Математическое моделирование двухфазной фильтрации в обводненном пласте с осадкообразованием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.05, кандидат физико-математических наук Идрисова, Гульчачак Равиловна

• Идрисова, Гульчачак Равиловна
• кандидат физико-математических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Идрисова, Гульчачак Равиловна

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР РАБОТ ПО ИЗОЛИРУЮЩИМ И ПОТОКООТКЛОНЯЮЩИМ ТЕХНОЛОГИЯМ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ

1.1. Физико-химические и гидродинамические основы применения потокоотклоняющих и изолирующих технологий

1.2. Промысловый опыт применения технологий

1.3. Принципы математического моделирования потокоотклоняющих технологий 24 Выводы к разделу

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫТЕСНЕНИЯ НЕФТИ С УЧЕТОМ ИЗВЕСТНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

2.1. Система уравнений, описывающих процесс

2.2. Использование при моделировании экспериментальных исследований по изучению фильтрации различных реагентов

2.3. Анализ результатов вычислений 43 Выводы к разделу

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫТЕСНЕНИЯ НЕФТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭМПИРИЧЕСКОЙ ЗАВИСИМОСТИ ИНТЕНСИВНОСТИ ОСАДКООБРАЗОВАНИЯ

3.1. Постановка задачи

3.2. Использование теоретической зависимости количества выпадающего в пористой среде осадка от концентрации реагента

3.3. Краевые условия

3.4. Результаты вычислений 83 Выводы к разделу

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГНЕТАНИЯ В СРЕДУ РЕАГЕНТА, ТЕМПЕРАТУРА КОТОРОГО ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ ПЛАСТОВОЙ 92 4.1. Математическая модель процесса

4.2. Введение зависимостей величин для моделирования процесса

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математическое моделирование двухфазной фильтрации в обводненном пласте с осадкообразованием»

Актуальность темы. В процессе разработки нефтяных месторождений происходит непрерывное понижение пластового давления. Для полноты извлечения нефти в пласт закачивают воду, которая движется по зонам с большей проницаемостью, оставляя не охваченной нефть, находящуюся в низкопроницаемых участках. Для доизвлечения оставшейся нефти в обводненных пластах используются различные потокоотклоняющие технологии. По одной из самой распространенной методик в пласт закачивают специальный состав, который при взаимодействии с водой образует осадок, что приводит к резкому падению фазовой проницаемости воды. Повторная закачка воды приводит к тому, что она не может двигаться по участкам, занятым осадком, в результате чего вода начинает вытеснять нефть из первоначально малопроницаемых участков, насыщенных нефтью.

Добыча остаточных запасов нефти, сосредоточенных в низкопроницаемых областях неоднородного коллектора, традиционными методами характеризуется низкой эффективностью. К настоящему времени разработано значительное количество подходов, методов и технологий регулирования заводнения нефтяных коллекторов путем ограничения отборов воды, использования тампонирующих составов и водоизолирующих добавок, которые в целом позволяют добиться повышения нефтеотдачи. Вместе с тем, не определены или не обоснованы оптимальные параметры технологий селективной водоизоляции, что не позволяет использовать все преимущества данных методов увеличения нефтеотдачи. Поэтому определение оптимальных параметров технологий изоляции водопритока в обводненных пластах с помощью математического моделирования является актуальной проблемой для разработки нефтяных месторождений.

В литературе представлено большое разнообразие математических моделей, с помощью которых возможно описание процесса фильтрации с учетом осадкообразования. Так, в работах предшествующих авторов при моделировании образования высоковязких гелевых барьеров принималось, что основным механизмом осаждения является адсорбция гелеобразующих реагентов на поверхности скелета пористой среды. При этом изменение скорости фильтрационных течений учитывалось через фактор гидравлического сопротивления, который зависит от концентрации адсорбированных компонент. Недостатком моделей является то, что температура закачиваемой воды с реагентом равна температуре пласта, не рассматривались случаи отличия температур закачиваемой воды и реагента.

Цель работы. Математическое моделирование процесса осадкообразования при закачке в пласт воды с осадкообразующим реагентом, в том числе в неизотермических условиях, с учетом аппроксимированных экспериментальных зависимостей и времени образования осадка в пористой среде.

Задачи исследования.

