Содержание к диссертации
Введение
1. Краткий обзор газогидродинамических методов исследований скважин 9
1.1. Исследование скважин на стационарных режимах фильтрации Ю
1.2. Исследование скважин на нестационарных режимах фильтрации 13
1.3. Постановка задач исследований 15
2. Разработка методов контроля продуктивной характеристики скважин 17
2.1. Способ определения коэффициентов фильтрационных сопротивлений по исследованиям на кратковременных неустановившихся режимах 18
2.2. Способ определения коэффициентов фильтрационных сопротивлений по параметрам технологического режима, КВД и КСД 24
2.3. Способ определения коэффициентов фильтрационных сопротивлений по параметрам технологического режима и КВД 30
2.4. Экспресс - метод исследования газлифтных скважин 42
3. Анализ основных причин и характера изменений коэффициентов фильтрационных сопротивлений по скважинам вуктыльского НГКМ 60
3.1. Анализ взаимосвязи между коэффициентами фильтрационных сопротивлений 60
3.2. Изменение коэффициентов фильтрационных сопротивлений при обводнении скважин 69
4. Исследование динамики продуктивности газоконденсатных скважин на математической модели 81
Заключение 102
Литература
- Исследование скважин на нестационарных режимах фильтрации
- Способ определения коэффициентов фильтрационных сопротивлений по параметрам технологического режима, КВД и КСД
- Экспресс - метод исследования газлифтных скважин
- Изменение коэффициентов фильтрационных сопротивлений при обводнении скважин
Введение к работе
Актуальность темы. Вуктыльское нефтегазоконденсатное месторо-кдение (НГКМ) среди крупных месторождений отрасли одним из первых зступило в позднюю стадию разработки, характеризующуюся своими особенностями и в первую очередь истощением естественной энергии пласта зследствие снижения пластового давления.
Известные газогидродинамические методы контроля за добывшими юзможностяии скважин в этих условиях по целому ряду причин оказались «приемлемыми из-за увеличившегося времени стабилизации параметров и тульсирующего характера работы скважин. Вместе с тем развертывание на Вуктыльском НГКМ опытно-промышленных работ по доизвлечению вы-ившего в пласте конденсата начиная с 1983 г. потребовало существенного увеличения объема информации о параметрах пласта и продуктивности жважин для объективной оценки испытываемых технологий.
Таким образом, совершенствование газогидродинамических методов «следования скважин с учетом особенностей поздней стадии разработки -азоконденсатных месторождений является актуальной проблемой.
Цепь работы.
-
На основании накопленных автором результатов теоретических, жспериментальных и промысловых исследований разработать, испытать и «пользовать на практике газогидродинамические методы контроля продуктивной характеристики газоконденсатных скважин, учитывающие осо-зенности поздней стадии разработки месторождений.
-
Изучить динамику продуктивной характеристики скважин с учетом эсновных процессов, происходящих в прискважинных зонах: внедрения пластовой воды и других жидких флюидов. Найти критерий, позволяющий прогнозировать обводнение скважин.
-
Разработать и адаптировать к условиям конкретных месторождений математическую модель для изучения основных факторов, влияющих на поведение продуктивной характеристики скважин.
Основные задачи исследований.
-
Изучить возможности определения продуктивной характеристики жважин (величин коэффициентов фильтрационных сопротивлений в уравнении притока) путем исследования на кратковременных неустановив-иихся режимах, а также с помощью записи кривых восстановления давлений (КВД) после остановки и кривых стабилизации давлений и дебитов КСД) после пуска скважин в работу.
-
Изучить взаимосвязь между коэффициентами фильтрационных составлений и разработать на этой основе критерий прогнозирования во-юпроявлений.
-
Разработать методику исследования газлифтных скважин для установления оптимального режима эксплуатации.
-
Разработать математическую модель и выполнить моделирование динамики продуктивности газоконденсатных скважин с учетом основных влияющих факторов.
-
Провести промысловое испытание и подтверждение практической значимости результатов решения вышеперечисленных задач.
Научная новизна.
