автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Экспериментальное исследование влияния технологических факторов на газоотдачу с учетом горного давления

^РБАИДЖЛНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ НЕФТЯНАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

хлфиз в ах б и с::ддиг мухаммед

КСП ЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ГАЗООТДАЧУ С УЧЕТОМ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ

05.15.08 — Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Баку — 1992

, Работа выполнена* на- кафедре--«разработка и эксплуатация нефт: яыл месторождений» Азербайджанской государственной 'нефтяной ак; демии.

Научный руководитель:

заслуженный деятель науки и техники Азербайджанской Республик

академик АН Азербайджанской Республики,

доктор технических наук,, профессор МИРЗАДЖАНЗАДЕ А. X.

Официальные оппоненты:

доктор технически..1; наук, профессор КУЛИЕВ А- Н., кандидат технических наук МЕЛИКОВ Г. X.

Ведущая организация: ГосНИПИ «Гппроморнефтегаз». ОС

¿Г; МоГ" /У

Защита состоятся «. 'Я,» ■ ■ /■ ■ ■ .1992 .п., в

ча

на заседании специализированного^ совета Д. 05.402.03" при. Лзербанджа!

ской государственной нефтяной академии по адресу: 370601, г. Бак;

проспект Азадлыг, 20. ~ ••

С дяссертаци.'й можно ознакомиться' в 'библиотеке Лзьрбапджанско государственной нефтяной академии.

ГОЛ

Автореферат разослан «г Р:» . . . /. / . 1992 г.

Ученый секретарь специалкзкросанного совета доктор технических гаук. профессор

АМ Е Д П Е!(О В О. ^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРНОМКА РАБ01Ы

Актуальность теми. Как известно» в процессе разработка нефтяных и газовых- месторождений по мэре уменьшения пластового давления, их коллекторы дефоршруются под действием горал _> давления, что оказывает существенное влияние на показатели разраоотки. В особенности процессы деформации проявляются на больших глубнн ах и на месторождениях о аномально-высоким пластовым давлением.

Так так, в последние годы вводятся в разработку месторождения углеводородов^ расположенные на все больших глубинах, приобретает ■актуальность учет влияния горного давления на показатели их эксплуатации.. •

Пока недостаточно изучены такие вопросы как влияние темпа отбора на. конечную газоотдачу деформируемых коллекторов, исследование фильтрации газа в неоднородной, пористой среде с учетом влияния горного давления.и др., изучение которых позволит увеличить угла-водородоогдачу пластав путем выработки рациональной стратегии разработки.•

Цель работы.Экспериментальное исследование влияния горного да» летая на показатели разработки газовых месторождений,

В работе решены следующие задачу:

I. Проведено экспериментальное исследование влияния темпа отбора на конечную газоотдачу деформируемых пластов. ' ■ 2. Экспериментально исследовано влияние горного давления на процесс фильтрации газа в неоднородной пористой среде!

3, Изучен процесй восотаяовления давления в неоднородной деформируемой пористой среда.

4. Проведены экспериментальные исследования'колебаний расхода газа в неоднородной деформируемой гаристой'сроде.

Методы тззпвняя поставленных задач.

Поставленные в диссертационной работе задачи решались путем:

- проведения экспериментальных исследований в лабораторных усло^ ваях $

- математической.обработки полученных экспериментальных данных с использованном ЭШ. ■. '

Научная новизна,. .

1. Установлено влияние теша отбора на коночную газоотдачу деформируемой пористой среды. ' .

2. Изучено влияние горного давления на процесс фильтрации газа в неоднородной пористой- среде.

3. Исследовано колебание расхода газа в неоднородной деформируемой пористой среда,

Пракгдчоская ценность и реализация результатов работ.

Полученные в работе, результаты экспериментальных исследований влияния горного давления на фильтрационные характеристики пород-коллекторов позволяет выбрать рациональные технологические рокиз.ш работы скважин к повысить ■ конечную газоотдачу'.

Апробатшя работа.

Основные полокзяия диссертационной работы докладывались:

- на даучно-техничаской конференции молодых ученых (аспирантов и студентов). - 1991 г. Баку..

Структура работы,

Диссертационная работа состоит.из вводения, трех глав» выводов и рекомакдащей, списка использованной литературы, касчитывапцай 72. наименований. Работа изложена на/33 "страницах , включая з С рис.. 25 'таблиц.

• СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, с^ормулиросаны цель и основные задачи, решенные в работе, изложены научная новизна и практическая ценность исследований.

Первая глава диссертационной работы посвящена исследованию влияния темпа отбора на конечную газоотдачу деформируемой пористой среды.