- аппроксимация экспериментальных данных в виде математических функций объемной доли осадка от концентрации осадкообразующего реагента;

- математическое моделирование процесса двухфазной фильтрации с осадкообразованием с учетом аппроксимированных экспериментальных зависимостей и времени образования осадка в пористой среде;

- математическое моделирование процесса осадкообразования в пористой среде в случае закачки в пласт реагента, температура которого отличается от пластовой температуры.

Методы исследования. Исследования проводились путём математического моделирования рассматриваемых процессов: постановка задачи, выбор системы уравнений и краевых условий, математическое представление экспериментальных зависимостей физических характеристик процесса, численное решение уравнений.

Научная новизна. Предложена методика математической обработки экспериментальных данных, позволяющая использовать при математическом моделировании аппроксимированные зависимости объемной доли осадка от концентрации осадкообразующего реагента и учитывать время образования осадка в процессе фильтрации.

Решена неизотермическая задача осадкообразования в обводненном пласте при нагнетании в пористую среду осадкообразующего реагента, температура которого отличается от пластовой температуры, с учетом зависимости характерного времени осадкообразования от температуры.

Практическая ценность работы заключается в возможности использования результатов исследований для анализа и прогнозирования разработки нефтяных месторождений путём вытеснения нефти водой с добавлением осадкообразующего реагента, включая случаи, когда температура осадкообразующего реагента отличается от пластовой температуры.

Основные защищаемые положения.

1. Математическая модель нагнетания в нефтяной пласт воды с осадко-образующим реагентом, в которой учитываются экспериментальные данные о фильтрации осадкообразующих реагентов в пористой среде.

2. Методика построения аппроксимированных зависимостей объемной доли осадка от концентрации осадкообразующего реагента по экспериментальным данным, учитывающим наличие предельной концентрации эффективного действия реагента.

3. Математическая модель процесса осадкообразования в пористой среде при нагнетании в неё воды с реагентом, температура которой отличается от пластовой температуры.

Объем и структура диссертации: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы.

Заключение диссертации по теме «Механика жидкости, газа и плазмы», Идрисова, Гульчачак Равиловна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведено математическому моделированию процесса фильтрации воды с осадкообразующим реагентом в пористой среде с учетом известных экспериментальных данных. Предложен методический подход по обработке экспериментальных данных для использования в математическом моделировании водоизолирующих технологий, предполагающий аппроксимацию данных в виде функциональной зависимости объемной доли осадка от концентрации осадкообразующего компонента. Показано, что такие зависимости могут быть представлены в виде полинома второй степени.

2. Выявлено, что при относительно более высоких значениях начальной водонасыщенности пласта наблюдается более равномерное распределение осадка вдоль пласта. Показано, что увеличение концентрации осадкообразующего реагента в нагнетаемой воде приводит к более равномерному осадкообразованию, однако существует некая предельная концентрация реагента, выше которой происходит закупоривание не только обводненных участков, но и той части пористой среды, которая занята остаточной нефтью.

3. Сопоставление результатов расчетов с использованием экспериментальной параболической и теоретической линейной зависимостей показало, что игнорирование экспериментальными результатами может привести не только к неоправданно завышенным результатам, но и дать искаженную картину всего процесса осадкообразования.

4. Установлена необходимость учета эмпирической зависимости интенсивности осадкообразования от времени осадкообразования, определяемого экспериментально. Показано, что чем больше время осадкообразования, тем большая область призабойной зоны пласта (ПЗП) охвачена воздействием.

5. Проведено математическое моделирование неизотермического процесса осадкообразования в обводненном пласте при нагнетании в пористую среду реагента, температура которого отличается от пластовой, с зависимостью характерного времени осадкообразования от температуры. Показано, что закачка «горячего» или «холодного» реагента в пласт существенно влияет на охват ПЗП процессом осадкообразования. Это позволяет регулированием температуры нагнетаемого в пласт раствора использовать технологию либо для временного глушения скважины («холодная» закачка), либо для полной изоляции обводненного пласта («горячее» заводнение).

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Идрисова, Гульчачак Равиловна, 2012 год

1. Алтунина Л.К., Кувшинов В.А. Увеличение нафтеотдачи пластов композициями ПАВ. Новосибирск: Наука, 1995. - 198 с.

