Курсовое проектирование по «Разработке и эксплуатациинефтяных и газовых месторождений»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра экономики и управления на предприятии нефтяной и газовой промышленности

 

 

 

 

Курсовое проектирование

по дисциплине «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил                                                                 _______Валеева Г. И.

Студент группы

ЭГЗ-09-01            

 

 

Принял                                                                      ________ Шамаев Г. А.

 

 

 

 

 

 

Уфа – 2012

 

 

Содержание

Введение

1. Типы горных пород

2. Геолого – физические свойства горных пород

3. Разработка нефтяных месторождений при жестко- водонапорном режиме

4. Гидродинамические расчеты отборов жидкости по методу электроаналогии (метод Борисова) для полосообразной залежи и внутриконтурного заводнения

Заключение  
Введение 

Горные породы, природные агрегаты минералов более или менее постоянного состава, образующие самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору.  
         Горные породы представляют собой механические сочетания разных по составу минералов, в том числе и жидких. Процентное содержание минералов в горных породах определяет её минеральный состав. Форма, размеры, взаимное расположение и ориентация минеральных зёрен или частиц горной породы обусловливают её структуру и текстуру. 
         По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические (изверженные), осадочные и метаморфические. Магматические и метаморфические слагают около 90% объёма земной коры, остальные 10% приходятся на долю осадочных пород, однако последние занимают 75% площади земной поверхности. 
Среди осадочных пород важную роль играет песок. 
          Песок - мелкообломочная, рыхлая горная порода, состоящая из зерен (песчинок) кварца, других минералов и обломков пород, содержит примесь пылеватых и глинистых частиц. Песок является основным заполнителем в строительных растворах, для штукатурок. Широко применяется в строительстве, в стеклянной промышленности. 
1. Типы горных пород

Горные породы — это вещество, слагающее земную кору Состоят горные породы из минералов, однородных или неоднородных, которые твердо или рыхло соединяются. 
 
Нередко они состоят из сцементированных обломков различных пород, иногда с присутствием вулканического стекла. Горные породы сформировались в результате внутриземных или поверхностных геологических процессов. 
 
Строение породы определяется ее структурой и текстурой. Под структурой понимают особенности соединения минеральных зерен, их размеры и формы. Одни породы состоят из крупных кристаллических зерен; другие — из мельчайших кристаллов, видимых только в микроскоп; третьи — из стекловидного вещества; четвертые — комбинированные, когда на фоне мельчайших кристаллов или стекловидного вещества встречаются отдельные крупные кристаллы. Под текстурой понимают взаимное расположение и распределение слагающих породу минералов. Различают следующие виды текстуры: 
 
- массивная текстура: никакого порядка в размещении минералов не наблюдается; 
 
- слоистая: порода состоит из слоев разного состава; 
 
- сланцевая: все минералы плоские и вытянутые в одном направлении; 
 
- пористая: вся горная порода пронизана порами; 
 
- пузырчатая: в горной породе есть пустоты от выделившихся газов.

По происхождению горные породы подразделяются на: 
 
1.Магматические породы. 
 
2. Осадочные породы 
 
3.Метаморфические породы. 
 
Магматической определяется порода, образовавшаяся в результате охлаждения и затвердевания магмы. Так как магма может остывать на глубине, внутри каменной оболочки земного шара, или на земной поверхности, то магматические породы разделяются на интрузивные (внедрившиеся в толщи горных пород) и эффузивные (излившиеся). Наиболее типичными интрузивными породами считаются гранит, диорит, габбро, перидотит и др. Базальт, липарит, андезит принадлежат эффузивным породам. 
 
Анализ приведенного материала. В определении магматической породы как продукта остывания магмы нет признаков, по которым ее можно отнести к магматической. Проверить же достоверность того, что интрузивная магматическая порода является именно таковой, а не метаморфической, невозможно, потому что никто не присутствовал на глубине при охлаждении магмы. Доказать, что образец горной породы принадлежит магматической породе нельзя из-за отсутствия в нем признаков происхождения. 
 
