Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Совершенствование гидродинамических исследований скважин и пластов с непроницаемыми границами

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование гидродинамических исследований скважин и пластов с непроницаемыми границами"

На правах рукописи

АБРАМОВ ТИМУР АЛЕКСЕЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН И ПЛАСТОВ С НЕПРОНИЦАЕМЫМИ

ГРАНИЦАМИ

25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

28 0КТ 2015

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень - 2015

005564018

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» (ТюмГНГУ) Министерства образования и науки Российской Федерации.

Научный руководитель - доктор технических наук, Карнаухов

Михаил Львович.

Официальные оппоненты: - Мулявин Семен Федорович, доктор

технических наук, АО «Сибирский научно-исследовательский институт нефтяной промышленности», заведующий отделом проектирования и анализа разработки; - Сычева Ольга Викторовна, кандидат технических наук, ООО «Автоном Нефтегаз Инжиниринг», научный сотрудник.

Ведущая организация ООО «ТюменНИИгипрогаз».

Защита состоится «09» декабря 2015 г. в 13.30

на заседании диссертационного совета Д 511.001.01, ООО «Газпром ВНИИГАЗ», адрес: 142717, Московская область, Ленинский район, пос. Развилка.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ООО «Газпром ВНИИГАЗ» www.viiiigaz.gazproiii.i-u.

Автореферат разослан « № » /Ж/УЛ^^Л-Ю 15 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д. г.-м. н.

Н.Н. Соловьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Гидродинамические исследования скважин (ГДИ) являются одним из методов изучения пластов в нефтегазовом деле. Их проведение решает ключевые задачи, которые возникают на этапах разведки и разработки месторождении нефти и газа и связаны с определением фильтр ационно-емкостных параметров пласта п изучением гидродинамических процессов, происходящих в пластовых резервуарах и скважинах.

Одной из важнейших проблем изучения пластов на основе ГДИ является определение непроницаемых границ пласта (барьеров), связанных с тектоническими разломами (сбросы, взбросы, разрывы и т.д.). Определение их наличия и расположения в пласте необходимо для обоснованного проектирования и мониторинга разработки месторождений.

Присутствие непроницаемых границ в пластах обычно выявляется по результатам сейсморазведки, однако точно определить расположение таких границ весьма трудно. При разработке месторождений наличие и положение барьера возможно оценить по результатам ГДИ, а именно - по фиксированию характерных откликов давления в скважинах при глубоком дренировании пласта.

Степень разработанности проблемы

Впервые задача обнаружения непроницаемых границ пласта по результатам ГДИ была решена в работе Д. Хорнера (1951 г.). В дальнейшем за рубежом данная проблема изучалась в работах П. Джонса, Е. Дэвиса и М. Хоукннза, С. Мэтгьюза и Д. Рассела, Д. Ли, М. Камала и др. Из отечественных ученых наибольший вклад в решение задачи о влиянии барьера на процессы фильтрации внес В.Н. Щелкачев, проблемой работы скважины вблизи барьеров также занимались В.П. Яковлев, Э.Б. Чекалюк, H.H. Непримеров, Л.Г. Кульшш, С.Н. Бузннов и И.Д. Умрнхин, М.Л. Карнаухов и др.

Основные положения теории работы скважины вблизи барьера были разработаны в середине 20-го века, однако они не прошли серьезной практической проверки. Одновременно с этим анализ достижений в области щцропрослушнвання скважин, опубликованных в литературе начиная с первой половины 20-го века, показал, что вопрос определения границ пласта (барьеров) гидропрослушнваннем остается неизученным в полной мере.

Поэтому изучение особенностей влияния непроницаемых границ пласта на гидродинамические процессы течения жидкости в пласте при регистрации кривых восстановления и снижения давления (КВД и КСД) и проведении гидропрослушнвання является актуальной темой исследования.

Цель работы

Совершенствование методов гидродинамического определения наличия и расположения геологических разломов в нефтяных пластах.

Основные задачн исследований

1. Анализ существующих гидродинамических методов определения непроницаемых барьеров.

2. Исследование режимов течения жидкости в пластах с барьерами и выявление особенностей записываемых при испытании скважин КВД и КСД.

3. Совершенствование гидродинамических методов определения местоположения непроницаемых барьеров.

4. Определение расстояния до барьера при гидропрослушивании.

Научная новизна

Доказано, что существующие гидродинамические методы определения наличия и расположения в пласте непроницаемых барьеров недостаточно обоснованы.

На основе применения методов численного моделирования при решении задач, связанных с нестационарными процессами фильтрации в неоднородных коллекторах показано, что основной известный метод расчета расстояния до барьера по данным КВД Хорнера дает ошибку в расчетах расстояния до барьера в 2 раза.

Разработана методика определения местоположения барьера по результатам гидродинамических исследований с записью КВД и кривых гидропрослушнвания.

Обоснована методика анализа всего объема информации результатов ГДИ, позволяющая достоверно и обоснованно выявлять зоны резких неоднородностей и крупных разломов в пластах.