Как известно, многие показатели разработки газовых месторождений зависит от рэетма работы пластов, который контролируется по зависимости Р/2^¿(^'У'). На эту зависимость оказывают влияние деформация шрод -коллекторов, перетоки газа мевду пластами, сорбционше процессы и др.' Но для газовых' месторождений обычно не учитывается такой параметр, как теми отбора.

Для изучения влияния темпа отбора на газоотдаче деформируемых пород были проведены-экспериментальные исследования. Опыты проводились на нелинейной модели пласта длиной 0,В4 м л диаметром 0,030 м. Неоднородность пористой среды имитировалась созданием двух зон с различной проницаемостью. Одна из них создавалась заполнением в модель пласта кварцевого песка, а вторая - измельченного кварце-

тс р

гого песка. Проницаемость кварцевого песка составила 32*Ш""Ач' 1,17

тс о

а для кварцевой тми г- 3,14*1СП м . В качестве исследуемого аген та использовался азот, который не сорбируется при контакте с пористой средой.

Твгагература во время опытов поддерживалась равной 293 К.

Эксперимента выполнялись в следутэцой последовательности. Одновременно заполнялись обе полости мод^лг пласта. Внутренняя,иш-таругщая пластовое давление Р, заполнилась азотом до 18,0 Ша, а внепняя, пмитирухтая горное давление Р - водой до 20,0 МПа. Посла этого шдадь таичряашалп в таком состоянии длительной время.

После этого производилось нстоткно к>за из зонт н:к?коЛ про-

шщаомости (пнль) в зону высокой проницаемости (песок). •

В процессе исследования осуществлялись замеры суммарного обы на юшадшго газа и норового давления. Все эксперимента осуществлялись при неизменяем горном давлении, равном 20 МПа.

Темпы отбора газа из деформируемого пласта составляли: I.6Ek х1(Г3 \ 2,4'Ю-3 » 4,12'lCf"3 j 5,77* КГ3 j 6,З.Ю~3» I,0-I0~2J 2-IC МПа/с. • '• ' ' '

Как видно из полученных данных о увеличением томна отбора газ происходит незначительное увеличение вышедшего из пласта газа, и следовательно < коэсМщиенга газоогдачи. Для темпов изменения давления в системе „ равных 5,77«1СГ3 и 6,3>10~^ МПаУс "значения вшед шого газа и коэффициента газоотдачи является макопмалькьми'. ■

Увеличение те'лпа отбора до 1,0*10"^ МПа/о приводит к резкому уменьшению величины коэффициента газоотдачи.

Проведенные экспериментальные исследования дают возможность определить текпк отбора газа из деформируемого пласта, при кото-рих коэффициент газоогдачи достигает максимального значения.

Даяние, полученные'.в результате исследования влияния темна отбора на конечную гаэоогдачу в деформируемом пласте, приведенные вше. были отобраны по методу A.B.Тобольского для

проведения изменения перового объема от давления и определения характерных времен релаксации.

Как показывают результата расчетов, при тешах отбора 5,77-10" и 6,3'Ю-0 КПа/с поровый объем значительно меньше, чем при других темпах, и это различно увеличивается со снижением порового давления. ■

Кроме этого, значения .объемного модуля Юнга с увеличением темпа отбора вначале-уменьшается, но поело темпа 6,3-КГ3 ¡ЛПа/с резко возрастает. А , значения времен релаксации передачи горного давления и'/-ползучести города'р.'увеличением темпа отбора резко уменьшается достигая своего лш&лш'лрп 5.77ЛСГ3 ШаУс.

При далыюйюм ушличошго темпа отбора изкеивнпо значений X носит 'колпйато'лыплЗ характер.

Чтобы оцепить рассгояяля. на которых подобии тонн изменения даажшш наблюдается в рвалышх условиях, были проведены расчеты. Урашснио удя расчетов йудпт го.*еть вид:

О- Рат ■ г- X •

ззг-л у-р- Тог»-

где $ - дебит скваппш, м3/о» Т - тс-яорнтура пласта. К» Р - габоЛиоо давление, МИа» Згт^ - коэ^Тящч.'нти СЕдрхсташаемости» Ь - иоащосаь нлаота. м;.

У" - скорость (ьильтрацпн, спредвлепнля по урашония: • „ ¡Ы/Ш -х-т '

■ ' " \/ У • •

К - нро!гптао1.'.ость, М*"! /77 - пористость : •

- вязкость газа, Па*с. Дпя оценочного расчзта били Припяти следузрга значения:

$ = 11,57 и3/с, Т - 360 К, Р = ЮП-105 Па, ¿от = 1,033-Ю5Па, А = 10 м, т = 0,2, у/ = 0,01-Ю23 Па-С, X = Ю-15 Н2 х х Ю-14 и2 и 10~23 м2 .