Для примера возьмем образец гранита, считающегося наиболее распространенной интрузивной магматической породой. Когда прошу студента или геолога объяснить, почему это магматическая порода, то в ответ слышу утверждение, что гранит сложен кристаллами, которые возникли при остывании магма. Но это признак кристаллической породы, а не магматической. Тогда показываю образец каменной соли, который состоит из кристаллов, и потому должен быть также магматической породой. Нет, каменная соль, заявляют мне, отнесена к осадочной породе. Мрамор же представляет собой пример метаморфической породы, хотя сложен кристаллами кальцита. 
 
Эффузивные породы вообще нельзя называть магматическими, потому что возникли при остывании излившейся лавы, а не магмы. Если и давать им название по происхождению, то логически выдержанно их называть вулканогенными, как образовавшимися при извержении вулканов. Но и в таком случае остаются логические неувязки. 
 
При извержениях вулканов лава может изливаться или выбрасываться в виде раскаленных обломков разной величины – пирокластов (пирос - огненный, класт - обломок). Эффузивные или излившиеся породы составляют только часть вулканических пород. Есть еще пирокластические, разделяющиеся на рыхлые или тефру: пепел, лапилли (горох), вулканические бомбы, и сцементированные – туфы. 
 
 
Рис. 1.Вулканогенные породы 
 
При извержениях вулканов центрального типа лавы больше выбрасывается, чем изливается. 
 
Осадочные породы 
 
Осадочные горные породы – породы сформировавшиеся на поверхности или в приповерхностной части Земной коры за счет осаждения продуктов экзогенных процессов. Сами экзогенные процессы по напрвленностии результатам можно условно разделить на 3 группы: 
 
Разрушительные-промежуточные-созидательные. 
 
К первой группе относятся: 
 
- Гипергенез; 
 
- геологическая деятельность ветра, водных потоков, ледников, озер и болот, подземных вод, морей. 
 
В результате этих процессов образуются: 
 
- рыхлый обломочный материал. 
 
- новые минералы и минерализованные растворы. 
 
       Вновь образованный рыхлый материал и минералы могут оставаться на месте своего формирования (кора выветривания) или перемещаться. При перемещении или транспортировке и происходят промежуточные процессы. В зависимости от расстояния, скорости перемещения, объема и размеров переносимого материала и ряда других факторов могут продолжаться дальнейшее разрушение и начаться частичная аккумуляция (или осаждение) переносимого материала.  
 
Разрушение при транспортировке - это: 
 
- превращение крупных обломков в мелкие, 
 
- превращение угловатых обломков в окатанные, 
 
- сортировка обломочного материала по размерам (вертикальная и латеральная). 
 
Частичная аккумуляция происходит обычно при транспортировке материала на большие расстояния или при резкой смене условий транспортировки. Происходит разделение рыхлого материала. Одна его часть перемещается дальше, а другая оседает. При этом может происходить укрупнение размеров обломков. Так, при разрушении горных пород могут высвобождаться мелкие частицы самородного золота, платины и других элементов. При частичном осаждении за счет магкости и гибкости мелкие золотины слипаются и образуют комок золотин или самородок. 
 
Созидательные процессы включают: 
 
- осадконакопление или седиментогенез; 
 
- преобразование рыхлых осадков в твердую горную породу - диагенез. 
 
Среди главных породообразующих компонентов выделим: 
 
1-реликтовые минералы и обломки пород - терригенный материал; 
 
2-минералы осадочного генезиса(опал, оксиды и гидрооксиды железа, сульфаты фосфаты галоиды и т.д.) 
 
3-органические остатки, 
 
4-вулканический материал. 
 
Строение осадочных пород характеризуют структура и текстура. 
 
Структура- определяется размером и формой обломков и минералов, Текстура - их взаимным расположением и ориентировкой в пространстве. 
 
Классификация осадочных горных пород. 
 
