Сравнение методов моделирования заводнения с учетом развития техногенных трещин средствами стандартных пакетов гидродинамического моделирования Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УГЛЕВОДОРОДНЫЕ И МИНЕРАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ

УДК 622.692

СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЗАВОДНЕНИЯ С УЧЕТОМ РАЗВИТИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ТРЕЩИН СРЕДСТВАМИ СТАНДАРТНЫХ ПАКЕТОВ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

© 2011 Н.Г. Главнов

ОАО «ТомскНИПИнефть»

Поступила в редакцию 20.05.2011

Выполнен сравнительный анализ подходов моделирования процесса заводнения при давлениях выше давления разрыва породы. Сделаны рекомендации по выбору оптимального способа с точки зрения соответствия теоретическим зависимостям и фактическим исследованиям на неустановившихся режимах фильтрации.

Ключевые слова: гидравлический разрыв пласта, техногенная трещина, нагнетательная скважина, гидродинамическая модель

Для вовлечения дополнительных запасов и рентабельной разработки месторождений с низкими фильтрационно-емкостными свойствами требуется проведение интенсификации добычи нефти уже на начальной стадии разработки. Одним из наиболее эффективных способов увеличения добычи является гидравлический разрыв пласта (ГРП). Одновременно с этим для поддержания пластового давления (компенсации отборов) используется технология заводнения пласта, в результате чего нефть вытесняется нагнетаемой водой под давлением [1]. Часто для достижения 100% компенсации отборов жидкости нагнетание воды производится при давлениях, превышающих давление разрыва породы, что приводит к значительному увеличению приемистости нагнетательных скважин. Данный факт связывают с образованием техногенной трещины (или системы трещин) в районе нагнетательной скважины [2], что в свою очередь приводит к эллиптическому фронту нагнетания. Для расчета технологических показателей разработки месторождений (уровней добычи жидкости, нефти и воды, уровней закачки и т.п.) все чаще используются гидродинамические модели. Однако как эффект от гидравлического разрыва пласта на добывающем фонде, так и развитие техногенных трещин на нагнетательном моделируются обычно скин-фактором, без учета геометрии и направления трещин.

Существует 2 основных момента, на которые необходимо обратить внимание при моделировании процесса заводнения с техногенными трещинами: задание давления разрыва/развития

Главнов Николай Григорьевич, заместитель заведующего отделом мониторинга разработки месторождений. E-mail: [email protected]

техногенной трещины и использование в расчетах зависимости приемистости от давления нагнетания. Аналитически давление разрыва породы на нагнетательных скважинах можно получить, используя различные методики и корреляции, базирующиеся на результатах операций ГРП на добывающем фонде скважин и учитывающие в себе механические аспекты породы, термо- и по-роупругие эффекты [3]. С теоретическим обоснованием зависимости приемистости от забойного давления, превышающего давление разрыва, дело обстоит не так очевидно. Автором был найден только один приближенный метод [4], основанный на интегральных законах сохранения энергии, выраженный формулой [1]:

5P4 =

Я 64khE'RAP Q

М

h4

ChQ)>

(1)

где 5Р = Рзаб - Р^ - перепад давления на трещине, Па; Рзаб - забойное давление, Па; Р^ - давление в трещине, Па; АР = Р^ - Рт - репрессия на пласт, Па; Рпл - пластовое давление на контуре питания, Па; 0 = 2лкИ(АР) - безразмерный расход жидкости, 0 - полный расход жидкости, м3/сек; и - вязкость жидкости, Пас; Е' -плоский модуль Юнга, Па; к - мощность пласта, м; к - эффективная проницаемость, м2; Я - радиус контура питания, м. Как утверждается в работе [4] расчеты по выше указанной формуле хорошо согласуются с промысловыми данными.

