Градиенты фильтрации. 72-Шевченко.О.Н.-Филиал ООО ЛУКОЙЛ-ИНЖИНИРИНГ ВолгоградНИПИморне. Метод определения дебита горизонтальной скважины с многозонным гидроразрывом пласта в низкопроницаемом коллекторе
 Скачать 4.34 Mb.
|
|
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕБИТА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ С МНОГОЗОННЫМ ГИДРОРАЗРЫВОМ ПЛАСТА В НИЗКОПРОНИЦАЕМОМ КОЛЛЕКТОРЕ (THE METHOD OF DETERMINING OF THE FLOW RATE OF HORIZONTAL WELLS WITH MULTI-ZONE FRACTURING IN LOW-PERMEABILITY RESERVOIRS) Шевченко О.Н., Кибаленко И.А. (научный руководитель: профессор ФГБОУ ВПО СамГТУ Астафьев В.И.) Филиал ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ВолгоградНИПИморнефть» в г. Волгограде В работе предложен аналитический метод расчета начального дебита горизонтальной скважины (далее ГС) пробуренной на месторождении с низкой проницаемостью 0,3-0,8 мД с многостадийным гидроразрывом пласта (далее МГРП). Получена динамика падения притока флюида к ГС с МГРП в условиях нелинейной фильтрации. Выведена закономерность для определения периода жизни трещины МГРП. Для апробации данной методики произведен расчёт начального дебита и динамика падения добычи для горизонтальных скважин месторождения имени В.Н. Виноградова. Представлена упрощенная аналитическая модель геомеханики среды, в которой происходит фильтрация, выведена закономерность для определения времени закрытия трещины многостадийного гидроразрыва пласта (далее МГРП) в условиях работы залежи на истощение. Получена прогнозная динамика падения добычи флюида из горизонтальной скважины при деформации пористой среды в условиях изменения давлений. Отклонения от линейного закона фильтрации Дарси экспериментально наблюдаются в низкопроницаемых коллекторах. Для разработки последних, широкое применение получило бурение горизонтальных скважин. Однако известные аналитические методы прогноза дебита горизонтальной скважины не учитывают в полной мере специфику разработки последних. Многочисленные эксперименты [1-6], показывают, что в низкопроницаемых коллекторах ввиду наличия низких градиентов давления фильтрация жидкости сопровождается кратным снижением эффективной проницаемости, что в свою очередь негативно влияет на динамику добычи, и на точность прогноза притока флюида к стволу горизонтальной скважины. По результатам лабораторных исследований [1-7], проведенных в низкопроницаемых коллекторах (0,001 мкм2 по газу) была получена экспериментальная зависимость скорости фильтрации от градиента давления (рис.1).  а) б) Рис. 1 – Экспериментальная а) и численная б) зависимость скорости фильтрации от градиента давления. На зависимости, представленной на рисунке 1-а можно выделить следующие зоны [7]: I – зона (прискважинная зона). Фильтрация происходит по закону, аналогичному для фильтрации неньютоновской жидкости с начальным градиентом давления [7-9]; IIа и IIб – зоны стационарного притока, фильтрация описывается степенным законом А.А. Краснопольского [7,8], эти зоны показывают изменчивость поведения скорости фильтрации за счет характерных переходов; III – зона соответствующая условно линейному закону фильтрации [7], характеризуется низкими градиентами давления, проходит через начало координат. На практике, в низкопроницаемых коллекторах, линейная фильтрация недостижима, ввиду необходимости создания высоких градиентов давления. В такого рода коллекторах [1-7] приток флюида подчиняется степенному закону фильтрации, что графически наблюдается в зонах IIа и IIб. Основной технологией повышения нефтеотдачи пласта, наряду с бурением горизонтальных скважин [10] является с многостадийный гидроразрыв пласта, позволяющий значительно увеличить продуктивность последних. В работах [12-17], показано, что с увеличением числа трещин без увеличения длины горизонтального участка, скважина не дает значительный прирост дебита, ввиду наличия эффекта интерференции между соседними портами. Схематично приток флюида в ствол ГС с трещинами МГРП представлен на рис. 2., согласно [8], он представляет собой сумма двух притоков: вертикального и