автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Исследование процессов повышения углеводородоотдачи природных залежей методами физического моделирования и компьютерной томографии

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ГАЗОВЫХ И ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ.

1.1 АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КОМПОНЕН ГООТДАЧИ ГАЗОВЫХ И ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ.

1.2 ВЛИЯНИЕ ЭФФЕКТА ЗАЩЕМЛЕНИЯ ПЛАСТОВОГО ГАЗА ВНЕДРЯЮЩЕЙСЯ ВОДОЙ НА ГАЗООТД АЧУ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА ПОЗДНИХ СТАДИЯХ РАЗРАБОТКИ.

1.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАЗОВЫХ ПРОНИЦАЕМОСТЕЙ.

1.3.1 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАСЫЩЕННОСТИ ПОРИСТОЙ СРЕДЫ.

1.4 ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ НА МОДЕЛЯХ ГАЗОВЫХ И ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ ПЛАСТОВ.

2.1 ПРИНЦИПЫ ПОСТАНОВКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И КРИТЕРИИ ПРИБЛИЖЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ.

2.2 КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ МНОГОФАЗНОЙ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СИСТЕМ.

2.3 ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ ПРИ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ФИЛЬТРАЦИИ В ПОРИСТОЙ СРЕДЕ.

2.3.1 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИСАДОК ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ КОНТРАСТНОСТИ ТОМОГРАММ.

2.3.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАСЫЩЕННОСТИ ПОРИСТОЙ СРЕДЫ ПО ДАННЫМ ТОМОГРАФИИ.

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ГАЗОКОНДЕНСАТООТДАЧИ ОБВОДНЯЮЩЕГОСЯ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА.

3.1 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ПРОЦЕССА ЗАЩЕМЛЕНИЯ ГАЗА ПРИ ВНЕДРЕНИИ ПЛАСТОВОЙ ВОДЫ В ПРОДУКТИВНЫЙ КОЛЛЕКТОР.

3.2 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ПРОЦЕССА ВЫТЕСНЕНИЯ ЗАЩЕМЛЕННОГО

ГАЗА ПРИ АКТИВНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ПЛАСТ ЗАКАЧКОЙ АЗОТА.

3.3 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТКИ ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПУТЕМ ЗАКАЧКИ ГАЗА В ОБВОДНЯЮЩИЕСЯ ЗОНЫ ПЛАСТА.

3.4 ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМА ИЗВЛЕЧЕНИЯ РЕТРОГРАДНОГО КОНДЕНСАТА С ТОМОГРАФИЧЕСКОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИЕЙ ПРОЦЕССА.

3.5 ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ГАЗОКОНДЕНСАТООТДАЧИ ОБВОДНЯЮЩИХСЯ ЗАЛЕЖЕЙ.

Актуальность работы

Недостаточно высокие коэффициенты извлечения газа и особенно газового конденсата к концу разработки залежей в режиме истощения пластовой энергии объекта разработки обуславливают потерю больших количеств ценного углеводородного сырья. Повышение углеводородоотдачи при разработке газовых и газоконденсатных залежей является одной из наиболее сложных проблем газодобывающей промышленности.

Оценка эффективности существующих и разрабатываемых новых методов повышения углеводородоотдачи из-за сложности процессов в дренируемом пласте - коллекторе невозможна без применения новых современных экспериментальных методов и оборудования. Это и определяет актуальность темы исследования.

Цель работы

Исследование процессов фильтрации газа и газоконденсатных смесей в пласте-коллекторе методами физического моделирования и компьютерной томографии для обоснования новых способов повышения углеводородоотдачи при разработке газовых и газоконденсатных месторождений с воздействием на пласт.

Основные задачи исследования

1. Разработать усовершенствованную методику экспериментального исследования процесса двухфазной фильтрации газа и конденсата, а также газа и воды в пористой среде.

2. Изучить процесс защемления газа при обводнении газового пласта, используя методы физического моделирования и компьютерной томографии.