Основной принцип - по вещественному составу и генезису сохраняется. В этом случае все породы делятся на 3 группы: обломочные, хемогенные и биогенные, глинистые. Такое деление детализировал Страхов, который выделил 10 групп:  
 
1-обломочные                          5-марганцовистые     8-карбонатные 
 
2-глинистые                             6-фосфатные              9-соли 
 
3-аллитные (глиноземистые) 7-кремнистые            10-каустобиолиты 
 
4-железистые  
 
Между этими группами пород существуют переходные разности. 
 
С осадочным процессом связаны разнообразные полезные ископаемые. Это бокситы, железные и марганцевые руды, соли, нефть и газ, угли и горючие сланцы и др. 
 
С рыхлыми обломочными породами связаны россыпи золота, платины, олова, вольфрама, алмазов и др. драгоценных камней. 
 
Сами породы используются как строительный материал, глины как адсорбент. 
 
Согласно другой классификации осадочные породы в свою очередь разделяются на терригенные, органогенные и хемогенные (химические). Терригенные сложены неорганическими обломками и глинистыми частицами, снесенными в море с суши, земли (terra - земля). Это песок, глина, песчаник, конгломерат и др. Органогенные образовались в результате скопления остатков организмов, большей частью их скелетов. К ним относятся известняки, диатомиты, а также каустобиолиты – бурые и каменные угли. Хемогенные породы формируются при кристаллизации из воды различных солей. Самые распространенные из них каменная и калийная соли, гипс и др. 
 
Из приведенного определения песчаник нельзя назвать осадочной породой, потому что он образовался на глубине не при выпадении осадка и вне термодинамических условий поверхностной части литосферы. Известняк из створок раковин моллюсков (ракушняк) стал таковым не на поверхности дна моря, а при погружении скоплений этих створок, также не выпадавших из морской воды. Признаков осадочного происхождения они не имеют. Относится это и к песку, например, эоловой фации.  
 
Метаморфические породы. 
 
В том же словаре напечатано: «порода метаморфическая – основные особенности которой (минеральный состав, структура, текстура) обусловлены процессами метаморфизма, тогда как признаки первичного осадочного (в парапородах) или магматического (в ортопородах) происхождения частично или полностью утрачены». 
 
Анализ приведенного материала. Прежде всего, необходимо отметиться, что нет признаков первичного осадочного или магматического происхождения. По ним противопоставлять метаморфические породы другим типам пород невозможно. Конечно, образцы горных пород ответить не могут, происхождение на них не написано. 
 
Под метаморфической предлагается понимать породу, изменившую форму, внешний облик. К ней относятся мрамор, кварцит, кристаллический сланец, гнейс и др. Получается, по образцу, например, гнейса можно увидеть, что он образовался в процессе метаморфизма. Ничего подобного на нем не написано. В середине XVIII в. гнейс считался первичной породой, возникшей при сотворении Земли. В конце XVIII в. по гипотезе нептунизма гнейсу приписывалась химическая природа, – появился при осаждении солей из соленого горячего первичного мирового океана. В начале XIX в. Б. Котта отвел место гнейсу в первичной коре охлаждения – земной коре, т. е. образовался он при остывании первичного расплава. И только затем с середины XIX в. гнейс стал считаться метаморфической породой. Между тем кристаллическое сложение гнейса свидетельствует, что он образовался при перекристаллизации с увеличением размера кристаллов какой-то мелкокристаллической породы. 
 
Горных пород, не изменивших внешний облик, вообще нет. Песок образовался при разрушении гранита, гнейса, песчаника или какой-то другой породы, песчаник при цементации песчинок и т. д. Получается, все горные породы образовались за счет других пород с изменением внешнего облика, часто минерального и химического состава. 
 
Таким образом, признаков происхождения горные породы не имеют. Отсутствие признаков происхождения не позволяет составить алгоритмы их определения, компьютерные программы. Отсутствие признаков генезиса свидетельствует, что магматических, осадочных и метаморфических пород в природе нет. Это видимый мир геологии, или вымысел.

