Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Термогидродинамические особенности разложения керогена природных пластов 11
1.1. Особенности состава керогеносодержащих пород и их потенциальные запасы 11
1.2. Состояние изученности задачи моделирования фильтрации с учетом генерации углеводородов из керогена 20
1.3. Анализ разработок по построению модели кинетики процесса генерации подвижных углеводородов 25
ГЛАВА 2. Математическое моделирование задач многофазной фильтрации в керогеносодержащем пласте с учетом генерации подвижной нефти 29
2.1. Теоретические основы механики многофазных континуумов в приложении к задачам разработки пластов трудноизвлекаемых углеводородов 29
2.1.1. Результаты расчетов по модели, базирующейся на подходе Бакли-Леверетта 38
2.1.2. Результаты расчетов по модели фильтрации, основанной на теории взаимопроникающих континуумов
2.2. Математическая модель воздействия на керогеносодержащую породу с учетом наличия катализатора реакции. 54
2.3. Математическая модель неизотермической задачи фильтрации в керогеносодержащем пласте
2.3.1. Построение модели неизотермической задачи фильтрации в керогеносодержащем пласте. Уравнение притока тепла в пористой среде 63
2.3.2. Результаты расчетов по модели неизотермической фильтрации в керогеносодержащем пласте 67
ГЛАВА 3. Прикладные задачи моделирования термохимического воздействия на реальные пласты 71
3.1. Построение гидродинамической модели термогазохимического воздействия на пласты трудноизвлекаемых углеводородов 75
3.2. Результаты расчетов по модели термогазохимического воздействия на пласты трудноизвлекаемых углеводородов 78
3.2.1. Результаты расчета по оценке положения закачиваемого монотоплива 80 3.2.2. Апробация модели термогазохимического воздействия на пластах Вахского и Усинского месторождений 83
3.2.3. Результаты расчета по оценке повышения давления на скважине при проведении термогазохимического воздействия 87
3.2.4. Результаты оценки изменения фильтрационно-емкостных свойств пластов при проведении в них тегмогазохимического воздействия 91
Заключение 94
Список использованной литературы и источников 96
- Состояние изученности задачи моделирования фильтрации с учетом генерации углеводородов из керогена
- Анализ разработок по построению модели кинетики процесса генерации подвижных углеводородов
- Математическая модель неизотермической задачи фильтрации в керогеносодержащем пласте
- Результаты расчетов по модели термогазохимического воздействия на пласты трудноизвлекаемых углеводородов
Введение к работе
Актуальность исследования
В условиях падающего уровня добычи на месторождениях, продолжительное время находящихся в разработке по причине низкого коэффициента извлечения нефти, высокой обводненности продукции и других неблагоприятных факторов, создание новых технологий разработки месторождений трудноизвлекаемых углеводородов представляется весьма востребованным. На сегодняшний день к таким месторождениям могут быть отнесены залежи тяжелых углеводородов, коллекторы, характеризующиеся сверхнизкой проницаемостью, месторождения незрелой нефти (керогеносодержащие) и сланцевого газа и другие. Сложившаяся потребность в разработке месторождений нетрадиционных углеводородов стимулирует нефтегазодобывающие компании к поиску инновационных методов воздействия на пласты-коллекторы в соответствии с изменением ресурсной базы нефтегазового комплекса РФ, к которой необходимо отнести:
заблокированные запасы в заводненных месторождений;
увеличение доли месторождений высоковязких и битумных нефтей;
вовлечение в разработку залежей нетрадиционных источников УВ;
рост доли объектов разработки со сложной геологической структурой;
пласты, характеризующиеся выраженной анизотропией фильтрационных свойств (природной и техногенной).
Все это ведет к неизбежности учета физических процессов, протекающих в поровом пространстве пласта в микро- и наноразмерном масштабе и необходимости разработки новых комплексных методов повышения нефтеотдачи пластов, сочетающих гидродинамические, тепловые и химические технологии.
