Определение параметров пласта при неустановившейся фильтрации газа.. Kursovaya_podzemka_Вика. Курсовая работа по дисциплине Подземная гидромеханика нефтяная

Название	Курсовая работа по дисциплине Подземная гидромеханика нефтяная
Анкор	Определение параметров пласта при неустановившейся фильтрации газа
Дата	20.03.2022
Размер	362.33 Kb.
Формат файла
Имя файла	Kursovaya_podzemka_Вика.docx
Тип	Курсовая #406099

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Санкт-Петербургский горный университет»
Кафедра разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине:		Подземная гидромеханика нефтяная

Тема работы: Определение параметров пласта при неустановившейся фильтрации газа.

Выполнила:	студент гр.		НД-19-3		/Григорьева В.М./
			(шифр группы)	(подпись)	(Ф.И.О.)
Оценка: Дата:
Проверил руководитель работы:			доцент		/Сафиуллина Е.У./

			(должность)	(подпись)	(Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2021

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Санкт-Петербургский горный университет

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

Мардашов Д.В.

^{(подпись)}

«»2021 г.

Кафедра разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине Подземная гидромеханика нефтяная

^{(наименование учебной дисциплины, согласно учебному плану)}

студенту группы НД-19-3 Григорьевой В.М.

^{(шифр группы) (Ф.И.О.)}

1. Тема работы: Определение параметров пласта при неустановившейся фильтрации газа.

2. Исходные данные к работе: Вариант №4. Даны в методических указаниях к выполнению курсовой работы.

3. Содержание пояснительной записки: в соответствии с методическими указаниями

4. Перечень графического материала Рисунки, таблицы

5. Срок сдачи законченной работы: 2021 г.

6. Задание выдал (руководитель работы) Сафиуллина Е.У.

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

7. Задание принял к исполнению студент Григорьева В.М.

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

8. Дата получения задания: 2021 г.

Аннотация

Курсовая работа является заключительным заданием по дисциплине «Подземная гидромеханика нефтяная». Она представляет собой набор заданий, выполнение которых позволяет закрепить знания, полученные в течении семестра, а также применить их для решения практических задач. В данной курсовой работе приведена теория на тему «Определение параметров пласта при неустановившейся фильтрации газа» и расчеты задач.

Работа содержит 28 страницы, 21 рисунок и 4 таблицы.

ANNOTATION

The course work is the final task in the discipline "Underground hydro-mechanics of petroleum". It is a set of tasks, the performance of which allows you to consolidate the knowledge gained during the semester, as well as apply them to solve practical problems. This course work presents a theory on the topic "Determination of reservoir parameters with unsteady gas filtration" and calculations of tasks.

The work contains 28 pages, 21 figures and 4 tables.

СОДЕРЖАНИЕ

Аннотация 3

Введение 5

1.Теоретическая часть 6

1.1.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЛАСТА ПРИ НЕУСТАНОВИВШЕЙСЯ ФИЛЬТРАЦИИ ГАЗА 6

1.2.Неустановившееся радиальное движение реальных газов в пористой среде 8

2.Расчётная часть 10

2.1.Прямолинейно-параллельная установившаяся фильтрация однородной несжимаемой жидкости по закону Дарси в однородном пласте. 10

2.2.Плоскорадиальная установившаяся фильтрация однородной несжимаемой жидкости по закону Дарси в однородном пласте 13

2.3.Прямолинейно-параллельная установившаяся фильтрация однородной несжимаемой жидкости в неоднородных пластах 15

2.4.Плоскорадиальная установившаяся фильтрация однородной несжимаемой жидкости в неоднородных пластах 21

Заключение 29

Список литературы 30

Введение

Подземная гидромеханика изучает движение жидкости и газов по недрам Земли. Это движение так же называется фильтрацией, которая проходит в порах и трещинах горных пород. Данная наука является одной из важнейших составляющих разработки месторождений нефти и газа, а также технологии добычи.

