книги / Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Проектирование разработки

Расстояние, м

Рис. XVII. 10. Кривые, отражающие процессы влажного (а) и сверхвлажного (б) горения:

П р и м ер ы ч и с л е н н о г о м о д е л и р о в а н и я . На рис. XVII. 10 приведены варианты расчетов влажного и сверхвлажного горения на линейной

в виде кривых распределения температуры; водо- и нефтенасыщенностей, содер­ жаний в газовой фазе водяного пара в один из моментов времени.

Из рис. XVII. 10 видно, что распределение температуры типично для моде­ лируемых Процессов: для влажного характерны пик и плато, для сверхвлажного — постепенное медленное понижение температуры. При влажном процессе водонасыщенность на фронте горения равна нулю, чего не наблюдается при сверх­ влажном. Это отражает принципиальное различие между процессами. Развитие того или другого процесса определяется значением водовоздушного отношения и, как следствие, соотношением скоростей воды в зоне источника тепла и доставки к этой зоне воды. Пр” влажном горении преобладает скорость испарения, по­

383

этому поступающая в зону вода полностью испаряется. При рассмотрении кри­ вых распределения нефтенасыщенности ясно наблюдается нефтяная оторочка, вытесняемая оторочкой воды.

§ 6. РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ВНУТРИПЛАСТОВОГО ГОРЕНИЯ

По результатам исследований процесса внутрипластового горения с исполь­ зованием описанной выше математической модели определяются несколько ва­ риантов расчета технологических показателей разработки для конкретного место­ рождения.

Время, необходимое для создания фронта горения в пласте, рассчитывается с помощью одного из методов, описанных в § 5 данной главы.

Линейная модель внутрипластового горения

Для расчета распределения температуры в пласте и определения сроков разработки используют математические модели, учитывающие следующее: а) на­ личие в пласте источника тепла (фронта горения) постоянной или переменной мощности (случаи постоянного и переменного темпов нагнетания воздуха); б) теп­ лообмен продуктивного пласта с окружающими его породами; в) испарение и конденсацию воды; г) конвективный и кондуктивный теплоперенос в продук­ тивном пласте.

При линейной фильтрации газожидкостных смесей расчет температурного

Функция Я, характеризующая конвективный перенос тепла и учитывающая фазовые превращения фильтрующихся в пласте газожидкостных смесей, опре­

£воз — ивозРвоз1

Руо ? = Рпл — Руо

Руо и Рил — давление паров воды в газовой фазе и давление в пласте соответст­ венно; Т — температура полного испарения всей воды, рассчитываемая из эмпи­ рического соотношения (XVII.27); Еп — энтальпия пара.

384

Таким образом, расчет по формулам (XVI 1.82) и (XVI 1.84) ведется с шагом At. По истечении р, шагов по времени фронт горения перемещается из ячейки хь

шаг A/j — с помощью формулы (XVI 1.86), а затем вычислять фактический шаг по времени At: At = A/j/p,.

Плоско-радиальная модель внутрипластового горения

Основные предположения и допущения, сделанные при разработке мате­ матической модели расчета параметров процесса внутрипластового горения, разработанной для случая плоскорадиальной фильтрации, те же, что и при ли­

в поверхностных условиях; со0 — параметр, учитывающий количество воздуха, пошедшего на сгорание единицы объема топлива; Рсг — удельное содержание сгорающего топлива при влажном горении:

Функция И (Т) для радиальной фильтрации принимает вид

п~т--- [ОвОзРвОзСвОзТ1~\~QuPbCbT + (ОфвОзРвОЗ? (Е„ --Св^)]» пл

цен»

Н(Т) =

п~г--- [СвОзРвОЗ^нОзТ1+ QuPbCbT + QbPb (Еп -- Сп^исл)]» ^лппл

т > т исп*

386

Здесь обозначения те же, что и в случае линейной фильтрации (см. предыдущий раздел настоящей главы).