Данная работа посвящена созданию математической модели воздействия на сложнопостроенные малопроницаемые коллекторы с выраженной анизотропией свойств и высоким генерационным потенциалом. Модель учитывает наличие как подвижного свободного флюида в поровом пространстве пласта-коллектора, так и наличие керогеносодержащих матриц, изначально содержащих нетекучую
«недозрелую» углеводородную фракцию. Модель также учитывает возможность генерации из керогеновой части породы дополнительного объема подвижных углеводородов за счет изменения термобарического состояния системы, стимулирующего разложение керогена. В работе также проведено численное исследование различных методов воздействия на пласты, применяемых на традиционных месторождениях в осложненных условиях или на поздней стадии разработки с целью поиска оптимальных режимов разработки, а также оценки возможности их применения на пластах нетрадиционных керогеносодержащих пород. Построение модели основано на изучении, анализе и обобщении теоретических, экспериментальных (лабораторных и промысловых) исследований керогеносодержащих пород, и проведено с учетом выявленных особенностей процесса преобразования керогена в подвижные углеводороды, и необходимых для этого условий.
Цель работы: создание принципов моделирования воздействия на керогеносодержащие пласты и создание новых научно-методических и технологических решений повышения эффективности разработки месторождений трудноизвлекаемых запасов углеводородов.
Основные задачи исследования
-
Комплексный анализ теоретических и экспериментальных исследований в области механики и термодинамики процесса разложения керогена с целью создания математической модели, учитывающей кинетику преобразований керогена.
-
Создание математической модели, описывающей процесс термогидродинамического воздействия на керогеносодержащую породу с учетом изменения фазового состава реагирующих сред и структуры порового коллектора.
-
Проведение численных исследований, моделирующих реальное воздействие на керогеносодержащий коллектор с учетом генерационного потенциала породы.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является анизотропная насыщенная пористая среда, включающая непроницаемые матрицы незрелых углеводородов, способных генерировать подвижную фазу под действием термобарохимического воздействия.
Теоретическая и методологическая основа исследования. Теоретической основой построения математической модели протекающих в пласте процессов являются основные принципы механики гетерогенных сред, термодинамики пласта, теории многофазной многокомпонентной фильтрации. Поставленные в диссертации задачи решались методами теоретического и численного анализа с использованием математической модели течения многофазных флюидов в пористых насыщенных средах и данных реальных лабораторных и промысловых экспериментов.
Научная новизна результатов исследований:
-
Разработана математическая модель процессов разложения в керогеносодержащей породе под действием изменения термобарических условий с учетом фазовых переходов и химических реакций.
-
Предложены методы воздействия на керогеносодержащий коллектор с целью увеличения объема подвижной углеводородной фазы при разложении керогена в присутствии катализатора реакции.
-
Предложены технологические решения воздействия на слабопроницаемый коллектор волнами высокого давления, сопровождающимися термохимическим разложением керогеновой матрицы породы с использованием бинарных смесей на основе нитрата аммония.
Практическая значимость работы
Проведенный комплексный анализ теоретических, лабораторных и
промышленных исследований позволил выделить основные технологические
особенности разработки слабопроницаемых коллекторов трудноизвлекаемых
углеводородов, содержащих кероген, с использованием волновых, тепловых и
химических методов. Гидродинамическое моделирование подобных воздействий
на пласт позволит выделить характерные особенности происходящих процессов, оптимизировать их с целью повышения нефтеотдачи, а также проводить комплексную оценку эффективности выбираемых методов воздействия на пласты трудноизвлекаемых углеводородов.
Предложенные модели применимы для оценки эффективности
осуществляемого на породу воздействия как традиционных, так и не традиционных месторождений углеводородов и могут быть использованы для сопровождения лабораторных, экспериментальных и промысловых исследований новых пластов-коллекторов.
Защищаемые положения:
-
Схема разложения керогена твердой матрицы коллектора и образования подвижных углеводородов при различных методах воздействия на пласт.
-
Создание математической модели гидро-термо-химического процесса воздействия на слабопроницаемые коллекторы сложной структуры, содержащие керогеновую матрицу.
-
Формулировка принципов использования волновых и тепловых технологий увеличения нефтеотдачи, основанных на разложении бинарных смесей с целью изменения структуры порового пласта и увеличения доли подвижных углеводородов.