В основе подземной гидравлики лежит представление о том, что нефть, газ и вода, заключенные в пористой среде, составляют единую гидравлическую систему. Теоретической основой изучаемой науки является теория фильтрации - теория, описывающая движение флюида с позиций механики сплошной среды, то есть гипотезы неразрывности течения. особенностью которой является одновременное рассмотрение процессов в областях, характерные размеры которых различаются на порядки: размер пор, диаметр скважин, толщины пластов, расстояния между скважинами, протяженность месторождений.

В данной курсовой работе рассмотрена такая актуальная тема, как интерференция скважин при фильтрации нефти и газа. Явление интерференции (взаимодействия) скважин заключается в том, что под влиянием пуска, остановки или изменения режима работы одной группы скважин изменяются дебиты и забойные давления другой группы скважин, эксплуатирующих тот же пласт. Также рассмотрено определение параметров пласта при неустановившейся фильтрации газа.

Теоретическая часть
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЛАСТА ПРИ НЕУСТАНОВИВШЕЙСЯ ФИЛЬТРАЦИИ ГАЗА

Определение параметров пласта при неустановившихся режимах фильтрации заключается в оценке гидродинамического совершенства скважины, неоднородности физико-химических свойств горных пород пласта, параметров фильтрации, что представляет собой обработку и получение кривой изменения во времени. Данный метод заключается в измерении параметров работы скважины (давление, приемистость, дебит) при установившемся режиме, а затем в изменении режима работы скважины и последующим измерении изменения давления на забое или устье реагирующей или возмущающей скважины. Забойное давление измеряется при помощи скважинного дифференциального или абсолютного манометра на установившемся режиме во время эксплуатации, в течении минимум 30 минут. Данному методу определения можно подвергнуть любые виды скважин (пьезометрические, добывающие, наблюдательные и нагнетательные). Особенности исследования зависят от способа эксплуатации и основано на использовании формулы упругого режима.

Решение задач неустановившегося течения обычно осуществляется по следующей методике.

Составляется уравнение материального баланса, учитывающее массу добытой (нагнетаемой) и остающейся в пласте жидкости, для рассматриваемой геометрии потока. Это уравнение называется уравнением неразрывности.
Уравнение неразрывности комбинируется с уравнением, описывающим движение жидкости, с уравнением, учитывающим изменение плотности в зависимости от температуры и давления. В результате получается уравнение течения в частных производных. В качестве уравнения движения жидкости обычно берется закон Дарси.
Математически формулируются граничные условия, которые устанавливают отсутствие фильтрации через непроницаемые границы системы, определяют скорость нагнетания или отбора жидкости (или газа), указывают характер распределения начального и текущего давления и т. д.
Решается уравнение в частных производных при заданных граничных условиях с целью получения формулы, пригодной для инженерных расчетов.

До вскрытия пласта скважиной давление Р во всей газовой залежи одинаково и равно начальному пластовому давлению Рн. Газовая залежь рассматривается как замкнутый резервуар, запасы газа в котором в процессе разработки не пополняются извне. В этих условиях, в отличие от установившегося движения, с течением времени давление в пласте будет падать и газовая залежь будет истощаться. Количество газа, извлеченного из пласта за некоторый промежуток времени, равно изменению запасов газа в пласте за тот же промежуток времени. Это условие материального баланса в дифференциальной форме можно записать следующим образом:

где Q — приведенный к атмосферному давлению дебит газовой скважины; t — время;

— объем порового пространства пласта, принимаемый при решении рассматриваемых задач постоянным;

— средневзвешенное по объему давление (здесь отношение абсолютного давления к атмосферному, величина безразмерная).

С момента вскрытия пласта до достижения фронтом депрессии контура питания пройдет некоторое время. Общее количество газа, извлеченное из залежи в течение этого времени, равно «объему воронки депрессии», в которую вместо величины Рк надо подставить величину начального давления Рн. Поскольку этот объем воронки депрессии мал по сравнению с запасами газа, при решении многих практических задач периодом времени, в течение которого происходит расширение фронта депрессии от скважины до контура, и величиной

можно пренебречь и принять, что после вскрытия пласта влияние скважины мгновенно достигает контура. Следовательно, при одинаковых граничных условиях среднее давление Р при неустановившейся фильтрации газа будет еще меньше отличаться от контурного, чем при установившейся фильтрации, а значения

будут еще ближе к единице.