горизонтального. Следовательно, билинейная фильтрация к трещине МГРП может быть представлена в виде:   (1)  Рис. 2 – Приток флюида в трещины МГРП В нашем случае, вертикальный приток флюида рассмотрим, согласно работе Дюпюи (Dupuit J., 1863):   (2)где Pp - пластовое давление, Па; Ps - забойное давление, Па; h - половина эффективной толщины коллектора, м; k - коэффициент проницаемости пласта, м2; μ - вязкость жидкости, Па·с; Rp- половина расстояние между ближайшими портами, м; Rt- ширина трещины, м; С1 - несовершенство вскрытия, ед; С2 - коэффициент успешности, ед; S – скин фактор, ед. Движение флюида в низкопроницаемых коллекторах не подчиняется линейному закону фильтрации [8-11], ввиду наличия высоких значений коэффициента поверхностного трения между скелетом породы и фильтрующейся жидкостью. Тогда приток жидкости в горизонтальной плоскости определим по формуле, предложенной в работе [18] для горизонтальной скважины:   , (3)где GradPhor - перепад давления вдоль горизонтального ствола скважины между ближайшими портами, Па/м; k - коэффициент проницаемости пласта, м2; μ - вязкость жидкости, Па·с; R - эффективный эквивалентный радиус дренирования коллектора, м; r - половина расстояния между ближайшими трещинами, м; ρ - плотность жидкости, кг/м3; def - эффект диаметр песчинок, в данном случае в условиях горизонтальной скважины этот параметр очень важен. В условиях низкопроницаемого коллектора с непроницаемыми поропластами его величина, определяется пропорционально эффективной длине горизонтальной скважины по формуле Крюгера – Цункера [11], м; m – пористость, %. Определим начальный дебит горизонтальной скважины с МГРП на месторождении, разрабатываемом компанией АО «РИТЭК», им. Виноградова. Данное месторождение расположено на территории Ханты-Мансийского автономного округа Тюменской области. Основная часть запасов относится к категории трудноизвлекаемых. Основным объектом разработки является пласт АС3, относящийся к нижнему отделу фроловской свиты нижнего мела. Коллектор представлен чередованием глинистых и песчано-алевролитовых пачек. Существенная анизотропия пласта значительно усложняет процесс разработки. В табл. 1 представлены исходные характеристики для расчета начального дебита горизонтальных скважин, пробуренных на данном месторождении [19]. Разработка месторождения осуществлялась в несколько этапов, первым из которых было расконсервирование старых разведочных скважин с проведением ГРП в наклонных скважинах, показал себя не с лучшей стороны. Второй этап – бурение двух горизонтальных скважин – с применением технологии МГРП позволил значительно увеличить значения входных дебитов. Третий этап – это оптимизация дизайна МГРП для максимального увеличения КИН реализуется в настоящее время [19]. Таблица 1 – Технологические показатели месторождения имени В.Н. Виноградова
В таблице 2 представлены результаты расчета начального дебита горизонтальных скважин, пробуренных на месторождении, согласно новой методике. Таблица 2 – Дебит горизонтальных скважин месторождения имени В.Н. Виноградова
Результаты расчетов показали, возможность использования данной методики для прогнозирования начального дебита горизонтальной скважины в условиях низкопроницаемых коллекторов. Расчеты по классическим формулам результатов не дали, ввиду низкой проницаемости матрицы породы. На рисунке 3 представлены трещины МГРП в горизонтальной скважине в разные периоды времени, отражающие степень ее открытости, схематично представлено изменение геомеханики трещины МГРП в процессе отбора жидкости. По мере фильтрации флюида в пористой среде в условиях низкопроницаемого коллектора происходит деформация коллектора, обусловленная в первую очередь падением пластового давления на границах контура питания скважины. Согласно утверждению Джоши [8,9,18] зона дренирования горизонтальной скважины представляет собой эллипсоид вращения, соответственно радиус большей полуоси дренирования скважины рассчитывается как:  (4)где L – длина горизонтального участка скважины, м, Rэкв – эквивалентный радиус,м. Рис. 3 – Геомеханика трещины МГРП