Тер-Саркисов P.M. Разработка месторождений природных газов

Подождите немного. Документ загружается.

20 30

R,M

Рис. 3.32.

Динамика

профиля

насыщенности

коллектора

конденсатом

призабойной

зоне

скважины

после

ее

остановки

при

пластовом

давлении,

МПа:

/ - 28; 2 - 20; 3 - 10

зывает изменений в профиле насыщенности коллектора конденсатом. Так,

в расчетах профили насыщенности призабойной зоны скважины сразу

после остановки и через 1 мес выдержки скважины при том же пластовом

давлении практически не различались. Более того, лишь некоторое измене-

ние

в распределении конденсата у забоя скважины влечет последующее

простаивание скважины при понижении давления в ее окрестности. Как

видно из того же рис. 3.32, последующее понижение пластового давления в

районе скважины от 28 до 10 МПа вызывает понижение максимальных

значений насыщенности от 0,38 до 0,29. При этом размеры зоны повы-

шенной

насыщенности коллектора практически не изменяются. Несколько

повышаются средние по пласту значения конденсатонасыщенности в соот-

ветствии с дифференциальной конденсацией пластовой углеводородной

системы.

Представленные результаты можно объяснить следующим образом.

При

накоплении ретроградного конденсата у забоя скважины компонент-

ный

состав накапливающейся жидкости подстраивается под состав пласто-

вого газа (в термобарических условиях призабойной зоны). В

результате

этого компонентный состав жидкости у забоя скважины в значительной

мере отличается от его состава при дифференциальной конденсации. После

остановки скважины и понижения в ее окрестности пластового давления

происходит отток газа от скважины за счет его расширения. При этом

наблюдается равновесие газовой фазы и ретроградной жидкости у забоя

скважины. В

результате

составы газовой фазы (в

случае

пренебрежения

молекулярной диффузией) и жидкости отличаются от состава фаз в пласте

для данного уровня пластового давления. Естественно, что в этих условиях

молекулярная диффузия явится основным фактором, ведущим к расфор-

мированию зоны повышенной насыщенности жидкостью вокруг скважи-

ны.

301

3.3.6

Влияние динамических параметров

на

процесс фильтрации газоконденсатных смесей

числу наиболее важных динамических параметров, определяющих про-

цесс фильтрации газоконденсатных смесей в призабойной зоне пласта,

следует

отнести скорость фильтрации и темп изменения давления. Наибо-

лее существенным фактором, влияющим на механизм накопления конден-

сата, безусловно, является скорость фильтрации. Прежде всего, высокие

скорости фильтрации, характерные для условий призабойной зоны, вызы-

вают

существенную неравновесность массообменных процессов. Во-

вторых,

скорость фильтрации влияет на характер распределения фаз в по-

ристой среде, что выражается в зависимости относительных фазовых про-

ницаемостей от скорости. И, наконец, с возрастанием скорости фильтра-

ции

увеличиваются инерционные сопротивления.

При

фильтрации газоконденсатных смесей в пористых

средах

нерав-

новесность массообменных процессов может возникать из-за влияния на

эти

процессы самой пористой среды, а также за

счет

относительного дви-

жения фаз. Некоторые исследователи вводят понятия неравновесности об-

менных процессов 1-го рода, возникающих за

счет

влияния пористой сре-

ды, и 2-го рода, обусловленных движением фаз. Подавляющее большинст-

во исследований, выполненных к настоящему времени, касаются неравно-

весности обменных процессов первого рода. В частности, широко иссле-

довалось влияние пористой среды на фазовые переходы и неравновесность

процесса конденсации и испарения. При этом использовались два основ-

ных

подхода

к изучению этой проблемы. Один из них состоит в

учете

влияния

капиллярных сил на парожидкостное равновесие углеводородной

смеси. Второй

подход

основан на изучении влияния процессов адсорбции и

десорбции отдельных

углеводородных

компонентов на фазовое поведение

многокомпонентных

углеводородных

смесей. В числе основных работ,

развивающих первое из указанных направлений исследований, можно на-

звать экспериментальные и теоретические исследования, проведенные

Ф.А. Требиным и Г.И. Задорой, А.И. Ширковским, Ю.В. Желтовым и

В.В. Латоновым, А.Ю. Намиотом, Э.С. Садых-Заде, Ю.Г. Мамедовым и

Н.М.