Эксплуатация газовых месторождений производится в течение длительных промежутков времени, исчисляемых годами. Вследствие этого изменения во времени давления в пласте и дебита скважин происходят относительно медленно. Это позволяет рассматривать неустановившуюся радиальную фильтрацию газов, как непрерывную последовательность стационарных состояний, т. е. приближенно считать, что в каждый момент времени дебит газа и распределение давления в пласте такие же, как и при установившейся фильтрации при тех же граничных условиях. Решая задачи о неустановившейся радиальной фильтрации газов методом последовательной смены стационарных состояний, для определения дебита скважины и распределения давления в пласте можно воспользоваться формулами (1.1.2) и (1.1.3):

Чтобы изменения во времени дебита газа Q и пластового давления Pк, нужно проинтегрировать уравнение (1.1.1), для чего должны быть известны начальные и граничные условия. В качестве начального условия принимается постоянство давления в пласте в начальный момент времени, т. е. при t = 0, Р = Рк = Рн.

Граничные условия на контуре скважины определяются условиями отбора газа и могут быть следующими:

Давление на скважине Рс в процессе разработки газовой залежи поддерживается постоянным, что может быть достигнуто соответствующим регулированием дебита скважины.
Дебит скважины является заданной функцией времени. Это условие справедливо, когда количество добываемого газа определяется запросами потребителей, причем динамика потребления газа во времени известна. Частным случаем условия является эксплуатация скважины при постоянном дебите газа.
При эксплуатации скважины в ее призабойной зоне поддерживается постоянная скорость фильтрации газа. Это условие означает постоянство приведенного к забойному давлению объемного расхода газа. Скорость фильтрации газа у входа в скважину равна:

где

— площадь сечения пласта, сквозь которую газ поступает в скважину (величина постоянная) [6].

Неустановившееся радиальное движение реальных газов в пористой среде

В условиях газового режима, при котором запас энергии в пласте не пополняется извне, уравнение истощения залежи может быть написано в следующем виде:

где G — весовой расход газа; t — время;

— объем порового пространства газовой залежи;

— средневзвешенное по объему значение удельного веса газа:

В условиях радиальной фильтрации газов средневзвешенное по объему пласта давление

в практических расчетах может быть принято равным контурному давлению Рк, а следовательно, можно также принять, что

Уравнение истощения газовой залежи:

отсюда

где

— соответственно значения

при t = 0 (начальный момент разработки пласта, когда пластовое давление Рк равно начальному давлению Рн) и в некоторый момент времени t, когда контурное давление равно Pк [6].

Расчётная часть
1. Прямолинейно-параллельная установившаяся фильтрация однородной несжимаемой жидкости по закону Дарси в однородном пласте.

Определить закон распределения давления, градиента давления и скорости фильтрации по длине пласта (в математическом и графическом виде), дебит галереи, закон движения частиц жидкости и средневзвешенное по объему порового пространства пластовое давление при следующих исходных данных:

Таблица 2.1.1 - Исходные данные для расчетов.

, Па	, Па	, м	k, м²	µ, Па·с	В, м	h, м	m, д.ед.
9,4·10⁶	6,9·10⁶	8500	0,7·10^-12	2,5·10^-3	160	7	0,17

где:

– давление на контуре питания;

– давление на стенке галереи;

– длина пласта;

– проницаемость; µ – динамическая вязкость жидкости; В – ширина пласта; h – толщина пласта; m – пористость.

