Влияние капиллярных концевых эффектов на работу скважин различного типа в недонасыщенных коллекторах Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

малым по сравнению с коллектором и принимается нулевым, а функции ОФП — линейно зависящими от соответствующих насыщен-ностей. Таким образом, на границе первого и второго региона возникает скачок капиллярных свойств, характерный для контакта «пласт-скважина», но не учитываемый при стандартном моделировании работы скважин в программах-симуляторах.

При построении куба начальной нефте-насыщенности использован так называемый физический подход, основанный на условиях капиллярно-гравитационного равновесия. Уровень водонефтяного контакта (зеркала свободной воды) задан ниже подошвы модели таким образом, что начальная нефтенасыщенность (в долях эффективной пористости) у кровли резервуара составила около 0,9 д.ед. При этом у подошвы она равняется 0,84 д.ед. То есть, весь рассматриваемый элемент залежи имитирует собой не-донасыщенный по нефти коллектор. В случае слоистого пласта, пропластки с ухудшенными свойствами характеризуются пониженной нефтенасыщенностью по сравнению с основным коллектором за счет более высокого капиллярного давления (рис. 1б).

Моделирование технологических режимов работы скважины

Моделирование технологических режимов работы скважин выполнено для серии вариантов со следующими параметрами. В начальный период (3 дня) скважина отрабатывается при повышенной депрессии,

забойное давление — 90 бар (1 бар=10-1 МПа). Затем в течение 180 дней осуществляется эксплуатация при забойном давлении 160 бар, с последующим переходом на 90 бар (интенсификация). Маркировка расчетов для трех типов скважин следующая: ННС без ГРП — ННС Hys, ННС с ГРП - ННС ГРП Hys, ГС с тремя поперечными трещинами ГРП - ГС МГРП Hys. Начальное состояние пласта в базовой серии расчетов соответствует, как указано выше, равновесной модели распределения флюидов. В отдельной серии расчетов учитывается проникновение фильтрата технологической жидкости в пласт в процессе заканчивания скважины. Оно моделируется предварительным (до освоения) поступлением воды через скважину при забойном давлении, соответствующем столбу жидкости с плотностью 1,02 кг/м3 в течение 10 дней. Расчеты данной серии имеют в маркировке букву W. Варианты расчетов на слоистой модели обозначены маркировкой Lay.

Характерный вид динамик обводненности скважин различного типа показан на рис. 4 для базовой серии вариантов и на рис. 5 — для вариантов с учетом зоны проникновения. Общей особенностью является различие стабилизированных значений и тенденций изменения обводненности во времени для разного типа скважин. В целом, чем большую интенсификацию притока обеспечивает система заканчивания скважины, тем выше стабилизированное значение обводненности и длительнее нестационарные эффекты ее изменения при смене режима

(рис. 6 и 7), что на качественном уровне соответствует промысловым данным, хотя в количественном плане эффект менее значителен. Это может быть связано с тем, что масштаб эффекта зависит от геолого-физических и технологических параметров системы «коллектор-скважина» в реальных условиях пласта, отличающихся от принятых данных, в частности, по функциям ОФП и капиллярного давления. Наблюдаемые особенности динамик обводненности являются следствием зависимости состава притока от баланса между градиентами капиллярного давления и создаваемыми гидродинамическими градиентами давления на границе «пласт - ствол скважины/трещина ГРП» и проявляются за счет формирования капиллярно-стабилизированной зоны с постепенным повышением водонасыщенности до максимального значения на границе [3]. При изменении технологического режима баланс изменяется, что приводит к переформированию капиллярно-стабилизированной зоны с накоплением или высвобождением воды. Этим объясняются характерные пики обводненности при переходе на повышенную депрессию через полгода эксплуатации, а также колебания обводненности с началом работы на более высоком забойном давлении после освоения скважины. В настоящее время подобные эффекты обычно объясняют выносом воды с забоя скважины, хотя предположение о ее накоплении в стволе в соответствующих количествах на предшествующем режиме часто не представляется

1

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 О

нефть вода коллекторКХ=10 mD

--- . коллектор К X=0.5mD

0,05

0,15

Водонасыщенносгь, д.ед

0,35

2,5

ч 1,5

1 1 1

— — — КоллекторКХ=0.5 тОпропитка

■ 1 — — — Коллектор КХ=0.5 mD дренирование

« II Коллектор КХ=10 mD пропитка

II II 1« и КоллекторКХ=10 гтЮдренирование

и и и

YV

V4. 4

0,2

0,4 0,6

Водонасыщенность, д.ед

Рис. 2 — Функции относительных фазовых проницаемостей для коллектора и низкопроницаемых прослоев (нормировка в ЭПП)

Рис. 3 — Функции капиллярного давления с учетом гистерезиса для слоев с различными свойствами (нормировка в ЭПП)

0,45 0,43

я °'41 ф

з 0,39 1

S °,37 Ь 0,35

о X

|о,зз

о

I 0,31

0,29

0,27 11.