Рафибейли, А.И. Брусиловским, В.Е. Мискевич, C.W.

Oxford

R. Huntington, P.M. Sigmund, P.M. Dranchuk и N.R. Morow, C.F.

Weinaug

J.C.

Cordell, K.S. Udell.

Второе

направление развивалось С.Н. Бузиновым,

А.С. Великовским, А.И. Гриценко, З.И. Козловцевой, А.Х. Мирзаджанзаде,

В.А. Николаевым, М.А. Пешкиным, P.M. Тер-Саркисовым, В.В. Юшкиным,

C.R. Clark.

результате

этих исследований было установлено незначительное вли-

яние

пористой среды на степень неравновесности процесса ретроградной

конденсации в статических условиях и несколько более значительное влия-

ние

пористой среды на неравновесность процессов испарения. Однако эти

выводы справедливы лишь, если фазы в пористой

среде

хорошо переме-

шаны.

В противном

случае

пористая среда может существенно изменить

структуру

распределения фаз в порах и тем самым повысить неравновес-

ность массообмена.

Значительный объем исследований был осуществлен по определению

302

щин,

а их доля от общей толщины прострела колеблется от 10 до 70 %.

Продуктивность и границы работающих интервалов определяются коллек-

торскими

свойствами пластов;

3) по данным расходометрии в большинстве остановленных скважин

перетоков не отмечается.

Анализ

текущего

состояния

эксплуатации

Разбуривание сеноманской залежи Медвежьего месторождения началось на

УКПГ-2.

В южной зоне месторождения (УКПГ-1 — УКПГ-4) бурились одиночные

скважины,

расстояние

между

которыми составляло 0,7 — 1,7 км. Исключе-

нием

были два экспериментальных куста из пяти скважин (на УКПГ-1 и

УКПГ-4).

Начиная с УКПГ-5 осуществлялось кустовое разбуривание с тре-

мя-четырьмя вертикальными скважинами и расстоянием

между

кустами

0,9 — 2,5 км. Всего в настоящее время на месторождении работает 79 кус-

тов, в том числе по УКПГ:

УКПГ-1 - 8 кустов; УКПГ-7 - 8 кустов;

УКПГ-4 - 9 кустов; УКПГ-8 - 16 кустов;

УКПГ-5 - 5 кустов; УКПГ-9 - 24 куста;

УКПГ-6 - 7 кустов; УКПГ-2 - 2 куста.

Из

473 пробуренных на

01.01.95

скважин наблюдательных и пьезомет-

рических — 90, эксплуатационных — 383, в том числе действующий фонд

составляет 341, т.е. на шесть скважин меньше, чем на

01.01.94,

что связано

с увеличением количества скважин, простаивающих из-за высокого давле-

ния

в коллекторе (скв.

521-524,

416, 617, 723,

425-427,

137, 139, 308, 810,

311), находящихся в капитальном ремонте или в ожидании его. В 1994 г.

наметилась тенденция снижения коэффициента использования скважин,

причем наиболее значительная на УКПГ-5, 7 и 8.

В настоящее время завершилось эксплуатационное разбуривание се-

номанской

залежи. Однако темп ввода дополнительного фонда отставал от

проектного.

Сеноманские

продуктивные отложения характеризуются высокими

фильтрационными

свойствами, установленными первоначально по резуль-

татам исследований разведочных скважин и впоследствии подтвержденны-

ми

данными по эксплуатационному фонду. Так, в период

1973—1974

гг. га-

зодинамические исследования скважин показали, что для обеспечения про-

ектного дебита 1 млн.