Рисунок 2.1.1 - Схема прямолинейно–параллельного фильтрационного потока в пласте

Решение:

1. Определение закона распределения давления:

(2.1.1)

Рисунок 2.1.2 – Значения давлений и график распределения давления

в пласте
2. Определение градиента давления:

(2.1.2)

Рисунок 2.1.3 - График распределения градиента давления grad P(x) в пласте
3. Определение скорости фильтрации:

(2.1.3)

Рисунок 2.1.4 - График распределения скорости фильтрации

в пласте
4. Определение дебита галереи:

(2.1.4)

5. Определение закона движения частиц жидкости:

(2.1.5)

Тогда время прохождения частиц в пласте будет равным:

6. Средневзвешенное по объему порового пространства пластовое давление:

(2.1.6)

Вывод: при исследовании прямолинейно-параллельного установившегося фильтрационного потока несжимаемой жидкости по закону Дарси в однородном пласте градиент давления и скорость фильтрации в пласте постоянны, а давление в пласте уменьшается равномерно по мере отдаления от скважины. Расчеты составили: градиент давления равен 294,118 Па/м, скорость фильтрации равна

, дебит галереи равен

, средневзвешенное по объему пластовое давление равно 8,15 МПа.

Плоскорадиальная установившаяся фильтрация однородной несжимаемой жидкости по закону Дарси в однородном пласте

Определить закон распределения давления, градиента давления и скорости фильтрации по длине пласта (в математическом и графическом виде), дебит скважины, закон движения частиц жидкости и средневзвешенное по объему порового пространства пластовое давление для следующих исходных данных:

Таблица 2.2.1 – Исходные данные для расчетов

, Па	, Па	, м	r_c, м	µ, Па·с	h, м	k, м²	m, д.ед.
9,4·10⁶	6,9·10⁶	1600	0,16	2,5·10^-3	7	0,7·10^-12	0,17

где:

– давление на контуре питания;

– давление на забое скважины;

– радиус контура питания; r_c– радиус скважины; µ – динамическая вязкость жидкости; h – толщина пласта;

– проницаемость; m – пористость.

Решение:

1. Построим графики распределения давления, градиента давления и скорости фильтрации по длине линейного пласта при фильтрации несжимаемой жидкости:

Распределение давления в круговом пласте:

(2.2.1)

Рисунок 2.2.1 – Значения давлений и график распределения давления в круговом пласте
Градиент давления:

(2.2.2)

Рисунок 2.2.2 – Значения градиента давления и график распределения градиента давления в круговом пласте
Скорость фильтрации:

(2.2.3)

Рисунок 2.2.3 – Значения скорости фильтрации и график распределения скорости фильтрации

2. Дебит скважины:

(2.2.4)

.

Средневзвешенное по объему порового пространства пластовое давление:

(2.2.5)

Время движения частицы от контура питания до забоя скважины

(2.2.6)

Вывод: при плоскорадиальной установившейся фильтрации потока несжимаемой жидкости по закону Дарси в однородном пласте давление распределяется по логарифмическому закону, градиент давления и скорость фильтрации обратно пропорциональны текущему радиусу. Дебит скважины составил

, средневзвешенное по объему порового пространства пластовое давление равно

, время движения частицы от контура питания до забоя скважины составило

Прямолинейно-параллельная установившаяся фильтрация однородной несжимаемой жидкости в неоднородных пластах

Определить закон распределения давления, градиента давления и скорости фильтрации по длине пласта (в математическом и графическом виде), дебит галереи и средний коэффициент проницаемости для двух случаев неоднородности пласта: слоисто-неоднородного и зонально-неоднородного – для заданных условий:

Таблица 2.3.1 - Исходные данные для расчетов.

МПа	МПа	км	м	h, м	µ, мПа	Слоисто - неоднородный				Зонально - неоднородный
9,4	6,9	8,5	160	8	2,5	k₁, мкм²	k₂, мкм²	h₁, м	h₂, м		k₁, мкм²	k₂, мкм²	l₁, км	l₂, км
						0,7	0,2	4	4		0,7	0,2	4,5	4

где:

– давление на контуре питания;

– давление на стенке галереи;

– длина пласта;

– ширина пласта; h – толщина пласта; µ – динамическая вязкость жидкости; k₁ и k₂– проницаемость пропластков или зон пласта; h₁ и h₂– толщина пропластков; l₁ и l₂ – длина зон пласта.