_ ННС ННС ГРП

ГС МГРП

Г-

2010 01. 2011 02 2011 04 2011 06. Bp 2011 07. емя, сут 2011 09 и 2011 11. 2011 12. >011 02.

: 0,4

с

I 0,30,2 0,1

_ HHCW ННСГРП W

ГС МГРП W

1

11.2010 01.2011 02.2011 04.2011 06.2011 07.2011 09.2011 11.2011 12.2011 02.2012 Время, сутки

Рис. 4 — Сопоставление динамик обводненности скважин различного типа для базовой серии вариантов

Рис. 5 — Динамики обводненности скважин различного типа при учете проникновения фильтрата технологических жидкостей

реалистичным. Или относят к высвобождению так называемой «рыхлосвязанной воды», хотя этот термин не имеет конкретного гидродинамического смысла.

Время полной стабилизации обводненности при постоянных параметрах эксплуатации составляет порядка 1 месяца и более, что при фактических колебаниях режима работы скважины приводит к непрерывным нестационарным процессам в капиллярно-стабилизированной зоне и колебаниям обводненности. В наибольшей степени это характерно для ГС с МГРП.

В случае учета зоны проникновения характерные особенности динамик обводненности сохраняются. Отличия касаются только процесса освоения скважины с выходом фильтрата из околоскважинной зоны и

соответствующим изменением кривой стабилизации на режиме.

Проведенные сопоставительные расчеты вариантов с и без опции гистерезиса капиллярного давления показали, что качественные отличия между результатами отсутствуют. Количественные показатели, естественно, претерпевают небольшие изменения.

Более существенным является учет слоистого строения продуктивного пласта и наличия в нем прослоев с ухудшенными фильтрационно-емкостными свойствами. В этом случае степень недонасыщения и размер зоны действия капиллярного концевого эффекта различны в пропластках с разными параметрами. В рассматриваемых вариантах стабилизированные значения обводненности скважин в слоистом пласте немного

ниже, а время выхода на псевдоустановив-шийся режим существенно больше, чем в монолитном пласте (рис. 8 и 9). Это объясняется замедленными процессами переформирования капиллярно-стабилизированной зоны в пропластках с ухудшенными свойствами. При этом соотношение динамик обводненности скважин различного типа сохраняется тем же, что и для монолитного пласта, но их различие становится более выраженным.

Итоги

Результаты выполненных расчетов показали качественное соответствие наблюдаемым промысловым данным. Как стабилизированное значение обводненности продукции, так и ее динамика зависит от типа скважины и технологического режима. При изменении

Обводненность скважины, д.ед. 0,0000,100 0,200 0,300 0,4000,500 0,600 0,700 0,8000,9001,000

HHCHys ННС ГРПНуБ ГС МГРП Hys HHCWHys ННС TPnW Hys ГС МГРП W Hys HHCHys Lay ННС ГРП Hys Lay ГС МГРП hys Lay HHCWHys Lay HHC rpnw Hys Lay ГС МГРП W Hys Lay

1 1 0,287 .Вхо дной [ ик (за сутки tNav

0,320

0,315

0,82 8

0,610

0,509

_у

0 277

0316

0,321

0,836

0,586

0,499

1 1 1 1

Обводненность скважины, д.ед. 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000

HHCHys ННС ГРП Hys ГС МГРП Hys HHCWHys ННС rpnw Hys ГС МГРП W Hys HHCHys Lay ННС ГРПНуБ Lay ГС МГРП Hys Lay HHCWHys Lay HHC rpnw Hys Lay ГС МГРП W Hys Lay

1 1 0,303 ■ Вт< ричн Ш ПИК (за ча< :) tNav

\

0,379 \

\

0,43 I

)

0,302 \

\ <е- к

0,378\

0,43

\

0,282 \

\ \

0,3661

V

\

0,416

\ )

0,282 \

\ <г- У

0,366 \

V

0,41?