Для наиболее точного экспериментального определения давления разрыва используют так

называемый метод пошаговой закачки (Step Rate Test). Суть его заключается в последовательном (пошаговом) увеличении скорости закачки жидкости в скважину и ожидания на каждом этапе стабилизации давления на забое (рис. 1,а). В отличие от записи индикаторной кривой метод пошаговой закачки - это исследование на неустановившихся режимах фильтрации. Кроме давления разрыва метод позволяет оценить такие параметры как среднее пластовое давление на контуре питания (рис. 1,б), проницаемость, скин и самое главное зависимость приемистости нагнетательной скважины от забойного давления. Тем самым для выбора оптимального метода моделирования заводнения при давлениях выше давления разрыва будем использовать критерий согласованности между результатами моделирования и теоретической зависимостью (1) или интерпретацией фактического исследования методом пошаговой закачки (рис. 1,б).

чаО

к

Ри 3BJIT ие .

тренд ты

/ i

Время

1аб

разр

а)

к

А V

/

у 4

/

давлению, согласно схеме рис. 1,а. По результатам расчетов строились зависимости забойного давления от приемистости.

Первый способ: трещина моделировалась

заданием повышенных проницаемостей (кХр и ку) сеточных блоков, расположенных симметрично относительно нагнетательной скважины (рис. 2,а), рассчитанных по формулам:

к? =

Ax

Ax - w w

- + -

к

к

к

x (Ax - w)ky + wk к = --

Ax

fr

У

(2)

где Ах - размер ячейки, в нашем случае 20 м; w - средняя ширина трещины [3], к^ = п2 /64 -проницаемость трещины [5], кх и ку - проницаемости ячейки в перпендикулярном и параллельном направлениях трещины.

Приемистость

б)

Рис. 1. Метод пошаговой закачки: а) процедура проведения; б) интерпретация

К рассмотрению предлагается 3 способа учета развития техногенных трещин в гидродинамических моделях с помощью стандартных средств Eclipse. Сравнение проводилось на трехмерной секторной модели с пятиточечной системой расположения скважин. В тесте нагнетательная скважина работала на режиме управления по

• •

i

Щ

• •

^ 450 я

Ч 400 о

'§ 350 ю я

300

250

Без трещины С трещиной

50 100 150 200 Приемистость, м3/сут

250

300

б)

Рис. 2. Прямой метод: а) модель трещины; б) зависимость забойного давления от закачки

0

Углеводородные и минеральные ресурсы

Ориентация сетки каркаса должна совпадать с направлением развития трещины, которое в свою очередь может быть оценено обобщением проведенных исследований на месторождении (анализ кернового материала, тектонических условий региона, индикаторных исследований, результатов записи широкополосного акустического каротажа до и после операций ГРП на добывающем фонде, анализ динамики технологических показателей работы скважин). В результате наклон кривой приемистости относительно невозмущенного случая (рис. 2,б) становится по-ложе (рост коэффициента приемистости). Отсутствие среди параметров модели давления разрыва породы является очевидным недостатком применения явного способа моделирования трещины. Также нет связи длины трещины с забойным давлением, т.е. исключена возможность согласованного развития техногенной трещины.

Второй подход - это увеличение коэффициента приемистости при давлениях выше давления разрыва с помощью ключевого слова 'ШММиЬТ, основными параметрами которого являются непосредственно давление разрыва и градиент увеличения подвижности (коэффициента приемистости). На каждом шаге происходит расчет мобильности флюида с дополнительным поправочным коэффициентом I:

3 =

Г1 + а(Рзаб - Рразр), Р3

1,

заб * Рразр '

Р < Р

заб разр

(3)

где а -градиент увеличения подвижности (в нашем случае 0,1); Рразр - давление разрыва.

Анализируя вид кривых (рис. 3,а), полученных при различных давлениях разрыва, видно, что все кривые при росте забойного давления выходят на асимптоту. Предполагаем, что асимптотика связана с размерами ячеек, соединяющихся со скважиной, т.к. с ростом давления нагнетания проводимость этих ячейках растет, обеспечивая стремление всех кривых к одному значению. Достоинствами способа являются наличие среди параметров давления разрыва породы и возможность согласованного увеличения коэффициента приемистости. Недостатком остается отсутствие связи длины трещины с забойным давлением, что приводит к радиальному (неэллиптическому) оттоку от скважины.

