Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Исследование показателей двухфазной фильтрации в системе пласт-скважина. Методические указания к лабораторным работам
.pdf
11
В случае учёта неполноты вытеснения, роль соотношения вязко-
н
ф.в.
в
ф.н.
kk /
x
0
4
3 2 1
5
В
А
K
D
L
к
Е
стей µ0 будет играть параметр
, представляющий со-
бой отношение подвижностей фаз.
В реальных пластах и на их отдельных участках форма границы
раздела двух совместно фильтрующихся жидкостей выглядит не
настолько идеально, как это следует из математического описания
простейших одномерных видов течения. Даже если пласт однороден,
а геометрия фильтрационного потока близка к линейной или радиальной, гладкость фронта вытеснения в действительности нарушается. Источником нестабильности является, в частности, различие вязкостей воды и нефти.
Получить представление о влиянии соотношения вязкостей
нефти и воды на характер продвижения границы их раздела можно с
помощью рис. 2.
Рис. 2. Имитация движения границы раздела воды и нефти
с учётом различия вязкостей
Допустим, что ВНК, начальное положение которого представлено линией АВ, не параллелен добывающей галерее KE. Известен
приближённый метод, позволяющий получить решение задачи о продвижении границы раздела в указанных условиях [3, 6, 9]. Всю область фильтрации в границах расчётного блока подразделяют на не-
12
сколько узких полос. В каждой из таких полос заменяют наклонный
начальный ВНК вертикальным, параллельным добывающей галерее
KE. Расстояния от контура питания обозначают соответственно x0′,
x0′′, x0′′′ и т.д. Используя подобный приём, имитируют в расчётах ре-
альный наклонный ВНК ступенчатым.
Для описания линейного вытеснения нефти водой вдоль каждой
полосы используют уравнения (1)-(10), справедливые для вертикального ВНК, параллельного добывающей галерее.
Из формулы для определения скорости фильтрации следует, что
чем больше x0, тем больше скорость фильтрации v. Отсюда вытекает,
что частицы воды из точки А будут продвигаться с большей скоростью к точке К, чем частицы воды из точки В к точке Е.
Для полосы 5 на рис. 2 по уравнениям (8) или (10) можно рассчитать время Т, за которое частицы воды из точки А дойдут до точки К.
Это – время начала обводнения добывающей галереи. Подставляя полученное значение вместо t в закон движения границы раздела (7) или
(9), можно определить величины xв′, xв′′, xв′′′ и xв′′′′, то есть положение
границы раздела воды и нефти в момент времени Т. Линия KD на рис.
2 показывает положение ВНК в полосах 1-5 в момент времени Т, когда в точке К на выходе из пласта появляется вода. Часть границы
раздела воды и нефти, наиболее вытянутую по направлению к добывающей галерее, называют «языком обводнения» (в зарубежной литературе чаще обсуждается проблема возникновения «вязких пальцев» на границе раздела двух совместно фильтрующихся фаз).
Если бы вязкости нефти и воды были одинаковыми, то и скорости движения жидкостей во всех точках пласта тоже были бы одинаковыми. ВНК перемещался бы параллельно линии АВ, и к началу обводнения добывающей галереи объём пласта, охваченный вытеснением, был бы больше.
Скорость движения «языка обводнения» в наиболее выдвинутой
точке по мере его приближения к галерее (зоне отбора) увеличивается, то есть образовавшийся в какой-то момент времени язык в дальнейшем быстро вытягивается, продвигаясь с гораздо большей скоро-
13
стью, чем основная часть ВНК. Это – явление так называемой «вязкостной неустойчивости», которое учитывается в расчётах процесса
обводнения реальных залежей.
Практическая часть
Цель работы:
1) определить положение границы раздела нефти и воды как двух
жидкостей с неодинаковой вязкостью в разные моменты времени на
линейной модели пласта;
2) изучить условия равномерного перемещения фронта вытеснения нефти водой вдоль пласта;
3) оценить влияние соотношения вязкостей нефти и воды на величину коэффициента извлечения нефти и продолжительность вытеснения.
Материалы и оборудование
Типовая исходная геолого-технологическая информация; материалы стандартных лабораторных исследований, промысловых экспериментов и геологического изучения пласта; персональный компьютер и программное обеспечение общего назначения.
Исходная информация
Вариант 1.
Участок пласта между нагнетательной и добывающей прямолинейными галереями, имитирующими ряды вертикальных скважин без
внутренних геометрических сопротивлений, представлен коллектором порового типа. Толщина расчётного элемента пласта h=10 м, ширина b=400 м. Расстояние от нагнетательной галереи до добывающей
галереи Lк=500 м, координата начального ВНК в подошве пласта
xbо=250 м, координата начального ВНК вблизи кровли пласта
xао=50 м. Проницаемость пласта k=0,230 мкм2, пористость m=0,2.
