CC BY
26Оценка эффективности водоизоляционных работ на примере создания гидродинамической модели
Хуснутдинова Р. Р.1,
xusnutdinova.1986@mail.ru
Фаттахов И.Г.122,
i-fattakhov@rambler. т
Вафин А.Р.2,
vafmar@tatmft. т
Муслимов Т.И.1,
muslimov92@mail.ru
1 Институт нефти и газа ФГБОУВО УГНТУ в г. Октябрьском (г. Октябрьский, Россия)
2ПАО «Татнефть» имени В.Д. Шашина
(г. Альметьевск, Россия) УДК 622.276.76
Аннотация. Цель работы: рассмотреть упрощенную двухфазную гидродинамическую модель с помощью которой можно оценить технологический и экономический эффект планируемого мероприятия. Методы и объекты исследования. Возможность инициировать переток в водоносный пласт выполнением перфорации, что позволит нам увидеть изменение тока на начальном этапе при заколонном перетоке и работе целевого пласта. Результаты и выводы. Создание и разработка гидродинамической модели помогает не только оценить эффективность мероприятия по изоляции водопритока, а также подобрать водоизоляционный состав в необходимом количестве. Данная модель позволяет на этапе проектирования спрогнозировать возможность снижения водопритока и увеличения дебита нефти, которое мы можем увидеть из графика зависимости скин-фактора для различных коэффициентов изоляции.
Ключевые слова: двухфазная гидродинамическая модель, водоизоляция, скин-фактор, коэффициент изоляции, объем закачки, водоизоляционная композиция.
Evaluation of the effectiveness of water insulation works on the example of creating a hydrodynamic model
Khusnutdinova R.R.1,
xusnutdinova.1986@mail.ru
Fattakhov I.G.12,
i-fattakhov@rambler. ru
Vafin A.R.2,
vafinar@tatneft.ru
Muslimov T.I.1,
muslimov92@mail.ru
institute of Oil and Gas of Ufa State Petroleum Technological University in the City of Oktyabrsky (Oktyabrsky, Russia)
Abstract. Purpose of the article is: to consider a simplified two-phase hydrodynamic model with the help of which it is possible to evaluate the technological and economic effect of the planned event. Methods and objects of the research are. The ability to initiate the flow into the aquifer by performing perforation, which will allow us to see the current change at the initial stage during the backflow and operation of the target reservoir. Results and conclusions. The creation and development of a hydrodynamic model helps not only to evaluate the effectiveness of the water inflow isolation measures, but also to select the necessary amount of water insulation composition. This model allows us to predict at the design stage the possibility of reducing water inflow and increasing oil flow, which we can see from the graph of the dependence of the skin factor for various insulation coefficients.
Ф Р У M ISSN 2687-086Х
молодёжной науки 11 www.forummn.ru
111 1 1 с 11 ,гпа| http://forummn.ru/article-3.3.2.html
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
2PJSC TATNEFTnamed after V.D. Keywords: two-phase hydrodynamic model, water
Shashina (Almetyevsk, Russia) insulation, skin factor, insulation coefficient, injection
volume, water insulation composition.
UDC 622.276.76
Введение
Одним из главных условий успешного проведения планируемого мероприятия является создание наглядной модели, имитирующей процесс. Двухфазная гидродинамическая модель представляет собой имитацию двухпластового объекта, разделенного перемычкой, где верхний слой полностью нефтенасыщенный, нижний слой - водоносный (рис. 1). По условиям расчета пласты эксплуатируются одной скважиной, с постоянными граничными условиями (давление, насыщение). Значения проницаемости и толщин пластов приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Фильтрационные показатели пластов в модели.
Пропласток Толщина Проницаемость
1 пласт 3,5 305,7
2 пласт 4 1061
Рисунок 1. Модель для проведения расчетов (насыщенность).
Скважина запускалась на расчет на 20 лет. На 8 год имитация возникновения заколонной циркуляции моделировалась путем создания connection (перфорации) на верхнюю ячейку водоносного слоя (рис. 2).