Третий способ моделирования с учетом развития техногенной трещины связан с изменением проницаемости пласта в отдельных ячейках в зависимости от давления с помощью команды ЯОСКТЛБ. Этот метод сочетает в себе два предыдущих: выделение региона с возможным развитием трещины как на рис. 2,а, и переопределение проницаемости ку (к^ не изменяется (2)) в этом регионе по формуле:

кур = I у

Р < Р

заб разр

Дк°, Рзаб * Р,

разр

(4)

где ку - начальная проницаемость ячейки; кур -

модифицированная проницаемость ячейки, Д -

поправочный коэффициент, который может быть получен из формулы (2).

600

_

те

1

я =

1С

-5

250

1 1 1 1111111 1111111 1111111

[ 1 |_ \Г \ \ \ \ /III ^ХяЛ^Р 1 |- А— 1_ _1<йЯЯг' _1 _1

1 1 [ ----1--- Г\ 1 ' 1 1 | 0 1 1 1 1 1111 ы^Гг-^ТР |---1 |---1

[ /5' -1 1 ] —О— Без три ни 11 ы

1 г 1/ 1 1 1 1 1 1 _ 1_ 1_ 1_ ---Рразр=390 ---Рразр=410 ' .........Рразр-430 -Рразр=450 —1-1-1-1- —1-1-1-1-

/| 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

А г ® 1 1 --1- г г г 1 1 1 -1---1-1—

О 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Приемистость, м3/сут а)

хг.-" 1 '-V

I /V I

---1---

V *>1 I I

' ' \ I I

а те ч а

250

—о— Без трещины

---Рразр=390

---Рразр=410

.........Рразр=430

-Рразр=450

-1—1 I \ I

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Приемистость, м3/с\т б)

Рис. 3. Результаты расчета при разных давлениях разрыва с использованием команды: а) ^МШМиЬТ; б) ЯОСКТЛБ

По сравнению с предыдущими подходами применение команды ЯОСКТЛБ представляется наиболее физически обоснованным, учитывающим как давление разрыва, так и возможный рост техногенной трещины. Из рис. 3,б видно, что данный подход хорошо согласуется с видом интерпретации метода пошаговой закачки.

Выводы: рассмотрены основные подходы к гидродинмическому моделированию процесса заводнения с учетом развития техногенных трещин. Показано, что результаты реализованные подходом с изменением проницаемости в зависимости от давления нагнетания наиболее точно

повторяют теоретические зависимости. Важно понимать, что корректное моделирование процесса заводнения при давлениях выше давления разрыва позволит правильно планировать и оптимизировать систему разработки месторождений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Крейг, Ф.Ф. Разработка нефтяных месторождений при заводнении. - М.: Недра, 1974. 189 с.

2. Hagoort, J. Waterflooded-induced hydraulic fracturing: Dphil. - Delft, 1981. 230 p.

3. Главнов, Н.Г. Анализ развития техногенных трещин на нагнетательных скважинах крапивинского

месторождения / Н.Г. Главнов, Б.Б. Квеско // Современные технологии для ТЭК Западной сибири: Матер. Всерос. научно-технической конференции. - Тюмень, 2011. С. 69-74.

4. Построение расчетных моделей для оценки эффективности работы нагнетательных скважин при добыче углеводородов из сложнопостроенных коллекторов: отчет о НИР: Моск. обл. отд. АДА при МФТИ ВАКО «Союз»; исп. Извеков О.Я. -М., 2008. 58 с.

5. Маскет, М. Течение однородных жидкостей в пористой среде. - М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2004. 628 с.

COMPARISON THE WATER FLOODING MODELING METHODS TAKING INTO ACCOUNT THE DEVELOPMENT OF TECHNOGENIC CRACKS BY MEANS OF HYDRODYNAMIC MODELING STANDART

PACKAGES

© 2011 N.G. Glavnov JSC "TomskNIPIneft"

The comparative analysis of approaches to the modeling of waterflooding process at pressure above rock rupture pressure is made. Recommendations for choice the optimum way from the point of view of conformity to theoretical dependences and actual researches on unsteady modes of filtration are made.

Key words: hydraulic rupture of a layer, technogenic crack, delivery hole, hydrodynamic model

Nikolay Glavnov, Deputy Chief of the Department of Monitoring the Working Out Deposits. E-mail: [email protected]