3. Изучить методами физического моделирования с применением компьютеризированного томографа возможность извлечения выпавшего конденсата путем нагнетания в обводняющуюся залежь неравновесного сухого газа.

4. Обосновать механизм вытеснения защемленного газа азотом, а выпавшего конденсата неравновесным сухим углеводородным газом в условиях обводняющейся залежи.

5. Обосновать способы повышения углеводородоотдачи обводняющихся газового и газоконденсатного пластов путем нагнетания сухого углеводородного и неуглеводородного газов (метана, азота).

Научная новизна

В диссертационной работе представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований соискателя, позволяющих объяснить механизмы извлечения газа и конденсата и обосновать способы повышения углеводородоотдачи обводняющихся пластов - коллекторов. Научная новизна результатов исследований определяется следующими основными защищаемыми положениями:

1. Разработка усовершенствованной методики экспериментального изучения процессов двухфазной фильтрации газоконденсатных и водогазовых смесей, отличающейся от ранее использовавшихся полной автоматизацией исследований, применением компьютерной томографии и существенно более высокой точностью получаемых результатов.

2. Создание и апробирование способа визуального контроля процесса защемления газа водой и вытеснения углеводородного газа азотом на модели обводняющегося пласта - коллектора.

3. Изучение методами физического моделирования с применением компьютеризированного томографа возможности извлечения выпавшего конденсата путем нагнетания в обводняющуюся залежь неравновесного сухого газа.

4. Обоснование механизма вытеснения защемленного газа азотом, а выпавшего конденсата неравновесным сухим углеводородным газом в условиях обводняющейся залежи.

5. Обоснование способов повышения углеводородоотдачи обводняющихся газовых и газоконденсатных пластов путем нагнетания углеводородного и неуглеводородного газов.

Практическая ценность

Практическая ценность полученных результатов заключается в том, что предложенные способы повышения углеводородоотдачи обводняющихся природных залежей могут быть использованы на завершающей стадии разработки газовых месторождений типа Медвежьего, на которых имеются запасы защемленного и свободного низконапорного газа, а также на завершающей стадии разработки газоконденсатных месторождений типа Вуктыльского.

Реализация работы в промышленности

Результаты исследований диссертанта использованы при подготовке «Технико-экономических соображений применения на месторождении Медвежье технологии повышения газоотдачи путем нагнетания азота в пласт и продления сроков эксплуатации объекта».

Разработки диссертанта использованы также в методических и регламентирующих документах ВНИИГАЗа, касающихся вопросов проектирования разработки газовых и газоконденсатных месторождений с воздействием на пласт.

Апробация работы

Основные результаты исследований по теме диссертационной работы докладывались на конкурсе молодежных разработок по проблемам газовой отрасли 'г. Москва, 1998г.); на Всероссийской научно-практической конференции, [юсвященной 30-летнему юбилею института "СеверНИПИГаз" (г.Ухта, 1998г.); яаучных семинарах ВНИИГАЗа (г. Москва, 1996-1999гг.), на третьей Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по 1роблемам газовой промышленности России (г. Москва, 1999 г.)

Публикации

По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Объем работы

Диссертационная работа содержит три главы, основные выводы, список кшользованной литературы из 65 наименований. Содержание изложено на 132 страницах машинописного текста, включая 39 рисунков и 12 таблиц.

Эксперименты выполнены в Научном центре термогидродинамики и физики шаста ООО "Научно - исследовательский институт природных газов и газовых ехнолопш - ВНИИГАЗ". 6

Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность профессору Р.М.Тер-Саркисову за руководство работой, д.т.н. В.А.Николаеву и к.т.н. С.Г.Рассохину за ценные советы и постоянное внимание к работе, а также признательность к.т.н. В.А.Кобилеву и всем сотрудникам отдела методов повышения углеводородоотдачи пласта ВНИИГАЗа за содействие при проведении экспериментов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана методика экспериментального исследования процессов движения газоконденсатных и водогазовых смесей в пористой среде. Предусмотрено применение компьютерной томографии с получением существенно более точных результатов, чем это достигается при использовании существующих методик. Обеспечена полная автоматизация исследований.

2. Создан и внедрен в практику лабораторных исследований способ визуального контроля процесса защемления газа водой и вытеснения углеводородного газа азотом на модели обводняющегося пласта - коллектора.

3. Путем физического моделирования с применением компьютерной томографии исследована возможность извлечения выпавшего конденсата при нагнетании в обводняющуюся залежь неравновесного сухого газа.

4. Обоснован механизм вытеснения защемленного газа азотом, а выпавшего конденсата неравновесным сухим углеводородным газом в условиях обводняющейся залежи.

5. Обоснованы способы повышения углеводородоотдачи обводняющихся газовых и газоконденсатных пластов при их разработке с нагнетанием углеводородного и неуглеводородного газов.

1. Амикс Дж., Басс Д., Уайтинг Р. Физика нефтяного пласта. -М: Гостоптехиздат, 1962. -С. 45-47.

2. Андреев C.B., Мартене Б.К. Определение влажности почвы методом ядерного магнитного резонанса // Почвоведение,- 1960. №.10. С. 112-115.

3. Гинье А. Рентгенография кристаллов. -М.: Гос. Изд. физ.-мат. лит. 1961. -603 с.

4. Гриценко А.И., Николаев В.А., Тер-Саркисов P.M. Компонентоотдача пласта при разработке газоконденсотных залежей. -М.: Недра, 1995. -С. 144, 148, 193, 238, 265.

5. Гриценко А.И., Тер-Саркисов P.M., Шандрыгин А.Н., Подюк В.Г. Методы повышения продуктивности газоконденеатных скважин. -М.: Недра, 1995. -212с.

6. Гуревич Г.Р., Соколов В.А. Шмыгая П.Т. Разработка газоконденсатных месторождений с поддержанием пластового давления. -М.: Недра,-С. 152179.

7. Дурмишьян А.Г. Газоконденсатные месторождения. -М.: Недра, 1979. -334 с.

8. Забродин П.И., Раковский Н.Л., Розенберг М.Д. Вытеснение нефти из пласта растворителями. -М.: Недра, 1968. -224 с.

9. Ю.Закиров С.Н., Сомов Б.Е., Гордон В.Я. и др. Многомерная и многокомпонентная фильтрация // Справочное пособие М.: Недра, 1998.

10. Кобилев В.А. Влияние коллекторских свойств газоконденсаттного пласта на процессы извлечения углеводородов: Автореф. дис. канд. тех. наук. -М., 1994. -С. 6-20.

11. Н.Кондрат P.M. Повышение конденсатоотдачи продуктивных пластов с применением заводнения // Обз. инф. Сер. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений. Вып.7.-М.: ВНИИЭгазпром, -58 с.

12. Кондрат P.M. Газоконденсатоотдача пластов. М.: Недра, 1992.-С. 16-31, 15-17, 19-21.

13. Кондрат P.M., Солецкий Е.В., Швадчак Н.С. Прогнозирование и регулирование разработки газовых залежей Предкарпатья при водонапорном режиме. -Обз.: Сер. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений. -М.: ВНИИЭгазпром, 1976.

14. Пирсон С. Дж. Учение о нефтяном пласте. -М.: Гостоптехиздат, 1961, 570с.

15. Проект опытной закачки ШФЛУ на Вуктыльском газоконденсатном месторождении ("Конденсат-1"). -М.: ВНИИГАЗ, 1983. -130 с.

16. Рагимов A.C. Влияние связанной воды на углеводородоотдачу пласта при разработке газоконденсатонефтяных месторождений // Нефть и газ. -1981. -№1, -С. 26-28.

17. Рассохин Г.В. Завершающая стадия разработки газовых и газоконденсатных месторождений. -М.: Недра, 1977. -С. 67-93, 71-72, 139-156.

18. Рассохин С.Г. Влияние связанной воды на процессы извлечения углеводородов из газоконденсатонефтяных залежей: Дис.канд. тех. наук. -М., 1990. -С. 4-42.

19. Ратушняк Н.С., Асланов Д.А., Сошнин Н.М. Опыт разработки газоконденсатных месторождений Краснодарского края. -Обз.инф.: Сер. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений. -М.: ВНИИЭгазпром, вып.8. 1979.

20. Розенберг М.Д., Кундин С.А., Курбанов А.К. и др. Фильтрация газированной жидкости и других многокомпонентных смесей в нефтяных пластах. -М.: Недра, 1969. -453 с.

21. Тер-Саркисов P.M. Использование обогащенного газа для повышения конденсатоотдачи // Газовая промышленность. -1982. -№10. -С. 26-28.

22. Тер-Саркисов P.M. Повышение углеводородоотдачи пласта нефтегазоконденсатных месторождений. -М.: Недра, 1995. -С. 6-14, 58-100, 167.

23. Тер-Саркисов P.M., Подюк В.Г., Николаев В.А. Научные основы повышения эффективности разработки газоконденсатных месторождений. -М.:Недра, -С. 227-231, 338-339.

24. Тер-Саркисов P.M., Гриценко А.И., Шандрыгин А.Н. Разработка газоконденсатных месторождений с воздействием на пласт . -М.: Недра, 1996. -С. 142-163.

25. Я.Тер-Саркисов P.M., Николаев В.А., Рассохин С.Г., Булейко В.М., Захарян А.Г. Томографическое исследование механизма вытеснения жидких углеводородов сухим газом // Газовая промышленность. -1999, -№11, -С. 40-43.

26. Технико-экономические соображения применения на месторождении Медвежье технологии повышения газоотдачи путем нагнетания азота в пласт и продления сроков эксплуатации объекта / М.-Надым. 1998г.

27. Технологическая схема эксплуатации Вуктыльского НГКМ в районе УКПГ-1 с закачкой сухого неравновесного газа в пласт (проект "Конденсат-3"). -М.: ВНИИГАЗ, 1995. -416 с.

28. Технологическая схема эксплуатации опытных участков для проектирования обустройства Вуктыльского НГКМ (проект "Конденсат-2"). -М.: ВНИИГАЗ, 1989.

29. Эфрос Д. А. Исследование фильтрации неоднородных систем. -М.: Гостоптехиздат, 1963. -351 с.

30. Botset H.G. Flow of Gas-Liquid Mixtures Though Consolidated Sands // Trans. AIME. -1940, -vol.136, -91 p.

31. Boyler R.L., Morgan F., Muscat M. New Method of Oil Saturation in Cores // Trans. AIME. -1974. -vol. 170, -15 p.

32. Bruimer B.E., Murdock E.S. A Neutron Method for Measuring Saturation's in Laboratory Flow Experiments. // Trans. AIME. -1946. -vol. 165, -133 p.

33. Caudle B.H. et al.: Further Developments in the Laboratory Determination of Relative Permobility // Trans. AIME. -1951. -vol.192, -P. 145-150.

34. Corey A.T. et al.: Three-Phase Relative Permobility // Trans. AIME. -1956. -vol.207, p. 349-351.

35. Efficiency Of Gas Displacements From Porous Media By Liquid Flooding. //T.M.Geffen, D.R.Parrish, G.W.Haynes, R.A.Morse // Trans. AIME. -1952. -vol.195, -P. 37-46.

36. Fatt I., Dykstra H. Relative Permeability Studies // Trans. AIME. -1951. -vol.192, -249 p.

37. Gates J.I., Lietz W.T. Relative Permeability of California Cores by Capillary-Pressure Method // Drilling and Production Practice, -1950. -265 p.

38. Hassler G.L. Method and Apparatus for Permeability Measurement U.S. Patent №2,343,935, April 4, 1944.

39. Herman G.T. Image Reconstruction from Projections. The Fundamentals of Computerized Tomography // Academic Press. New York, -1980. -315 p.

40. Hunt P.K., P. Engler, and C. Bajsarowicz. Computed Tomography as a Core Analysis Tool Applications, Instrument Evaluation, and Image Improvement Techniques // Journal of Petroleum Technology. -1988. -vol.40 (September), -P. 1203-1210.

41. Johnson E.F. et al.: Calculation of Relative Permobility from Displacement Experiments // Trans. AIME. -1959. -vol.216, -P. 370-376.

42. Keller E.G., Smith O.J.M., Putman J.A. // Tech. Report. -No.3, API. Project 47A, July. -1949.

43. Leas W.J. et al.: Relative Permobility to Gas // Trans. AIME. -1950. -vol.189, -65 p.

44. Leverett M.C. Flow Of Oil Water Mextures Through Unconsolidated Sands.// Trans. AIME. -vol.132, -1939. -149 p.

45. Leverett M.C., Lewis W.B.,True M.E. Dimensional Model Studies Of Oil - Field Behavoir.//Trans. AIME. -vol.146, -1942. -175 p.

46. Morse R.A. et al.: Relative Permobility Measurements on Smoll Core Samples // Producers Mountly, -1947.August. -19 p.

47. Naar J., Wygel R.J. Three-Phase Relative Permobility Measurement Using a Nuclear Magnetic Resonsnce Technique for Estimating Fluid Saturation // Soc. Petrol. Eng. J. -1967, -№3. -P.235-242.

48. Operating and Instruction Manual for Relative Permeability Coreflooding System with Data Acquisition and Control System. November 1995, Temco, Inc.

49. Quizix Series 1000 High Pressure Pump System User's Manual. Revision A. September 1995, Quizix, Inc.

50. Radon J. On The Determinations of Functions From Their Integrals Along Certain Manifolds // Ber. Vert. Saechs. Akad. Wiss. Leipzig, Math Phys. Kl, -1917, -vol.69. -P.262-277.

51. Russell R.G., Morgan F., Muscat M. Some Experiments on the Mobility of Interstitial Water//Trans. AIME. -1947. -vol. 170, -51 p.

52. Snell R.W. Three-Phase Relative Permeability in An Unconsolidated Sand // Journal Inst. Petrol.-1962. -vol.48, -48 p.

53. Sorbie K.S., Wat R.M., Hove A.O. et al.: A Tomographic Study of Flow Mechanisms in Heterogenecus Laboratory Cores // Fifth European Symposium on IOR. Proceedings. 25-27 April 1989. -Budapest, 1989. -P. 215-223.

54. Three-Phase Flow System Featuring Quizix Servo-Controlled Pumps. December, 1995, TerraTek, Inc.

55. Wang S.V., Aurel S., Gryte C.C. Computer-Assisted Tomography for the Observation of Oil Displacement in Porous Media // Soc. Petr. Eng. Journal. -1984, -vol. I, -No.5. -P.53-55.

56. Welge H.J. A Simplified Method for Computing Oil Recovery by Gas-Water Drive // Trans. AIME. -1951. -vol.195, -P. 91-98.

57. Whalen J.W. Magnetic Susceptibility Method for the Determination of Liquid Saturation in Porous Materials // Trans. AIME. -1954. -vol.201, -203 p.132

58. Wickof R.D., Botset H.G. Flow of Gas-Liquid Mixtures Though Unconsolidated Sands // Physics. -1936, -vol.7, P.-325-345.

59. Zhemovoy A.I., Latyshev G.D. Nuclear Magnetic Resonance in a Flowing Liquid. Consultants Bureau, New York, -1965. -166 p.