Теоретическая значимость работы

Теоретическая значимость результатов диссертационного исследования заключается в развитии теории работы скважины вблизи непроницаемого барьера, в обосновании методов расчета расстояний до границ пласта, позволяющих более точно устанавливать их положение по результатам записи КВД и КСД, в развитии способов выявления барьеров по результатам комплексных ГДИ методом гидропрослушнвания.

Практическая значимость работы

Разработанные методики применялись при проведении интерпретации данных гидродинамических исследований скважин Новомолодежного и Леккеровского месторождений. На основе предложенных в диссертации методик было установлено наличие разломов в продуктивных пластах

указанных месторождений, были произведены оценки расстояний до этих разломов и даны рекомендации по регулированию процессов разработки и повышения эффективности нефтедобычи.

Методология и методы диссертационного исследования

В ходе проведения диссертационного исследования применялись методы теоретического и эмпирического познания, заключающиеся в анализе существующей теории работы скважины вблизи непроницаемых барьеров; в применении математического и компьютерного моделирования работы скважины в пластах с барьерами; в измерении, наблюдении за промысловыми данными и их анализе при проведении промышленного эксперимента комплексного гндропрослушивания скважин Новомолодежного месторождения; анализе данных промысловых исследований скважины Леккеровского месторождения.

Основные защищаемые положения

1. Развитие теории работы скважины вблизи непроницаемого барьера путем учета начала взаимодействия реальной и воображаемой скважин на половине расстояния между ними.

2. Метод определения расстояния до барьера по КВД и/или КСД.

3. Методика определения местоположения барьера на основе комплексных ГДИ с проведением гндропрослушивания скважин и анализом кривых изменения давления в одиночных скважинах.

Степень достоверности результатов проведенных исследований

Достоверность защищаемых положений определяется результатами, полученными на практике при интерпретации данных гидродинамических исследований скважин Новомолодежного н Леккеровского месторождений.

В качестве инструмента для решения поставленных задач применены методы численного моделирования нестационарных процессов фильтрации в пласте, которые признаны базовыми методами решения нестационарных задач в теории поля.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры «Моделирование и управление процессами нефтегазодобычи» ТюмГНГУ (2013), а также на следующих международных и межрегиональных научно-практических и научно-технических конференциях: Х\П-м Международном симпозиуме имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященном 110-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки и техники профессора Л.Л. Халфнна и 40-летию научных молодежных конференций имени академика М.А. Усова (Томск, ТПУ, 2012);

л/1-й Международной сибирской конференции молодых ученых и специалистов-геологов (Новосибирск, 2012); У1-й ежегодной научно-технической конференции Тюменского студенческого отделения общества инженеров-нефтяников (Тюмень, 2012); УП-й ежегодной научно-технической конференции Тюменского студенческого отделения общества инженеров-нефтяников (Тюмень, 2013).

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 90 наименований. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, включая 50 рисунков и 7 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена характеристика работы, обоснована ее актуальность, поставлена цель и сформулированы основные задачи исследования, а также обоснованы методы их решения. Показана научная и практическая значимость результатов исследования.

В первом разделе приведены основные положения существующей теории работы скважины около непроницаемого барьера.

В геологической науке несогласия в залеганиях пород рассматриваются в виде самых разнообразных форм. Может быть множество пересечений необязательно линейных по форме границ. Возможно наличие параллельных границ: в руслах, грабенах и горстах и т.д. Изучение влияния одиночной вертикальной границы на работу скважины является базой для исследования влияния границ более сложной конфигурации, и это позволит наиболее точно устанавливать положение границ пласта и тем самым вести более эффективную разработку месторождения.

В гидродинамической теории фильтрации жидкости в пласте из всего разнообразия несогласий залегания горных пород, образующих непроницаемые барьеры, для упрощения обычно принимается наиболее простая линейная форма границы. На рисунке 1 приведена схема вертикального смещения горных пород, при котором пласт-коллектор перекрывается непроницаемой породой.

Обычно при решении задач о влиянии различных неоднородностей в пласте начальным условием является невозбужденный пласт перед пуском скважины в работу - давление в пласте и скважине принимается постоянным и равным начальному пластовому давлению.

Вертикальная поверхность сместителя

Ш2И У7Л-* Ш-*

а) песчаник (коллектор), б) глина, в) известняк

Рисунок 1 - Схема прямолинейного вертикального смещения пород

После пуска скважины в работу через время в прискважинной зоне создается область пониженного давления, образующая так называемую «воронку депрессии». При этом на забое скважины (при г — гс) создается максимальное снижение давления. При работе скважины в бесконечном пласте темп снижения давления в пласте и скважине монотонно изменяется, а форма воронок депрессии остается постоянной. Распределение давления в пласте при работе добывающей скважины, находящейся в районе барьера, схематично показано на рисунке 2 а.

Задача о поведении давления в скважинах около непроницаемого барьера в известных работах (Д. Хорнер и др.) решалась путем применения метода воображаемой скважины, располагающейся с другой стороны барьера на том же расстоянии от него, что и реальная скважина, которая запускалась в работу одновременно с таким же дебитом. При такой работе пары скважин с одинаковым режимом обеспечивается условие отсутствия потока через линию в межскважннном пространстве, равноудаленную от рассматриваемых скважин. Так моделировалась работа скважины около непроницаемого барьера.

