Глава 5 ОБРАБОТКА КВД. 5. Газогидродинамические методы исследования скважин на нестационарных режимах фильтрации

• Название: 5. Газогидродинамические методы исследования скважин на нестационарных режимах фильтрации
• Дата: 11.05.2023
• Размер: 1.51 Mb.
• Имя файла: Глава 5 ОБРАБОТКА КВД.doc
• Тип: Документы; #1123029
• страница: 3 из 6

5.6 Методы определения параметров пластов по результатам исследования горизонтальных скважин на нестационарных режимах фильтрации

5.6.1 Влияние конструкций горизонтальных скважин на возможность определения параметров пласта по результатам исследования их на нестационарных режимах фильтрации

На газовых и газоконденсатных месторождениях небольшой толщины и ухудшенными фильтрационными свойствами вскрытие пластов вертикальным стволом приводит к получению низких дебитов, быстрому обводнению скважины, незначительному коэффициенту извлечения флюидов, а также деформации и разрушению призабойной зоны при создании депрессии выше допустимой. При небольших депрессиях на пласт производительности таких скважин оказываются весьма низкими. Разработка месторождений системой вертикальных скважин при незначительной толщине пласта, низкой проницаемости, наличии преимущественно вертикальных трещин, подошвенной воды и нефтяной оторочки, а также освоение большинства шельфовых месторождений становится малоэффективными. Поэтому для освоения таких залежей необходимо использовать новые типы скважин – горизонтальные.

При оценке фильтрационных параметров пласта, вскрытого горизонтальной скважиной следует обратить внимание на: стабилизацию процесса фильтрации, расположение горизонтальной скважины по толщине и относительно контуров питания, пол­ноту вскрытия горизонтальным стволом длины удельной площади, приходящейся на долю скважины; направление ствола, соотношение геометрических параметров зоны дренирования: L, L_скв, h и R_к; параметр анизотропии. При значительных дебитах скважины и соответствующей её конструкции, т.е. длине, и диаметре ствола забойное давление становится переменной и, тогда воз­никает вопрос о величине депрессии на пласт, принимаемой при определении коэф­фициента продуктивности, от величины которого зависит и значение коэффициен­та проницаемости. Величина R_к, используемая во всех приближенных методах по данным геолого-математической модели является переменной по длине ствола и поэтому приводит к неточному определению фильтрационных свойств пласта при известном дебите. Перечисленные выше и другие факторы создают трудности в создании методов определения параметров пластов по результатам исследования горизонтальных скважин при стационарных и нестационарных режимах.

К настоящему времени предложены только отдельные и часто неприемлемые рекомендации по определению параметров газоносных пластов, вскрытых горизонтальными скважинами по результатам их исследования на нестационарных режимах фильтрации.

Все методы, посвященные определению параметров, вскрываемых пластов по результатам исследования горизонтальных скважин получены для случая фильтрации газа в однородной пористой среде.

Точные методы определения параметров пластов по данным исследования горизонтальных скважин на нестационарных режимах фильтрации получены путем создания геолого-математических моделей фрагментов однородных и неоднородных пластов, вскрытых такими скважинами. Снятые кривые стабилизации давления и дебита и кривые восстановления давления в горизонтальных скважинах, вскрывших фрагменты с известными параметрами при их обработке предложенными методами, должны были дать величины проницаемостей, использованные при моделировании. В противном случае имеющиеся приближенные методы должны быть признаны как непригодные для практического использования.

Проблема исследования горизонтальных газовых скважин на нестационарных режимах фильтрации и определения параметров пластов по результатам таких исследований изучена недостаточно.

Применением горизонтальных газовых скважин при освоении месторождений связана необходимось создания теоретических основ методов исследования, технологии проведения и обработки полученных результатов для таких скважин. Для однородных изотропных пластов при пуске и остановке горизонтальных скважин в пределах толщины пласта процессы, происходящие вблизи ствола с учетом сил гравитации практически идентичны процессам, происходящим при пуске и остановке вертикальных скважин. Следовательно, в пределах толщины пласта, вскрытого горизонтальным стволом, методы, разработанные для вертикальных газовых скважин, могут быть использованы без существенных изменений. Если пласт, вскрываемый горизонтальной скважиной анизотропный, то это означает, что участок КВД, охватывающий зоны в пределах толщины будет в основном характеризовать проницаемость пласта в вертикальном направлении.