Давление на контуре нагнетания воды Рк=17 МПа, давление на добывающей галерее Рг=11 МПа. Вязкость воды
=1 мПас. Вязкость
в
14
нефти: а)
д)
=20 мПас.
н
=4 мПас; б)
н
=8 мПас; в)
н
=12 мПас; г)
н
=16 мПас;
н
Участок пласта можно считать горизонтальным и принять допущение, что влияние гравитационного фактора на процесс фильтрации
незначительно. Это позволяет пренебречь различием плотностей воды и нефти.
Также считается, что вся нефть является подвижной и полностью
вытесняется закачиваемой водой.
Последовательность выполнения работы
В ходе учебного исследования требуется выполнить следующее.
1. Определить положение и форму ВНК в различные моменты
времени, включая момент начала обводнения добывающей галереи.
2. Определить коэффициент нефтеизвлечения η как отношение
объёма пласта, из которого к моменту начала обводнения
добывающей галереи была вытеснена нефть, к первоначально
нефтенасыщенному объёму пласта.
3. Сделать вывод о влиянии соотношения вязкостей нефти и воды
на эффективность процесса вытеснения.
Работа выполняется командами по 3-4 человека. Каждая команда,
обрабатывая исходную информацию, использует определённое значение вязкости нефти. Сводные результаты исследований необходимы для получения общего вывода. По итогам работы каждый обучающийся оформляет отчёт. Пример оформления титульного листа дан
в приложении 1.
Для самостоятельного внеаудиторного выполнения работы используют данные приложения 2 в соответствии с вариантом, назначенным преподавателем.
Получаемые результаты и их обработка
1. Геометризация начального положения ВНК
1.1. Вычерчивают схему модели пласта по образцу рис. 3 и отме-
чают на ней начальный наклонный ВНК, соблюдая линейный масштаб оси x.
15
1.2. Делят область фильтрации по толщине пласта на пять-десять
.м20105025010
0
0
//
а
b
xx
вода
нефть
Pк
Pг
x
bо
L
к
x
0
x
ао
А
D
С
В
узких полос и определяют координату начального ВНК в середине
каждой полосы.
Допустим, количество выделенных полос – 5. В этом случае толщина одной полосы 2 м. Приращение координаты ВНК на каждом
метре толщины пласта равно:
Следовательно, координата начального ВНК в середине каждой
полосы, по направлению от кровли к подошве пласта, составит:
x
= 70 м; x
о1
= 110 м; x
о2
= 150 м; x
о3
= 190 м; x
о4
= 230 м.
о5
лос заменяют вертикальным, параллельным добывающей галерее.
Замена наклонного ВНК «ступенчатым» позволяет рассчитать в динамике положение границы раздела жидкостей для каждой полосы по
формулам «поршневого» прямолинейного вытеснения (7), (8).
Рис. 3. Схема линейного «поршневого» вытеснения нефти водой
с наклонным ВНК:
I – вода; II –нефть; ABCD – начальное положение ВНК
1.3. На схеме линейной модели начальный ВНК в каждой из по-
16
2. Определение времени начала обводнения добывающей га-
2
05
кн
2
05
2
кв
гк
2
xLxL
PPk
m
T
,
2
0
2
вн0кн
гк
2
1
iiii
xxxxL
PPk
m
t
Координата
ВНК, м
Время, годы
0,2 … … … Т
x1
x2
x3
x4
x5
(12)
лереи
Поскольку из-за эффекта вязкостной неустойчивости ВНК с опережением продвигается по нижней полосе, начало обводнения добывающей галереи будет соответствовать периоду полного вытеснения
нефти из этой полосы. Для расчёта времени начала обводнения используют зависимость
. (11)
3. Геометризация положения ВНК к началу обводнения до-
бывающей галереи
3.1. Определяют для каждой i-ой полосы текущую координату
ВНК xi, используя закон движения вертикальной границы раздела
жидкостей в прямолинейном потоке:
где xоi – начальная координата вертикального ВНК в пределах i-ой
полосы, определённая в п.1, м.
Время в левой части уравнения (12) приравнивают к Т (с).
Способ получения решения каждый студент или команда выбирает самостоятельно.
3.2. Результаты определений заносят в заранее подготовленную
таблицу (по образцу табл. 1):
Таблица 1
Расчётная динамика ВНК
17
4. Определение текущего положения ВНК
n
i
iii
n
i
i
xLhbmxLhbmV
1
0к0к
1
0
,
n
i
iii
n
i
i
xLhbmxLhbmV
1
кк
1
.
x, м
0
4
3
1
5
Lк
нефть
вода
4.1. Определяют текущую координату ВНК xi для других вы-
бранных моментов времени (в промежутке от 0,2 года до Т). Действия
производят аналогично п. 3, при этом в левую часть уравнения подставляют соответствующие значения времени. Результаты определений также заносят в таблицу.