Для решения поставленной задачи используют явно-неявный метод конеч­ ных разностей. При этом шаг по пространственной переменной z выбирают так,

ai = —(Pi 4- Yi);

оz3 — ?1

(XV11.95)

Уравнение (XVII.95) решается методом, который подробно описан выше. Так, явная схема (XVI1.93) при реализации ее на ЭВМ должна выполнять ограни­ чение на шаг по времени At (условие устойчивости). Как и при линейной филь­ трации, вначале определяют целый параметр р:

р = Entier X

л.Дг[гф(Г) + 0,5Дг]

м1 = ------------Г-------------

ифактический шаг по времени Дt

Как и при линейной фильтрации, температуры в пласте и окружающих его по­ родах определяют с учетом шага At, по истечении р шагов по времени фронт го­ рения перемещается из ячейки г* в ячейку г*+1 = г* 4” Дг*

387

С помощью описанных моделей рассчитывают температурное поле пласта в различные моменты времени. Так как после прохождения фронта конденсации в пласте остается практически неподвижная нефть, из которой образуется сгора­ ющее топливо, то расчеты прекращают, когда суммарная площадь выжженной и пароводяной зон будет равна площади разрабатываемого участка залежи, с учетом коэффициента охвата его горением. Целесообразно при расчетах срока разработки и потребного количества воздуха принимать завышенное значение коэффициента охвата по площади, близким или равным единице, чтобы не зани­ зить эти важные технологические показатели.

Если при расчетах температура на фронте горения будет близка к темпера­ туре пароводяной зоны, то это указывает на переход влажного горения в сверх­ влажное, что необходимо учитывать [см. формулы (XVI 1.31)]. Если при расче­ тах не имеют опытных данных, коэффициент охвата пласта горением по толщине пласта принимается равным 0,5—0,8 (тем меньше, чем больше толщина и неодно­ родность пласта) и по площади от 0,5 до 0,7 в зависимости от плотности сетки скважин и неоднородности пласта по площади. Суммарный охват пласта будет больше, так как в неохваченных его частях, несмотря на отсутствие фронта го­ рения и оторочки пара, нефть будет вытесняться водой или воздухом. При этом в неохваченных зонах температура может быть существенно выше начальной пластовой вследствие перетоков тепла от охваченных процессом частей пласта.

Для расчета динамики добычи нефти предлагается использовать методику, которая рассматривает раздельно вытеснение в охваченной процессом внутрипластового горения части пласта и в той части, где вытеснение осуществляется одним из закачиваемых агентов.

Расчет нефтеотдачи и определение динамики добычи нефти

Определение динамики добычи нефти основано на теории Баклея—Леве- ретта совместной фильтрации несмешивающихся несжимаемых жидкостей.

Расчет предусматривает выделение в пласте следующих зон (рис. XVII. 11): выжженной (/), насыщенного водяного пара (//), начальной пластовой темпе­

ратуры (III).

Предполагается, что в зоне насыщенного водяного пара нефтенасыщенность равна остаточной. Таким образом, фронт конденсации как бы «сгребает» всю нефть, кроме остаточной, и вытесняет ее в зону III.

Методика справедлива для плоскорадиальной и линейной фильтрации нефти и воды. Основой расчета служат уравнения совместной фильтрации нефти и

398

Здесь <2зак (fl — темп закачки воды в нагнетательную скважину; sBB3 — водонасыщенность в выжженной зоне; VU3 (t) — объем выжженной зоны к моменту времени /; sh0ct — остаточная нефтенасыщенность в пароводяной зоне.

Уравнение (XVI 1.98) учитывает начальную водонасыщенность пласта и за­ полнение части порового*объема выжженной зоны закачиваемой водой.

Нефтеотдачу в части пласта, охваченной горением, определяют следующим образом. До прорыва воды в добывающие скважины коэффициент нефтеотдачи находят по формуле

Здесь sBскв — водонасыщенность на стенке добывающей скважины; 5Пфк — водо­ насыщенность на фронте конденсации, определяемая соотношением

Для сухого горения вышеприведенные формулы приобретают вид Уфк (0 = Увз (0.

Qaак (0 = 0,

Qa(t) = т ( \ — sHoct) dVвз у

5ВфК = 1 — SHOCT»

380

После определения коэффициента вытеснения нефти из охваченной горением толщины пласта рассчитывают коэффициент вытеснения нефти из части, не охва* ченной горением. Предполагается, что в этой части пласта нефть вытесняется закачиваемой водой. Динамику добычи нефти определяют также в соответствии с теорией Баклея—Леверетта двухфазной фильтрации нефти и воды.

До прорыва воды в добывающие скважины коэффициент вытеснения и дебит нефти определяют по формулам

После определения коэффициентов вытеснения нефти и дебитов нефти и воды из частей толщины пласта, охваченных горением и заводнением, соответственно оценивают коэффициенты охвата горением и заводнением по площади (а/г и а/за„ соответственно), после чего рассчитывают суммарный коэффициент нефтеотдачи

Дебиты нефти и воды получают суммированием дебитов нефти и воды для соответствующих частей толщины пласта:

Пример расчета

Рассмотрим очаговый вариант влажного внутрипластового горения, при­ меняемый для разработки пятиточечного элемента пласта. Расстояние между на­ гнетательной и добывающей скважинами в элементе равно 200 м.

