ОАО «ВНИИОЭГН».-1999.-227с.

66. Христианович С.А. Механика сплошной среды. М., Наука, 1981г.

67. Чарный И.А. Подземная гидромеханика.-М.-:Гостоптехиздат.-1948.-196с.

68. Чекалин А.Н. Численные решения задач фильтрации в водонефтяных пластах.- Казань: изд.- во Казан, ун-та, 1982.- 208с.

69. Чекалин А.Н., Овчинников М.Н., Прошин Ю.Н., Программа для ЭВМ: "Программа расчетов многофазных фильтрационных потоков в водонефтяных пластах (COFOIL)", СВИДЕТЕЛЬСТВО РОСАПО № 980455,1998г.

70. Чекалюк Э.Б. Влияние сил инерции на скорость распространения волн в поровом пространстве.//Нефтяное хозяйство.-1948.-№11.-С.21-24.

71. Чекалюк Э.Б. К анализу методов исследования скважин.// Нефтяное хозяйство.-1948.-№11.-С.27-30.

72. Чекалюк Э.Б. Основы пьезометрии залежей нефти и газа.- Киев: ГИТА, 1961.

73. Чекалюк Э.Б. Скорость распространения упругих деформаций в пористой среде.//Нефтяное хозяйство.-1947.-№11 .-С.29-32.

74. Чернов Б.С. Жуков А.И. Базлов М.Н. Гидродинамические методы исследования скважин и пластов.- М.: Гостоптехиздат, 1960 .-319с.

75. Штанин А.В. Автоматизированная система контроля выработки пласта. «Нефтяное хозяйство», № 8,2003, c.l 11.

76. Штанин А.В. Экспериментальные исследования явлений переноса в продуктивных коллекторах нефтяных месторождений.//Современные проблемы и математические методы теории фильтрации: Тезисы докл. Всесоюзного семинара.-М.-1984.-С 168-169.

77. Штанин А.В., Гаврилов А.Г. Идентификация модели пласта по данным исследования методом фильтрационных волн давления.//Тезисы докл. Итоговой конференции КГУ.-Казань.-1988.-2с.

78. Щелкачев В.Н. Разработка нефтеводоносных пластов при упругом режиме. М.-Гостоптехиздат.-1959.-467с.