Достоверность полученных результатов
Достоверность полученных в данной работе результатов базируется на
анализе и обобщении предшествующих теоретических, экспериментальных
исследований; интерпретации и анализе большого количества результатов
лабораторных экспериментов с керогеносодержащими фракциями, и данных
реальных промысловых исследований; а также на методах математического
моделирования с применением алгоритмов для современных коммерческих
программных комплексов, верифицированных аналитическими и численными
методами. Положения теории основываются на известных достижениях
фундаментальных и прикладных научных дисциплин, сопряженных с предметом
исследования диссертации.
Апробация работы
Основные положения и результаты работы докладывались на 13 всероссийских и международных конференциях и конкурсах:
Программа «Участник моложёжного научно-исследовательского конкурса» («УМНИК») - (лауреат).
X Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики (24-30 августа 2011 г., НИИМ НГУ им. Н.И.Лобачевского, Нижний Новгород).
IX Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (30 января - 1 февраля 2012 года, РГУ нефти и газа И.М. Губкина, Москва).
XIth International conference on geoinformatics, -Theoretical and Applied Aspects (14-17 may, 2012, EAGE, Kiev, Ukraine).
9, 10 и 11-ой Международных конференциях «Геленджик 2012, 2013, 2014. «Актуальные проблемы развития ТЭК регионов России и пути их решения» (28 мая - 1 июня 2012 г., 3-6 июня 2013 г., 2-5 июня 2014 г., ГНЦ ФГУГП «Южморгеология», Геленджик).
67-ой международной молодежно-научной конференции «Нефть и Газ - 2013» (9-12 апреля 2013г., РГУ нефти и газа И.М. Губкина, Москва). Всероссийская молодежная научная конференция с участием иностранных ученых «Трофимуковские чтения - 2013» (8 - 14 сентября 2013, ИНГГ им. А.А. Трофимука, Новосибирск).
Международная конференция по разработке месторождений в осложненных условиях и Арктике. SPE (15-17 октября 2013, SPE, Москва) - (лауреат регионального конкурса студенческих и аспирантских работ Российско-Каспийского).
Всероссийская конференция с международным участием «Нетрадиционные ресурсы углеводородов: распространение, генезис, прогнозы, перспективы развития» (12-14 ноября 2013 г., ИПНГ РАН, Москва).
IV Международная конференция «Наноявления при разработке углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям», (11-12 ноября 2014 г., РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, Москва).
Российская нефтегазовая техническая конференция SPE, (26-28 октября 2015 г., SPE, Москва).
Личный вклад автора. Автором проведен комплексный анализ теоретических, лабораторных и промысловых исследований процесса разложения керогена под действием различных воздействий.
Автором проведены численные моделирования на основе разработанной математической модели, описывающей процесс термогидродинамического воздействия на керогеносодержащую породу с учетом изменения фазового состава реагирующих сред и структуры порового коллектора.
Автором проведены оценки безопасности и эффективности применения термо-химических методов воздействия на реальных месторождениях.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 18 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 4 статьи в других изданиях, 11 работ в материалах съездов и конференций.
Структура и объем работы
Работа состоит из 3 глав, введения и заключения. Диссертация изложена на 113 страницах, содержит 49 рисунка и 2 таблицы. Библиография насчитывает 95 наименований.
Автор выражает глубочайшую благодарность научному руководителю -к.ф.-м.н., доценту М.Н. Кравченко за неоценимую всестороннюю помощь в работе, обсуждение результатов и поддержку при написании диссертации; Вольпину С.Г., Кадету В.В., Дмитриеву Н.М., Афанаскину И.В. за ценные советы и консультации по ряду рассмотренных в работе вопросов. Автор также благодарен руководителю ООО «ЦНТ» Заволжскому В.Б. за предоставленные данные промысловых работ.
Состояние изученности задачи моделирования фильтрации с учетом генерации углеводородов из керогена
В итоге, на основании лабораторных и полевых исследований Нестеров И.И. сформулировал «закон формирования углеводородных флюидов из керогена» [Нестеров И.И., 1997]: температура в основном способствует образованию газообразных УВ, а давление смещает реакции в сторону образования более тяжелых соединений, включая жидкие. При этом увеличение давления и температуры до определенных критических значений процесс нефтегазообразования останавливает.