При этом предполагается, что воронка депрессии, вызванная работой воображаемой скважины, начинает влиять на работу реальной скважины тогда, когда радиус контура воронки депрессии достигнет точки расположения реальной скважины. Однако, как показывают наши исследования, после достижения воронкой депрессии в момент времени 13 непроницаемого барьера, находящегося на расстоянии с/, происходит увеличение темпа падения давления в области барьера, связанное с отсутствием притока жидкости из дальних зон, перекрытых непроницаемым барьером. В результате в последующее время (Д, и

ts) изменяется форма воронок депрессии.

На рисунке 2 б изображены КСД, характеризующие работу скважины при наличии и отсутствии непроницаемого барьера: 1 - КСД скважины в бесконечном пласте (сплошная кривая); 2 - в пласте с барьером (пунктирная кривая); [¡, 12, (з, и н Ь - значения времени записи кривой, соответствующие временам распространения воронок депрессии по схеме, показанной на рисунке 2 а.

I, 12 ь и и

Рисунок 2 - а) распределение давления в пласте с барьером при работе добывающей скважины; б) влияние барьера на кривую снижения давления

До того как скважина начинает «ощущать» влияние границы пласта, КСД в ней в точности повторяет КСД скважины в бесконечном пласте. Изменение формы воронки депрессии после достижения ею непроницаемого барьера в момент времени ^ отражается увеличением тема снижения давления в скважине. При этом очевидно, что время начала увеличения темпа снижения давления зависит от расстояния скважины до границы пласта: чем дальше будет скважина, тем позднее она среагирует на наличие барьера.

Исходным уравнением, на котором базируется расчет изменения давления при работе скважины около непроницаемого барьера, является уравнение работы одиночной скважины в бесконечном пласте:

о)

где Р„ Рт - соответственно забойное и пластовое давления, Па; q - дебит скважины, м3/с; ¡л - вязкость, Пас; к - проницаемость пласта, м2; т -пористость, д. ед.; Р - сжимаемость флюида, Па"1; Л - мощность пласта, м; гс -радиус скважины, м; / — время работы скважины, с; 5 - скин-эффект; Ег

экспоненциальный интеграл, Щ—х) = — ¡™—<1и.

Изменение давления по формуле (1) отражает работу как реальной, так и воображаемой скважин до того момента, пока не возникнет взаимодействие между ними. В известных работах Д. Хорнера (1951 г.), К. Мэттьюза и Д. Рассела (1965 г.), Л.Г. Кулыпша (1974 г.), С.Н. Бузннова и И.Д. Умрнхнна (1973 г.) и других указывается, что влияние воображаемой скважины на реагирующую начинается с того момента, когда волна депрессии воображаемой скважины достигает реагирующей скважины, расположенной от нее на двойном расстоянии от барьера — 2с1 (в — расстояние до барьера, м). Только после этого в расчетах учитывается влияние воображаемой скважины. Изменение давления рассчитывается по формуле:

'» = + + « + Ч . (2)

в которой функция ЕЬ (— т^Гс ^ является характеристикой снижения давления

V 4кЕ /

в реальной скважине, работающей в бесконечном пласте; а £7 - от

воображаемой.

Однако анализ результатов гидродинамических исследований на многих скважинах показал, что взаимодействие скважин начинается не в момент достижения волной депрессии воображаемой скважины реальной, а в момент встречи волн обеих скважин в районе барьера.

Д. Хорнер в своей работе (1951 г.) рассматривал процесс изменения давления в остановленной скважине, работающей в районе непроницаемого барьера, как сумму перепадов давлений, вызванных: пуском этой скважины в

работу, когда АР1 ~ Е1 где ( = Т + в, Т - время притока, в - время

восстановления давления; пуском воображаемой скважины в работу —

ДР2 = И (~ ); остановкой реальной скважины - АР3 = —н

остановкой воображаемой скважины - АР4 - —Е1 (- V хо есть:

^ АИ (-Ш) - * (-=2?)+« (--« (-(3>

График КВД, построенный по данному уравиеншо в координатах «давление-логарифм времени», отображается в виде кривой с двумя наклонам, соответствующими раннему и позднему временам исследования (рисунок 3).

Рс 20

16

12

8

8 6 4 2 0

Рисунок 3 - Кривая восстановления давления (по Д. Хорнеру)

Как было упомянуто, в уравнениях (2) и (3) неверно определено время взаимодействия скважин, которое на самом деле соответствует началу отклонения кривой от первоначального прямолинейного участка. На рисунке 4 показаны линии изобар (давлений на контурах воронок депрессии) при одновременной работе реальной и воображаемой скважин, где th t?, t3, t4, t.¡ -значения времени распространения контуров влияния скважины (контуров воронок депрессии) в пласте. После того как границы контуров влияния скважин достигли расстояния, равного расстоянию до барьера - d (точка О на линии А-А), темп снижения давления в реальной скважине начнет увеличиваться. На графике давлений это отразится отклонением кривой давления от ее прямолинейного участка в ранний период времени исследования.

Как указывалось выше, при применении принципа суперпозиции считалось, что воображаемая скважина начинает влиять на реальную в момент времени t5, когда воронка депрессии воображаемой скважины достигает точки расположения реальной - то есть радиус воронки депрессии становится равным 2d. Так получены уравнения (2) и (3).

