Развитие гидродинамических методов моделирования разработки месторождений углеводородов с применением гидравлического разрыва пласта Каневская, Регина Дмитриевна

Короткий опис

Каневская,РегинаДмитриевна.Развитиегидродинамическихметодовмоделированияразработкиместорожденийуглеводородовсприменениемгидравлическогоразрывапласта: диссертация ... доктора технических наук : 01.02.05. - Москва, 1999. - 233 с. : ил.больше
Цитаты из текста:

стр. 1
и, //. M - З З V У / ¿ ) y имени И.М.Губкина Российский государственный университет нефти и газа ': С и и 0 -•• 'л::-е-ч'ч/:;:ЖТО?А|^ ,Г^^^^-^'^.КАНЕВСКАЯ7 ' На правах рукописи _ наук ГРЕГИНАДМИТРИЕВНА/4РАЗВИТИЕГИДРОДИНАМИЧЕСКИХМЕТОДОВМОДЕЛИРОВАНИЯРАЗРАБОТКИМЕСТОРОЖДЕНИЙУГЛЕВОДОРОДОВСПРИМЕНЕНИЕМГИДРАВЛИЧЕСКОГОРАЗРЫВАПЛАСТА01.02.05 - Механика жидкости, газа...

стр. 7
флюидов в окрестности трещины, в том числе неоднородных и обводненныхпластах. Поэтому представляется актуальнымразвитиеметодовматематическогомоделированиягидродинамическихпроцессовразработкинефтяных и газовыхместорожденийсприменениемгидравлическогоразрывапластана базе теоретических исследований и современных компьютерных технологий. Целью работы является создание научно-методических основ...