1 1 1 1

Рис. 6 — Сопоставление значений обводненности через 10 дней с начала освоения для скважин различного типа в различных вариантах расчетов, серый прямоугольник — выход технологической жидкости

Рис. 7 — Зависимость величины нестационарного "пика" обводненности при интенсификации режима от типа скважины в различных вариантах расчета. Красные стрелки — рост нестационарной обводненности от типа скважины, синие стрелки — сравнение вариантов с обработкой техжидкостью и без

.......— гг МГРП

t V

f

5.2011 05.2011 06.2011 06.2011 06.2011 07.2011 07.2011 07.2011 08.2011 Условная дата

0,44 0,43 0,42 0,41 i 0,4 i 0,39 : 0,38 0,37 0,36 0,35 0,34 ■ 0,33 0,32 0,31 0,3 0,29 0,28 0,27 05.

-HHCLayers

ГС МГРП Layers

\

Ч^^ -___

____

2011 05.2011 06.2011 06.2011 06.2011 07.2011 07.2011 07.2011 08.2011 Условная дата

Рис. 8 — Изменение обводненности скважин различного типа при Рис. 9 — Сопоставление нестационарных динамик обводненности смене режима в монолитном пласте скважин различного типа для слоистого пласта

депрессии происходит переформирование капиллярно-стабилизированной зоны с нестационарным изменением обводненности. Интенсификация режима за счет снижения забойного давления приводит к высвобождению части капиллярно-удерживаемой воды и характерному «пику» в динамике ее добычи. Обводненность не только меняется во время нестационарных процессов, но и после смены режима может устанавливаться на другом уровне. Продолжительность и интенсивность нестационарных процессов возрастает по цепочке «наклонно-направленная скважина .....•> наклонно-направленная скважина с ГРП.....•> горизонтальная скважина с многосталийным ГРП». Время выхода на псевдоустановившийся режим по составу притока измеряется величинами порядка одного месяца и более, что в фактических условиях нестабильности параметров эксплуатации приводит к незатухающим нестационарным эффектам с соответствующими существенными колебаниями обводненности продукции.

Abstract

In this paper the author tried to analyze observable features of operation of wells of different type in low-permeable undersaturated oil reservoirs of West Siberia using flow simulations with account for capillary end effect. For this purpose, a special approach is presented to model "reservoir to wellbore / fracture" interaction.

Materials and methods

Modeling in commercial flow simulator with special correction of the well inflow calculation method.

Results

Results of calculations show qualitative correspondence to the observable field data. The stabilized value of water cut of well production and its dynamics depend of the

Выводы

1. Установлена зависимость стабилизированных значений обводненности продукции скважин и их динамик от типа скважины и технологического режима.

2. Разработана специальная корректировка метода расчёта притока к скважине для учета капиллярного давления.

3. Теоретически исследованы незатухающие нестационарные эффекты с колебаниями обводненности продукции.

Список используемой литературы

1. Амикс Дж., Басс Д., Уайтинг Р. Физика нефтяного пласта. Перевод с англ. М.: Гостоптехиздат, 1962. 572 с.

2. Михайлов А.Н. Влияние капиллярных концевых эффектов на показатели разработки // Нефтяное хозяйство. 2013. №9. С. 54-56.

3. Индрупский И.М., Ястребкова К.А., Шупик Н.В. Моделирование технологических режимов работы скважин различного

type of the well and operating regime. When depression changes, the capillary-stabilized zone is reformed with nonstationary change of water cut. Production intensification by means of bottomhole pressure decrease leads to release of a part of capillary-retained water forming a typical "peak" in the dynamics of water production. The water cut not only changes during the nonstationary processes, but also can stabilize on different level after the mode change. Duration and intensity of the nonstationary processes increase in the

following order: "deviated/vertical well.....•>

deviated/vertical well with hydraulic fracturing

.....•> horizontal well with multistage hydraulic

fracturing". Time of transition to pseudo-steady state mode for inflow composition is measured by values of about a month or more, which, in case of typical operation pearameters' instability, leads to undamped nonstationary

типа в недонасыщенных коллекторах Западной Сибири с учётом капиллярного концевого эффекта. Международная конференция «Тюмень-2015. Глубокие горизонты науки и недр». Тюмень, 2015, 23-27 марта.

4. Индрупский И.М. Учет капиллярно удерживаемой воды при моделировании двухфазной фильтрации в лабораторных и пластовых условиях // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. 2009. № 11. С. 45-53

5. 1^0: tNavigator. Программа для моделирования процессов разработки нефтегазовых месторождений. Техническое руководство. Версия 3.3. Москва, 2012.

6. Закиров С.Н., Индрупский И.М., Закиров Э.С., Закиров И.С. и др. Новые принципы и технологии разработки месторождений нефти и газа. Часть 2. М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2009. 484 с.

UDC 622.276

effects with relevant essential fluctuations of well production water cut.