молодёжной науки
Youth Science Forum Journal
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Рисунок 2. Расположение перфорации модели в верхнем нефтенасыщенном пласте (а), частично в водоносном пласте (моделирование заколонного перетока (б).
Основная часть
Дебит жидкости на расчете задавался постоянным. Проведение водоизоляции моделировалось путем добавления расчётных скин-факторов для удельного объема закачки - 15 м3/м для коэффициентов изоляции 85, 90, 95, 99 (таблица 2) по формуле
Ik
$ (^изоляции, ^реаг}
к *
Л
^реаг
V
к
100 \
изоляции/
(1)
Таблица 2 - Рассчитанный скин - факторы для различных коэффициентов изоляции.
Удельный объем на 1 м толщины пласта Киз=85 % Киз=90 % Киз=95 % Киз=98 % Киз=99 %
1 15 23 49 126 255
2 19 29 62 160 323
10 28 44 93 239 483
15 30 48 100 259 523
Рисунок 3. Линии тока при работе целевого пласта.
г.
скв
Рисунок 4. Линии тока при возникновении заколонной циркуляции. Результаты проведенных расчетов представлены на рисунках 5, 6.
35 30
я 25
н 25
¥ 20 s
s 15 ю
fei 10 5 0
50
100 150
Месяц работы
200
250
Киз=85 Киз=90 Киз=98 Киз=95 Киз=99
Рисунок 5. Расчётное изменение дебита нефти для различных коэффициентов изоляции.
1,2 1
л
§ 0,8 I I
10,6 I 0,4
О
0,2
1 К PQ
« ^ cd К 55 В
ы СР оЗ К
00 Я
50
100 150
Месяц работы
200
250
Киз=85 Киз=90 Киз=98 Киз=95 Киз=99
Рисунок 6. Расчётное изменение обводненности для различных коэффициентов изоляции.
0
0
0
молодёжной науки
Youth Science Forum Journal
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Отношение дебита нефти после обработки к дебиту до возникновения заколонной циркуляции приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Отношение дебита нефти после обработки к дебиту до возникновения заколонной _циркуляции._
Коэффициент изоляции 85 90 95 98 99
Процент восстановления базового дебита нефти 33 % 44 % 62 % 81 % 90 %
На графике 5 и в таблице 3 видно, что ни в одном из расчетных вариантов не удалось достичь дебита нефти после обработки больше дебита нефти, до возникновения заколонной циркуляции.
С учетом изложенного возможно сделать выводы, что технологический эффект от проведения мероприятий по водоизоляции притока из водоносного пласта направлен на восстановление базовой добычи, а при заданном диапазоне коэффициента изоляции восстановление базовой добычи составляет от 33 % до 90 % [1,2,4-6,19].
Данная методика позволяет провести экономическую оценку мероприятий основываясь на двух составляющих. Проведенные расчёты позволяют подобрать минимально необходимый объём водоизоляционного состава V для проведения работ в конкретной скважине [11]. Зная удельную стоимость (Б1, S2, Sз и т.д.) каждого из имеющихся в арсенале водоизоляционных составов, пригодных в имеющихся геолого-технических условиях, возможно рассчитать затраты Бе для каждого из возможных вариантов обработок по формуле 2.
Бе = V- Sn. (2)
Вариант технологии с наименьшей величиной затрат Бе будет обеспечивать наибольшую экономическую эффективность мероприятия. Также снижение затрат будет обеспечено за счёт подтверждения расчётным путём допустимого снижения объёма водоизоляционного состава, не влияющего на конечный результат [3].
Разработанная методика планирования проведения РИР была испытана в скважине со следующими геолого-техническими характеристиками, представленными в таблице 4.
Таблица 4 - Данные по скважине для расчета.
Показатель Значение Ед. изм
Дебит жидкости 100 м3/сут
Дебит воды 90 м3/сут
Обводненность 90 %
Забойное давление 50 атм
Проницаемость водоносного слоя 120 мД
Пористость водоносного слоя 0,2 д.ед
Толщина водоносного слоя 7,6 м
Радиус скважины 0,073 м
Объемный коэффициент 1,0 д.ед
Вязкость воды 1,6 сП
При проведении расчётов с использованием формул 3, 4 были получены результаты, представленные в таблице 5 и на рисунке 7.