/сут

достаточно поддерживать депрессию на пласт

от 1,5 до 2,5 кгс/см

(0,147

—

0,245

МПа). Продолжительное время фактичес-

кие

рабочие дебиты превышали проектные, а в начальный период достига-

ли

1,5 — 2,0 млн.

/сут.

С выходом месторождения на проектный уровень

годовой добычи дебиты скважин постепенно приближались к проектным

значениям.

В настоящее время ежегодный темп падения дебитов составляет

30 — 40 тыс.

/сут,

что вызвано уменьшением энергетического запаса за-

лежи и началом периода падающих отборов. Тем не менее в целом продук-

тивная

характеристика остается достаточно высокой, так как около 34 %

действующего фонда работает с дебитами, достигающими 500 тыс.

/сут

более. На 5—10 % эксплуатационных скважин текущие рабочие дебиты

составляют 250 — 500 тыс.

/сут.

Лишь 16,7 % имеют

текущую

продуктив-

ность менее 250 тыс.

/сут

из-за высоких давлений в межпромысловых

коллекторах, влияния пластовой и конденсационной воды и невысоких

421

40 SO

Нормированная

конденсатонасьщенность,

30 40

Нормированная

конденсатонасьщенность,

Рис.

3.33. Влияние скорости фильтрации газокондеисатных смесей на фазовые проницаемости

коллектора

(по данным G.D.

Henderson

с соавторами).

Скорость,

м/сут: I - 0,88; 2 - 8,8; 3 - 35,2

Рис. 3.34.

Зависимость

от

капиллярного

числа

критической

насыщен-

ности

жидкостью

образ-

цов

Печоро-Кожвинско-

гоНГКМ

фильтрации) и уменьшать насыщенность коллектора жидкостью в этих

зонах.

Немонотонное распределение насыщенности призабойной зоны плас-

та углеводородной жидкостью, т.е. замедление роста насыщенности у за-

боя скважины и

даже

определенное уменьшение конденсатонасыщенности

пласта непосредственно у забоя скважины (по сравнению с ее значениями

в остальной части призабойной зоны скважины) при

учете

влияния на

процесс скорости фильтрации отмечалось в

работах

W. Boom, К. Wit,

A.M. Schulte, S. Oedal,

J.P.W.

Zeelenberg, J.G. Maas (например, на рис. 3.15

показано распределение насыщенности у забоя скважины по данным этих

работ в

случае

учета

и без

учета

влияния скорости фильтрации). Уменьше-

ние

насыщенности вызывает соответственное увеличение

дебита

скважин.

В качестве примера для вариантов расчета, представленных на рис. 3.15 и

на

рис. 3.16, показана динамика дебитов скважины. Во многом аналогич-

ные данные о влиянии скорости фильтрации на процесс динамической

конденсации были получены и А.В. Назаровым.

Исследования влияния скорости фильтрации на процесс накопления

ретроградного конденсата нами выполнялись на основе численного моде-

лирования притока газоконденсатной смеси к скважинам в условиях, близ-

ких к условиям Печоро-Кожвинского

НГКМ.

Использовалась зависимость

фазовых проницаемостей от капиллярного числа, представляющего собой

соотношение вязкостных и капиллярных сил и выражающегося в виде

v\i/o,

где v — скорость фильтрации; ц — вязкость жидкой фазы: о — поверхно-

стное натяжение

между

жидкой и газовой фазами.