Лолу'о.ч'що результата локазнвалт, что тс.мпы кзпензния даало-тк, хтспол'ь.'-усгио я васпарлг.гантагьнш: исследованиях, наблюдаются б к;;::забо:':по;" зочо сгааяпн.

3 розучътате проседси.т исследований установлена сущаствопа-

-в-

нке оптимальных значений те.таов отбора газа из доформируеыой пористой среды, при которых наблюдается максимальные коэгТ'Тчязюнты газоотдрчп.

• Вторая глава диссертационной работа посвщена иэучшкпо (Тлльг-рацки газа в неоднородной пористой среде с учетом горного давления. •

С целью 1й»учоняя влияния горного давления на процесс фильтрации газа в неоднородной пористой сраде были проведены окспертмвн-тальше исследования. ,

Неоднородность пористой сродн ¡котировалась созданием двух зол.с различной проницаемостью. Одна из них создавалась заполнением в модель пляота кварцевого песка, а вторая - измельченного .кварцевого паска. Проницаемость кварцевого песка составляла ЗОх х1СГ15 м2, а кварцевой лцяк ~ З.ОГО-15 ы2.

.. 3 качестве исследуемого агенте использовался азот, которий не сорбируется- при контакте о данной пористой средой.

Температура' термостатировгния составляла 293 К.

Для заполнения модели пласта исследувмшд га^ом одновременно заполнялись обо полости модели пласта, внутренняя, которая имитировала породу - коллектор заполнилась азотом до давлония 18 Ша. а внешняя» -имитирующая давление Рг - водой до 20 Ша.

Пооло этого модпль выдерживали' в таком состоянии длительное Еремя.

Убедившись, что паровое давление стабильно при неизменном горном дпвлонии,'производился процесс истощения при нэпзмвшом горном давлении 20,0 Ша.

•' ■ С целью установления влияния горно.го давления на процесс ио-тощяния газа из неоднородной пористой среди, бшш проведены две серлз экспвр'шентов:

' I. Истощение производилось из зоны высокой проницаемости

(кварцевой пасок) на выходе модели пласта»

2. Истощенно производилось из зоны низкой проницаемости (измельченный кварцевой песок) на выходо : юдоли пласта. Тог.® изгено-ния давления в системе составлял 1|67«1СГ3 ГЛа/с.

В процессе проявления экспериментальных исследований производились замеры давления на входе и выходе модели пласта я объема выходящего раза.

Для сравнения результатов истощения неоднородной деформируемой пористой среды о результатами истощения линейных моделей 'аналогичные эксперименты были проведены отдельно для кварцевого пеока и измельченного кварцевого песка.

Как видно из результатов экспериментов количество зящемтонно-го в деформируемой пористой сроде газа для случая истощения из зоны высокой проницаемости составило 5.4 % от заправленного. А для случая истощения из зоны низкой проницаемости это значение увеличилось до 7,0 /».

В то же время при истощонии линей'шх моделей пористой ореды количество заношенного газа для квэрцзвого песка составило &.1 %, а для измольчонного кварцевого песка - 11,8

В результате птюведетшх экешрпжнтаг.ыых исследований ио истоценгао газа га неоднородного дефоршруемото пласта установлено» что направление фильтрации оказывает существенное влияние на конечную газоотдачу пористой среды.

С целью изучения процесса перораспрадолення давле'шя в неоднородной деформируемо.': пористой среде била проведена серия экспериментальных исследований.

В процессе экспериментальных исследований производилось исто-

1

ценно газаг *!3 зоны сто кой проницаемости.

Начальное поропое давленые во всех опытах составляло 18 МПа, з гнойнее, гмитирушзе горнее - 20 Ша.

При 'пстоданзп: гаэт из шригой срадн производились заморы по-

-ю-

рового давления на входе и выходе г.идели пласта и объема икодя-цего газа. По досишзнто давления на выходе модели пласта значений 16, 14, 12, 10, 6, 6, 4, 2 и 0 МПа, еыход перекрывался и производились заморы изменения давлений на входе и выходе установки.

Темпы отбора raja из депортируемого пласта составляли: I.Sftc xIO-3{ 2i4*I0_3s 4.I2.I0"3 ¡ 5.77'КГ3» б.З-НГ3» I,О-КГ2; 2-НГ ?Л1а/с.