2. Бармин A.A., Гарагаш Д.И. О фильтрации раствора в пористой среде с учетом адсорбции примеси на скелет // Изв. РАН. МЖГ. 1994. - № 4. - С. 97 -110.

3. Батрашкин В.П. Оптимальное применение технологий селективной изоляции заводненных пластов в добывающих и нагнетательных скважинах: Авто-реф. диссер. . к.т.н. Уфа. ИПТЭР. 2007 г. - 22 с.

4. Большаков Ю.Я. Динамическое моделирование залежей нефти и газа. -Тюмень: Нефтегазовый Университет, 2003. 307 с.

5. Бриллиант Л.С. и др. Результаты опытно-промышленных работ ОАО «НК Черногорнефтеотдача» по увеличению нефтеотдачи пластов // Нефтяное хозяйство. 1997. -№Ю.-С. 37-44.

6. Волощук В.А. Кинетическая теория коагуляции. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.-284 с.

7. Газизов A.A. Увеличение нефтеотдачи неоднородных пластов на поздней стадии разработки. М.: «Недра-Бизнесцентр», 2002. - 639 с.

8. Газизов А.Ш. О механизме действия полимердисперсных систем на обводнённые продуктивные пласты. М.: ВНИИОЭНГ, 1986. - Деп. рук. № 1315/нг. - 15 с.

9. Газизов А.Ш., Газизов A.A. Повышение эффективности разработки нефтяных месторождений на основе ограничения движения вод в пластах. М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 1999.-285 с.

10. Газизов А.Ш. и др. Воздействие полимердисперсных систем на «языки» прорыва воды // Численные методы решения задач фильтрации и оптимизации нефтедобычи. Казань: Физ.-тез. ин-т Казан, фил. АН СССР, 1990. - С. 25-30.

11. Газизов А.Ш. и др. Применение полимердисперсных систем и их моди- * фикаций для повышения нефтеотдачи // Нефтяное хозяйство. 1998. - №2.1. С. 12-14.

12. Газизов А.Ш., Петухов В.К., Исмагилов И.Ю. и др. Способ изоляции притока воды в скважину // A.c. № 933963 СССР. М.: Б.И. 1982. № 21.

13. Галеев Р.Г., Тахаутдинов Ш.Ф., Хисамов P.C. и др. Результаты и перспективы применения новых технологий увеличения нефтеотдачи пластов на месторождениях Татарстана // Нефтяное хозяйство. 1998. - № 7. - С. 14-17.

14. Гиматудинов P.M. Разработка нефтяных и газовых месторождений. М.: Недра, 2001.-426 с.

15. Дудиков B.C. Опыт применения гелеобразующих композиций на объектах Татарстана // Вестник Инжинирингового центра ЮКОС. 2001. - № 2. -С. 97 - 99.www.tpu.ru/files/nu/ignd/section4.pdf.

16. Ентов В.М., Зазовский А.Ф. Гидродинамика процессов повышения нефтеотдачи. М.: Недра, 1989. - 232 с.

17. Зубков П.Т., Федоров K.M. Влияние гелевых барьеров на течение воды и нефти в неоднородном пористом пласте // Изв. РАН. МЖГ. 1995. - № 2. -С. 99- 107.

18. Зубков П.Т., Федоров K.M. Механизм формирования высоковязких барьеров в неоднородных нефтяных пластах // Изв. РАН. МЖГ. 1994. - № 1. -С. 98- 103.

19. Ибрашев К.Н., Исказиев К.О., Ермеков М.М. Обзор физико-химических методов регулирования процесса заводнения неоднородных пластов // Нефть и газ. 2009. - № 3. - С. 69 - 79.

20. Идрисова Г.Р. Математическая модель процесса фильтрации воды с осад-кообразующим реагентом в пористой среде // Обозрение прикладной и промышленной математики. 2010. - Т.17, вып. 3. - С. 414 - 415.

21. Ковалева JI.A., Идрисова Г.Р., Мавлетов М.В., Мусин A.A. Математическое моделирование двухфазной фильтрации в обводненном пласте с осадкообразованием // Изв. РАН. МЖГ. 2011. - № 1. - С. 101 - 108.