В широком диапазоне капиллярных чисел относительные фазовые

проницаемости и критические насыщенности фаз (значения начала по-

движности фаз) остаются постоянными (автомодельная область); а затем,

начиная

с некоторых значений капиллярного числа, критические значения

насыщенностей уменьшаются, а зависимости относительных фазовых

проницаемостей от насыщенности выполаживаются. Фазовые проницаемо-

сти принимались в виде

(3.32)

со значениями а

= 2,5 и а

= 2,5. Зависи-

мость критической насыщенности коллектора жидкостью от капиллярного

числа определялась по данным института СеверНИПИгаз для низкопрони-

305

цаемых коллекторов ряда месторождений Республики Коми и аппрокси-

мировалась в виде

ЖО

S'-a-LOG(N

/N«)

при S»,^ 0,1;

Ж0

=0,1 npHS«

<0,l,

где 5^ — критическая насыщенность коллектора углеводородной жидкос-

тью, не зависящая от капиллярного числа (автомодельная область); ЛГ£ —

соответствующее

значению S£ капиллярное число; а — коэффициент, от-

ражающий интенсивность падения критической насыщенности с увеличе-

нием

капиллярного числа.

двух

сериях расчетов использовались одни и те же значения S* =

0,4; N1 = 10~

и два значения коэффициентов а = 0,1 и а = 0,05.

Расчеты проводились для нескольких вариантов с различными абсо-

лютными проницаемостями коллектора при сохранении примерно одних и

тех же скоростей фильтрации. Необходимость таких расчетов обусловли-

валась следующим. Накопление конденсата у забоя скважины происходит в

результате

проявления

двух

механизмов. Во-первых, это выделение жидко-

сти в данном элементе пласта за

счет

понижения давления во времени. Во-

вторых,

выделение жидкости из новых порций газа, перетекающих в дан-

ный

элемент пласта из соседнего элемента. В рамках рассматриваемой мо-

дели притока к скважине двухфазной многокомпонентной углеводородной

смеси (исключающей рассмотрение неравновесности процесса массообмена

между

фазами) распределение компонентов

между

фазами происходит та-

ким

образом, что выпавший в призабойной зоне скважины ретроградный

конденсат находится в равновесии с фильтрующимся газом. При создании

в газоконденсатных пластах определенной депрессии состав газоконден-

сатной смеси в призабойной зоне пласта, а также распределение компо-

нентов

между

фазами

будут

определяться как давлением, так и скоростями

фильтрации газовой и жидкой фаз (поскольку ими определяются приток и

отток отдельных компонентов). Поэтому в вариантах с одними и теми же

скоростями фильтрации флюидов, но с разными перепадами давления зна-

чения

насыщенности коллектора ретроградным конденсатом у забоя сква-

жины

могут

существенно различаться.

расчетах

рассматривались пласты с

двумя

значениями коэффициента

абсолютной проницаемости пласта — 0,01 и 0,1 мкм

. Депрессии на пласт

задавались равными 1,0 и 9,5 МПа, и капиллярные числа в обоих вариантах

на

расстоянии от скважины от 0,1 до 25 м изменялись примерно в одних и

тех же

пределах:

от 910~

до

610~

Результаты расчетов показали, что при определенных условиях ско-

рость фильтрации (а соответственно и капиллярное число) может влиять на

динамику и значение насыщенности призабойной зоны скважины ретро-

градным конденсатом. На рис. 3.35 представлены

результаты

расчета про-

цесса накопления ретроградного конденсата у забоя скважины. Как видно

из

этого рисунка, влияние скорости фильтрации (или, точнее, капиллярно-

го числа) на фазовые проницаемости коллектора проявляется в изменении

характера накопления конденсата в призабойной зоне скважин, а именно,

в нарушении монотонной зависимости "конденсатонасыщенность — рас-

стояние от скважины". В зоне пласта вокруг скважины, там, где капилляр-

ные числа значительны, наблюдается уменьшение насыщенности пласта

углеводородной жидкостью по мере приближения к скважине. Для

сущест-

306

Рис.

3.35. Профиль конденсатонасыщенности

без

учета (линия

Лис

учетом (линии

2 и 3)

зависимости фазовых проницаемостей

от

капиллярного числа.

Проницаемость коллектора, мкм

: а — 0,01; 6 — 0,10

вующих

в реальной промысловой практике скоростей фильтрации разме-

ры этой зоны очень малы (до 2,0

—

3,0 м) из-за уменьшения скоростей

фильтрации газа и жидкости на границе этой зоны до значений, уже близ-

ких к пластовым. Например,

даже

при достаточно высоких

дебитах

сква-

жин (до 100

—

200 тыс.