1. Разработаны и испытаны новые ускоренные способы газогидроди
намических исследований, защищенные авторскими свидетельствами:
Способ определения коэффициентов фильтрационных сопротивлений по исследованиям на кратковременных неустановившихся режимах;
Способ определения коэффициентов фильтрационных сопротивлений по параметрам технологического режима, КВД и КСД;
Способ определения коэффициентов фильтрационных сопротивлений по параметрам технологического режима и КВД.
-
Разработан и испытан экспресс-метод и технология исследования газлифтных скважин для установления оптимального режима эксплуатации.
-
Выполнен детальный анализ динамики продуктивной характеристики скважин Вуктыльского НГКМ, изучена взаимосвязь между коэффициентами фильтрационных сопротивлений, и на этой основе разработаь критерий прогнозирования обводнения скважин с оценкой его вида.
-
Разработана и адаптирована к конкретным месторождениям математическая модель, позволяющая изучать динамику продуктивности газоконденсатных скважин с учетом основных влияющих факторов:
выпадения конденсата в прискважинных зонах с различными кол-лекторскими свойствами;
неоднородности коллекторов;
внедрения законтурных вод;
— избирательного поступления нефти в газоконденсатный пласт и:
нефтяной оторочки.
Предложены направления и задачи дальнейших исследований.
Методы исследований. Поставленные в работе задачи решались пу тем промыслово-экспериментальных исследований с использованием ком плекснои высокоточной аппаратуры газодинамического каротажа, анали тическими методами и методами численного моделирования.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
-
Разработанные ускоренные способы определения продуктивной ха рактеристики газоконденсатных скважин и экспресс-метод исследовани) газлифтных скважин широко используются в практике промысловых ра бот на месторождениях Тимано-Печорской провинции.
-
Предложенный критерий прогнозирования водопроявлений исполь зуется при проектировании и анализе разработки Вуктыльского НГКМ і установлении технологического режима работы скважин.
3. Результаты численного моделирования динамики продуктивности скважин используются при проектировании и анализе разработки Запад-но-Соплесского и Печоро-Кожвинского месторождений.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы неоднократно обсуждались на научно-технических советах предприятия "Севергазпром", на отраслевых и Всероссийских научно-практических конференциях (г. Ухта, 1990 г.; г. Краснодар, 1990 г.; г. Вуктыл, 1993 г.).
По содержанию диссертации опубликовано 12 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 113 страниц машинописного текста, включая 28 рисунков, 11 таблиц. Список литературы включает 54 наименования.
Диссертация выполнена во ВНИИГАЗе и в филиале ВНИИГАЗа "Севернипигаз".
Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю P.M. Тер-Саркисову; сотрудникам ВНИИГАЗа В.А. Николаеву и Н.А. Гужову, сотрудникам "Севернипигаза" А.В. Назарову, Г.В. Петрову, М.А. Гильфанову за большую помощь в организации исследований и обсуждении результатов.
Автор глубоко чтит память о Геннадии Васильевиче Рассохине, высоко ценит его значительный личный вклад в развитие экспериментальных и аналитических исследований, проводимых в Севернипигазе.
Исследование скважин на нестационарных режимах фильтрации
Часть емкостных и фильтрационных параметров пласта определяется по результатам исследования скважин на нестационарных режимах фильтрации. Такие режимы включают в себя использование процессов восстановления забойного давления (запись КВД) после остановки скважины и стабилизации давления и дебита после пуска скважины в работу (запись КСД).
Широкое использование КВД для определения параметров прис-кважинных и удаленных зон пласта было положено работами И.А. Парного [ 50 ], И.Д. Умрихина [ 51 ], С.Н. Бузинова [ 10 ], Ю.П. Коротаева, ГЛ. Зотова [ 30, 31 ], К.С. Басниева и др. [ 8 ]] Характер восстановления забойного давления до пластового после остановки скважины зависит от целого ряда факторов: — длительности и стационарности режима работы скважины до закрытия для записи КВД; — притока газа в скважину после ее закрытия; — неоднородности пласта в прискважинной зоне; — неизотермичности процесса восстановления забойного давле ния. Влияние этих факторов на форму КВД изучалось в работах Г.А. Зотова и др. [ 20, 21 ], И.М. Кульпиной и др. [ 32 ], Ф.А. Требина и др. [47]. Использование кривых стабилизации давлений и дебитов после пуска скважин в работу для определения параметров пласта было теорети disgur чески обосновано в работах В.Н. Щелкачева [ 53 ], Ю.П. Коротаева, Г.А. Зотова [ 29 ] и других.