Рисунок 2.3.1 – Схема прямолинейно–параллельного фильтрационного потока в слоисто-неоднородном (а) и зонально-неоднородном (б) пластах.

Решение:

Рассмотрим слоисто-неоднородный пласт.

1. Определение закона распределения давления в пласте:

(2.3.1)

Рисунок 2.3.2 – Значения давлений и график распределения давления P(x) в пласте
2. Определение градиента давления:

(2.3.2)

Рисунок 2.3.3 - График распределения градиента давления grad P(x) в пласте

3. Определение скорости фильтрации для 1-го и 2-го пропластков:

(2.3.3)

Рисунок 2.3.4 – График распределения скорости фильтрации

в пласте
4. Определение дебита галереи через

(2.3.4)

Рассмотрим зонально-неоднородный пласт:

Для начала определим давление на границе между зонами, основываясь на уравнении неразрывности фильтрационного потока

(2.3.5)

1. Определение закона распределения давления:

(2.3.6)

(2.3.7)

Рисунок 2.3.5 – График распределения давления в пласте P(x).

2. Определение градиента давления:

(2.3.8)

(2.3.9)

Рисунок 2.3.6 – График распределения градиента давления grad P(x) в пласте

3. Определение скорости фильтрации:

(2.3.10)

Рисунок 2.3.7 – График распределения скорости фильтрации

в пласте
4. Определение дебита галереи:

(2.3.11)

(2.3.13)

Вывод: при прямолинейно-параллельной установившейся фильтрации в слоисто-неоднородных пластах давление будет линейно падать, градиент скорости будет постоянен всегда, а скорость фильтрации будет постоянна только в определенном слое, общий дебит равен сумме дебитов слоев. В зонально-неоднородных пластах давление в разных зонах будет падать с разной скоростью, градиент давления в разных зонах будет отличатся: чем ниже проницаемость, тем выше градиент; скорости фильтрации по зонам отличаются и прямо пропорционально зависит от проницаемости; общий дебит постоянен и равен дебитам разных зон.

Плоскорадиальная установившаяся фильтрация однородной несжимаемой жидкости в неоднородных пластах

Определить закон распределения давления, градиента давления и скорости фильтрации по длине пласта (в математическом и графическом виде), дебит скважины и средний коэффициент проницаемости для двух случаев неоднородности пласта: слоисто-неоднородного и зонально-неоднородного – для заданных по варианту условий.

Таблица 2.4.1 - Исходные данные для расчетов.

МПа	МПа	м	м	h, м	µ, мПа	Слоисто - неоднородный				Зонально – неоднородный
9,4	6,9	1600	0,16	8	2,5	k₁, мкм²	k₂, мкм²	h₁, м	h₂, м	k₁, мкм²	k₂, мкм²	, м
9,4	6,9	1600	0,16	8	2,5	0,7	0,2	4	4	0,7	0,2	800

где:

– давление на контуре питания;

– давление на забое скважины;

– радиус контура питания; r_c– радиус скважины; h – толщина пласта; µ – динамическая вязкость жидкости; k₁ и k_{2 –} проницаемость пропластков или зон пласта; h₁ и h_{2 –} толщина пропластков;

– радиус границы между первой и второй зонами пласта.

Рисунок 2.4.1 - Схема плоскорадиального фильтрационного потока в слоисто-неоднородном (а) и зонально-неоднородном (б) пластах.

Решение:

Рассмотрим слоисто-неоднородный пласт.

1. Определение закона распределения давления в пласте:

(2.4.1)

Рисунок 2.4.2 – Значения и график распределения давления

в пласте

2. Определение градиента давления:

(2.4.2)

Рисунок 2.4.3 – Значения и график распределения градиента давления grad P(r) в пласте

3. Определение скорости фильтрации для 1-го и 2-го пропластков:

(2.4.3)

Рисунок 2.4.4 – Значения и график распределения скорости фильтрации

4. Определение дебита скважины для 1-го и 2-го пропластков:

(2.4.4)

(2.4.5)

5. Определение средней проницаемости пласта:

(2.4.6)

Рассмотрим зонально-неоднородный пласт.