/сут

на 1 метр толщины пласта),

радиусе

скважи-

ны

около 0,1 м и пластовом давлении 10

—

20 МПа скорость фильтрации

газа на расстоянии 2,0 м от скважины

будет

около

310~

—1210"

м/с.

Скорость углеводородной жидкости окажется как минимум на два поряд-

ка

ниже, поскольку на порядок отличаются вязкости жидкости и газа и

на

порядок ниже фазовой проницаемости по

газу

значения фазовой про-

ницаемости коллектора для жидкости (при значениях насыщенности

307

жидкости, близких к критическим). Поверхностное натяжение — еще

один параметр, входящий в капиллярное число, для природных газокон-

денсатных смесей в области давлений ниже 0,7

—

0,8 от давления начала

конденсации составляет единицы мПа-м. Таким образом, в реальных усло-

виях на расстояниях от скважины 2

—

3 м капиллярные числа

могут

состав-

лять уже примерно 10~

—

10~

, т.е. находятся в области, которая характе-

ризуется малым влиянием капиллярных чисел на фазовые проницаемости

коллектора.

Характерно для рассматриваемых процессов накопления ретроградно-

го конденсата у забоя скважины также то, что значительное изменение

критической насыщенности коллектора жидкостью в области высоких

скоростей фильтрации не сопровождалось таким же значительным умень-

шением насыщенности коллектора жидкостью. Конденсатонасыщенности

пласта

даже

непосредственно у забоя скважины значительно превышали

значения

критической насыщенности. Например, на рис. 3.35 насыщеннос-

ти пласта жидкостью на забое скважины составляли 0,22

—

0,25, в то время

как

критические значения насыщенности жидкостью равнялись 0,1. Это

вполне объяснимо в рамках известного явления "динамического" накопле-

ния

ретроградной жидкости в пористой среде. Значение насыщенности

коллектора в данном элементе пласта определяется количеством ретроград-

ной

жидкости, выделяющейся из газа, а также балансом в элементе

двух

потоков подвижной жидкости: направленным в элемент из соседнего эле-

мента с более высоким давлением и направленным из элемента в соседний

элемент с меньшим давлением. Площадь фильтрации на

входе

в элемент

(по

направлению градиента давления) выше, чем на его

выходе.

Скорости

фильтрации фаз зависят от вида фазовых проницаемостей. Следовательно,

для компенсации оттока и притока жидкости в элементе в нем должно ус-

тановиться какое-то значение насыщенности (выше критических значе-

ний),

обеспечивающее значение фазовой проницаемости по жидкости вы-

ше,

чем в соседнем элементе с более высоким давлением. Характерно, что

значение этой насыщенности для данного давления в основном

будет

опре-

деляться не критическими значениями насыщенности фаз, а в большей ме-

ре — наклоном линий фазовых проницаемостей (темпами изменения фа-

зовой проницаемости газа и жидкости при изменении насыщенности). Та-

ким

образом, насыщенность в данной точке пласта как бы "нас-

траивается" таким образом, чтобы перенос отдельных компонентов в фа-

зах сопровождался установлением равновесия в фазах и балансом притока-

оттока жидкости в этой точке. Естественно, что в этом

случае

ее величина

может в значительной мере превосходить критические значения насыщен-

ности пласта жидкостью.

Анализируя

результаты

проведенных исследований, можно

сделать

вы-

вод, что эффект от влияния капиллярного числа на относительные фазовые

проницаемости коллектора может оказать определенное воздействие и на

характер распределения насыщенности пористой среды в призабойных

зонах скважин. Монотонное увеличение насыщенности коллектора жидко-

стью

по мере приближения к газоконденсатной скважине сменяется

неко-

торым ее уменьшаением в непосредственной близости от скважины. Одна-

ко,

по нашим данным, это явление может отмечаться в незначительной по

размерам зоне вокруг скважин и несущественно изменяет

общую

картину

уменьшения продуктивности скважин при накоплении ретроградного кон-

денсата.