Относительно влияния скорости воздействия температурой на процесс преобразования керогена высказываются авторы работы [Воробьев А.Е., Джимиева Р.Б. и др., 2009]. При медленном нагреве керогена избирательно разрушаются наименее прочные связи. А при быстром нагревании деструкция ускоряется, но ее скорость отстает от темпа повышения температуры, поэтому деструкция сдвигается в область более высоких температур. При перегреве же органического вещества одновременно разрываются и слабые, и более прочные связи. Поэтому нарушение исходной органической массы приобретает более случайный характер. При этом, как отмечают Воробьев А.Е. и др., образуются крупные «осколки» органических молекул, из которых формируются тяжелые фракции жидкой фазы смол и асфальтены, обогащенные кислород - и азотсодержащими компонентами. В результате протекающих при этом термохимических превращений керогена образуются в неодинаковом количестве и разного состава жидкие, газо- и парообразные, а также твердые продукты горения. Однако стоит отметить, что, приводя такие выводы, авторы работы [Воробьев А.Е. и др., 2009] не делают ссылки на конкретные исследования, где этот результат был бы получен.
Ряд авторов, изучавших термовоздействие на керогеносодержащие породы, отметил трещинообразование в исследуемых образцах, возникающее в ходе лабораторных экспериментов [Вольф А.А., Петров А.А., 2006; Каюкова Г.П., Киямова А.М. и др., 2013; Коровина Т.А., Кропотова Е.П. и др., 2014].
Внешний вид образцов породы баженовской свиты после экспериментов по определению температуры инициирования внутрипластового горения [Вольф А.А., Петров А.А., 2006] Авторы работы [Вольф А.А., Петров А.А., 2006] отмечают, что в основном образцы, которые до организации в них процесса внутрипластового горения представляли собой целые куски породы, после термического воздействия потеряли свою целостность, и в структуре порового пространства породы появилась сеть микротрещин (Рис.1.1.2). Объясняют появление трещин, как неотъемлемую часть процесса катагенеза керогена, авторы работы [Коровина Т.А., Кропотова Е.П. и др., 2014], где представлена механохимическая модель формирования коллекторов в баженовской свите. Данная модель, как утверждают авторы, построена на современных представлениях о напряженном состоянии «вещественных систем» (породообразующий комплекс, кероген, нефть), на основе лабораторного исследования состава этих систем, их текстурных и физико-химических (преимущественно термогравиметрических и теплофизических) характеристик с учетом геохимического облика керогена. При этом кероген назван «универсальным индикатором» процессов формирования залежей углеводородов [Коровина Т.А. и др., 2013]. Представляемая модель зависит от двух факторов, дополняющих и усиливающих друг друга: с одной стороны это нарастающее горное давление (статический фактор), а с другой – изменяющееся перераспределение пластических и упругих напряжений в породе, зависимое от тектонических процессов (динамический фактор).
Как утверждают авторы, процессы диффузии, эмиграции и аккумуляции нефти в коллекторе происходят в основном за счет динамического фактора, то есть за счет перераспределения напряжений и трехмерного градиента эффективных давлений в пустотном пространстве (Рис.1.1.3).
Трещины напряжения в тонколистовато-чешуйчатом глинисто-карбонатно-кремнистом литотипе пород баженовской свиты [Коровина Т.А.,
Кропотова Е.П. и др., 2013] Согласно своей модели, авторы выделяют этап «автофлюидоразрыва», когда первичная нефть консолидируется в микропорово-трещинном пространстве битуминозной породы. Далее наступает второй этап, когда уже сформированная и заполненная консолидированной нефтью система коллектора, представленная в виде замкнутых микрозон, объединяется в промышленный коллектор посредством возникающей системы субгоризонтальных и субвертикальных трещин. Толчком к этому является тектоническтй процесс, при котором порода претерпевает механическое воздействие за пределами ее прочности, то есть разрушается [Коровина Т.А. и др., 2013]. Здесь возможны два варианта: в первом случае макротрещины не выходят за пределы свиты, и система остается замкнутой (как в пласте Ю0 баженовской свиты), во втором случае макротрещины нарушают замкнутость системы и выходят за пределы свиты, обеспечивая эмиграцию углеводородов в соседние породы. Особенностью нефтематеринских отложений баженовского типа является то, что одновременно с образованием углеводородов в процессе геологического развития региона формировались ослабленные участки с матричной (псевдогранулярной) и трещинной пустотностью. В ее состав входят микрокаверны, возникающие в результате вторичного минералообразования, и пустоты со сложной морфологией, появляющиеся при минеральном замещении преимущественно органических остатков [Коровина Т.А. и др., 2013].