Началом точки отсчета возьмем скважину, тогда 1 участок будет дальним от

, т.е.

будет изменятся от 800 до 1600. На втором участке

будет изменятся от 10 до 800.

Для начала определим давление

на границе между зонами, основываясь на уравнении неразрывности и равенстве скоростей фильтрации:

(2.4.7)

1. Определение закона распределения давления:

(2.4.8)

(2.4.9)

Рисунок 2.4.5 – Значения и график распределения давления в пласте

2. Определение градиента давления:

(2.4.10)

(2.4.11)

Рисунок 2.4.6 – Значения и график распределения градиента давления

в пласте

3. Определение скорости фильтрации:

(2.4.12)

Рисунок 2.4.6 – Значения и график распределения скорости фильтрации

4.Определение дебита скважины:

(2.4.13)

5.Определение средней проницаемости пласта:

(2.4.14)

Вывод: при исследовании одномерного плоскорадиального установившегося фильтрационного потока несжимаемой жидкости в неоднородном пласте скорости фильтрации по пропласткам различны, а дебит равен сумме дебитов по пропласткам. При зональной неоднородности скорость фильтрации и дебит одинаковы в каждой из зон и в пласте в целом. Распределение давления и градиента давления немонотонно. Градиент давления имеет скачок на границе раздела.

Заключение

Подводя итог выполненной работы, можно сделать следующие выводы:

1) В теоретической части данного курсового проекта были приобретены знания по теме: «Определение параметров пласта при неустановившейся фильтрации газа» посредством изучения методической, учебной и специальной литературы.

2) Практическая часть данной курсовой работы основана на математическом моделировании процессов фильтрации пластовых флюидов, которое позволяет решать гидродинамические задачи, связанные с разработкой, с максимальным приближением к реальным условиям при учете всех факторов, влияющих на движение углеводородной жидкости в пласте по направлению к забою скважины. В ходе данной курсовой работы были рассмотрены такие пластовые процессы, как:

прямолинейно-параллельная установившаяся фильтрация однородной несжимаемой жидкости по закону Дарси в однородном пласте (приток к галерее);

плоскорадиальная установившаяся фильтрация однородной несжимаемой жидкости по закону Дарси в однородном пласте;

прямолинейно-параллельная установившаяся фильтрация однородной несжимаемой жидкости в пластах с зональной и слоистой неоднородностью;

плоскорадиальная установившаяся фильтрация однородной несжимаемой жидкости в пластах с зональной и слоистой неоднородностью.

Кроме того, для каждого из вышеперечисленных процессов были произведены расчеты таких основных параметров, как: скорость фильтрации, градиент давления, дебит и коэффициент проницаемости.

Таким образом, основное внимание в работе уделено постановке и решению принципиальных задач подземной гидромеханики, ее идеям и методам, поскольку решение практических задач современной нефтяной и газовой технологии требует использования и разработки самых современных теоретических построений.

Список литературы

Басниев К.С, Кочина И.Н., Максимов В.М. Подземная гидромеханика: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1993.
Басниев К.С. Нефтегазовая гидромеханика. – М. – Ижевск: 2005.
Коробов Г.Ю., Хайбуллина. К.Ш. Подземная гидромеханика нефтяная: Методические указания к лабораторным работам / Санкт-Петербургский горный университет, СПб, 2020. 73 с.
Полубоярцев Е.Л. Движение жидкости и газа в пласте и скважине: метод. указания и задания к курсовой работе/ Е.Л. Полубоярцев, В.П. Пятибрат. – Ухта: УГТУ, 2010.
Пыхачев Г.Б., Исаев Р.Г. Подземная гидравлика. –М.: Недра, 1973. –360с.
Щелкачев В.Н., Лапук Б.Б. Подземная гидравлика: учеб. пособие. под общ. ред. Л.С.Лейбензона. – М-Л.: Гостоптехиздат, 1949. -525 с.