Расстояние, на котором происходит взаимодействие воронок депрессии реальной и воображаемой скважин при их встрече, описывается зависимостями:

МПа

/

/

/ /

/

/

/

- для точки взаимодействия на

барьере (при / = с1 =

- для точки взаимодействия в реальной скважине (при I - 26.

п

о = а лшн

Рисунок 4 - Схема распространения воронок депрессий реальной и воображаемой скважин

Таким образом, как видим, время начала взаимодействия скважин -13 и Ь - отличаются в 4 раза, то есть = Ц или ^ = —.

Иными словами, время (3 начала взаимодействия реальной и воображаемой скважин, когда их воронки депрессии встречаются в середине межскважинного пространства, является временем реагирования реальной скважины на барьер, при котором происходит отклонение кривой давления от начального прямолинейного участка КСД (или КВД).

Вторым, не менее важным является то, что в предложенных Д. Хорнером уравнениях не учитывается факт непродолжительной работы скважин перед остановкой. При расчете множества кривых давления с варьированием времени отработки скважины оказалось, что никакая из полученных кривых не имела двойного увеличенного наклона конечного прямолинейного участка.

В других известных публикациях на эту тему (Р. Мэтгьюза и С. Рассела, К. Грея, М. Хоукинза, Л.Г. Кульпнна и др.) предлагались различные зависимости для расчета расстояния до барьера по КВД или КСД. Однако практических примеров в литературе, подтверждающих справедливость их решений, нет. Наш дальнейший анализ направлен на решение этой проблемы.

Во втором разделе изучаются особенности различных режимов течения жидкости в пласте с барьером, выявляются характерные особенности получаемых КВД и КСД, обосновывается метод определения расстояния до барьера.

Для понимания механизма влияния барьера на работу добывающей скважины в диссертации рассмотрены два процесса распространении воронки депрессии: проанализировано влияние барьера при плоско-параллельном течении и плоско-радиальном. Такой подход при изучении влияния резких неоднородностей в пласте на работу стока (скважины) яснее отображает факт проявления особенностей реакции работающей скважины на помехи в условиях различных видов течения - плоско-параллельного (одномерного) и плоскорадиального (двухмерного).

Для одномерной фильтрации задача сводится к решению уравнения диффузии:

= (4)

дх2 гедь' 4

где Р - давление, Па; х - координата, м; ж - пьезопроводность, м2/с; ^ - время, с.

Зоной фильтрации является параллелепипед со «скважиной» в точке х -О, представляющей собой сток (поток жидкости через поверхность с площадью сечения 10- Длина зоны фильтрации - Ь, площадь - Р = / ■ И (/ - ширина «скважины», м; Л - толщина пласта, м). В конечно-разностной форме уравнение диффузии можно представить как систему уравнений, каждое из которых связывает три «соседних» неизвестных в соответствующих ячейках:

а^ + с^ + Ь^^ЪР?'1, (5)

где /=1, 2, 3,..., п - номера ячеек; Р/1Х, Р?, - давления в центральной ячейке и в соседних с ней в ¿-й момент времени; а„ Ьь сь 4 - коэффициенты, определяющие фильтрационные сопротивления:

где к - проницаемость, м2; т - пористость, д. ед.; // - вязкость, Па с; Р -сжимаемость, Па"1; А(, с и Ах, м - шаги в сетке моделирования по времени и по координате соответственно.

На основе представленного алгоритма решения задачи о пуске скважины для плоскопараллельного течения разработана программа. На рисунке 5 приведены результаты расчета давления в скважине, пущенной в работу с дебитом 100 м3/сут. Проницаемость к = 10"13 м2, вязкость ц = 10"3 Па-с, сжимаемость /?= 10"9 Па"1, толщина пласта /г = 10 м, ширина «галереи» / = Юм, расстояние до контура питания - 100 м. Кривые снижения давления построены

в четырех различных системах координат: а) обычные - «давление - время», б) «давление - логарифм времени», в) «давление - корень квадратный времени», г) график кривой снижения давления и ее производной в билогарифмнческих координатах («логарифм давления - логарифм времени»).

Рс.МЛа а)

12

1000 100С 3000 4000 5000

г.с 6000

А.МПа

рс : Рс'.Л Ша 100

г)

Рс ... \ /

А К- 0.55 ч 1

/ , /

-0,5 ) /. ч

40 60 ао 100 120 1 40

Рисунок 5 - Графики снижения давления в скважине при плоскопараллельном потоке в координатах: а) «давление -время», б) «давление - логарифм времени», в) «давление -корень квадратный времени», г) «логарифм давления -логарифм времени» (давление и его производная)

Из графика КСД в полулогарифмических координатах (рисунок 5 б) видим, что данная КСД существенно отличается от КСД для радиального течения (где она представляет собой прямую линию). Так как при плоскопаралчельном течении изменение давления должно быть пропорционально корню квадратному из времени: Рс~лД. Поэтому, построив КСД в координатах Рс — л/Т и ее производную в билогарифмнческих координатах, видим, что при моделировании получен начальный прямолинейный участок, который начинает искривляться при / = 0,55 ч (рисунки 5 в и 5 г).