4.2. Отображают расчётную динамику ВНК на схеме линейной
модели, получая изображение, подобное рис. 4.
Рис. 4. Динамика водонефтяного контакта
5. Определение коэффициента извлечения нефти
5.1. Определяют первоначально нефтенасыщенный объём пласта
V0 в предположении, что пласт содержит только нефть, которая пол-
ностью замещается водой в процессе вытеснения:
(13)
где hi – толщина i-ой полосы.
5.2. Определяют нефтенасыщенный объём пласта к моменту
начала обводнения добывающей галереи:
(14)
18
5.3. Определяют коэффициент извлечения нефти (КИН) как от-
.
0
0
V
VV
Вязкость, мПа·с
4 8 12
16
20
Время начала обводнения, лет
КИН
(15)
ношение объёма пласта, из которого к моменту начала обводнения
добывающей галереи была вытеснена нефть, к первоначально нефтенасыщенному объёму пласта:
6. Сравнение результатов
Полученные командами результаты определения времени начала
обводнения и коэффициента извлечения нефти для различных значений вязкости каждый обучающийся заносит в таблицу (по образцу
табл. 2).
Таблица 2
Сводные результаты определений
Проверка правильности полученных результатов осуществляет-
ся преподавателем путём сравнения с эталонными значениями определяемых показателей.
Содержание отчёта
В отчёт должно быть включено следующее.
1. Цель работы.
2. Формулировка задачи с необходимым набором исходных дан-
ных.
3. Промежуточные расчёты и их результаты в табличной и гра-
фической форме согласно п.п. 1-5.
4. Схема линейной модели пласта с начальным и текущими по-
ложениями ВНК.
5. Сводная таблица с результатами определений (п. 6).
6. Вывод о влиянии соотношения вязкостей нефти и воды на ве-
личину коэффициента нефтеизвлечения, продолжительность разработки и эффективность процесса вытеснения.
19
Примерная структура вывода
Чем больше вязкость нефти по отношению к вязкости воды, тем
меньше / больше безводный коэффициент нефтеизвлечения и меньше
/ больше время начала обводнения. Это свидетельствует о снижении /
увеличении темпов добычи и повышении / ухудшении эффективности
процесса вытеснения.
Контрольные вопросы
1. Что такое фаза и компонент природной системы?
2. В чём отличие гетерогенной системы от гомогенной?
3. Охарактеризуйте модель «поршневого» вытеснения нефти во-
дой.
4. Приведите схему линейного «поршневого» вытеснения нефти
водой с вертикальным ВНК и проанализируйте расчётные зависимости, позволяющие определить:
а) распределение давления в водоносной и нефтеносной областях;
б) скорость фильтрации;
в) дебит добывающей галереи;
г) градиент давления;
д) закон движения границы раздела жидкостей;
е) время полного вытеснения нефти водой.
5. Каким образом формулы, описывающие «поршневое» вытес-
нение нефти водой, можно распространить на случай, когда часть
объёма фаз остаётся неподвижной на контакте с породой?
6. Как определить текущее положение границы раздела воды и
нефти на линейной модели пласта?
7. Как влияет различие вязкостей жидкостей на устойчивость
движения границы раздела?
8. Что собой представляют объёмы V0, V′ и (V0–V′)?
9. Поясните, как влияет соотношение вязкостей жидкостей на
эффективность процесса вытеснения и величину коэффициента извлечения нефти.
20
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
S Z
z
S
α
ИЗУЧЕНИЕ СОВМЕСТНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ДВУХ
НЕСМЕШИВАЮЩИХСЯ ФЛЮИДОВ
Теоретическая часть
1. Моделирование процесса статического конусообразования
При вытеснении нефти краевой водой в условиях естественного
водонапорного режима, а также в случае законтурного или приконтурного заводнения на показатели двухфазной фильтрации влияет
гравитационный фактор. Чем больше угол наклона крыльевых участков пласта к горизонту, тем сильнее гравитационные силы влияют на
процесс фильтрации, порождая нестабильность границы раздела воды
и нефти по мере её продвижения. При этом поверхность контакта
жидкостей, имеющая, как показано на рис. 5, горизонтальное начальное положение, в процессе разработки деформируется за счёт разностей плотностей нефти и воды.
Вследствие возмущений на границе раздела частицы воды попадают в область, занятую нефтью. При этом их дальнейшее движение
может либо ускоряться, либо замедляться. При ускорении движения
частиц воды движение границы раздела будет неустойчивым, при замедлении – устойчивым.
Рис. 5. Схема движения ВНК в наклонном пласте
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]