 

2. Геолого – физические свойства горных пород

Ниже приведены термины, определения и краткие характеристики основных физико-механических свойств горных пород, оказывающих наиболее сильное влияние на процесс (характер их разрушения) бурения скважин. 
К таким свойствам горных пород, в первую очередь, следует отнести их твердость и абразивность, упругость и пластичность, пористость и плотность, трещиноватость и устойчивость и др.

• Твердость

Твердость характеризует способность горной породы сопротивляться внедрению в нее резца, пуансона или другого индентора (твердого тела). Твердость породы в целом (агрегатная твердость) отличается от твердости слагающих ее минералов.

• Абразивность горных пород

Абразивность - это особое свойство пород, выражающееся в способности изнашивать породоразрушающий инструмент в процессе бурения.

• Упругость горных пород

Способность породы восстанавливать первоначальную форму и объем после прекращения действия внешних усилий.

• Хрупкость горных пород

Способность горной породы разрушаться без заметной пластической деформации под воздействием внешних усилий.

• Пластичность горных пород

Способность породы необратимо изменять, без нарушения сплошности, свою форму и размеры под действием внешних усилий; чаще всего проявляется в условиях всестороннего сжатия породы. 
Установлено, что горные породы, обладающие высокими упругопластичными свойствами, разбуриваются медленнее, чем упруго-хрупкие породы.

• Приростость горных пород

Наличие в породе пустот (пор); оценивается коэффициентом пористости, представляющим собой отношение суммарного объема пор и пустот в породе к объему породы.

• Плотность горных пород

К основным физическим свойствам горных пород относятся плотность пород и плотность твердого компонента породы. Плотностью породы называется масса единицы объема породы с естественной влажностью и ненарушенным строением.

• Устойчивость горных пород

Способность породы длительное время сохранять первоначальное положение при вскрытии ее в массиве (при бурении скважин, проходке шахт и других горных выработок); зависит от условий залегания, характера связи между частицами породы, трещиноватости и степени выветривания. При бурении в слабоустойчивых породах обрушаются стенки скважины, снижается выход керна, повышается износ буровых коронок и снижается скорость бурения за счет потери времени на борьбу с осложнениями.

• Трещиноватость горных пород

Совокупность в породе трещин различного происхождения и разных размеров. Наличие трещиноватости уменьшает прочность породы, но увеличивает ее абразивность.

• Влагоёмкость горных пород

Способность породы удерживать то или иное количество влаги.

• Водопроницаемость горных пород

Способность породы пропускать воду при наличии перепада давлений.

• Водопоглощение горных пород

Способность сухой породы впитывать воду при выдерживании ее в воде при атмосферном давлении и комнатной температуре; определяется как отношение разности в массах свободнонасыщенного и сухого образца породы к массе сухого образца.

• Зернистость горных пород

Совокупность расположения частиц в породе, которые могут различаться по своему внутреннему строению, форме или размеру. Различаются породы мелко-, средне- и крупнозернистые.

• Каверхность горных пород

Наличие в породе пустот (каверн).

• Сланцеватость горных пород

Сложение горных пород, делящихся на тонкие плоские параллельные слои, плоские плитки или пластинки.

• Слоистость горных пород

Повторяющаяся в разрезе неоднородность осадков: по составу, крупности зерна, окраске и другим особенностям.

• Предел прочности при сжатии

Максимальная величина сжимающего напряжения, испытываемого породой в момент разрушения образца; определяется как отношение нагрузки, разрушающей образец, к первоначальной площади его поперечного сечения (табл. 5.7). 
 