Процесс восстановления давления в горизонтальных скважинах за пределами толщины пласта происходит по аналогии с характером изменения КВД, снятой в вертикальных скважинах, расположенных вблизи тектонических нарушений, контурных вод или зон с ухудшенными проницаемостями. Существующая некоторая аналогия кривых восстановления давления в вертикальных скважинах являлась основой для выделения на КВД, снятых в горизонтальных скважинах нескольких участков, характеризующих:

• 
  призабойную зону в пределах толщины пласта;
  
• 
  зону, за пределами призабойной зоны с большей степенью отражающей отсутствие пласта выше кровли и ниже подошвы;
  
• 
  зону, отражающую в большой степени восстановления давления по направлению к контуру питания.
  

По продолжительности процесс восстановления давления в горизонтальных скважинах условно разделен на 4 периода, из которых: первый период характеризует зону в пределах толщины пласта; второй и третий периоды зону за пределами призабойной зоны и четвертый зону, охватывающую среду влияния горизонтального ствола до контура питания.

Из изложенного следует, что к настоящему времени не разработаны надежные методы, гарантирующие достоверность определяемых параметров пластов по данным исследования горизонтальных газовых скважин на нестационарных режимах фильтрации.

Теоретически существуют как и в вертикальных скважинах только два метода исследования горизонтальных скважин на нестационарных режимах фильтрации: использование процесса восстановления давления после закрытия скважины и процессы стабилизации забойного давления и дебита при пуске скважины на определенном режиме.
5.6.2 Возможные методы оценки параметров пластов, вскрытых горизонтальными газовыми скважинами, по кривым восстановления давления

Для определения параметров пластов по данным исследования горизонтальных газовых скважин на нестационарных режимах фильтрации существует две возможности:

1. Использование разработанных для вертикальных скважин методов при соответствующих и подходящих для их использования случаев.

2. 
   Использование специально разработанных для горизонтальных газовых скважин методов.
   

Эти методы не гарантируют достоверность определяемых параметров пластов без соответствующих проверок с использованием результатов точных численных решений. Точный численный метод определения параметров пластов по данным исследования горизонтальных скважин на нестационарных режимах фильтрации изучено нами путем создания геолого-математических моделей фрагментов однородных и неоднородных пластов.
5.6.3 Методические основы обработки КВД, снятых в горизонтальных газовых скважинах

Имеющиеся методы обработки КВД получены при определенных допущениях не полностью учитывающих особенности горизонтальных газовых скважин, связанных с формой зоны дренирования, влиянием гравитационных сил при различных расположениях горизонтального ствола по толщине, изменении забойного давления по длине ствола перед закрытием скважин и т.д.

1. Обработки КВД, снятых в горизонтальных скважинах с использованием методов разработанных для обработки КВД снятых в вертикальных скважинах. При использовании формул для обработки КВД, полученных для вертикальных скважин предполагалось, что:

– В пределах толщины пласта закономерности восстановления пластового давления в горизонтальных скважинах будут близки к характеру восстановления давления в вертикальных скважинах.

– На большом отдалении от горизонтального ствола процесс восстановления давления будет близок к процессу восстановления при одномерном движении.

Этот способ оценки параметров пластов по КВД для горизонтальных скважин был использован при предположении, что в пределах толщины вскрываемого горизонтальным стволом однородного изотропного пласта без учета сил гравитации и при его симметричном расположении по толщине, процесс восстановления давления по сечениям перпендикулярным горизонтальному стволу в пределах 0XL_гор происходит аналогично процессу, происходящему после остановки вертикальной скважины. При этом в расчетных формулах вместо k_г определяемой по КВД в вертикальных скважинах следует использовать k_в. Это весьма существенное условие, если вскрываемый горизонтальным стволом пласт анизотропный, т.е. k_вk_г. При использовании метода обработки КВД полученной для вертикальной скважины в пласте с ограниченными размерами, т.е. в условиях взаимодействия исследуемой скважины с соседними, при обработке КВД в горизонтальных скважинах необходимо исходить, прежде всего, из значения толщины вскрываемого пласта, а не из расстояния между горизонтальными стволами. Это связано с тем, что обычно расстояние между горизонтальными стволами значительно больше чем между вертикальными. Одна из схематизаций принятой во ВНИИНефти для определения производительности горизонтальных скважин предполагала, что форма зоны дренируемой скважиной площади является круглой. Такое предположение, может служить в определенной степени основанием для обработки результатов исследования горизонтальных скважин по формулам, полученным для вертикальных скважин.