По аналогии с [17], условный объём дренирования пласта в зоне горизонтальной скважины представляет собой сумму объёмов цилиндра и шара :  (5)где m – пористость в долях единиц, где L – длина горизонтального участка скважины, Rэкв – эквивалентный радиус, м, h – эффективная нефтенасыщенная толщина, м. При падении давления в залежи на величину ΔP количество жидкости, отжимаемой под действием упругих свойств среды, будет:  (5)где ∆Vж- упругий запас жидкости в объеме залежи, Vу - объём залежи, дренируемый горизонтальной скважиной, м3, ∆Р- перепад давления между границей контура дренирования и забоем скважины, Па, β* - коэффициент упругоемкости залежи, по В.Н. Щелкачеву . В низкопроницаемом коллекторе наблюдается значительное падение  в начальный период эксплуатации. Для определения темпов падения пластового давления, ввиду частого отсутствия необходимой промысловой информации, принимаются следующие допущения:- неизменными величинами в расчете являются: условный объём дренирования горизонтальной скважины, коэффициент упругоемкости пласта; - фильтрация осуществляется за счет перепада давления между границами области дренирования и стенкой скважины; - объём жидкости в пласте уменьшается в зависимости от отборов. Тогда, изменение пластового давления в залежи будет зависеть от темпов падения давления на забое, и темпы падения пластового давления в низкопроницаемых коллекторах можно рассчитать, используя данную зависимость. Учитывая, что по мере отбора жидкости происходит деформация коллектора в зоне дренирования, ведущее к изменению пористости и проницаемости породы, то воспользуемся эмпирической зависимостью пористости и проницаемости от внутрипорового давления при фиксированных значениях горного давления, представленной в статье [20]:  , (6)где Кг – начальные значения параметров (проницаемость или пористость), соответствующие естественным условиям залегания пласта, Кр – значения параметров (проницаемость или пористость) при текущих значениях пластового давления, Ргор – горное давление Па, Рпл – пластовое давление, Па, А, В, С – эмпирические коэффициенты изменения параметров пористости или проницаемости, приведены в работе [20]. ная общее количество трещин МГРП и их среднюю проницаемость можно определить зависимость степени закрытия трещин МГРП с течением времени. Потери давления при течении жидкости через щель очень малой высоты оцениваются уравнением Букингема:  , (7)где h – высота трещины, м; v – линейная скорость фильтрации, м/с, и подставив это выражение в уравнение фильтрации Дарси и сократив подобные члены, получается формула для определения проницаемости в зависимости от размера трещин [20]:  , (8)На практике проницаемость породы определяют в лабораторных условиях по керновому материалу. И хотя уравнение Букингема справедливо для микротрещин трещинно-порового коллектора, оно может быть использовано для оценки параметров закрытия искусственных трещин МГРП. На примере месторождения им. В.Н. Виноградова рассмотрена возможность определения темпа падения дебита горизонтальных скважин при деформации трещин МГРП. Результаты расчетов представлены в графическом виде на рисунке 4. Как видно из графиков, наиболее быстрые темпы падения отборов наблюдаются в первый месяц работы горизонтальной скважины в условиях низкопроницаемого коллектора. Данная зависимость полностью согласуется с фактическими показателями добычи по месторождению им. Виноградова. Рис. 4 – Темп падения дебита горизонтальных скважин с МГРП с течением времени Новую методику расчета прогнозных показателей добычи нефти можно использовать для усредненного определения геомеханических свойств матрицы и трещин, а так же для прогноза падения добычи нефти на месторождениях с низкой проницаемостью. Таким образом, выполненная серия расчетов на аналитической модели позволила определиться с динамикой падения добычи в процессе разработки пласта АС3. Список использованной литературы Нелинейная фильтрация в низкопроницаемых коллекторах. Лабораторные фильтрационные исследования керна Приобского месторождения / В.А. Байков, А.