Таблица 5.7. Пределы прочности горных пород при сжатии, скалывании и растяжении

Горные породы	Предел прочности на скалывание δск . 105, Па	Предел прочности на сжатие δсж . 105, Па	Предел прочности на растяжение δраст . 105, Па
Мрамор	91	1650	-
Известняк	95-192	1030-1640	91
Андезит	96	986	58
Гранатовый скарн	96	1015	-
Туф	110	1156	67
Доломит	118	1620	69
Гранодиорит метаморфизованный	130	1412	-
Гранодиорит	211-222	2336-2659	-
Гранит мелкозернистый	198	1660	120
Гранит среднезернистый	220	2592	143
Сиенит	221	2152	143
Сиенит-порфир	296	2250	143
Диорит	240	2390	-
Диорит-порфир	302	3240	-
Габбро	244-375	2300-3406	135
Скарн рудный	255	2098
Скарн эпидото-гранатовый	305	2762	-
Кератофир	268-373	2285-3740	138
Альбитофир	282	1728	119
Кварцит	316	3050	144
Базальт	322	3245	-
Диабаз	347	3430	134

 

Предел прочности при растяжении

Максимальное растягивающее напряжение, испытываемое породой в момент разрушения образца: определяется как отношение нагрузки, разрушающей образец, к первоначальной площади его поперечного сечения.

• Предел прочности при скалывании

Максимальное скалывающее напряжение, испытываемое породой в момент разрушения образца; определяется как отношение нагрузки, разрушающей образец, к площади сдвига.

• Предел прочности при изгибе

Максимальное изгибающее напряжение, испытываемое породой в момент разрушения образца; определяется как отношение изгибающего момента, разрушающего образец, к моменту сопротивления соответствующего сечения.

• Разрушающее напряжение

Мера внутренних сил в деформируемой породе, вызывающих ее разрушение.

• Удельная контактная работа разрушения

Полная работа разрушения, отнесенная к площади контакта резца (алмаза, шарошки и т.п.) с породой. 
 
Значительное влияние на разрушаемость горных пород при бурении оказывает такой показатель, как временное сопротивление сжатию. Приведенные в табл. 5.7 данные по определению временного сопротивления некоторых горных пород сжатию, растяжению и скалыванию показывают, что предел прочности пород при скалывании в 6-12 раз меньше прочности при сжатии. В свою очередь предел прочности при растяжении в 1,5-2 раза меньше сопротивления на скалывание.

 

3. Разработка нефтяных месторождений  при жестко- водонапорном режиме

Нефтяные и нефтегазовые месторождения - это скопления углеводородов в земной коре, приуроченные к одной или нескольким локализованным геологическим структурам, т.е. структурам, находящимся вблизи одного и того же географического пункта.

Залежью называется естественное локальное единичное скопление нефти в одном или нескольких сообщающихся между собой пластах-коллекторах, т. е. в горных породах, способных вмещать в себе и отдавать при разработке нефть.

Залежи углеводородов, входящие в месторождения, обычно находятся в пластах или массивах горных пород, имеющих различное распространение под землей, часто — различные геолого-физические свойства. Во многих случаях отдельные нефтегазоносные пласты разделены значительными толщами непроницаемых пород или находятся только на отдельных участках месторождения.  Такие обособленные или отличающиеся по свойствам пласты разрабатывают различными группами скважин, иногда при этом используют различную технологию.

Размер и многопластовость месторождений с емкостными свойствами коллекторов определяют в целом величину и плотность запасов нефти, а в сочетании с глубиной залегания oбycловливают выбор системы разработки и способов добычи нефти.

Системой разработки нефтяного месторождения следует называть совокупность взаимосвязанных инженерных решений, определяющих объекты разработки; последовательность и темп их разбуривания и обустройства; наличие воздействия на пласты с целью извлечения из них нефти и газа; число, соотношение и расположение нагнетательных и добывающих скважин; число резервных скважин, управление разработкой месторождения, охрану недр и окружающей среды. Построить систему разработки месторождения означает найти и осуществить указанную выше совокупность инженерных решений.

Введем понятие об объекте разработки месторождения.

Объект разработки — это искусственно выделенное в пределах разрабатываемого месторождения геологическое образование (пласт, массив, структура, совокупность пластов), содержащее промышленные запасы углеводородов, извлечение которых из недр осуществляется при помощи определенной группы скважин или других горнотехнических сооружений.