Отклонение КСД от прямой на графике Рс — свидетельствует о распространении области влияния скважины до границы пласта.

Проницаемость пласта, рассчитанная с учетом наклона КСД - / (рисунок 5 в), равна: к = g = ¿gg = 0,087 • 10"12 м2 = 0,087 Д.

Расчетное значение проницаемости отличается от заданного при моделировании на 13%. Принимая во внимание установленную В.Н. Щелкачевым закономерность о распространении области влияния скважины независимо от формы течения (линейного, радиального, сферического), рассчитаем расстояние L по формуле:

L = V4ffit, (6)

L = т/4 • 1 • 0,55 • 3600 = 88 м.

Как видам, расчеты практически совпадают с заданными значениями к и

L.

Таким образом, расчет расстояния до барьера следует проводить по формуле (б), где выбирается время, соответствующее точке начала отклонения кривой падения или восстановления давления от прямолинейного участка.

Исследование работы скважины при радиальном режиме фильтрации выполнено на основе решения уравнения диффузии для двухмерного течения:

з2р а^р _ 1_ар /7)

дх2 ду2 xdt'

где .г, у - координаты в декартовой системе, м.

Начальным условием задачи о восстановлении давления, очевидно, должно быть такое распределение давления, которое соответствует установившемуся течению жидкости в пласте, что может быть достигнуто после длительной отработки скважины с постоянным дебитом. Схема модели пласта для рассматриваемого случая приведена на рисунке б. Распределение давления Р(х,у) при построении графика в декартовых координатах в момент закрытия скважины при t-О соответствует следующим условиям:

1) для скважины в точке Мс с координатами ха vc:

££=0,2^ = 0, (8) dar dy

где Рс - давление в скважине;

2) на дальней границе (на «бесконечном расстоянии») принимаем давление,

равное исходному пластовому (моделируется система как на рисунке б,

где 0 < х < оо; -оэ < .у < <*>): при х —* -да Р(х)=Рт, при —>• +со или v —>

Р(У)=Рп,\

3) на границе (барьере), где х = d:

gradPix = d, у) = 0 или ^ =0. (9)

Задача сводится к нахождению функции Р(х, у), определяющей стационарный процесс фильтрации, которую можно вычислить различными

способами. По существу, необходимо решить задачу (7) при условии, что правая часть уравнения равна 0, или

(Ю)

Эх2 Зу2

Скязшмия

\

еяр*»р

Рисунок б - Схема модели пласта с барьером

Уравнение (10) - это уравнение Лапласа для стационарного течения. Граничные условия решения этого уравнения следующие: при г = гсъ точке Мс(хс;у>е) давление принято постоянным и равным забойному перед остановкой скважины, то есть Рс(хс,ус) = Р0.

На контурах питания: для М{х -» - Р = Рпл> М(х,у->+°°) -

Р = Рпл]М(х,у^-со)-Р = Рпл.

На границе М(х = (¡, у) градиент давления равен нулю - ^гас! Р(х) - 0, что соответствует отсутствию перетока через барьер.

Решение уравнения Лапласа (10) выполнено на основе классического конечно-разностного представления функции давления в виде системы и уравнений с четырьмя неизвестными, имеющей вид:

Р(*2.У2) + Рро-Уг) + Р(*1.У2) + Р(*1-Уо) = 4Р(*1.У1). (Н)

На рисунке 7 показана схема ячейки с координатами х,, у}щ>пАх = Ау.

Расчеты выполнены для узла - хь у,. Количество н уравнений в системе определяется числом выбранных ячеек сеточной модели. В нашем примере была выбрана модель с количеством ячеек по оси .г равным 110, по оси .V - 100, общее количество ячеек - 110 • 100 = 11000. В итоге получили систему из 11000 уравнений, каждое из которых имеет 4 неизвестных. В качестве способа решения данной задачи был выбран метод Зейделя, на основе которого простыми математическими процедурами можно осуществить итерационную настройку системы (давлений) в пространстве. Давления в каждой ячейке для к-го этапа прогонки - Р^(х1,у1) при известных значениях Р*'1 (х0,у ¡), Р*~1(х2,У1), '(хьУо), ^'(хьУ2), исходя из уравнения (11), могут быть рассчитаны по формуле:

Рк(х1,у1)

Рк-Чх2,у2)+Рк-Нх0,у1)+Рк-Чх1,у^+Рк-1(х1.у0)

(12)

1

Хм.й

Рисунок 7 - Расчетная схема ячейки давлений „г& V)

В результате многократных итераций (около 1000) получена поверхность распределения давлений, показанная на рисунке 8. Из рисунка видно, что при достижении воронкой депрессии барьера поверхность давлений теряет свою симметричную конусную форму. Такой вид распределения не учитывается в методе воображаемой скважины, в котором расчеты построены на допущении, что на всех этапах замера распределение давления в пласте соответствует работе одиночной скважины в бесконечном пласте, что в свою очередь влияет на форму кривой восстановления давления.

Рисунок 8 - Распределение давления в пласте при работе скважины около непроницаемого барьера

В третьем разделе рассмотрено применение метода гидропрослушнвания скважин для выявления наличия барьеров и определения расстояния до них.