2. Метод обработки КВД снятых с горизонтальных газовых скважинах разработанных для таких скважин.

Этот метод допускает, что процесс восстановления давления в горизонтальных скважинах характеризуется четырьмя периодами в зависимости от захваченными этими периодами формами линий тока фильтрации к горизонтальному стволу. Первый период допускает плоскорадиальный приток газа перпендикулярно к горизонтальному стволу. Второй период также характеризует плоскорадиальный приток газа к стволу одновременно с линейным, а третий период условно назван псевдорадиальным. Эти условности по границам зон фильтрации существенно искажает истинную форму линий тока и исключает возможность однозначного определения параметров пласта по КВД снятой в горизонтальной газовой скважине. Достоверность этого метода установлена нами путем моделирования процесса восстановления забойного давления в горизонтальной газовой скважине с использованием геолого-математической модели фрагментов месторождений с различными емкостными и фильтрационными свойствами.

3. Численный метод определения параметров пласта по КВД и КСДиД связан с наличием соответствующей специально разработанной программы. Теоретические основы этого метода представляют собой систему уравнений многофазной, многомерной, многокомпонентной, нестационарной фильтрации в неоднородных изотропных и анизотропных пористых средах при соответствующих начальных и граничных условиях и замыкающих соотношениях с учетом влияния многочисленных геологических, технических и технологических факторов.

Этот метод позволил установить достоверность определяемых параметров пластов при использовании различных участков КВД. По полученным результатам было установлено, что используемые конечные участки КВД, снятые в вертикальных скважинах и используемые для определения параметров пластов на КВД, снятых в горизонтальных скважинах не гарантируют точность определяемых параметров. Численный метод не имеет альтернативу для определения параметров неоднородных и анизотропных пластов при: асимметричном расположении горизонтального ствола по толщине; неполном вскрытии пропластков многопластовых месторождений; существенном изменении забойного давления по длине ствола перед закрытием скважины.

5.6.4 Использование расчетных формул, полученных для вертикальных скважин

В основу расчетных формул для обработки изменения давления на забое скважины после ее закрытия заложено уравнение радиальной фильтрации газа при линейном законе сопротивления [см. формулы (5.1)÷(5.16)]:

Обрабатывая результаты КВД по формуле (5.10) в координатах от определяют коэффициент α, как отрезок на оси и β, как тангенс угла наклона прямой в полулогарифмической сетке координат. По известным α и β определяют проницаемость, проводимость, пъезопроводность и т.д. Для вычисления проницаемости пласта по известному коэффициенту  необходимо использовать формулу (5.18) или (5.19), а величину пъезопроводности æ определить по формуле (5.20).

Формулы (5.10)÷(5.20) получены для скважины, расположенной в “бесконечном” пласте. При этом одним из основных условий применения этих формул является необходимость соблюдения условия Т20t, где T – продолжительность работы скважины перед закрытием; t – продолжительность процесса восстановления давления. Если T<20t, то расчетная формула для обработки КВД имеет вид (5.23).

При проведении математических экспериментов были рассмотрены варианты для обоих случаев по величине Т, т.е. Т20t. Учитывая, что проводились поисковые исследования для установления пригодности методов обработки КВД, разработанных для вертикальных скважин, а также для выяснения количества нескольких характерных участков КВД обрабатывались по формулам (5.10) и (5.23).

Кроме формул (5.10) и (5.23), полученных для моделей задач, обуславливающих “бесконечность” пласта при обработке КВД, была использована и формула, полученная для пласта конечных размеров и имеющей вид (5.16). Входящие в формулу коэффициенты α₁ и β₁ определяются по формулам (5.24).

По известным ₁ и R_к при обработке КВД по формуле (5.16) кроме величин проницаемости k, проводимости kh/ и пъезопроводности æ, можно определить удельный газонасыщенный объем, дренируемый исследуемой скважиной, используя при этом соотношения (5.21) и (5.22).

При условии плоскорадиального притока газа перпендикулярно к горизонтальному стволу и использовании расчетных формул полученных для вертикальных скважин допускается, что:

– в этих формулах определяемая проницаемость соответствует проницаемости в вертикальном направлении;

– форма зоны дренирования горизонтальной скважиной в пределах толщины пласта является круговая,

– забойное давление по длине горизонтального ствола постоянное.