Вместе с тем использование КСД не нашло широкого применения в промысловой практике контроля за разработкой. Отметим, что и метод КВД, как показывала практика исследований с применением глубинных приборов с местной регистрацией, страдал основным недостатком — низкой воспроизводимостью получаемых результатов.
На наш взгляд, это обусловлено прежде всего техническим несовершенством применяемых до настоящего времени приборов и аппаратуры для исследования скважин. Быстрый темп изменения давлений в высоко-дебитных скважинах или, наоборот, длительное время стабилизации в низкодебитных (при записи КВД и КСД) требует принципиально иных аппаратурных средств, позволяющих регистрировать такие процессы с высокой разрешающей способностью как по времени, так и по приращению измеряемого параметра.
На Вуктыльском НГКМ с началом крупномасштабных опытно-промышленных работ по повышению углеводородоотдачи пласта (реализация проектов "Конденсат - 1", "Конденсат - 2" и "Конденсат - 3" под общим научным руководством P.M. Тер - Саркисова) положение дел принципиально изменилось. Реализованные организационно - технические мероприятия позволили сконцентрировать усилия специалистов различных организаций и в короткий срок успешно развить разработку, изготовление и испытание новых современных видов дистанционной глубинной аппаратуры газодинамического каротажа (ГДК): — аппаратуры второго поколения с последовательной цифро аналоговой регистрации параметров ("Глубина-2", БДС-03, АГДК-42); — многоканальной аппаратуры третьего поколения с цифроанало говой и цифровой регистрацией параметров (АГДК-42 М, АГДК-5,6,8, Пума - 4). disgur Широкое использование перечисленной глубинной аппаратуры в промыслово-исследовательских работах на Вуктыльском НГКМ под непосредственным руководством автора [ 27, 39, 46 ] позволило на качественно новом уровне получать информацию о процессах, происходящих в скважинах и прискважинных зонах. Это относится как к проблемам регистрации КВД и КСД (с соответствующей коррекцией по температуре), так и к другим задачам, решение которых необходимо для надежного контроля за разработкой месторождения: прослеживанию профилей притока и дренирования в добывающих скважинах, профилей приемистости и поглощения в нагнетательных; определению интервалов поступления пластовых вод, зон газожидкостного барботажа и т.д.
Применение дистанционной аппаратуры с цифровой регистрацией дает возможность проводить компьютерную обработку получаемых данных непосредственно на скважинах, контролируя качество результатов и при необходимости повторяя фрагменты исследований.
Анализ опубликованных материалов и многолетний опыт автора в проведении различных промысловых исследований и экспериментов позволяет сформулировать наиболее актуальные задачи, решение которых изложено в данной диссертационной работе.
Способ определения коэффициентов фильтрационных сопротивлений по параметрам технологического режима, КВД и КСД
Предпосылкой для его выбора послужило то, что в основе структуры коэффициента фильтрационного сопротивления а из уравнения притока дР32аб = aQ + bQ2 и иаррметра пповодимосси kh/fi, ,пределяемого пп КВД, лежит коэффициент проницаемости ( К ), характеризующий свойства коллектора, что делает его относительно независимым от режимов фильтрации и методов определения. Известные выражения вышеназванных параметров выглядят следующим образом: п _ 0,0013 ц Z Тпл , RK {е. л а - — in —— (оез учета несовершенства скважины;) С — = 4,24 Q0 " Тпл Z И- р тст Если разрешить эти выражения относительно коэффициента проницаемости, получим следующую формулу для расчета коэффициента фильтрационного сопротивления а. а = 0,889 . In , ( 1 ) где р1 - угловой коэффициент, определяемый по прямолинейному участку КВД, обработанной в координатах Рзаб2 от lgt; Q0 - дебит скважины перед остановкой для записи КВД (тыс. м3/сут), Rc - радиус скважины по внутреннему диаметру эксплуатационной колонны (м), RK - радиус контура питания (м).