Анализ разработок по построению модели кинетики процесса генерации подвижных углеводородов
В данной постановке задачи в дополнение к системе уравнений сохранения массы (2.1.11) в качестве уравнений движения фаз используется обобщенный закон Дарси (2.1.3) для каждой из фаз. Таким образом, для скоростей фильтрации водного раствора химического реагента и нефти получим: -=_KK gmdp (2.1.15) wH=- gradp (2.1.16) где kse, kSH - относительные фазовые проницаемости для водной и нефтяной фазы соответственно. Относительную скорость водорастворимых компонент ХАА полагаем малой, таким образом, фильтрационное движение может быть представлено двумя потоками нерастворимыми друг в друге фаз - нефтяной и водной, включающей компоненту ХАА. Общая система уравнений для расчета фильтрации жидкостей в керогеносодержащем пласте с использованием обобщенного закона Дарси будет иметь следующий вид:
Истинные плотности pi и вязкости ЦІ фаз здесь задавались постоянными величинами, не зависящими от давления и определяемыми из условия задачи. Параметр, определяющий кинетику реакции растворения керогена и расходования химически активного реагента /, варьировался в диапазоне 0.001…0.01. Абсолютная проницаемость моделируемого порового пространства пласта k0 выбиралась либо постоянной - для случая изотропного пласта, либо функцией от пространства - в случае трансверсально-изотропной симметрии, что отвечает различным коэффициентам проницаемости вдоль направления напластования и перпендикулярно этому направлению. Если пласт характеризуется другим типом симметрии анизотропных свойств, тогда обобщенное уравнение Дарси записывается с учетом тензора проницаемости.
Относительные фазовые проницаемости для воды и нефти в зависимости от водонасыщенности задавались следующим образом: Содержание керогена в твердой матрице пласта во всех расчетах, аналогично данным раздела 2.1.1, принималось равным 30%, что качественно соответствует месторождениям баженовской свиты [Кокорев В.И., 2010]. Эта величина определяла максимальное значение пористости, достигаемое при полном разложении керогена. В качестве начальных и граничных условий задавались следующие данные: начальное распределение пористости, водонасыщенности и концентрации химического реагента в пласте; на удаленной границе пласта задавалось постоянное пластовое давление, на нагнетательной скважине два типа задач: постоянный расход закачиваемой жидкости, или постоянное давление нагнетания, отличное от пластового; состав закачиваемой жидкости на входе в пласт, путем задания доли воды и химического реагента в закачиваемой жидкости.
Данная система уравнений решалась численно на одномерной и двумерной постановках. Верификация расчетов проведена путем сравнения решений с задачей плоскопараллельной фильтрации при вытеснении нефти водой без учета фазовых переходов в пласте. Результаты сравнения приведены в приложении 1.
По данной модели проведена серия расчетов, описывающих процесс закачки водного раствора химического реагента в пласт, содержащий начальную нефть и керогеновые включения, за счет которых обеспечивался дополнительный приток нефти в двумерной постановке при различных граничных условиях на нагнетательной скважине, соответствующих различным вариантам вскрытия продуктивного пласта.
Вариант 1.1. Тестовый расчет по модели совершенной скважины (и по характеру, и по глубине вскрытия).