Чв = к*( Чж-Чж*(1- обв)), (3)
где qв - дебита воды по водоносному прослою, м3/сут; qж - дебит скважины по жидкости, м3/сут; обв - объемная обводненность скважины, д.ед;
K - коэффициент, учитывающий естественную обводненность целевого пласта (при условие принятия целевого пласта нефтенасыщенным равен 1, т.е. вся вода поступает из водоносного слоя).
Р(г) = Рзаб+-
0,00708 *к*к гс где qв - дебита воды по водоносному прослою, м3/сут; k - проницаемость водоносного слоя, мДа; h -толщина водоносного слоя, м; Ъ - hадиус скважины, м; Bв - объемный коэффициент, д.ед; Цв - вязкость воды, сП.
* ln-* 0.130454,
(4)
Таблица 5 - Результаты расчета профиля давления на различном удаление от скважины.
Радиус от Давление на Градиент Суммарное изменение давления, атм Относительное изменение давления, атм
скважины, м радиусе, атм dP/dr, атм/м
0,076 50,0
0,50 55,46 12,88 12,88 64 %
2,0 59,48 2,68 15,56 77 %
3,0 60,66 1,18 16,74 83 %
4,0 61,49 0,83 17,57 87 %
5,0 62,14 0,65 18,22 90 %
6,0 62,67 0,53 18,75 93 %
8,0 63,50 0,83 19,58 97 %
9,0 63,85 0,34 19,93 98 %
10,0 64,15 0,31 20,23 100 %
70,00
65,00
1 60,00
1 55,00 ч
3 50,00 ^
45,00 40,00
0 2 4 6 8 10 12
Расстояние
Рисунок 7. Результаты расчета профиля давления на различном удаление
от скважины.
Потребный объём водоизоляционной композиции в зависимости от радиуса обработки находим по формуле 5.
1<реаг = п * г2 * к * т, где г - принятый радиус обработки; И -толщина водоносного слоя; т - пористость пласта.
Результаты расчета представлены на рисунке 8. 80,00
0
г
¡¡в" 60,00 5Й т
1 40,00
А ю
О
(5)
0,00
0,0
0,5
1,0
1,5
3,0
3,5
4,0
4,5
2,0 2,5 Радиус
Рисунок 8. Результаты расчета потребного объема реагента от радиуса обработки.
С использованием формул 6,7 был проведен расчёт и определена зависимость скин - фактора от коэффициента изоляции, результаты представлены на рисунке 9.
\k J ?"скв
где Гскв - радиус скважины, Яя - радиус зоны обработки, к - проницаемость водоносного слоя, мДа; Кя - проницаемость скин зоны.
Ks = к -к* (
100
К
(6)
(7)
изоляции
н и к с
й ы н н а
н
и
т
с а
Он
2000,00
1500,00
р
о т 1000,00
к а
ф 500,00
0,00
94 95 96 97 98
Коэффициент изоляции
99
Рисунок 9. Зависимость скин - фактора от коэффициента изоляции.
s
)
Сделав вычисления по формуле 8 стало возможно оценить дебит скважины и сокращение добычи воды после обработки (рисунок 10).
_ 0.00708*£*МЛш-Рзаб)
Ожидаемый эффект
=
ч
о Ы а
п
а
н =
ю <и
ч
<и =
X
<и
3
о х н О
25%
20%
о X л
ч
а т а s о и а <и
х
15%
10%
5%
0%
94
95 96 97 98
Коэффициент изоляции, %
99
100
Рисунок 10. Отношение дебита воды к первоначальному в зависимости от коэффициента
изоляции состава.
Исходя из теоретических расчетов установили, что на потребный объем закачки водоизоляционной композиции оказывают основное влияния два фактора - прочностная характеристика состава и потребное дополнительное сопротивление в призабойной зоне водоносного горизонта [8,13-15,17,18,21]. При этом очевидно, что с повышением объема закачки увеличивается радиус зоны обработки и эффект от водоизоляционных мероприятий увеличивается [7,9,16].