308

Описанные выше особенности накопления ретроградного конденсата

исследовались

предположении проявления линейного закона фильтрации

Дарси. Процесс динамической конденсации

условиях проявления нели-

нейного закона фильтрации исследован

меньшей мере.

числу основных

работ, посвященных проблеме математического моделирования притока

газоконденсатной смеси

скважине

при

проявлении нелинейных законов

фильтрации,

следует

отнести работы

R.G.

Comachj-V,

R.D.

Evans,

Civan,

J.R. Jones,

V.J.

Kniazeff,

N.A.

Navill,

Raghavan

ряда

других

авто-

ров.

Проведенные авторами расчеты

основном касались особенностей

интерпретации газодинамических исследований скважин

условиях фильт-

рации

газоконденсатной смеси

по

закону Форхгеймера.

Тем не

менее

не-

которые

из

представленных данных

могут

быть использованы

для

оценки

влияния

нелинейности притока

на

процесс накопления ретроградного

кон-

денсата. Математическое моделирование производилось

на

основе решения

уравнений многокомпонентной фильтрации углеводородной смеси. Реша-

лась система исходных уравнений неразрывности многокомпонентной

смеси

общепринятой форме (близкой

по

записи

уравнениям (3.18)).

Исходя

из

общепринятой формы закона Форхгеймера, записанной

для а-

фазы

виде

-d/p

/dl

+ft

u5,

Civan использовалась несколько иная запись коэффициента проводимо-

сти фазы

, а

именно, вводился множитель

/ = (1

кк

/\1„)^\

где

—

скорость фазы. Уравнения

же

решались

по

традиционной схеме,

как

при

использовании линейного закона Дарси,

но с

включением

прово-

димость скорости фильтрации.

Результаты исследований показывают,

что

проявление нелинейного

закона фильтрации

на

приток газоконденсатной смеси

скважине может

в основном заключаться

более быстром падении давления

на

забое сква-

жины

и в

призабойной зоне пласта. Соответственно

это

приводит

более

бытрому проявлению

забоя скважины

двухфазного

режима фильтрации.

качестве иллюстрации этого явления

на рис. 3.36

представлены

ре-

зультаты

расчетов изменения забойного давления

газонасыщенности

стенок скважины после пуска

ее в

эксплуатацию

постоянным дебитом.

Как

видно

из

этого рисунка, накопление ретроградного конденсата

забоя

скважин

условиях проявления нелинейного закона фильтрации протекает

гораздо быстрее.

Степень влияния нелинейности фильтрации газоконденсатных смесей

на

интенсивность накопления

прискважинной зоне пласта ретроградного

конденсата

во

многом определяется задаваемыми

на

скважине условия-

ми

—

технологическим режимом

ее

работы.

На это

указывают проведен-

ные автором

коллегами расчеты притока газоконденсатных смесей

скважине

при

различных граничных условиях. Расчеты выполнялись

с ис-

пользованием математической модели, описанной

разделе

3.2, с

учетом

несколько иного представления коэффициента проводимости фазы

Х.

. Ис-

пользовалась форма представления этого коэффициента, учитывающая

не-

линейность фильтрации:

[(l+4p

*V^Vpir

1/2

-l]/(2P

|Vp|).

309

0,0265

0,05 0,1 0,15

1,0

0,9

0,8

0,6

0,5

0,4

0,2

Время,

сутки

Рис.

3.36. Изменение во времени забойного давления и газонасыщенности у забоя скважины

при выполнении различных законов фильтрации (по данным Н.

Hernandez-G).

Течение:

1, 2 — по

закону Дарси;

3, 4 —

нелинейное

10 15 20

Я,м

Рис.

3.37. Распределение давления (а) и насыщенности (б) в призабойной зоне скважины:

—

нелинейный закон фильтрации;

2 —

линейный закон фильтрации