Оглавление диссертациидоктор технических наук Каневская, Регина Дмитриевна
АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФИЛЬТРАЦИИ В ПЛАСТЕ С ТРЕЩИНАМИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА И РЕЗУЛЬТАТОВ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОРАЗРЫВА НА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ.
1.1. Основные представления о механизме гидравлического разрыва пласта.
Гидравлический разрыв пласта представляет собой механический метод воздействия на продуктивный пласт, состоящий в том, что порода разрывается по плоскостям минимальной прочности под действием избыточного давления, создаваемого закачкой в скважину жидкости разрыва с расходом, который скважина не успевает поглощать. Флюиды, посредством которых с поверхности на забой скважины передается энергия, необходимая для разрыва, называются жидкостями разрыва. После разрыва под воздействием давления жидкости трещина увеличивается, возникает ее связь с системой естественных трещин, не вскрытых скважиной, и с зонами повышенной проницаемости. Таким образом, расширяется область пласта, дренируемая скважиной. В образованные трещины жидкостями разрыва транспортируют зернистый материал (проппант), закрепляющий трещины в раскрытом состоянии после снятия избыточного давления.
В результате ГРП кратно повышается дебит добывающих или приемистость нагнетательных скважин за счет снижения гидравлических сопротивлений в призабойной зоне и увеличения фильтрационной поверхности скважины, а также повышается конечная нефтеотдача за счет приобщения к выработке слабо дренируемых зон и пропластков.
Метод ГРП имеет множество технологических решений, обусловленных особенностями конкретного объекта обработки и достигаемой целью. Технологии ГРП различаются, прежде всего, по объемам закачки технологических жидкостей и проппантов и, соответственно, по размерам механизму трещинообразования при гидравлическом разрыве пласта и математическому моделированию этого процесса, обсуждаются в обзорах В.А.Реутова [89,90], МЛ.Есопогшёев, К.О.Коке [145], 1Ь.Ш1еу, 8.А.НоШсЬ, Э.Е.Мегоёе, Я^.Уеа1сЬ [155], М.Л^агртзкл, г.А.МоБсЬошсИз, С.Б.Рагкег, 1.8.АЬои-8ауес1 [253]. В данной работе изучается влияние трещин гидроразрыва на фильтрационные процессы в пласте и на эффективность разработки месторождений нефти и газа. модель I модель II
Рис.1.1. Модели распространения вертикальной трещины.
Возможность образования вертикальной или горизонтальной трещины зависит от распределения тектонических напряжений [81]. На малых глубинах вертикальное напряжение может оказаться значительно меньше горизонтальных эффективных напряжений, что благоприятствует образованию горизонтальной трещины. Считается, что в нормальных условиях горизонтальные трещины образуются на глубинах до 200 м, а вертикальные -на глубинах свыше 400 м [90]. На промежуточных глубинах, где главные напряжения примерно равны, ориентация трещин определяется другими факторами, например, анизотропией. Поскольку нефтяные и газовые пласты, разрабатываемые в настоящее время, в основном приурочены к значительным глубинам, в большинстве теоретических исследований рассматриваются
Для того, чтобы получить аналитическое выражение для расчета притока однородной жидкости к скважине с горизонтальной трещиной от удаленного контура питания радиуса Ис принимались различные допущения. Предполагалось, что трещины являются бесконечно проводящими (идеальными),т.е. ку —> оо, поэтому давление на контуре трещины постоянно и равно забойному [5,103]. Истинное распределение линий тока вне трещины заменялось на несколько искаженное [5,103]. М.И.Швидлером [103] получена приближенная формула притока к идеальной горизонтальной трещине радиуса £, расположенной в центре пласта, при условии, что 0.05 < £/Яс < 0.1, 0.02 < к/Яс < 0.1:
1пкгМ(Рс-Р„) Л
Здесь ¡л - вязкость жидкости, Рс и Р№ - давление на удаленном контуре пласта и на забое скважины соответственно. В работе А.Бана,
A.Ф.Богомоловой, В.А.Максимова, В.Н.Николаевского, В.Г.Оганджанянца,
B.М.Рыжика [5] предложена приближенная формула для эффективного радиуса скважины с горизонтальной дисковидной трещиной, расположенной в
Г (£ у центре пласта постоянной толщины ге « ^ехр - 0.221 —0. определенного как радиус эквивалентной совершенной скважины. Стационарный приток к горизонтальной трещине гидроразрыва исследовался также в [165,213]. .Ш.Найзоск, 1Е.^/аггеп [165] задача решалась в конечно-разностной форме, учитывалось влияние анизотропии пласта по проницаемости, смещение трещины вдоль вертикали относительно центра пласта, оценивалась эффективность создания нескольких дисковидных трещин.
В [66,86,106-108,111] рассматривались трещины, имеющие конечную проводимость, т.е. заполненные проппантом. В предположении, что течение в горизонтальной трещине радиальное, а в вертикальной - плоскопараллельное,
Ю.М.Шехтманом [106-108] получены распределения давления в пласте, в центре которого расположена горизонтальная или вертикальная трещина гидроразрыва. Принятая гипотеза о характере течения в трещине позволила сформулировать граничные условия для внешней задачи, описывающей фильтрацию в пласте, и решать ее независимо от расчета течения в трещине. Представленные результаты показали, что введение в трещину заполнителя приводит к снижению дебита на величину до 25%. В работе Н.С.Пискунова [86] для описания притока к горизонтальной трещине была сформулирована и решалась задача сопряжения (1.2). Исследовалось распределение давления в двух смежных областях: в пласте и в трещине. Показано, что эффект гидравлического разрыва существенным образом зависит от проницаемости песка, заполняющего трещину. Эффект от гидроразрыва более значителен в пластах малой мощности. В.И.Щуровьш, А.Ф.Трубиной [111] для анализа притока к центральной скважине с горизонтальной трещиной посередине в круговом однородном пласте использовалось электролитическое моделирование. Данные электромоделирования показали, что в результате гидроразрыва можно ожидать увеличения дебита в 2-3 раза, эффект от гидроразрыва увеличивается с увеличением радиуса трещины, однако при больших значениях радиуса его увеличение мало сказывается на приросте дебита. Фактически встречающееся в промысловой практике увеличение дебита в 5 раз и более связано с уменьшением проницаемости в призабойной зоне скважины.
В работе W.J.McGuire, V.J.Sikora [185] с использованием электроаналогового компьютера исследована производительность скважин с вертикальными трещинами гидроразрыва в ограниченном пласте с непроницаемыми границами. Определялся коэффициент продуктивности скважины в зависимости от относительной проводимости трещины -: и ее полудлины Í. Здесь w - половина раскрытия трещины, А - площадь зоны дренирования скважины.
Задача о притоке к вертикальной трещине эллиптической формы конечной проводимости в однородном пласте с удаленным контуром питания рассмотрена M.Prats [214], В.В.Кадетом, В.И.Селяковым [39]. Получено аналитическое решение задачи для пласта и для трещины с учетом условий сопряжения (1.2), исследовано распределение давления в пласте вокруг трещины в зависимости от полудлины трещины и параметра а = ——. Введен
2 kfw эффективный радиус скважины с трещиной гидроразрыва ге как радиус эквивалентной цилиндрической скважины, который может использоваться для расчета коэффициента продуктивности. В случае трещины бесконечной проводимости а = 0 и ге = 1/2. Показано существование предельной длины трещины, превышение которой не приводит к увеличению коэффициента продуктивности скважин [39]. В [5] вычислен эффективный радиус скважины с п идеальными звездообразно отходящими вертикальными трещинами гидроразрыва ге = 21/22/й.
В работе А.Ф.Зазовского, Г.Т.Тодуа [36] исследована задача о притоке к вертикальной трещине конечной проводимости, длина которой намного больше толщины пласта, при различных формах раскрытия трещины: постоянном, параболическом выпуклом, линейном и параболическом вогнутом. Показано, что создавать очень длинные трещины не всегда целесообразно, так как фильтрационный поток в трещину при ее большом гидравлическом сопротивлении локализуется вблизи скважины, а удаленная часть трещины не оказывает влияния на величину коэффициента продуктивности. В зависимости от формы раскрытия трещины рассчитаны отношения коэффициентов продуктивности скважины после и до гидроразрыва для трещин предельной длины. Выявлено существенное влияние формы раскрытия на величину коэффициента продуктивности.
В связи с задачей извлечения глубинного тепла Земли из сухих горных пород А.Ф.Зазовским, А.В.Лемехой, Р.П.Федоренко [34,35] рассматривается задача о циркуляции жидкости в плоской трещине гидроразрыва, сообщающейся при помощи двух скважин (добывающей и нагнетательной) с теплообменником, находящимся на поверхности Земли. Исследуются нелинейные эффекты, связанные с зависимостью гидравлической проводимости циркуляционной системы от раскрытия трещины и, следовательно, от давления нагнетания и отбора жидкости. Выявлена возможность частичного или даже полного смыкания поверхностей трещины в окрестности отбирающей скважины в зависимости от режима течения жидкости.