Для анализа влияния коэффициента изоляции и удельного объема обработки на метр изолируемой толщины были проведены аналитические расчеты по предлагаемой методике. Для расчетов был принят диапазон величины коэффициента изоляции от 80 % до 99%.
Расчет проводился согласно формулам 5, 6, 7, где скин-фактор является функцией коэффициента изоляции и объема реагента (формула 9).
(к - к * (
100
изоляции "реаг
, Кэеаг)
К
изоляции
V
к
- 1 ) *ln
^реаг
п * h * т
^ITR
(9)
)
молодёжной науки
Youth Science Forum Journal
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
При этом объем поступающей из не перфорированного интервала воды контролируется именно достигаемым дополнительным фильтрационным сопротивлением [10,12,20]. Расчет притока воды осуществляется по формуле (10).
QB = 0,00708
_кв* hB* (Рпл Рзаб)_
г
^в*Вв* (ln— + s) * 0.130454
(10)
Результаты расчетов представлены на рисунке 11. Расчетные значения скин-фактора для различных коэффициентов изоляции представлены штрихпунктирными линиями, расчётная зависимость дебита от скин - фактора представлена красной линией.
Рисунок 11. Зависимость отношения дебита воды от объема состава. Заключение
Из результатов расчетов, представленных на графике, можно сделать следующие выводы:
молодёжной науки
Youth Science Forum Journal
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
- на результат работ большее влияние оказывает коэффициент изоляции, чем объем закачки при коэффициентах изоляции более 90 %;
- при объеме закачки более 12-15 м3/м эффективность от дальнейшего приращения объема закачки уменьшается, об этом говорит выполаживание кривых объем закачки-скин фактор при любом коэффициенте изоляции;
- технологический эффект от проведения мероприятий по водоизоляции притока из водоносного пласта направлены на восстановление базовой добычи.
Библиографический список
1. Андреев В.Е., Сафиуллина А.Р., Чибисов А.В., Фаттахов И.Г. Подбор скважин-кандидатов для проведения работ по ограничению водопритока на основе нефтесилорной эмульсии // Материалы 46-й всероссийской научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием. Уфа: Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2019. С. 13-16.
2. Блажевич В.А., Умрихина Е.Н., Уметбаев В.Г. Ремонтно-изоляционные работы при эксплуатации нефтяных месторождений. М.: Недра, 1981. 236 с.
3. Дерендяев Р.А., Пикулев А.С., Дерендяев К.А. Использование вероятностно-статистических методов для оценки эффективности применения технологий по ограничению водопритока // Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых. 2020. № 5 (617). С. 48-53.
4. Клещенко И.И., Зозуля Г.П., Ягафаров А.К. Теория и практика ремонтно-изоляционных работ в нефтяных и газовых скважинах: учебное пособие. Тюмень: ТюмГНГУ, 2010. 344 с.
5. Сафиуллина А.Р., Андреев В.Е., Фаттахов И.Г. Обзор композиций для проведения водоизоляционных работ // Сборник научных трудов Нефтегазовые технологии и новые материалы. проблемы и решения. ГАНУ "Институт стратегических исследований РБ". Уфа: ООО «Монография», 2019. С. 216-220.
6. Уметбаев В.Г., Мерзляков В.Ф., Волочков Н.С. Капитальный ремонт скважин. Изоляционные работы. Уфа: РИЦ АНК «Башнефть», 2000. 424 с.
7. Фаттахов И.Г., Гарифуллина З.А., Жиркеев А.С., Сахапова А.К., Хуснутдинова Р.Р. Разработка и подбор оптимальных рецептур тампонажного состава для проведения ремонтно-изоляционных работ // Нефтяная провинция. 2021. № 4(28). Ч. 2. С. 492-507. DOI: https://doi.Org/10.25689/NP.2021.4.492-507.
8. Фаттахов И.Г., Жиркеев А.С., Сахапова А.К., Гарифуллина З.А., Хуснутдинова Р.Р., Вафин А.Р., Хуснутдинов Р.Ф. Эффективность разработанной методологии расчетов для дизайна ремонтно-изоляционных работ // Нефтепромысловое дело. 2022. № 3 (639). С. 46-53.