Разработчики, пользуясь распространенной у нефтяников терминологией, обычно считают, что каждый объект разрабатывается «своей сеткой скважин». Необходимо подчеркнуть, что сама природа не создает объекты разработки — их выделяют люди, разрабатывающие месторождение. В объект разработки может быть включен один, несколько или все пласты месторождения.

Основные особенности объекта разработки — наличие в нем промышленных запасов нефти и определенная, присущая данному объекту группа скважин, при помощи которых он разрабатывается.

С момента начала распространения депрессионной воронки за пределы водонефтяного контакта (ВНК) в законтурную водоносную область вода внедряется в нефтяную зону и вытесняет нефть к забоям добывающих скважин. Когда наступает равновесие (баланс) между отбором из залежи жидкости и поступлением в пласт краевых или подошвенных вод при пластовых термодинамических условиях, проявляет себя водонапорный режим, который еще называют жестким водонапорным вследствие равенства количеств отобранной жидкости (нефти, воды} и вторгшейся в залежь воды. Существование его связывают с наличием контура питания и с закачкой в пласт необходимых объемов воды для выполнения этого условия. В естественных условиях такой режим в чистом виде не встречается, однако его выделение способствует успешному и достаточно надежному проектированию процесса извлечения нефти. Нарушение равновесия между отбором жидкости и поступлением воды приводит к тому, что начинают играть роль энергии других видов: при увеличении поступления воды — энергия упругости; при уменьшении поступления воды (увеличении отбора) и снижении давления ниже давления насыщения — энергия расширения растворенного газа. При водонапорном режиме нефть в пласте находится в однофазном состоянии; выделения газа в пласте не происходит, как и при упругом режиме.

При этом режиме фильтрация нефти происходит под действием давления краевых или законтурных вод, имеющих регулярное питание (пополнение) с поверхности за счет талых или дождевых вод или за счет непрерывной закачки воды через системунагнетательных скважин.

Условие существования водонапорного режима

Рпл>Рнас,

где Pпл – среднее пластовое давление, Pнас – давление насыщения.

При этом условии свободного газа в пласте нет и фильтруется только нефть или нефть с водой. Проницаемый пласт 2 (рис. 2.3) обеспечивает гидродинамическую связь области отбора нефти 1 с областью питания 3, которой может служить естественный водоем – русло реки. В результате процессов складкообразования пористый и проницаемый пласты могут получить выход на дневную поверхность в районе, например, речного русла 3, из которого происходит непрерывная подпитка пласта водой при отборе нефти через скважины 4. Пласт-коллектор должен иметь достаточную проницаемость на всем протяжении от залежи до мест поглощения поверхностных вод. Это и обусловливает активность законтурной воды.

Как правило, пластовое давление в подобных залежах равно гидростатическому давлению столба воды высотой, равной глубине залегания пласта. Причем давление после некоторого снижения в начальной стадии разработки остается в дальнейшем практически постоянным при установленных темпах отбора жидкости (2 – 8 % от извлекаемых запасов в год).

При водонапорном режиме извлечение нефти сопровождаются ее замещением законтурной или нагнетаемой водой, что объясняет достаточно стабильные во времени дебиты скважин,

  
пластовое давление и газовый фактор. Стабильность газового фактора обусловлено еще и тем, что при Pпл > Pнас выделения газа в пласте не происходит, поэтому с каждой тонной нефти добывают только то количество газа, которое было в ней растворено при пластовых условиях (рис. 2.4). Обводнение скважины происходит относительно быстро. Однако при сильной слоистой неоднородности пласта обводнение скважин может растягиваться во времени, так как по хорошо проницаемым прослоям пластовая вода быстро достигает забоев скважин, а по плохо проницаемым – медленно. При водонапорном режиме происходит достаточно эффективное вытеснение нефти и достигаются наиболее высокие коэффициенты нефтеотдачи.