При гидропрослушивании выявление наличия барьера в пласте - в

межскважннном пространстве между возбуждающей и реагирующей скважинами - определяется откликом реагирующей скважины на смену режима работы возбуждающей скважины. Отсутствие реакции реагирующих скважин на смену режима возбуждающих необязательно является признаком наличия барьеров. Поэтому необходим комплексный анализ промысловой ннформащш и данных ГДИ соседних скважин для доказательства факта прохождения барьера в межскважинном пространстве.

Приведен пример такого комплексного анализа гидродинамики пласта с применением гидропросл ушивания скважин одного из участков Новомолодежного месторождения, характеризующегося сложным строением.

На рассматриваемом участке месторождения скважина 188 не отреагировала на смену режима работы скважины 605 (рисунок 9 а), а скважина 600 - на скважину 1306 (рисунок 9 б). В результате было сделано предположение о наличии барьера между группой скважин 1306 - 188 и 600 -605 (рисунок 9 в). Факт наличия барьера подтвержден анализом замеренных величин пластовых давлений в исследуемых скважинах. Как видно из графиков изменения забойных давлений в скважинах 1306, 188, 605 и 600, различия между значениями пластовых давлений в скважинах 1306 и 188 и в скважинах 605 и 600 составляют порядка 5 МПа (рисунки 9 а и 9 б). Исходя из этого, сделан вывод о том, что данные группы скважин работают в разных гидродинамических системах, т.е. в условиях присутствия барьера (рисунок 9

В то же время барьер должен был бы зафиксироваться и по кривой падения давления (КПД), записанной в скважине 1306. На рисунке 10 а представлена кривая падения давления в скважине 1306, построенная в полулогарифмических координатах. График представлен кривой, которая характеризуется двумя наклонными прямыми: /i = 2,5 МПа/л.ц. н ¡2 - 3,5 МПа/л.ц.

Изменение наклона в таком случае составило 1,4 , что сначала посчитали как реакцию на присутствие барьера, однако двойное увеличение наклона не было зафиксировано. Построение КПД и ее производной на графиках в билогарнфмнческих координатах также не позволило явно судить о наличии барьера (рисунок 10 б).

Анализ обеих КПД скважины 605 также не показал присутствия барьера. Одной из причин отсутствия реакции на барьер может быть доминирование послеприточного эффекта. Другой причиной может являться и то, что исследование проводилось в нагнетательной скважине, поэтому искажение КПД могло быть связано еще с эффектами влияния многофазного течения

жидкости, возникающего в процессе вытеснения нефти и вносящего свои изменения в поведение кривой.

Рисунок 9 - Результаты проведения гндропрослушивания на скважинах Новомолодежного месторождения: а) взаимодействие наблюдательной скважины 188 с возмущающими 1306 и 605, б) реагирования добывающей скважины 600 на изменение режима работы нагнетательных скважин 1306 и 605, в) схема расположения барьера

Таким образом, выполненный комплексный эксперимент по гидропрослушиванию группы скважин в проблемной зоне пласта показал, что эта "проблемная" зона не рассечена серией разломов (барьеров), а в ней присутствует только один пересекающий весь пласт барьер в западной части месторождения. Этот барьер, по существу, исключил западные скважины 188 и 1306 из системы разработки, т.к. последние находились в зоне ВНЕС с очень слабой нефтенасыщенностью. Предложено изменить систему разработки

следующим образом: скважина 1306, «отсеченная» от основных производительных скважин, должна быть ликвидирована, как работающая в зоне ВНК и не участвующая в вытеснении нефти за пределами барьера.

В целом в данном разделе показано, что наиболее надежным методом определения непроницаемого барьера является пщропрослушивание. Наличие барьера определяется выявлением гидродинамической связи между соответствующими скважинами. Главным показателем является разшща пластовых давлений в разделенных барьером гидродинамических зонах.

о)

б)

34

5 32 2

0

1 30

о §

3 28

26

1

\

рс,р;,мпа 100

10

100

1000

10000 100000

1---кпд

2 . производная КПД

0.1 1 0.01

Конец влияния емкости ствола

/

0,1

100

Рисунок 10 - КПД, записанная в скважине 1306: а) в полулогарифмических координатах, б) КПД и ее производная в лог-лог координатах

В четвертом разделе показаны особенности определения границ пласта по результатам гидродинамических исследований разведочных скважин и влияния точности замеров давления в период всего цикла исследования на результаты интерпретации диаграмм давления.

Приведен пример изучения гидродинамики пласта с учетом результатов выполненного анализа с применением известных методов расчета расстояния до барьера и комплексного анализа промысловых данных о работе скважин и результатов ГДИ, где удалось выявить наличие двух параллельных непроницаемых границ - то есть выявить наличие проницаемого канала фильтрации в пласте.