9. Хуснутдинова Р.Р., Фаттахов И.Г., Жиркеев А.С., Сахапова А.К. Обзор опубликованных принципов вычислений, используемых для разработки дизайна ремонтно-изоляционных работ // Природные энергоносители и углеродные материалы & Natural energy sources and carbon materials. 2021. № 3(09).
10. Ahmad N., Aramco S., Al-Shabibi H., Zeybek M., Malik S. Comprehensive Diagnostic and Water Shut-off in Open and Cased Hole Carbonate Horizontal Wells // Abu Dhabi International Petroleum Conference and Exhibition. 2012. SPE 162287.
11. Bahtizin R.N., Fattakhov I.G., Kadyrov R.R., Akhvetshina D.I., Safiullina A.R. Destruction of the resins structure due to heating // Oriental journal of chemistry. 2015. Vol.31. № 2. pp. 795-803.
12. Bakhtizin, R.N., Fattakhov, I.G., Kadyrov, R.R., Safiullina, A.R. Integral analysis aimed at identification and analytical solution of issues on oil recovery efficiency enhancement International Journal of Applied Engineering Research. 2016. № 11(3). p. 1612-1621.
молодёжной науки
Youth Science Forum Journal
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
13. Chen L., Wang J., Yu L., Zhang Q., Fu M., Zhongcong Z., Zuo J. Experimental Investigation on the Nanosilica-Reinforcing Polyacrylamide / Polyethylenimine Hydrogel for Water Shutoff Treatment // American Chemical Society. 2018, 32, 6, 6650-6656 D01:10.1021/ACS.ENERGYFUELS.8B00840
14. Fadil N.A., Irawan S., Isa N.A.M., Shafian S.R. Gelation Behavior of Polyacrylamide Reinforced with Nano-Silica for Water Shutoff Treatment in Oil Field // Solid State Phenomena. 2020. Vol. 307. pp. 252-257. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.307.252.
15. Fattakhov I.G., Kadyrov R.R., Nabiullin I.D., Sakhibgaraev R.R., Fokin A.N. Using artificial neural networks for analyzing efficiency of advanced recovery methods // Electronic scientific journal "Biosciences biotechnology research Asia". 2015. Vol. 12. №2. pp. 1893-1902.
16. Hernando L., Martin N., Zaitoun A., Al Mufargi H., Al Harthi H., Al Naabi A., Al Subhi K., Al Harrasi M.T. Successful Water Shutoff Treatment of Fractured Carbonate Horizontal Well Under Aquifer Pressure Support // Abu Dhabi International Petroleum Exhibition & Conference. 2020. SPE-203394-MS https://doi.org/10.2118/203394-MS
17. Michael F.M., Krishnan M.R., AlSoughayer S., Busale A., Almohsin A., Alsharaeh E.H. Thermo-elastic and self-healing polyacrylamide -2D nanofiller composite hydrogels for water shutoff treatment // Journal of Petroleum Science and Engineering. Vol. 193. 107391. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.107391
18. Mohammadi S., Sefti M.V., Salehi M.B., Moghadam A.M., Rajaee S., Naderi H. Hydrogel swelling properties: comparison between conventional and nanocomposite hydrogels for water shutoff treatment // Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering. Vol. 10. Issue 5. p. 743-753. https://doi.org/10.1002/apj.1912
19. Nurgaliev R.Z., Kozikhin R.A., Fattakhov I.G., Kuleshova L.S. Application prospects for new technologies in geological and technological risk assessment // Gornyi Zhurnal. 2019. № 4. p. 36-40.
20. Nurgaliev R.Z., Kozikhin R.A., Fattakhov I.G., Kuleshova L.S., Gabbasov A.Kh. Prospects for the use of new technologies in assessing the impact of geological and technological risks // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. 378(1). 012117
21. Yusupova L.F., Khalikova K.M., Khusnutdinova R.R. Technological feature of water shutoff operations // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 868 (2021) 012086. DOI: 10.1088/1755-1315/868/1/012086