При решении задач нестационарной фильтрации через пористые среды обычно за основу принимается закон Дарси и предполагавтел, что равновесие маяду градиентом давления и скоростью фильтрации устанавливается мгновенно.

Но на самом, доле это происходит с некоторым запаздыванием, которое связано с : I) инерцией скорости и запазлгваниом его значения от значения градиента давления! 2) релаксацией давления и • запаздыванием значения градиента давления от значения скорости! 3) сложностью структуры пористой сроды и запаздыванием устаяовм-ния равновесного состояние в его микропорахj 4) запаздыванием переупаковки частиц» изменения пористости и проницаемости и др.

С целью учета запаздывания скорости V и давления Р в реологических ур&рвднЕях эта величины заменяются наК^-Ки ■/> , где точка означаеа' полную производную по времени.

В лияеЕном приближении вис сто закона Дарси бул'зт уравнение: ■у. j <?У _ К / ЗР дгР I

где и -?/> - время релаксации скорости и давления.

При Af,~0 это уравнение есть известкос обощенке закона Дарси с учетом ннерционннх членов.

При естъ время релаксации давления. Фчс^чоокш-' емгел

aro состоит в тогл, что, если в заданной точт;о остановить Глльтр^-ционное течение, то градиент давления epsewt нулевое значение но

сразу, а постепенно: дР/Зх = Лелр ё)

Изучение явлений, связанных с релаксацией системы по скорости и давлению нужно при исследовании фильтрации неныотоновских не-.Ть-тей, растворов полимеров. эмульсий, газированных жидкостей, газо-конденсатных систем и фильтрации газа и глинизированных

водонаенщенннх пористых средах.

Как видно из полученных данных с увеличенном значения темпа, изменения давления в системе (теша-отбора) происходит уменьшение значения релаксации скорости. Релаксация давления при этом не наблюдается. Минимального значения величина достигает при темпе. 5,'?7'10-3 МПа/с. Дальнейшее увеличение темпа отбора приводит к увеличению значения.

В то .же время увеличения темпа приводит к возрастанию значения коэффициента пьезопроводноетд. которое достигает'своего максимального значения при 5,77>10"5 ШаЛз. Увеличение, тогша больше 5,77-Ю""3 МПа/с приводит к уменьшении значения коэффициента пье-зопроводности.

Полученные данные показывают, что по кривым восстаноатакия давления в неоднородной дефоршруемой пористой среда можно установить темпы отбора, позволяющие достигнуть наибольшей газоотдачи пласта.

Третья глава диссертации посвящена ясглвдоваяиэ колебаний расхода газа в неоднородной деформируемой пористой среде.

Изменение расхода во времени в процесса фильтрации может быть обусловлено такими причинами;как свойство фильтруемой системы, коллекторскимя свойствами пористо!! средн. обводненностью и разрушением прпзабойной зоны пласта, :>.чвходнжгс процессами уг- ' ле водородных систем и др.

Изучение этого процесса колебаний дебита при фильтрации представляет больной интерес, так как обработка отгос данных моявт дать я о пул тш'Торпаггтпо о процессах, происходящих в плаото.

С целью изучения колебаний расхода при фильтрации газа в неод породной деформируемой пористой среде были проведены экспериментальные исследования.

Било проведено несколько серий экспериментов. В качестве исследуемого газа использовался азот.

В первой серии экспериментальных исследований одновременно во внешнем я внутреннем объемах модели шастк поднимали давление, имитирующее горнов до 20 МПа. а пластовое - до 16 Ша. Поело этого модель пласта выдерживали в течении 10 чабов.

Затем производилось истощение модели пласта из зонн высокой проницаемости йрв постоянном тейпе отбора равном 1,67-КГ3 МПа/с. . В процессе исгоиакия фиксировалось значение порового давления на входа и выводе модели пласта и обкома выходящего газа.

Во .второй серки экспериментов модель пласта истоиали из зоны низкой проницаемости. В результате били получены зависимости изменения значения расхода газа во времени. ;

В следующей серия опытов при постоянном горном давлении 20 Ша из бомбы'РУТ производилась закачка газа с постоянным темпом 1,б7!х хЮ_3 Ша/о. Давление в модели пласта поднимали до 13 Ша, Закачка газа производилась через зону низкой проницаемости и фиксировались значения давлений нв-входе и выходе,и объема закаченного газа.

В следующей серии экспериментов аналогичная закачка газа была проведена'через зону высокой проницаемости.