В отличие от естественного водонапорного режима при искусственном непрерывный напор воды, вытесняющей нефть, создают ее нагнетанием с поверхности через систему нагнетательных скважин. В таком случае пласт-коллектор не обязательно должен иметь выход на дневную поверхность для получения непрерывного питания.

При водонапорном режиме количество отобранной жидкости из залежи (нефть, вода) всегда равно количеству вторгшейся в залежь законтурной воды в пластовых термодинамических условиях.

Перераспределение давления в пласте, которое происходит при изменении отборов жидкости из скважин, должно при этом режиме происходить быстро (теоретически мгновенно), поэтому этот режим еще называют жестким. Депрессионная воронка вокруг скважины устанавливается также мгновенно. Этот режим теоретически изучен наиболее полно. В настоящее время более 80 % всей добываемой нефти получается из месторождений, разрабатываемых в условиях водонапорного режима (главным образом искусственного).

 

 

4. Гидродинамические расчеты отборов  жидкости по методу электроаналогии (метод Борисова) для полосообразной  залежи и внутриконтурного заводнения

Рассматриваются основные методы гидродинамических исследований скважин, технология их проведения и анализа результатов.  Отмечены достоинства и недостатки методов,  пути их развития.  Предложен способ анализа гидродинамических состояний скважин с использованием метода наименьших квадратов  (МНК)  в качестве алгоритма идентификации модели «пласт — призабойная зона — скважина»  с оценкой переходных процессов в скважине на основе устьевых измерений в режиме нормальной эксплуатации.

К гидродинамическим исследованиям принято относить весь комплекс

мероприятий,  направленных на измерение ряда параметров скважины  (давление,  температура, расход, время и др.) на установившихся и неустановившихся режимах ее работы. Основные цели гидродинамических исследований:

— определение параметров призабойной зоны скважины и пласта;

— определение свойств насыщающих залежь флюидов; 

— определение параметров фильтрации флюидов и основных характеристик скважин, в том числе коэффициенты проницаемости и пьезопроводности;

— контроль запаса выработки углеводородов.

Различают два основных метода гидродинамических исследований скважин — на стационарных и на неустановившихся режимах работы.

Исследование скважин на стационарных режимах работы

Технология исследования по данному методу предполагает спуск глубинного манометра и замер забойного давления в различных по характеристикам,

но обязательно установившихся режимах работы. Основной целью исследования на установившихся отборах является построение индикаторной диаграммы  (индикаторной линии) скважины. Индикаторной диаграммой скважины называется графическая зависимость установившегося дебита от депрессии (забойного давления),  при известном пластовом давлении (рис. 1а),  Q = f P заб — при неизвестном пластовом давлении (определяется путем экстраполяции индикаторной линии до значения q = 0) (рис. 1б).

Прямолинейная индикаторная диаграмма (рис. 1а, линия 1) получается

при режиме фильтрации, описываемом законом Дарси:

На практике чаще всего получают диаграммы с искривлением в сторону оси депрессий (режим истощения) или в сторону оси дебитов (действие различных участков залежи с различной проницаемостью [6]; действие неустановившихся режимов фильтрации), обобщенное уравнение притока имеет вид:

 

Рис. 1. Типичные индикаторные диаграммы скважин:

а —в координатах Q = f (ΔP) ; б — в координатах Q = f (P заб);

в — в координатах

Для анализа сложных индикаторных кривых используют интерпретацию кривой зависимостью вида: , где — скорость фильтрации; b — коэффициент, характеризующий пористую среду и флюид. Итоговое выражение для расчета по сложным индикаторным прямым имеет вид:

,

где , . Изменение формы индикаторной линии объясняется наличием дополнительных факторов влияния на режим фильтрации: образованием области с двухфазной фильтрацией, изменением проницаемости, изменением скорости движения жидкости в пласте, различным по времени вступлением в режим фильтрации разных прослоев или пропластков залежи [3].