Полученные кривые восстановления давления в горизонтальных скважинах на моделях фрагментов различных месторождений, допуская справедливость приведенных выше формул, в пределах толщины пласта, были обработаны как КВД в вертикальных скважин в координатах: от ; от и от t.

Использование расчетных формул для обработки КВД, снятых в горизонтальных газовых скважинах

Форма зоны, дренируемой горизонтальной скважиной, существенно отличается от формы, образующейся при работе вертикальной скважины. Это означает, что в зависимости от принимаемой в процессе восстановления давления формы расчетные формулы для обработки кривых восстановления давления могут существенно отличаться. В данном случае допускается, что процесс восстановления давления происходит в пласте, имеющего форму параллелепипеда, который вскрыт горизонтальной скважиной, симметрично расположенной по толщине однородного пласта и относительно контуров питания.

При такой постановке на КВД выделяют четыре периода притока газа к горизонтальной скважине после ее закрытия, для каждого из которых предложены аналитические зависимости, позволяющие определить параметры пласта по КВД соответствующие данному отрезку времени. Первый период соответствует плоскорадиальному притоку, перпендикулярному к горизонтальному стволу; второй период характеризует плоскорадиальный приток с линейным. Этот период является началом линейного притока; третий период условно назван псевдорадиальным притоком в горизонтальной плоскости и продолжается до начала влияния боковых границ, что равносильно процессу восстановления давления в пласте конечных размеров. В [23] предлагается КВД, снятую в горизонтальной газовой скважине, обработать для:

• 
  радиальных притоков в координатах и
  
• 
  и линейного притока в координатах и
  

При этом для первого периода предложена формула для определения проницаемости или проводимости пласта имеет вид:

(5.45)

для второго периода

(5.46)

для третьего периода

(5.47)

а для четвертого периода

(5.48)

В приведенных формулах (5.45)÷(5.48) приняты следующие обозначения: Р_пл, Р и Р_ат – соответственно пластовое, текущее в процессе восстановления и атмосферное давления; Т_пл, Т_ст – пластовая и стандартная температуры; Q₀ – дебит скважины перед ее закрытием; Т – продолжительность работы скважины перед закрытием, t – текущее время восстановления давления; L – длина горизонтального ствола; h – толщина пласта; m – коэффициент пористости; b – размер залежи в направлении оси y – горизонтального ствола,  – вязкость газа; Z – сверхсжимаемость газа; k_x, k_y, k_z – коэффициенты проницаемости по направлению координат x, y, z.

Приведенный метод обработки КВД, снятой в горизонтальной газовой скважине неприемлемым из-за очень небольшой продолжительности первого периода (5-30 сек.) для обработки КВД. Кроме того, если горизонтальный ствол вскрывает несколько пропластков многопластовой залежи из общей толщины, то необходимо учесть, какие пропластки насколько вскрыты фильтром и какова доля этих пропластков в общей производительности скважины. Практически невозможно определить параметры пласта по КВД, снятой на устье скважины в течение первых 30 сек. При интерпретации результатов обработки КВД необходимо учесть наличие двух непроницаемых границ: кровлю и подошву пласта, а также расстояние до границ зоны дренирования.

Достоверность этого метода проверено на геолого-математической модели фрагмента залежи с заданными при моделировании проницаемостью, пористостью, геометрией зоны, дренируемой горизонтальной скважиной, с конструкцией полностью соответствующей конструкции реальной горизонтальной скважины.

Согласно [23] КВД в горизонтальных газовых скважинах может быть аппроксимирована несколькими линейными соотношениями. В частности:

На начальном участке, ограниченного продолжительностью времени восстановления, оцениваемого формулой:

(5.49)

процесс восстановления может быть представлен в виде:

(5.50)

где ; Функция зависит от продолжительности работы скважин до остановки и при может быть принята постоянной, т.е. . При обработке КВД снятой в горизонтальной скважине в координатах от можно по начальному участку определить угловой коэффициент β₁ равный:

(5.51)

Второй участок КВД ориентировочно может быть выделен в интервале времени (5.52)

Этот участок приближенно описывается формулой:

(5.53)

где

При обработке КВД в координатах ΔР²(t) от возможно появление до 4-х прямолинейных участков с угловыми коэффициентами β₁÷β₄ в зависимости от влияния границ зоны распространения КВД. По этим коэффициентам можно оценить проницаемости k_x; k_y; k_z и æ и т.д. при известных параметрах h; R_к; β₂ (ширина зоны восстановления давления) и L.