, Для сравнения были проведены аналогичные экспериментальные исследования (цикл-истощвкнэ-закачка) с теми же темпами отбора и . закачки (1,6?.Ю-3 МПа/с) для однородного деформируемого пласта, заполненного кварцевым песком.

Для анализа колебаний расхода при фильтрации газа в деформируемых средах кокко использовать фрактальнне характеристики временных рядов замеров.

Установлено, что графики изманения расхода во времени фракталь-м, т.е.состоят из частой, которые в чем-то подобны целому. Из-за асштабной инвариантности, фрактальные кривые сильно изрезаны и х длина монет'оказываться очень большой.

Количественной характеристикой фрактальных кривых является азмерность Хаусдорфа Д, определяемая измерением их длины ^ при омощи циркуля с раствором.£

Разморность Хаусдорфа определяется.по углу наклона зависи-ости Л^ от

• Фрактальные свойства временных рядов также характеризуются зказателам Харста.

Установлено, что для временных радов многих природных процае-)в значение ( &/S )/п расчет с увеличением по степеням закону.

( fi/5 )т - с т"\ показатель степени h/ и назы-мтоя показателем Херста.

Величина показателя Херста M определяется'по углу наклона мшой : ({A/S)m ) - С / M пъ

Установлено, что.для хаотических сигналов при отсутствии дол-временной статистической, корреляции M - 0,5. Если ко существу— 1 некоторое запаздывание "памяти" показатель Херста // увелкчп-ется.

' Аля большинства природных процессов показатель Хэрста/УО,7 и 8.

Значения величин размерности Хаусдорфа Д и показателя Херста для сшло&Хфинннх кривых связана друг о другом следующим равен-вом: Н=2-Т>

При подсчете JD и А/ по реальным кривым это равенство [юлняется только приближенно и может быть использовало для про-prai достоверности оценок йракталышх характеристик.

Фракт&тагое свойства присущи и фильтрационным потокам, влияю-

или на структуру и_характер протекающих в углеводородных залеках процессов.

Размерность Хаусдорфа и показатель Херста характеризуют наличие или отсутствие порядка в рассматриваемой динамической системе; Если, например» размерность Хауодорфа Л^/ , то значит, что график исследуемой зависимости близок к гладкой кривой и это свидетельствует о наличие порядка в системе. Если же /<2) < £ » .то это значит» что исследуемая зависимость имеет фрактальный хараи тер, т.е. в системе отсутствует порядок.

На осноЕе данных, приведенное в первом раздбле третье^ главк бнли проведены расчеты по определении размерности Хаусдорфа Д и показателя Херста . ■ • •

Крот того, даннве экспериментальных исследований были обработаны с цедао определения корреляционной размерности, которая позволяет показать, что колебания дебита имеют детерминированный характер» т.е. являются результатом изменения некоторой детерминированной системы. . ■

Анализ полученных в результате расчетов данных показывает» что каблздазмш колебания расхода газа в деформируемой пористой среде имеют детерминированную основу и, следовательно» существует возможность управления этими колебаниями.

. ОСНОВНЫЕ ШЭДШ И РЕКОМЕДЦАЦЙЙ

1. Установлено влияние темпа отбора на конечную газоотдачу деформируемой пористой среды» что позволяет выбрать рациональные тех нологические, рэжкмы работы скватен.

2. Показано влияние горного давления на процесс фкяьтрзцяи га--за в неоднородной пористой среде. , , ■ ' •

3. Проведено'изучение колебаний расхода газа в"неоднородной де формируемой порйсФой среда, анализ которых позволяет диагностиро- . .вать состояние пластовой оистемн по данным нормальной эксплуатации' екпппии.

Основное содержание диссертации опубликовано в ра-оте:

Влияние горного давления на фильтрацию газа в неодно-одном пласте//Тезисы докладов научно-технической конфе-енцин молодых ученых (аспирантов и студентов). Баку,

Автор выражает глубокую благодарность своему научно-у руководителю академику А. X. Мирзаджанзаде, идеи ко-зрого легли в основу данной работы.

Автор благодарит в. и. с. Бабаева Р- Д., инженера Му-гафнна Р. X., с. п. с. Сулейманова А. А. и инженера Агаева . А- за помощь и поддержку при написании работы.

Автор искренне признателен сотрудникам кафедры «Раз-аботка и эксплуатация нефтяных месторождений» Азербай-жанскоп государственной нефтяной академии за постоянное нимапие в период прохождения аспирантуры.

991.

^Ч)

) ■

• I

Зак. 380. Тир. 100. Г1еч. лист 1,0. Тшг АзГНА-Баку—ГСП. проспокт А:гллыг, 20-