Сложность использования этой формулы заключается в определении величины RK, которая обозначает в традиционном понимании радиус контура питания, т.е. расстояние от забоя до условной границы области дренирования, на которой после остановки скважины давление остается неизменным. Это исходит из общепринятого определения ко disgurl эффициента а как параметра, характеризующего фильтрационные потери на вязкостное трение во всей области дренирования скважины. По этому вопросу существуют различные точки зрения, поэтому считаем возможным выдвинуть свой вариант. В нашем понимании коэффициент а характеризует фильтрационные потери на преодоление сил вязкостного трения в призабойной (прискважинной) зоне, т.е. в области максимальной крутизны депрессионной воронки и сгущения линий тока при плоско-радиальной фильтрации. Причем этому определению не противоречит и тот общеизвестный факт, что на первый член («Q) уравнения притока AP32=aQ+AQ2 приходится до 75% фильтрационных потерь и ппимерно столько же пластотчой энРПГРГМ Т6 "ПЯРТРЯ в самой к"п\игой части депрессионной воронки При таком подходе величина Ru- может быть заменена размером призабойной зоны, которую в дальнейшем будем именовать радиусом призабойной зоны (Rn.3.).
Определить его величину не представляет особой сложности, если исследование проведено комплексно путем записи кривой восстановления давления с привлечением методов промысловой геофизики для определения профиля притока на технологическом режиме. Известно, что при обработке КВД в координатах Р32 от lgt начальный участок до пересечения с прямолинейным характеризует призабойную (прискважинную) зону и на оси времени определяется отрезком lg tH.y- t„.y, Отсюда радиус призабойной зоны легко вычисляется по формуле
Величину коэффициента х, который аналогичен пьезопроводности и характеризует скорость восстановления давления в зоне дренирования скважины, можно определить из простого соотношения V, м disgurl п п th с где Удр - дренируемый объем (определяется по КВД с использованием известной формулы Удр = 0,892 10"3 ; Q Р- Т- tb ; h - эффективная толщина газоотдающих интервалов (определяется по результатам геофизических исследований) м; tb - время восстановления пластового давления (определяется при записи КВД), с. Способ реализуется следующим образом: В работающей на технологическом режиме замеряют забойное давление Рз.о. и дебит Qo, затем останавливают скважину на устье и регистрируют КВД на забое во времени P3(t)i до пластового Рпл. После полного восстановления давления производят замер пластового давления Рпл. По полученным данным производят графическую обработку КВД в координатах Р (t) от lgt, как показано на рис. 2.6, и определяют угловой коэффициент (З1 прямолинейного участка и временную характеристику пересечения начального и прямолинейного участков (tHy.).
Экспресс - метод исследования газлифтных скважин
В предложенных расчетах и теориях авторы исходят из различных предпосылок и принципов, поэтому общепризнанного метода расчета эргазлифта до настоящего времени нет.
Выше было отмечено отсутствие единой точки зрения в отношении величин минимально необходимых скоростей и дебитов, при которых обеспечиваются условия выноса жидкости, нет ее также и в отношении методики расчета эргазлифта.
В расчет эргазлифта входят определение длины и диаметра подъемника для удовлетворения следующих условий: производить подъем жидкости с наибольшей эффективностью; обеспечить получение оптимальных дебитов жидкости. Основными показателями работы лифта является его производи тельность, удельные расходы газа и энергии.
Если исходить из условий применения, целей и задач эргазлифта в нефтяной промышленности, то в наших условиях мы не можем воспользоваться ни одним из показателей для оценки эффективности "газлифтного способа эксплуатации" применительно к обоснованию стабильной работы газоконденсатных скважин Вуктыльского месторождения. Только из одного лишь условия применения газлифта в нефтяной disgurl промышленности, имея в виду величину минимального дебита нефти - 30 тыс.м3/сут [ 28 ], неправомерно переносить опыт газлифтной эксплуатации нефтяных скважин в наши условия, так как максимально возможное количество удаляемой жидкости будет в 2-3 раза меньше. Следовательно, критерием эффективности газлифтного способа эксплуатации в наших условиях следует считать такой режим работы скважин, при котором обеспечиваются условия выноса жидкости при минимальном расходе рабочего агента.