22. Коробов К.Я., Трефилов В.А., Антипин Ю.В. Изучение фильтрации жидкостей различной вязкости при малых градиентах // Тр. УНИ. Уфа: Баш-книгоиздат, 1975. - Вып. 8. - С. 84 - 90.

23. Котенев Ю.А. и др. Технология ограничения водопритоков на основе алюмосиликата и математическое моделирование ее применения в продуктивных пластах // Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений. -2004.-№4.-С. 60-63.

24. Лозин Е.В. Результаты разработки и принципы доразработки объектов с заводнением // Нефтяное хозяйство. 1987. - №12. - С. 36 - 39.

25. Лозин Е.В. и др. Разработка и внедрение осадкогелеобразующих технологий // Нефтяное хозяйство. 1996. №2. С. 39-41.

26. Лозин Е.В., Хлебников В.Н. Применение коллоидных реагентов для повышения нефтеотдачи. Уфа, 2003. - 236 с.

27. Лутфуллин A.A. Основные методы увеличения охвата пластов воздействием в России// Бурение и Нефть. 2009. - №1. - С. 6 - 9.

28. Манапов Т.Ф. Научно-методические основы выработки остаточных запасов нефти из неоднородных по проницаемости пластов: дисс. . док. техн. наук. М., 2011 -296 с.

29. Маскет М. Физические основы технологии добычи нефти. М., Ижевск: ИКИ, 2004. - 606 с.

30. Милованов И.В. Совершенствование комплекса технологий и технических средств для интенсификации добычи нефти: Автореф. дис. . к.т.н. М. 2009.

31. Мирзаджанзаде А.Х., Хасанов М.М., Бахтизин Р.Н. Этюды о моделировании сложных систем нефтедобычи. Уфа: Гилем, 1999. - 468 с.

32. Муравьев Е.П. Эксплуатация нефтяных и газовых месторождений. М.: Недра, 2002. - 534 с.

33. Мусабиров М.Х. Разработка комплекса технологий сохранения и увеличения продуктивности при вскрытии и эксплуатации нефтяных пластов: Автореф. диссер. . д.т.н. Бугульма. ТатНИПИнефть. 2007 г. - 39 с.

34. Никаныпин Д.П, Никифоров А.И. Моделирование переноса частиц различного размера двухфазным фильтрационным потоком. // ИФЖ. 2000. -Т. 73. -№ 3. - С. 497-500.

35. Никифоров А.И. Моделирование движения двухфазной жидкости в пластах при изменяющейся структуре порового пространства: дисс. . док. физ.-мат. наук. Казань, 2005 г. - 332 с.

36. Никифоров А.И., Никаныпин Д.П. Перенос частиц двухфазным фильтрационным потоком // Математическое моделирование. 1998. - Т. 10. - № 6. С. 42-52.

37. Николаевский В.Н., Басниев К.С., Горбунов А.Т., Зотов Г.А. Механика насыщенных пористых сред. М.: Недра, 1970. - 339 с.

38. Нуруллин Р.Ф. Моделирование заводнения нефтяного пласта с использование термогелей: Автореф. диссер. . к.ф.-м.н. Тюмень. ТюмГУ. 2010 г. -22 с.

39. Румянцева Е.А. Оптимизация параметров потокоотклоняющих технологий увеличения нефтеотдачи пластов с применением гелеобразующих технологий: Дисс. . канд. техн. наук. Уфа, 2004 г. - 186 с. *

40. Салех С.К. Использование катионно-активных ПАВ для регулирования времени гелеобразования // Вестник Инжинирингового центра ЮКОС. -2001. -№ 2. С. 141-143. www.tpu.ru/files/nu/ignd/section4.pdf.

41. Сотниченко A.A. Опыт применения гелеобразующих композиций на объектах Западной Сибири // Вестник Инжинирингового центра ЮКОС. 2001. - № 2. - С. 147-148.www.tpu.ru/files/nu/ignd/section4.pdf.

42. Стрельцов Ф.С. Особенности гидродинамического моделирования разработки месторождений Западной Сибири // Вестник Инжинирингового центра ЮКОС. 2001.-№ 2.-С. 148- 150. www.tpu.ru/files/nu/ignd/section4.pdf.

43. Федоров K.M. Аналитические исследования процесса гелеобразования в призабойной зоне скважин // Изв. РАН МЖГ. 1997. - №4. - С. 80 - 87.