390

Распределение температуры в пласте, радиусов фронтов горения и кон­ денсации при влажном горении (Р = 4 л/м3) определяли по формулам (XVI 1.93)— (XVI1.96) на ЭВМ. Распределение температуры в различные моменты времени показаны на рис. XVII. 12. Данные расчетов тепловых показателей процесса используют при расчете технологических показателей влажного внутрипластового горения: коэффициентов вытеснения в охваченной и не охваченной горением частях пласта, дебитов нефти и воды и коэффициента нефтеотдачи при осуществ­ лении влажного внутрипластового горения.

Результаты расчетов дебитов нефти и воды и коэффициента нефтеотдачи при­ ведены на рис. XVI 1.13.

Рис. XVII. 12. Распределение температуры в пласте в различные моменты времени при влажном внутрипластовом горении.

Время: / —3 года; 2 —10 лет; .7 —20 лет

Рис. XVII. 13. Динамика показателей разработки пятиточечного элемента при влажном внутрипластовом горении

391

§ 7.КОНТРОЛЬ Й РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ С ВН УТРИ ПЛАСТОВЫМ ГОРЕНИЕМ

При разработке залежей нефти с виутрипластовым горением система кон­ троля и регулирования процессом преследует достижение следующих основ­

ных целей:

а) обеспечение в течение заданного времени непрерывности внутрипластового горения (при влажном горении — активного окислительного процесса

в пласте); б) оптимальный охват нефтенасыщенного пласта за срок разработки фрон­

том горения (окисления), пароводяным валом и газообразными продуктами го­

рения; в) создание условий для продления срока службы внутрискважинного

и наземного оборудования (предотвращение коррозии оборудования); г) обеспечение кондиционной нефти в системе внутрипромысловых устано­

вок по сбору и подготовке нефти, газа и воды; д) охрану недр и окружающей среды от засорения их токсичными ком­

понентами, добываемыми с нефтью.

Контроль за эксплуатацией залежей нефти при внутрипластовом горении должен предусматривать следующее.

1. Систематические наблюдения за концентрацией в добываемом с нефтью газе по скважинам таких компонентов, как кислород, углекислый газ, окись углерода, а в некоторых случаях — азот, сероводород и др.

2.Определение расхода воздуха (или воздуха и воды при влажном горении) по нагнетательным скважинам.

3.Систематические замеры по добывающим скважинам дебитов нефти, газа

иводы с последующим определением газового фактора и процента обводнен­ ности.

4.Периодические замеры пластовой температуры по ближайшим к нагне­

тательным наблюдательным и добывающим скважинам, а также пластового дав­ ления по добывающим и нагнетательным скважинам.

5.Периодические определения свойств добываемой нефти в поверхностных условиях (плотности и вязкости) по скважинам.

6.Периодические исследования добывающих и нагнетательных скважин

при установившихся и неустановившихся режимах (с последующим построе­ нием индикаторных кривых и кривых восстановления или снижения давле­ ния).

7.Снятие по разрезу продуктивного пласта профилей расхода по нагнета­ тельным скважинам и профилей притока по добывающим скважинам.

8.Выделение в разрезе продуктивного пласта добывающих скважин нефте-, водо- и газонасыщенных частей.

Определения и замеры по п. 1, 2 и 3 следует производить два-три раза в неделю; периодичность замеров и определений по п. 4 и 5 зависит от изменчи­ вости показателей по скважинам — объектам контроля; исследования по п. 6 можно проводить с периодичностью один раз в квартал или в полугодие. Иссле­ дования по п. 7 и 8 проводят по скважинам избирательно с последовательным охватом фонда скважин, реагирующих на процесс. Повторные исследования про­ водят либо как контрольные, либо с целью улавливания изменений в состоянии разреза продуктивного пласта.

Способы регулирования процесса разработки залежей с внутрипластовым горением подразделяют на следующие группы.

1.Способы регулирования, обеспечивающие поддержание или интенсифи­

кацию внутрипластового горения в разрабатываемом объекте:

а) установление необходимого расхода воздуха по нагнетательным скважи­ нам (при сухом горении) или воздуха и воды при определенном их соотношении и периодичности закачки (при влажном горении);

б) временное нагнетание воздуха в отдельные добывающие скважины, в на­ правлении которых обнаруживается затухание процесса горения.

Первый из указанных способов позволяет определить минимально необхо­ димый расход воздуха при заданном радиусе фронта горения по формуле

392