На рисунке 11 показаны результаты исследования скважины 1 Леккерского нефтяного месторождения нефти. По результатам анализа было выявлено несоответствие между данными о режиме работы скважины и отклика давления на него. На первоначальном участке замера (рисунок 11а)-КВД 1 - история дебетов показывает отработку скважины на трех режимах, однако постоянный рост давления в течение всех трех замеров говорит о том,

что скважина была закрыта Далее на участке замера показана отработка скважины на одном режиме, однако по графику давления виден его резкий спад в период замера работы скважины на данном режиме, в связи с чем можно утверждать, что произошло увеличение дебита скважины, и можно выделить два режима отработки скважины: 2 и 3. Следующий режим отображает работу скважины с дебитом меньшим, чем у предыдущих двух режимов, но в то же время отмечается спад давления, который возможен только при увеличении дебита нефти (режим 4). На рисунке 11 б показаны дебиты, приведенные оператором ГДИ, 11 в - по динамике забойного давления. Пунктиром на рисунке 11 я показана динамика давления, соответствующая предоставленным данным по дебиту.

I I- дебит по данным оператора ГДИ

I "I- предполагаемый дебит по характеру изменения давления (о)

Рисунок 11 - Динамика изменения забойного давления и дебитов по предоставленным данным и после обработки

Выполнен анализ трех кривых восстановления давления. На рисунках 12 а, 12 б, 12 в отображены КВД - 1, 2 и 3 и их производные в билогарифмнческих координатах. На всех трех КВД заметен рост производной давления после окончания начальной части КВД, где доминировал емкостный

эффект, что говорит о направленном линейном течении в пласте. Заметим, что тенденции процессов восстановления давления в принципе похожи по виду, несмотря на то, что КВД и предшествующие им кривые притока записывались с искажениями, связанными с технологическими особенностями проводимых работ.

рс.ц,т« а) tc.Pi.Mm 6)

Р„ Р;.МПа

; i — квд 2 - — - производная КВ£ квдз 1 v

2 у Ь I -1

. У I - 0,5

0.001 0,01 0.1 ^^ ч 1 10 100 Рисунок 12 - КВД скважины 1 и ее производные в лог-лог координатах: а) КВД 1, 6) КВД 2, в) КВД 3

Факт роста кривых производных давления после завершения начального влияния емкости ствола и скин-эффекта свидетельствует о течении, близком к линейному (обычно скважины фиксируют радиальную фильтрацию, которая на графиках отображается в виде горизонтальной прямой). Но вид этих кривых разный: на 1-й КВД можно заметить, что ее часть имеет наклон / = 0,5 , что обычно интерпретируется как линейный поток, встречающийся при производстве ГРП или при работе горизонтальных скважин. В данном случае ни ГРП, ни горизонтального ствола не было. На 2-й КВД есть участок с наклоном г, близким к 0,5 , но меньшим по величине, и зафиксирован горизонтальный участок, который затем перешел в наклонный. На 3-й КВД также есть участок с наклоном 0,5 , хотя конечный участок имеет единичный наклон.

Все эти наблюдения в большей степени свидетельствуют о наиболее подходящей модели пласта - наличии канала или русла. При построении КВД и

выборе модели руслового пласта со скважиной внутри русла параметры гидропроводности и проницаемости оказываются близкими по величине, что явилось подтверждением о приемлемом выборе модели.

В целом необходимо сделать следующее заключение по интерпретации сложных исследований при определении свойств пласта, особенно его геометрии в дальних зонах: необходимо учитывать влияние на запись давления различных процессов, таких как образование пробок, выделение газа в скважине, технологические помехи при записи давлений, связанные с манипуляциями в выкидных линиях, и т.д.

Решение о наличии барьеров и каналов лучше всего проводить по результатам анализа нескольких замеров путем выделения в них общих тенденций поведения давления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итоги выполненного исследования

1. Исследование проблем выявления непроницаемых барьеров показало, что существующие способы определения их наличия и расположения в пласте гидродинамическими методами недостаточно обоснованы и практикой не подтверждаются.

2. Показано, что решение задач о наличии и расположении непроницаемых барьеров в пласте более обоснованно можно осуществить с применением методов численного моделирования.

3. На основе моделирования работы скважины, вскрывшей пласт с геологическим барьером, доказано, что реакция скважины на границу пласта возникает при достижении воронкой депрессии барьера. С учетом этого предложены новые способы расчета расстояния до барьера по результатам ГДИ.

4. На основе разработанных методов определения барьеров осуществлен промышленный эксперимент по изучению их местонахождения с гндропрослушиванием группы скважин.

5. Анализ результатов такого комплексного изучения гидродинамики пласта с 10-ю работающими скважинами показал, что наиболее достоверным и обоснованным методом определения резких неоднородностей в пласте, таких как барьеры, является гидропрослушиванне скважин в комплексе с исследованиями методами КВД и КСД.

Рекомендации

Поскольку достижения в области расчетов местоположения геологических барьеров подтверждается выполненным промышленным экспериментом на Новомолодежном месторождении (спутнике Самотлора), то

рекомендуется выполнять подобные эксперименты и на других аналогичных проблемных месторождениях в Западной Сибири, где обнаружено много разломов.

Перспективы дальнейшей разработки темы

В области теории фильтрации на месторождениях с барьерами первоочередной задачей является необходимость учета влияния работы соседних скважин, фазовых переходов сложных флюидов, а также влияние границ со сложной конфигурацией.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: В изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

1. Абрамов Т.А. Исследование характера изменения давления в скважине при работе пласта в районе геологического разлома / Т.А. Абрамов, Г.П. Герднй, МЛ. Карнаухов // Известия вузов. Нефть и газ. - 2013. - № б. - С. 59-62.