44. Федоров K.M., Гаврилова Н.М. Математическое моделирование процесса обработки нагнетательных скважин гелеобразующим составом «Галка» // Материалы IV международной конференции «Химия нефти и газа». Томск: S TT, 2000. - T. 1. - С. 443 - 448.

45. Хасанов М.М., Булгакова Г.Т. Нелинейные и неравновесные эффекты в реологически сложных средах. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. - 288 с.

46. Хисамов P.C., Газизов A.A., Газизов А.Ш. Увеличение охвата продуктивных пластов воздействием. -М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2003. 568 с.

47. Чарный И.А. Подземная гидрогазодинамика. М.: Гос. научно техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, 1963. - 397 с.

48. Шандрыгин А.Н., Лутфуллин A.A. Основные тенденции развития методов увеличения охвата пластов воздействием в России. SPE - 117410—PP., 2008.

49. Ярославов А.О. Математическое моделирование фильтрации неньютоновских жидкостей в слоисто-неоднородных пластах и разработка методикстатистического анализа геолого-промысловой информации: Автореф. дис-сер. . к.ф.-м.н. Тюмень. ТюмГУ. 2003 г. - 24 с.

50. Avery M.R., Sutphen J.A. Field evaluation of production well treatments in Kansas using crosslinked cationic polymer gel // Proc. 8 Tertiary Oil Recovery Conf., Wichita, Kansas, 1991, v. 11. P. 31 - 42.

51. Chauveteau G., Tabary R., Renard M., Omari A. Controlling in-situ gelation of polyacrylamide by zirconium for water shutoff // Symp. on oilfield chemistry, Houston, TX, 16 19 Feb. 1999. SPE 50752. - P. 1 - 10.

52. Coen E.M., Gilbert R.G., Morrison B.R., Leue H., Reach S. Modeling particle size distributions and secondary particle formation n emulsion polymerization // Polymer. 1998. 39. № 26. P. 7099 - 7112.

53. Dawson R., Lantz R.B. Inaccessible pore volume in polymer flooding // Society of Petroleum Engineering Journal, October 1972. P. 448 - 452.

54. Eclipse 100. Руководство пользователя, 2002. 987 с.

55. Eclipse 100. Справочное руководство, 2002. 626 с.

56. Gao H.W., Chang М.М., Barchfield Т.Е., Tharn M.K. Permeability modification simulator of polymer-geltreatment initiation time and crossflow effects on wa-terflood oil recovery // SPE Reservoir Enginiering. August 1993. P. 221 - 227.

57. Hatzantionis H., Goulas A., Kiparissides C. A comprehensive model for the prediction of particle-size distribution in catalyzed olefin polymerization fluidized-bed reactors // Chemical Engineering Science, 1998, v . 53, № 18. P. 3251 -3267.

58. Hessert J.E., Eleming P.D. Gelled polymer theology for control of water in injection and production wells // Proc. Ill Tertiary Oil Recovery Conf., Wichita, Kansas, 1979, Vol. 4. P. 58 - 70.

59. Hubbard S., Roberts L.J., Sorbie K.S. Experimental and Theoretical Investigation of Time-Setting Polymer Gels in Porous Media // SPE Reservoir Engineering, 3, №4, November 1988. P. 1257 - 1267.

60. Klaveness T.M., Ruoff P. Kinetics of the cross linking of Polyacrylamide with Gr(III). Analysis of possible mechanisms // J. Phys. Chem., 1994, 98. - P. 10119-10123.

61. McCool C.S., Green D.W., Weilbite G. Paul. Permeability reduction mechanisms involved in in-situ Gallation of a Polyacrylamide // SPE Reservoir Eng. 1991, 6,№1.-P. 77-83.

62. Patil D.P., Andrews J.R.G. An analytical solution to continuous population balance model describing floe coalescence and breakage A special case // Chemical Engineering Science, 1998, v . 53, № 3. - P. 599 - 601.

63. Scott T., Roberts L.J., Sharpe S.R. et al. // SPE Reservoir Eng., Nov. 1987, 2, №4. P. 634 - 646.

64. Todd B.J., Willhite G.P., Green D.W. Mathematical Model of In-Situ Gelation of Polyacrylamide by a Redox Process // SPE Reservoir Engineering, February 1993.-P. 51-58.