Результаты обработки КВД различными методами показали, что на кривых имеются несколько “условных” прямолинейных участков, по углу наклона которых определены проницаемости исследуемого пласта. В качестве примера приведены результаты обработки КВД отличающиеся по:

– расположению горизонтального ствола по толщине V1kvd1 и V1kvd3;

– абсолютной проницаемости исследуемых пластов V1kvd1 и V3kvd1;

– параметру анизотропии V1kvd1 и V10kvd1 (аналог варианта V5аkvd1 и отличается от него абсолютной проницаемостью пропластков 1÷5 т.е. k_1÷5=0,01 Д, k₆=0,0001 Д и æ=0,317);

– толщине вскрываемого пласта V3kvd3 и V13kvd3а

– неоднородности пропластков V1kvd3 и V1kvd3n

По этим вариантам обработка КВД различными методами приведены в приложении. Для варианта V1kvd1 является идентичным для других вариантов.

Анализ результатов математических экспериментов позволяет установить, что на достоверность определения параметров пласта (проницаемости) по КВД и КСДиД влияют: расположение горизонтального ствола по толщине, длина горизонтального ствола, абсолютная проницаемость однородного пласта, параметр анизотропии, скин-эффект, отсутствие влияния водоносного пласта, полнота вскрытия пласта, уменьшение и увеличение толщины газоносного пласта, одновременность вскрытия нескольких неоднородных пропластков одним горизонтальным (наклонным) стволом и последовательность залегания высоко- и низко-проницаемых пропластков.

Использование методов определения параметров пласта по КВД и КСДиД, разработанных для вертикальных скважин, а также методика, предложенная для горизонтальных скважин, не позволяют однозначно получить использованные величины проницаемости при моделировании. С целью установления пригодности использованных методов выполнены варианты с моделями фрагментов, имеющих большую толщину (см. данные вариантов V13kvd3, V13kvd3а) и параметр анизотропии, равный единице. По этим вариантам горизонтальный ствол оказывается в условиях, близких к условиям процесса восстановления давления в вертикальных скважинах.

Основным несоответствием вскрытия изотропного пласта большой толщины горизонтальным стволом от вскрытия аналогичного пласта вертикальной скважиной будет только форма зоны, дренируемой этими скважинами и влияние гравитационных сил при существенной толщине вскрываемого пласта. При обработке КВД различными методами на этих кривых были выделены несколько участков в поисках участка кривой, по которому можно точнее всего определить параметры пласта был вызван выбором участка горизонтального ствола для снятия КВД, по углу наклона которого можно было однозначно определить проницаемость пласта. На кривых восстановления давления, снятых в вертикальных скважинах, таким участком является конечный участок КВД. Геометрическая форма и размеры зоны дренирования горизонтальной скважиной, а также разница в величинах забойных давлений перед закрытием скважины у торца горизонтального ствола и его перехода в вертикальное положение была причиной тому, что обрабатывались КВД, снятые у торца и у поворота ствола от вертикального положения к горизонтальному. Если исходить из аналогии с вертикальными скважинами, то на КВД снятых в горизонтальных скважинах должны быть несколько четко выделяемых участков вызванных толщиной пласта, расположением горизонтального ствола, формой зоны дренирования, переменной депрессией на пласт по длине ствола и т.д.

Обработка КВД, снятых в горизонтальных скважинах, вскрывших однородные пласты была произведена по формулам, выведенным как для вертикальных, так и для горизонтальных скважин по различным вариантам. Исходные данные принятые при создании модели приведены в таблице 5.1.

Теоретически при наличии сравнительно точных приближенных методов из обработки КВД, снятых на моделях фрагмента однородного пласта, должны получить исходные данные, заложенные при моделировании. Отсутствие такого результата являлся основной причиной поиска участка на КВД позволяющего безошибочно определить истинные параметры пласта. С этой целью по углам наклонов отдельных участков КВД, построенных в координатах от ; от ; от t; от и от , были определены значения β – тангенсы углов наклонов. Далее по этим β были рассчитаны проницаемость k, проводимость kh/ и пъезопроводность æ.