2. Абрамов Т.А. Определение непроницаемых барьеров по результатам гидропрослушнвания / Т.А. Абрамов, М.Л. Карнаухов, Д.Э. Исламов // ВНИИОЭНГ, Нефтепромысловое дело. - 2013. - № 12.-С. 36-41.

3. Абрамов Т.А. Исследование режимов вытеснения нефти в сложных объектах / Т.А. Абрамов, Д.Э. Исламов, А.Е. Паскаль, А.Е. Анапшша, М.Л. Карнаухов // ВНИИОЭНГ, Автоматизация, телемеханизация и связь. - 2014. — № 3. - С. 18-21.

4. Абрамов Т.А. Комплексный анализ и изучение дальних зон пласта / Т.А. Абрамов, М.Л. Карнаухов, Л.В. Кравченко, В.Е. Котовский, H.H. Ковригина, А. Д. Саетгараев // ВНИИОЭНГ, Нефтепромысловое дело. - 2014. - № 6. - С. 27-32.

5. Абрамов Т.А. Применение гидродинамических исследований для определения зон фильтрации в пласте к горизонтальному стволу скважины / МЛ. Карнаухов, Д.И. Шустов, Т.А. Абрамов, Д.Э. Исламов // Известия вузов. Нефть и газ. - 2013. -№ б. - С. 39-43.

В других изданиях.

6. Abramov Т. Features of method of images in detection of reservoirs boundary / T. Abramov, S. Orlov, E. Lebedev // Oil and gas horizons. The third International student Scientific and practical conference. - Moscow, Gubkin Russian State University of oil and gas (SPE student chapter), 2011. - P. 121.

7. Абрамов Т.А. Особенности метода воображаемой скважины / Т.А. Абрамов, И.И. Кущ, А.Т. Нагнев // Труды XVI Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых учёных, посвященного 110-летию со дня рождения профессора, Заслуженного деятеля науки и техники Л.Л. Халфина и 40-летию научных молодежных конференций имени

академика М.А. Усова «Проблемы геологам и освоения недр». - Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2012. - Т. 2, с. 51.

8. Абрамов Т.А. Определение продуктивности скважин при интенсификации пластов / Т.А. Абрамов, Д.Э. Исламов, Е.С. Лебедев // Труды XVI Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых учёных, посвященного 110-летию со дня рождения профессора, Заслуженного деятеля науки и техники Л.Л. Халфина и 40-летию научных молодежных конференций имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр». - Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2012. - Т. 2, с. 55.

9. Abramov Т.А. Methods of reservoir boundaries detennination / T.A. Abramov, S.V. Skorodumov, E.S. Lebedev // Proceedings of the 6th International Siberian Early Career GeoScientists Conference. -Novosibirsk, 2012. - P. 259.

10. Абрамов Т.А. Исследование газоконденсатных скважин / Т.А. Абрамов, Д.Э. Исламов, С.В. Скородумов // Сборник научных трудов VI ежегодной научно-технической конференции Тюменского студенческого отделения общества инженеров-нефтяников. - Тюмень, 2012. - С. 158.

11. Абрамов Т.А. Определение режима работы нагнетательных скважин по ГДИ / Е.В. Серебренникова, Т.А. Абрамов, Э.Ф. Гнльфанов // 67-я международная молодежная научная конференция «Нефть и газ - 2013» (912 апреля 2013 г., г. Москва): Сборник тезисов. - М., 2013. - Т. 1, с. 205.

12. Абрамов Т.А. Исследование влияния границ пласта для задач с плоскопараллельным режимом течения / P.M. Биктимнрова, Т.А. Абрамов, Д.Э. Исламов П Сборник научных трудов VII ежегодной научно-технической конференции студенческого отделения общества инженеров-нефтяников -Society of Petroleum Engineers (SPE). - Тюмень, 2013. - С. 6-8.

13. Абрамов Т.А. Моделирование процессов фильтрации в пластах с непроницаемыми барьерами / Т.А. Абрамов, H.H. Ковригина, Д.И. Шустов // Сборник научных трудов VII ежегодной научно-технической конференции студенческого отделения общества инженеров-нефтяников — Society of Petroleum Engineers (SPE). - Тюмень, 2013. - С. 9-12.

14. Абрамов Т.А. Процесс фильтрации жидкости к скважине в пластах с непроницаемыми барьерами / Т.А. Абрамов, A.B. Паскаль, У.М. Карнаухова // Кристаллы творчества. Материалы докладов студенческой академии наук. - Тюмень, 2013. - С. 108-109.

15. Абрамов Т. А. Исследование влияния границ пласта для задач с плоскопараллельным режимом течения / P.M. Бнкгнмнрова, Т.А. Абрамов, Д.Э. Исламов // Кристаллы творчества. Материалы докладов студенческой академии наук. - Тюмень, 2013. - С. 116-118.

Подписано к печати «12» октября 2015 г. Заказ №4285 Тираж 120 экз. 1 уч.-изд. л. ф-т 60x84/16

Отпечатано в ООО «Газпром ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская область, Ленинский р-н, п. Развилка, ООО «Газпром ВНИИГАЗ»