В данной формулировке расчетный блок представлял собой прямоугольник (Х – координата вдоль напластования, У – по высоте пласта), с начальной пористостью 20%, с изотропной абсолютной проницаемостью во всех направлениях равной 1 мД. Начальное содержание пластовой водой – 10%. Расчет проведен без учета фазовых переходов. На левой границе (х=0) и правой границе (х=L) задавались постоянное давление, отвечающее забойным и пластовому условиям, через нагнетательную скважину подавался раствор водной фазы, по свойствам мало отличающийся от пластовой воды. На нижней (у=0) и верхней (у=Н) границах пласта, ставилось условие непротекания, соответствующее непроницаемости поверхностей, ограничивающих продуктивный пропласток. Качественная картина течения в виде полей распределения водонасыщенности и пористости показана на представленных ниже рисунках.
В результате расчетов получены следующие зависимости и поля распределений (рис.2.1.2.1 – 2.1.2.2). Поле изменения водонасыщенности пласта в разные моменты времени приведено на рис. 2.1.2.1, где цветом отражена величина водонасыщенности, а по осям отложена длина и высота (мощность) пласта в метрах.
На рис.2.1.2.2 приведены профили распределения некоторых расчетных величин в разные моменты времени вдоль линии, разделяющей пласт пополам параллельно оси 0x, то есть вдоль линии h/2. Синим цветом изображена водонасыщенность sw, желтым – пористость m, зеленым – концентрация химического реагента в закачиваемом водном растворе c. Согласно рисункам 2.1.2.1 и 2.1.2.2 со временем фронт водного раствора продвигается от скважины вглубь пласта, постепенно вытесняя из него нефть. Фронт концентрации химического реагента в водном растворе (скачек параметра c) на рисунке 2.1.2.2 в данном случае движется вместе с фронтом водонасыщенности sw.
. Поле распределения водонасыщенности пласта в разные моменты времени, расстояние в метрах. Рис.2.1.2.2. Профили распределения пористости (желтый), водонасыщености (синий) и концентрации химического реагента (зеленый) по длине пласта, не содержащего кероген, при вытеснении из него нефти. Вариант 1.2 Тестовый расчет по модели совершенной скважины (и по характеру, и по глубине вскрытия) в присутствии фазовых переходов.
Постановочно задача соответствует предыдущей формулировке. Отличием является присутствие механизма фазового перехода, отвечающего процессу разложения керогена под действием ХАА, растворенного в закачиваемой воде. Величины скорости притока массы J и коэффициента bк задавались, соответственно, 0,01 кг/(м3с) и 0,2.
Математическая модель неизотермической задачи фильтрации в керогеносодержащем пласте
В последнее время много внимания уделяется разработке комплексных методов увеличения нефтеотдачи (МУН) пластов месторождений трудноизвлекаемых углеводородов, а также созданию основ новых технологических методик разработки малопроницаемых коллекторов, к которым в том числе относятся месторождения баженовской свиты. Большая доля работ посвящена выбору химических реагентов, действие которых направлено на растворение твердой части органической пластовой структуры с целью её разжижения и перевода в текучее состояние, как, например, в работах [Фахретдинов Р.Н., Якименко Г.Х., 2012]. Авторы указанных работ рассматривают разрушение асфальто-смолистых структур за счет обменных процессов между ассоциатами в нефти и химическими реагентами, закачиваемыми в пласт в виде водных растворов. При этом комплекс исследований направлен на изучение взаимодействия водных растворов химических регентов с породами разного минералогического состава.
В данной главе речь идет о химическом взаимодействии, которое ряд авторов предлагают интенсифицировать путем закачки жидких либо твердых веществ (в виде гранул), способных разлагаться под действием либо высоких давления и температуры, либо под действием катализатора [Александров Е.Н. и Кузнецов Н. М., 2007; Заволжский и др., 2009]. Суть описываемого в настоящей главе метода заключается в инициировании волн высокого давления и дополнительного теплового разогрева, за счет которого могут происходить структурные изменения в пласте. Данные технологии первоначально разработаны как комплексные МУН, однако, в перспективе их применение весьма вероятно на «сланцевых» месторождениях и месторождениях с нефтематеринскими отложениями.