При исследовании скважин методом установившихся отборов за R k обычно принимают радиус зоны дренирования данной скважины, равный половине среднего расстояния до ближайшей скважины. В этом случае давление на границе рассматриваемого контура питания будет ниже, чем       P пл, что также вносит неточность в расчеты коэффициента проницаемости [4].

Существенным недостатком метода исследования скважин по индикаторным диаграммам является необходимость в замерах давления на установившихся режимах работы, что означает длительный интервал времени выдержки скважины в заданном режиме. К тому же процесс исследования предполагает вывод скважины из режима нормальной эксплуатации и применения глубинного оборудования, требующего значительных эксплутационных затрат.

Исследование скважин на нестационарных режимах работы

В основе исследований скважин на нестационарных режимах работы лежит получение и анализ кривой восстановления давления (КВД) — зависимость забойного давления по времени после изменения режима работы скважины.

Рассматривается решение уравнения пьезопроводности для задачи притока упругой жидкости к скважине в бесконечном упругом пласте после ее внезапной остановки [3]:

- изменение давления в упругом  пласте в точке, удаленной от  точки возмущения на расстояние r через время t ( — коэффициент пьезопроводности, характеризующий способность пласта к передаче возмущений, вызванных изменением режима работы скважин). В данном уравнении  r = , -  изменение давления на стенке скважины при пуске скважины с постоянным дебитом Q или ее останов после работы с дебитом Q. Для практических исследований данную формулу упрощают с использованием разложения в ряд Тейлора (формула М. Маскета):

   (3)

Перед исследованием скважины (при работе ее на стационарном режиме) замеряется дебит скважины. В работающую скважину спускают на забой глубинный манометр. После контроля стационарности режима работы скважину закрывают на устье. Манометр, находящийся на забое и зафиксировавший забойное давление при стационарном режиме работы, после остановки скважины регистрирует так называемую кривую восстановления забойного давления (КВД) (рис. 2а).

Для анализа КВД по формуле (3) ее линеаризуют следующим образом:

    (4)

Рис. 2. Вид сложных индикаторных диаграмм скважин:

а — КВД; б — КВД в координатах P(t) - lnt;

в — КВД в координатах

По КВД, построенной в координатах P(t) - lnt; (рис. 2б), определяются тангенс угла α и отрезок A, численные значения которых равны слагаемым в уравнении (4). Затем по известным Q, b и измеренному тангенсу угла α определяется коэффициент гидропроводности , по значению длины отрезка A — приведенный радиус скважины. Необходимым условием для работы по данному методу является достаточная длительность выдержки скважины на стационарном режиме работы до начала исследования (T>>t, где t — время исследования). При невозможности соблюдения данного условия используют метод Хорнера — построение КВД в координатах (рис. 2в), который позволяет также оценить пластовое давление Pпл.

Другим существенным недостатком данного метода является нелинейность получаемых КВД, что обусловлено наличием притока продукции в скважину после ее закрытия, который не учитывается формулой (4). Приток флюида в скважину происходит при разности давлений в скважине и призабойной зоне вследствие сжимаемости ГЖС при увеличении забойного давления, а также из-за инерционности масс жидкости в скважине. Таким образом, формула (4) не учитывает динамику наполнения скважины жидкостью после ее остановки на устье.

Есть большое количество методик, позволяющих косвенно учитывать

приток в скважину после ее остановки. Среди них выделяют дифференциальные и интегральные методы.

Дифференциальный метод предложен Ю. П. Борисовым и упрощен Г. В. Щербаковым и Ф. А. Требиным в варианте, когда приток учитывается по данным регистрации забойного, межтрубного и буферного давлений. Метод предусматривает внесение поправок в ординаты фактической кривой восстановления давления с таким расчетом, чтобы получить точки, соответствующие условиям, когда нет дополнительного притока. Дифференциальный метод исследования скважин на неустановившихся режимах поразумевают разбитие процесса восстановления давления на этапы по времени, в пределах которых предполагается линейный закон изменения параметров; на каждом этапе вычисляется поправка для p [11]. Общий вид зависимости для обработки КВД по данному методу: