автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Исследование неравновесных эффектов при фильтрации газа в глинизированных средах

азербайджанская государственная

нефтяная академия

На правах рукописи

ХОДЖАЛ1УХАМЕДОВ ДОВЛЕТЛ\УРАД ГЕЛЬДИМУРАДОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАВНОВЕСНЫХ ЭФФЕКТОВ ПРИ ФИЛЬТРАЦИИ ГАЗА В ГЛИНИЗИРОВАННЫХ

СРЕДАХ

05.15.06 — Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Баку — 1992

Работа выполнена в Азербайджанской государственной нефтяной

академик АН Азербайджанской Республики, доктор технических наук, профессор А. X. МИРЗАДЖАНЗАДЕ

на заседании специализированного совета д. иоч.иг.и^ при лзероаиджан-скои государственной нефтяной академии по адресу: 370601, г. Баку, проспект Азадлыг, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Азербайджанской государственной нефтяной академии.

акздгм ии.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор САТТАРОВ Р. М. кандидат технических наук САДЫХОВ А. М.

час.

Автореферат разослан

1992 г.

Ученый секретарь специализированного советг доктор технических наук профессор

Актуальность темы. Газонасышенные пласты большинства разрабатываемых месторождений содержат значительное количество глинистого материала.

Известно, что фильтрация газа в такого рода средах сопровождается проявлением различных нелинейных и неравновесных эффектов, связанных с процессами разрушения и восстановления "барьеров", образованных водой и глинистыми частицами.

При большом числе таких "барьеров" может существовать начальный градиент давления. Однако "барьеры" не являются жесткими образованиям и могут разрушаться при достижении некоторого критического перепада давления.

Поскольку процессы разрушения и восстановления "барьеров" происходят с некоторым временем запаздывания, то фильтрация в таких средах имеет существенно неравновесный характер. Экспериментально это проявляется в наличии гистерезиса при снятии индикаторных зависимостей и потере устойчивости стационарной фильтрации газа.

Описанные эффекты существенно влияют на результаты подсчета извлекаемых запасов газа и обработки данных газодчншлическо-го исследования скважин, поэтому необходим их учет в промысловой практике.

Целью диссертационной работы является исследование неравновесных эффектов при фильтрации газа в глинизированных-пористых средах, вызванных взаимодействием частиц глины с остаточной водой.

В работе решены следующие задачи.

I. Проведено пксп-рпментальноз исследование гистерезискых явлений при фильтрации газа в глинизированных пористых средах.' Установлены характерные времена изменения 'фильтрационных парггз?-ров глинизированных пластов с остаточной водонаськенностыэ.

• 2. Показано, что при фильтрации газа в глинизированных пористых средах возможна потеря устойчивости стационарных режимов движения. Проведен количественный анализ хаотических колебаний расхода газа, выявивший их детерминированную природу.

3. Разработан алгоритм определения по хривым восстановления давления (КВД) времен пьезопроводностк, характеризующих различные стадии процесса фильтрации газа в глинизированных пластах.

4. Предложена методика определения времен релаксации по КВД и проведена ее апробация на промысловых данных.

Методы решения поставленных задач.

Поставленные в диссертационной работе задачи решались путем:

- проведения экспериментальных исследований в лабораторных условиях;

- математической, обработки результатов экспериментальных и промысловых данный с использованием ЭВМ.

Научная новизна.

1. Определены характерные времена структурных перестроек при фильтрации газа в, глинизированных средах1с остаточной водо-насыгаенностью.

2. Предложены методы количественного анализа хаотических колебании расхода 1аза, основанные на результатах теории динамических систем.

3. Разработан и апробирован алгоритм обработки КВД в глинизированных пористых средах, характеризующихся релаксацией по скорости и давлению.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

В работе предложены методы обработки данных нормальной оке-

плуатации и нестационарного исследования газоны:' скважин, которые использованы при составлении проекта доразработки месторождения Теджен в НПО "Туркменсоюзгазтехнология".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались:

1) на Научно-технической конференции молодых ученых и аспирантов, г.Баку, 1991 г.;

2) на УН научно-технической конференции молодых ученых и специалистов по проблемам освоения нефтегазовых местороздений, г.Баку, 1992 г.;

3) на ученом совете НПО "Туркменсоюзгазтехнолопт";

4) на расширенном заседании кафедры "Разработка л эксплуатация нефтяных и газовых месторождений" Туркменского политехнического института.

Структура работы.

Диссертационная-работа состоит из введения, трех глав, выводов и рекомендаций, списка использованной*литературы, насчитывающей 65 наименований. Работа изложена на страницах, включая 62 рисунков и д таблиц.

содернания работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи, репейные в работе, изложена научная новизна и практическая ценность исследований.

Глава первая диссертационной работы посвящена экспериментальному исследованию неравновесных аффектов при фильтрации газа в глинизированных пористых средах, проявляющихся в виде гистерезиса в ходе исследования на стационарных режимах, а также

незатухающих колебаний дебита при нормальной фильтрации под действием постоянного перепада давления.

Известно, что существуют пористые среды, в которых при насыщении их газом и остаточной водой фильтрация газа происходит лишь после создания градиента давления, превышающего некоторую предельную величину - начальный градиент .давления О . Величина О изменяется в широких пределах и в большинстве случаев тем выше, чем больше глинистого материала содержится в пористой среде и чем больше остаточная всдонасышешость.

Экспериментально установлено, что при снятии индикаторной зависимости могут происходить необратимые перестройки "барьеров", образованных глиной и водой, что приводит к гистереэисным явлениям.

Изучение этих явлений в работе Проводилось на модели пористой среды, состоящей из 705? маршалита, 30% бентонитовой глины и 60% остаточной воды.

С целью уменьшения влияния оорбционных аффектов на результаты опытов, исследовалась фильтрация азота.

В системе подчеркивалась температура 313° К. Контроль за испарением связаной вода- при фильтрации газа производился путем взвешивания колонки с пористой средой до и после проведения эксперимента.

Методика проведения экспериментов заключалась в снятии зависимости 0=(3 (др2) при увеличении и уменьшении перепада давления.

В первой серии экспериментов были сняты два последовательных "цикла" увеличения и уменьшения перепада давления. Установлено, что в процессе'непрерывной фильтрации значение расхода газа при одних и тех же перепадах давления для второго "цикла"

значительно больше расхода первого "цикла".

Для выявления характерных времен восстановления "барьеров" проведена вторая серия опытов, в ходе которых п.зследоватсльнне "циклы" снимались с интервалом от I до 30 сут. Показало, что еслч интервал времени ме>сду двумя последовательными "циклами" больше 20 сут., то индикаторные кривые, снятые при различных "циклах", практически совпадают.

Из анализа отих экспериментов следует, что процессы разрушения и восстановления "барьеров" протекают в двух разли^тнх масштабах времени. "Быстрые" процессы перестройки ответственны за проявление гистереэисннх явления при проведении "цикла" увеличения и уменьшения перепада давления. "Медленные" процессы перестройки ответственны за восстановление времени мекду двумя последовательными "циклами".

В третьей серии экспериментов "циклы" зависимости (3=0 (др^) снимались при.максимальных уровнях

Из результатов экспериментов установлено, что при меньшем 2

максимальном др значения расхода газа при одних и тех ке перепадах давления на разных ветвях гистерезисной петли отличаются значительно меньше, чем при большом максимальном Др .'Поэтому уменьшение пределов изменения перепада давления приводит к значительному уменьшению расстояния мекду ветвями гистерезисной петли.

На основании проведенных экспериментальных исследований можно заключить, что фильтрация газа в глинизированных средах с остаточной водонасьппенностыэ сопровождается разрушением структур, создаваемых глиной и водой в поровых каналах. Не при прекращении фильтрации на длительный срок они могут частично восстанавливаться за счет капиллярных сил, а такке сжимаемости за-

щемленных в порах пузырьков 'газа.

Показано, что на процесс разрушения структур, создаваемых глиной и водой в поровых каналах, в основном оказывает влияние скорость фильтрации.

Во втором разделе главы изучены колебания дебита при фильтрации газа в глинизированных средах с остаточной водонасыщен-ностьп под действием постоянного перепада давления.

В ходе экспери!..знтов снимались временные ряды замеров расхода газа при различных значениях перепада давления. Для определения характера зарегистрировавшие колебаний дебита газа они были обработаны методами теории динамических систем.

Вычисление корреляционной размерности по методу Такенса-Лаккарда показало, что наблюдаемые случайные колебания имеют детерминированную основу. Это заключение имеет и пракигчеекое значение, поскольку показывает возможность управления этими колебаниями путем соответствующего изменения реиима фильтрации. Кроме того, величина корреляционной размерности может быть использована в качестве критерия, диагностирующего состояние пластовой системы.

<

Вторая глава диссертационной работы похищена экспериментальному исследованию нестационарной фильтрации газа в глинизированных средах с остаточной водой.

При проведении экспериментов давление на входе модели пористой среда поддерживалось постоянным. С помощью вентиля на входе модели устанавливалось некоторое значение давления и в течение 60-90 мин. поддерживалась стационарная фильтрация газа. Затем вентиль закрывался и с помощью датчика давления на выходе модели снималась КВД. Значение перепада давления, при котором происходила стационарная фильтрация газа,в ходр опыта изменялось

так, чтобы вновь рассматривался "цикл" увеличение-перепада давления с последующим его уменьшением.

Анализ полученных КВД показал, что увеличение значения начального перепада давления др приводит к уменьшению времени восстановления давления. При последующем уменьшении время восстановления давления существенно не изменяется.

Замечено,'что уменьшение пределов изменения перепйда давления приводит к уменьшению изменения времени восстановления давления.

ио-видимому, при увеличении перепада давления происходит разрушение структур, созданных глиной и водой в поровых каналах, и это приводит к изменению гидродинамического сопротивления пористой среды. При последующем уменьшении & Р пласт не успевает восстановить свои первоначальные свойства. При малых перепадах разрушение структуры незначительно, поэтому премя восстановления меняется мало.

Для определения характерных времен процесса фильтрации, КЗД были перестроены « координатах I , Сп [(Р^Рт)/(Р^~Р0)] . Результаты обработки показали, что исходную КВД можно разбить на три участка, в пределах каждого из которых она мокет быть описана -экспоненциальной моделью вида:

Р

Для определения значений коэффициентов , А и <А на каждом из этих участков использовали следующий алгоритм.

Пу;ть ¿, , £2 , ¿3 - при разных значениях времени, таких, что и = (Ь,^2)/2.

Тогда очевидно:

где Р1~Р(Ь1) - значения давления, снятые в момент времени Отсюда

Р ~Р Р

Р _ » ' а

Г—

Зная Р<>- , коэффициенты А и определяются из

уравнения:

Таким образом, в координатах Ь , Еп(Ро£&) исходная КВД должна на каждом участке описания представляться в виде прямой линии.

Точки, в которых эти прямые терпят излом, диагностируют моменты смены одной стадии фильтрации другой.

Полученные результаты позволяют заключить, что црн фильтрации газа в глинизированных породах с остаточной водонасьшен-ностью наблюдаются три разномасштабных процесса. Например, таковыми могут быть:

1) фрактальная фильтрация при малых перепадах давления;

2) перетоки газа из крупных поровых каналов в мелкие и обратно;

3) диффузионный процесс.

Во второй части главы рассмотрена методика определения времен релаксации по КВД.

С учетом неравновесных эффектов, обязанных структурным перестройкам, происходящим в пласте, закон фильтрации примем в релаксационной форме:

Ду 7Ь У ~ ^ ЭХ

- II -

где /^У - время релаксации по скорости.

Линеаризованное уравнение пиезопроводности принимает при зтом вид:

2 л*дьг ъь эх*

гд е р,~ р

Используя метод Г.И.Еаренблатта и др., мокно получ>г«ь слв-дуташуп формулу для обработки КВД:

где X = у . В\/).2.= Ф (у) - фикция,

обратная к

« Р1о-{(0)

Вычислив при разных Б величины и У , по положении прямой (I) можно определить коэффициенты Л у и <£. .

Аналогичным образом в работе определялось время релаксации по давлении Л р в релаксационном законе фильтрации:

. Предлокекка« методика была апробирована при обработке КВД. снятых в описанных ранее экспериментах.

Показано, что процессы нестационарной фильтрации газа в глинизированных пористых средах с остаточной водой имеют релаксационный характер, что необходимо учитывать при обработке реальных КВД.

У (Г

г ъ

В третьей главе методы обработки КВД, предложенные в работе и апробированные на экспериментальных данных, используются для анализа реальных кривых восстановления давления.

Поскольку, как правило, гтри снятии кривых восстановления давления скваглна закрывается на устье, то в первой части главы приводится алгоритм обработки КВД с .учетом притока к скважине. I

Аналогично предыдущему, найдены координаты, в которых исходная КВД представляется в виде прямой, по положению которой могут быть определены фильтрационные и релаксационные характеристики пласта.

Во второй части главы по вышеприведенны;.! методикам анализируются КВД месторождения Теджен, полученные при газодинамических исследованиях скважин.

Газоконденсатное месторождение Теджен расположено в юго-восточной части Туркменистана. Месторовдение открыто в 1977 г. и введено в ОПЭ в августе 1977 г. разведочной скважиной № I.

По данным кернового анализа, продуктивный коллектор месторождения содержит глинистые включения в объеме 10-15%. •

Для предотвращения влияния столба жидкости, скопившегося в стволе скважин, все скважины перед проведением газодинамических исследований продувались в течение 2 часов.

Газодинамические исследования проводились при стационарной и нестационарной фильтрации газа.

По результатам исследований на стационарных режимах филь-рации газа были построены индикаторные диаграммы.

Во всех исследованных скважинах зависимость СЦ/Хр1] имела начальную точку на оси градиентов, что указывает на наличие начального градиента давления. Результаты нестационарной

фильтрации были обработаны в координатах

I, ¿П С(Рт)/(Р^- Р0)] '

Результаты обработки показали, что реальные кривые восстановления давления также содержат три характерных участка,' соответствующих различным стадиям процесса фильтрации газа.

Применение метода, изложенного в главе П, показало, что фильтрация газа в глинизированных пластах месторождения Теджен имеет релаксационный характер, причем при рассмотренных условиях проявляется релаксация по давлению. Для оценки вклада, вносимого процессами релаксации, кривые восстановления давления обрабатывались и по традиционным методикам 'без учета времен релаксации).

Показано, что пренебрежение неравновесными эффектами приводит к ошибкам в определении коэффициента пьеэопроводности, достигэей 2,5-1,0 раз.

ВЫВОД! И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Показано, что фильтрация газа в глинизированных пористых средах с остаточной водонасъгденностьо сопровождается неравновесными "эффектами, связанны?™ с разрушением и восстановлением "барьеров", образованных взаимодействием частиц глины с водой.

Исследованы гистереяисные явления, являвшиеся следствием упомянутой неравновесности, при проведении гидродинамических ис-' следований на стационарных режимах.

2. Показано, что черавновесность процессов фильтрации газа в глинизированных пористых средах может привести к неустойчивости стационарных режимов движения ч возникновении хаотических автоколебаний. ' '

3. Предложены и ацробированы методы анализа колебаний дебита газа, позволяющие диагностировать состояние ..ластовой системы по данным нормальной эксплуатации скважин.

». Показало, что нестационарная фильтрация газа в глинизированных пористых средах с остаточной водонасьпценностыо может быть описана релаксационным законом фильтрации с учетом релаксации по скорости и давлению.

5. Разработаны алгоритмы определения релаксационных характеристик по данным нестационарных исследований, проведенных в яайорн'.эрных и дромысловых условиях.

Путем обработки реальных КВД показано, что фильтрация в газовых месторождениях, содержащих глинистые включения, имеет релаксационный характер, неучет чего может привести к значительным погрешностям при определении фильтрационных характеристик.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Исследование -колебаний дебита газа в глинизированных средах. - Ашгабат: ТуркменНИИШИ, 1992.

2. Учет эффехта запаздывания при фильтрации газа в глинизированных средах. - Ашгабат: Т^ркменНИИЩИ, 1992.

3. Особенности фильтрации газа в глиниз1. ованных средах. -Ашгабат: ТуркменНШШ, 1992.

Автор благодарит д.т.н. Хасанова U.M., в.н.с. Бабаева Р.Д., с.н.с. Сулеймакова A.A. за помощь и поддержку при написании работы.

\ Автор искренне признателен сотрудникам кафедры "Разработка и эксплуатация нефтяных ыесторовдений" Азербайджанской государственной нефтяной академии за постоянное внимание п период про-хевдения аспирантуры, ; ^

. i

- ' - .1. / ■ - __

I.-. -ibO Г!-. fM. AlllV чч. .4.