Экспериментальными предпосылками эффективного применения волн высокого давления и температуры для воздействия на керогеносодержащие коллекторы могут быть названы работы ряда авторов (Вышемирский В.С., Молчанов В.И., Черский Н.В., Царев В.П., Сороко Т.И., Кузнецов О.Л., Меленевский B.Н., Ларичев А.И., Мали В.И. и другие), посвященные изучению взрывного нагружения органического вещества. Общим результатом исследователей явился вывод о приоритетной роли механической энергии в реализации геохимических процессов. Это означает, что превращения органического вещества в пласте интенсифицируются в большей степени за счет действия динамического давления, да еще и при низких температурах [Молчанов В.И., 1981]. В качестве иллюстрации этого вывода приведем результаты экспериментов, описанных в работе [Меленевский, B.Н. Преобразования рассеянного органического вещества…, 2003], рис.3.1. В заключение указанной работы констатируется вывод о генерации керогеном УВ и соответствующем понижении его водородного индекса в процессе ударного сжатия керогена.
Схема установки и результаты экспериментов по взрывному нагружению [Меленевский, B.Н. , 2003], Стрелкой показано направление детонационной волны. а) Схема установки: 1 – детонатор; 2 – ВВ (взрывчатое вещество); 3 – стальной контейнер; 4, 6 – металлические пробки; 5 – исследуемое вещество; б) Фотография продольного сечения контейнера; в) Изменение концентрации пиролитических УВ вдоль контейнера: 1 – по оси контейнера; 2 – на внутренней поверхности контейнера (начало координат – верхняя пробка) Настоящая глава является приложением описанных выше моделей к расчету промысловых экспериментов по волновому и термохимическому воздействию на пласты Вахского и Усинского месторождений. Целью данной главы является не только апробация модели для расчета реальных процессов на конкретных месторождениях, но и оценка параметров пласта при воздействии на него волнами высокого давления и температуры при организации технологического процесса повышения нефтеотдачи. Промысловые эксперименты, моделируемые в данной главе, были проведены на месторождениях, не содержащих кероген. Однако результаты этих экспериментов разработчики описываемых методов воздействия предполагают использовать и на месторождениях баженовской свиты, характеризующейся высоким содержанием керогена. В качестве модельных задач рассматривались три направления, соответствующие проблемам, возникающим в реальном промысловом эксперименте, к которым относятся: 1. Контроль закачки технологических жидкостей. 2. Контроль безопасности проведения воздействия на пласт при закачке реагентов, вызывающих повышение давление и температуры в пласте. 3. Оценка возможности изменения фильтрационно-емкостных свойств пласта в области воздействия высокими давлением и температурой.
В России наиболее перспективным методом разработки месторождений баженовской свиты считается комплексная технология термогазового воздействия (ТГВ) [Боксерман А.А. и др., 2007, Кокорев В.И., 2010, Савельев В.А., Соломатин А.Г., 2010]. Суть метода ТГВ заключается в закачке в пласт при высоком давлении атмосферного воздуха вместе с водой. При взаимодействии кислорода, содержащегося в воздухе с пластовыми углеводородами происходит самопроизвольный окислительный процесс с выделением вытесняющего газового агента (азота, углекислого газа) При этом температура пласта должна быть выше 65-70oC. Процесс сопровождается разогревом нефтематеринской породы и увеличением содержания легких фракций УВ (Рис. 3.2).
Результаты расчетов по модели термогазохимического воздействия на пласты трудноизвлекаемых углеводородов
Очевидно, что подобное воздействие на пласт имеет ряд технологических особенностей, связанных с безопасностью ведения работ. Если зона реакции разложения БС будет расположена близко к скважине, или на забое, то возникающий импульс давления нанесет разрушающее действие на внутрискважинное оборудование, и приведет к аварии. В данном разделе проведены результаты численных экспериментов воздействия на пласт согласно предлагаемой технологии ТГХВ с целью оценки уровня максимальных давлений, возникающих на скважине, при различных вариантах развития процесса закачки рабочих жидкостей в разных пластовых условиях и при разном дизайне трещины ГРП.
Для оценки максимального эффекта от технологии ТГХВ на пласт, в рассмотрение были взяты только изотермические процессы распространения волны давления, возникшей в момент начала реакции. То есть в расчетах не учитывались потери энергии в инкубационном периоде реакции и прочие потери, затраченные, например, на разрушение породы и на другие сопутствующие воздействию процессы.