Поскольку конструкция лифтовых колонн и эксплуатационная характеристика скважин известны, то обоснование стабильного режима работы должно свестись к определению расхода рабочего агента, количество которого будет находиться в прямой зависимости от величины минимально необходимой скорости, при которой обеспечивается вынос жидкости.
Отсутствие единого подхода к определению величины минимально необходимой скорости, как это было отмечено, вызывает необходимость проведения специальных исследований.
На практике обычно распространена методика исследований газ-лифтных скважин по способу АзНИИ, которой промысловые работники, по сути дела, пользуются и в настоящее время. Ниже будет показано, что рекомендованная методика неприемлема для исследований газлифт-ных скважин Вуктыльского месторождения. Неприемлемость такой методики заключается прежде всего в том, что практическое осуществление ее рекомендаций связано с длительностью проведения исследований.
Так, при эксплуатационном фонде газлифтных скважин по состоянию на 01.01.98 г. 47 единиц Вуктыльское ГПУ исследует не более 15. Далее, исследуя скважины по рекомендованной методике, промысловые работники считают, что изменение расхода ГВД приводит к изменению депрессии на пласт, а следовательно, и к изменению дебитов газа и жидкости. Это ошибочное мнение создалось в результате погрешно disgurl стей, допускаемых при замере дебитов газа сепарации и жидкости, расхода ГВД, в оценке величины забойного давления, которое определялось расчетным путем, а главное, в стремлении обработать результаты исследований в виде классических зависимостей "изменение дебитов газа и жидкости в зависимости от изменения расхода ГВД или рабочего агента", т.е. в зависимостях, которые имеют место при исследовании нефтяных эргазлифтных скважин.
Девятилетний опыт промышленного внедрения газлифтного способа эксплуатации, который в скважинах Вуктыльского месторождения начал осуществляться с 1988 г., показывает, что за счет его внедрения удалось ввести в эксплуатацию более 50 обводненных и низкодебитных скважин. Это, безусловно, большой успех, который трудно переоценить. Однако в вопросах методики и технологии исследования газлифтных скважин и оценке эффективности газлифтного способа единой точки зрения не существует.
Поэтому в задачу данного раздела входит анализ исследований и обоснование оптимальных пределов расхода ГВД, при которых обеспечивается стабильная работа газлифтных скважин. В качестве примера обоснования расхода ГВД рассмотрим результаты исследований скв. 128 и 167.
Изменение коэффициентов фильтрационных сопротивлений при обводнении скважин
Такое поведение коэффициентов фильтрационных сопротивлений можно объяснить избирательным продвижением пластовых вод — образованием локальных конусов и "языков" обводнения, приуроченных к высокопроницаемым интервалам разреза. Продуктивность скважин в такой период может характеризоваться не действительными, а кажущимися величинами коэффициентов а и Ь. Поясним это на условном при-мере(рис. 3.6).