В. Колонских, А.К. Макатров и др.// Научно-технический вестник «НК «Роснефть» - 2013-№2- вып 31. (апрель-июнь) с.4-7 Нелинейная фильтрация в низкопроницаемых коллекторах. Анализ и интерпретация лабораторных исследований керна Приобского месторождения / В.А. Байков, Р.Р. Галеев, А.В. Колонских и др.// Научно-технический вестник «НК «Роснефть» - 2013-№2- вып 31. (апрель-июнь) с.8-12 Нестационарная фильтрация в сверхнизкопроницаемых коллекторах при низких градиентах давлений / В.А. Байков, А.В. Колонских, А.К. Макатров и др. // Нефтяное хозяйство. – 2013. - №10. – с.52-56 Нелинейная фильтрация в низкопроницаемых коллекторах. Влияние на технологические показатели разработки месторождения/ В.А. Байков, Р.Р. Галеев, А.В, Колонских и др.//Научно-технический вестник «НК «Роснефть».-2013-№2- вып.31 (апрель-июнь) – с.17-19 Борщук О.С., Житников В.П. Нелинейная фильтрация в низкопроницаемых коллекторах. Численная схема, анализ устойчивости и сходимости //Научно-технический вестник «НК «Роснефть».-2013-№2- вып.31 (апрель-июнь) – с.13-16 Well test interpretation model on power-law non-linear percolation pattern in low-permability reservoirs/S.Liu, F. Han, K.Zhang, Z.Tang//SPE 132271-2010 Моделирование притока жидкости к скважинам в низкопроницаемых коллекторах с учетом нелинейной фильтрации/ В.А. Байков, А.Я. Давлетбаев, Д.С. Иващенко // Нефтяное хозяйство. – 2014. - №11 . – с.54-58 Шевченко О. Н. Определение критических значений скоростей фильтрации в условиях нарушения закона Дарси / О. Н. Шевченко // Успехи современной науки и образования. – 2016. – № 2. – С. 140-145. Шевченко О. Н. Определение значений критических градиентов давления и скорости фильтрации неньютоновской жидкости / О. Н. Шевченко // Международный научно-исследовательский журнал. - Екатеринбург, 2016. – Вып. 3(45), ч. 2. – С. 120-124. Григорян А. М. Вскрытие пластов многозабойными и горизонтальными скважинами / А. М. Григорян. – М. : Недра, 1956. - 192 с. Stockman L. P. Horisontal drilling Restores Well Which Had been Abandoned 17 Jears / L. P. Stockman // Oil and gas Journal. – 1945. – Vol. 44, № 22. Шеремет В. В. Определение производительности горизонтальных нефтяных скважин / В. В. Шеремет // Научно-технические достижения и передовой опыт, рекомендуемые для внедрения в газовой промышленности : сборник. - М. : ВНИИЭГазпром, 1992. - Вып. 2. Модель для расчета дебита флюида горизонтальной скважины в зависимости от числа трещин ГРП / С. В. Елкин, А. А. Алероев, Н. А. Веремко, Н. В. Чертенков // Нефтяное хозяйство. – 2016. – № 1. – С. 64-67. Хамидуллин М.Р. Численное моделирование притока однофазной жидкости к горизонтальной скважине с трещинами МГРП / М.Р. Хамидуллин // Ученые записки Казанского университета. Сер.: Физ.-мат. науки. – 2016. - Т. 158, кн. 2. – С. 287-301. Герасименко С. А. Математическое моделирование горизонтальной скважины с эллиптической трещиной гидроразрыва / С. А. Герасименко // Нефтегазовое дело. – 2012. - № 4. – С. 346-352. Cinco-Ley H. Transient Pressure Behavior for a Well With a Finite-Conductivity Vertical Fracture / H. Cinco-Ley, F. Samaniego // Petroleum Engineers Journal. – 1976. – January. – P. 253-264. Николаевский В.Н. Геомеханика и флюидодинамика с приложениями к проблемам газовых и нефтяных пластов/ В.Н. Николаевский. – М.: Недра, 1996. - 448 с. Шевченко О. Н. Расчет дебита горизонтальной скважины в условиях нелинейной фильтрации / О. Н. Шевченко, В. И. Астафьев // Horizontal Wells 2017. – Казань, 2017. – DOI: 10.3997/2214-4609.20170045. Совершенствование разработки объектов с трудноизвлекаемыми запасами на основе применения многозонного гидроразрыва пласта / В. Б. Карпов, Н.В. Паршин, А. А. Рязанов // Нефтяное хозяйство. – 2016. – № 3. – С. 96-100. О влиянии пластового давления на изменение фильтрационно-емкостных свойств терригенных пород-коллекторов в процессе разработки месторождений нефти и газа/ М.Т. Абасов, Р.Д. Джеваншир, А.А. Иманов, Г.И. Джалалов (ИПГНГМ АН Азербайджана)// Геология нефти и газа.-1997.-№5.- С. 34-39 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||