Conclusions

1. Dependence of stabilized values of well production water cut and its dynamics on well type and operating regime is shown.

2. The author developed a special modification of the calculation method for well inflow to account for capillary end effects.

3. Undamped nonstationary effects with fluctuations of well production water cut are theoretically analyzed.

Keywords

capillary end effect, multi-stage hydraulic fracturing, low-permeable reservoir undersaturated reservoir, nonstationary processes, stabilized zone

References

1. Amiks Dzh., Bass D., Uayting R. Fizika neftyanogoplasta [Physics of oil reservoir]. Translated from English. Moscow: Gostoptekhizdat, 1962, 572 p.

2. Mikhaylov A.N. Vliyanie kapillyarnykh kontsevykh effektov na pokazateli razrabotki [Influence of capillary trailing effects on development parameters]. Oil industry, 2013, issue 9, pp. 54-56.

3. Indrupskiy I.M., Yastrebkova K.A., Shupik N.V. Modelirovanie tekhnologicheskikh rezhimov rabotyskvazhin razlichnogo tipa v

nedonasyshchennykh kollektorakh Zapadnoy Sibiri s uchetom kapillyarnogo kontsevogo effekta [Modeling of technological modes of wells of different types of unsaturated collectors in Western Siberia taking account of the capillary end effect]. EAGE Tyumen 2015 Deep Subsoil and Science Horizons, Tyumen, 2015, 23-27 March.

4. Indrupskiy I.M. Uchet kapillyarno uderzhivaemoy vody pri modelirovanii dvukhfaznoy fil'tratsii v laboratornykh i plastovykh usloviyakh [The account for capillary retained water in two-phase

flow simulations at laboratory and reservoir conditions]. Avtomatizatsiya, telemekhanizatsiya isvyaz' v neftyanoy promyshlennosti, 2009, issue 11, pp. 45-53.

5. RFD tNavigator flow simulator Technical manual. Ver. 3.3, Moscow, 2012.

6. Zakirov S.N., Indrupskiy I.M., Zakirov E.S., Zakirov I.S. i dr. Novye printsipy i tekhnologii razrabotki mestorozhdeniy nefti i gaza [New principles and technologies of oil and gas fields' development]. Part 2. Moscow-Izhevsk: Institute of Computer Sciences, 2009, 484 p.

ENGLISH OIL PRODUCTION

Capillary end effect of wells different types at undersaturated reservoirs

Authors:

NataliaV. Shupik — postgraduate1; Scann500@gmail.com 1Oil and Gas Research Institute RAS (OGRI RAS), Moscow, Russian Federation

ф

таграс i энергосервис

Приемная: +7 8553 38-95-05 Маркетинг: +7 8553 38-95-16 tagras-es.ru

таграс-энергосервис.рф

Комплексный подход

Собственное производство светодиодных светильников

Тепловые сети

215

специалистов

1

Котельные 110шт

ВЛ 220,110, 35, 6(10)кВ

17000™

КТП 6(10)/0,Д кВ

17000

Подстанции класса

220/110/35/6(10) кВ

Количество сотрудников более ¿— ^ и и человек

Работы ведутся с ¿— контрагентами

Осуществляем деятельность по 80 видам услуг

20 29 61 67 71 75 77 80 2008 '2009 '2010 2011 2012 ' 2013 ' 201Д 2015

Ежегодный объем выполняемых работ:

¿2

>60

км

строительство ВЛ-6(10), 35, 110 кВ

1200

ремонт КТП

200

шт

монтаж КТП

800

км

капитальный ремонт ВЛ-6(10), 35,110 кВ

>300

шт

капитальный ремонт силовых трансформаторов с полной или частичной заменой обмоток класса 35/6-10 кВ

2100

шт

ремонт промышленных электродвигателей и генераторов

Ежегодный объем изготавливаемой продукции:

ЙЭ

их

ч1 ОППП -Шкафы КТП

Оиииед • Станции управления (ЧРЭП)

Траверсы

Предохранители 6 кВ БКТП

НКУ

Светодиодные светльники Конструкции для столбовых КТП Металлоконструкции

Перспективные направления деятельности:

л

Обучение по пожарно-техническому минимуму (ПТМ).

ЧЧ

Монтаж, обслуживание, АСКУЭ, пусконаладочные работы и ремонт энергетического оборудования

Экспертиза промышленной безопасности

Энергоаудит с составлением энергетического паспорта

а)

Собственные метрологические лаборатории

Лаборатория химического и хроматографического анализа масла

Собственные электротехнические лаборатории (и мобильные передвижные)