Предположим, что до начала обводнения продуктивность скважины на графике в координатах (Р2„, - Р аб ) / Q от Q описывалась линией I и значения коэффициентов составляли а , Ъ . При формировании конуса обводнения и появлении в продукции скважины пластовой воды очередные исследования на стационарных режимах дадут такие результаты: с увеличением депрессии от режима I к режимам II и III продуктивность скважины будет постоянно ухудшаться за счет увеличения водопритока и перекрытия части нижних газоотдающих интервалов. Это ухудшение по аналогии со скважинами первой группы (см. рис. 3, 4) характеризуется линиями 2,3,4. Однако при обработке результатов исследований по обычной методике будут получены кажущиеся значения обоих коэффициентов й ий (линия 5), которые не соответствуют их действительным значениям ад и Ъд. При этом а ад , У Ьд и аЖ « ajbd. Из приведенного рассуждения следует, что определить в таких случаях действительные величины коэффициентов ад и Ьд, исследуя скважину на стационарных режимах, невозможно. Наиболее приемлемым в таких случаях является способ определения величин Яд и Ья по параметрам технологического режима и КВД изложенный в разд 2 3
Объяснение аномального поведения коэффициентов фильтрационных сопротивлений при конусовом обводнении хорошо согласуется с ре disgur2
Влияние конусового обводнения на результаты определения коэффициентов фильтрационных сопротивлений: 1 - исходная продуктивная характеристика скважины; 2,3,4 - ухудшение продуктивности при увеличении дебита и депрессии на пласт; 5 - кажущаяся характеристика скважины при конусовом обводнении; І-ТЇЇ - номера режимов. зультатами промыслово-геофизических исследований скв. 140 и 141, проведенных в 1978 г. В ходе этих исследований было установлено, что поступление пластовой воды зависит от депрессии на пласт. На режиме с максимальной депрессией дебит пластовой воды скв. 140 достигал 40 м3/сут, скв. 141 — 47 м3/сут, причем поступление воды отмечалось из нижних перфорационных отверстий. После остановки скважин вся вода уходила в пласт в течение 45 мин. Следует добавить, что именно по скв. 140, как отмечалось в предыдущем разделе , в 1975 г. было впервые получено аномально низкое соотношение между коэффициентами фильтрационных сопротивлений а/Ь = 91.
В настоящее время из-за неоднозначности фактического материала сложно показать изменение коэффициентов фильтрационных сопротивлений при избирательном продвижении пластовых вод на участках "языкового" обводнения. Однако достаточно уверенно можно предположить, что поведение коэффициентов при этом виде обводнения будет соответствовать промежуточному положению между случаями подъема ГВК и образования конусов, т.е. выглядеть следующим образом: коэффициент а остается практически постоянным, коэффициент Ь растет.
В пользу такого предположения свидетельствуют экспериментальные исследования двухфазной фильтрации на цилиндрической и параболической моделях пласта, выполненные под руководством З.С. Алиева [5].
Этими экспериментами было установлено, что после подачи в модель двухфазного потока (газ и конденсат) коэффициент а практически не изменяется, возрастает лишь коэффициент Ь. При этом наиболее интенсивный рост его наблюдается до начала двухфазного движения, т.е. в период формирования равновесной насыщенности пористой среды жидкостью. К началу двухфазного течения коэффициент Ъ увеличивается вдвое и его дальнейший рост отмечается только при увеличении содер disgur2 жания жидкой фазы в потоке. Коэффициент а во всех случаях практически не изменяется (колебания его значений находятся в пределах 10-12%).
История обводнения скв. 22 и 33 (рис. 3.7 и 3.8) может в какой-то мере служить примером изменения продуктивной характеристики при избирательном продвижении воды по напластованию. Обводнению этих скважин, как видно из рисунков, способствовали СКО. Отношение а/Ь по ним до проведения СКО в 1197 1 1192 гг. было близко к оптимальному, т.е. эффект от обычных (не направленных) обработок был потенциально невозможен из-за расположения скважин в значительно удаленной от свода зоне восточного крыла структуры, характеризующегося высокими значениями коэффициента Ь. Кислотные обработки и высокие депрессии на пласт при пусках скважин в эксплуатацию создали условия для проникновения пластовой воды из находящейся вблизи области гвк.
Дополнительно отметим, что на продуктивность газоконденсатных скважин аналогично обводнению оказывает влияние фильтрация в жидком виде ранее выпавшего в пласте конденсата. Так, почти трехкратное увеличение выхода конденсата по скв. 26, наблюдавшееся в 1984 г. после обработки призабойной зоны пропан-бутановой фракцией привело к увеличению коэффициента Ь более чем в два раза [ 41 ]]
Таким образом характер изменения коэффициентов фильтрационных сопротивлений и их соотношения а/Ь может служить критерием прогнозирования обводнения скважин и ориентировочной оценки его вида. Конусовому обводнению скважин ВГКМ предшествует резкий рост коэффициента Ъ (в 8-Ю раз к началу обводнения) и кажущееся уменьшение коэффициента а; отношение а/Ь снижается при этом наиболее заметно и имеет наименьшие значения (а/Ь 100).