Далее в таблице 3.1 приведены используемые при расчетах данные для еще трех скважин, а также результаты оценки проведения в них ТГХВ. Скважина №3 в отличие от скважин №1 и №2 имеет трещину ГРП. Из-за большой разницы проницаемостей в трещине и в матрице пласта, в случае скважины №3 закачиваемые жидкости будут распространяться преимущественно по трещине, и лишь небольшая часть будет проникать в область вокруг трещины (рис.3.2.2.3). Для случая скважин №1 и №2 рабочие жидкости распространяются во все стороны от скважины, заполняя цилиндрическую область вокруг ствола скважины. Характерным отличием условий организации процесса ТГХВ в скважине №1 и №2 являются различные свойства пласта, выраженные в значительно отличающихся величинах пористости и проницаемости, и свойства насыщающей пласт нефти, вязкость которой для скважины №1 во много раз больше, чем у скважины №2.
В расчетах помимо поля давления в околоскважинной зоне, анализировалась динамика изменения давления в разных точках пласта (рис. 3.2.3.1). Так давление в зоне реакции с течением времени падало от максимального, инициируемого при реакции взаимодействия реагирующих веществ, до величины, стремящейся к пластовой. В точке близкой к скважине давление сначала росло до некоторого максимума и затем постепенно падало.
Частью анализа процесса было установление зависимости максимального давления, возникающего на скважинах в зависимости от величины давления инициируемой в зоне реакции. Полагаясь на оценку термодинамики процесса, было принято решение в расчетах варьировать давление реакции взаимодействия активных веществ от 100 до 400 МПа. Ряд расчетов для одной из скважин показал, что при прочих равных условиях на скважину приходит величина давления, не превышающая 50% от начального импульса в зоне реакции (Рис.3.2.3.2).
Поскольку достижение высоких давлений в стволе скважины является крайне нежелательным, дополнительно были проведены расчёты по определению возможности оттеснения зоны реакции в глубину пласта за счёт увеличения объёма закачки продавочной технической воды и объёма буферной нефти, разделяющей монотопливо и кислоту. В таблице 3.2 приведены расчетные значения параметров процесса для разных объёмов закачки реагентов в скважину Вахского месторождения без трещины ГРП. Под временем прихода волны на скважину принято время достижения на забое скважины максимального давления с момента начала реакции.
Результаты оценки изменения фильтрационно-емкостных свойств пластов при проведении в них тегмогазохимического воздействия
Анализ динамики полей давления после инициирования реакции разложения монотоплива позволяет оценить влияние наличия зоны повышенных давлений на изменение структуры и состава насыщенного коллектора. Если по результатам предварительных исследований пласта и флюида известны данные о критических давлениях трещинообразования, свойствах пластовых флюидов и возможности фазовых переходов, то с помощью построенной численной модели процесса могут быть построены поля изменённой проницаемости и насыщенности коллектора. Этот эффект схематично изображен на рис. 3.2.4.1. Рис. 3.2.4.1. Схема расположения зоны повешенной проницаемости после проведения ТГХВ.
Далее приведена оценки возможного увеличения интенсивности притока к скважине за счет возможного изменения свойств коллектора при возникновении зон повышенной проницаемости при воздействии на пласт волн высокого давления.
В рамках гипотезы о возможном нарушении сплошности пластов определенного типа при волновом воздействии просчитаны возможные сценарии прироста притока флюида к скважине при изменении проницаемости пласта в зоне повышенных давлений (зоне реакции и прилегающих к ней областей). При этом в отсутствии конкретных данных о свойствах скелета породы, невозможно дать описание точного характера изменения трещиноватости, поэтому были проведены оценочные расчеты возможного увеличения коэффициента извлечения нефти (КИН), при различных значениях приращения проницаемости относительно естественной трещиноватости. На рис. 3.2.4.2 приведены данные по расчету КИН в предположении, что вокруг зоны повышенных давлений происходит увеличение проницаемости на 25, 50 и 100%. Как видим, по рис. 3.2.4.2, для всех этих случаев может быть достигнуто ощутимое повышение КИН, сравнимое с другими методами воздействия.