Определение показателей разработки месторождений парафинистой вязкопластичной нефти

Нефти большинства месторождений Советского Союза харак­теризуются вязкопластичными свойствами с температурой насы­щения, близкой к начальной пластовой температуре (), т.е. с температурой начала кристаллизации пара­фина, близкой к начальной пластовой. Как правило, такие нефти представляют собой наиболее общий и сложный случай проявле­ния специфических термогидродинамических условий фильтра­ции. Это требует совершенствования расчетных схем — моделей неоднородных пластов для определения технологических и тех­нико-экономических показателей при проектировании разра­ботки месторождений.

При внутриконтурной закачке холодной воды в неоднородные пласты, содержащие такие нефти, происходит охлаждение низко­проницаемых пропластков. В них вследствие выпадения парафина ухудшается процесс фильтрации, вплоть до его полного прекра­щения. Это приводит к снижению текущей добычи нефти и умень­шению нефтеотдачи.

При разработке нефтяных месторождений подобного класса, например месторождения Узень, целесообразно применять метод поддержания пластового. давления наряду с поддержанием пла­стовой температуры путем внутриконтурной закачки горячей воды.

Отечественными и зарубежными исследованиями установлено, что в зависимости от характера теплообмена пласта с окружа­ющими породами тепловой (температурный) фронт отстает от фрон­та вытеснения (скачка насыщенности) в 4—5 раз, а иногда в 8— 10 раз.

При схеме вероятностного распределения прослоев различной проницаемости можно считать, что фильтрация прекратится во всех прослоях, проницаемость которых в п раз при плоскопараллель­ном потоке и в раз при плоскорадиальном потоке ниже средней проницаемости (, ), где п — условный (рас­четный) показатель отставания теплового фронта от фронта вы­теснения.

При вытеснении нефти холодной водой это дает возможность путем соответствующей обработки вероятностного распределения проницаемости преобразовать процесс неизотермического выте­снения из слоисто-неоднородного но проницаемости пласта в изо­термический в пласте меньшой мощности, с меньшей степенью неоднородности, но с большей средней проницаемостью при фильт­рации к проницаемым галереям с дополнительными сопротивле­ниями. При этом предполагается, что поле линий токов жидко­сти в схеме жестких трубок тока совпадает с полем линий тепло­вых потоков (жесткие трубки тока принимаются термо- и гидро­изолированными).

Лабораторные и промысловые исследования показывают, что предельный перепад давления , необходимый для преодоле­ния начального градиента давления сдвига при фильтрации вязкопластичных нефтей неньютоновского характера, может быть существенный.

Вопросы исследования фильтрации вязкопластичных жидко­стей наиболее полно разработаны и освещены в работах А. X. Мирзаджанзаде, В. М. Ентова, Г. Г. Вахитова, А. Г. Ковалева и др.

Метод приближенных расчетов вытеснения вязкопластичных нефтей в однородном и слоисто-неоднородном по проницаемости пластах основан на построении расчетной схемы-модели неодно­родного пласта по данным геолого-промысловых исследований пластов, на использовании уравнений интерференции и мате­риального баланса в расчетах обводнения неоднородных пластов с учетом вязкопластичных свойств нефти (неньютоновского ха­рактера фильтрации).

Рассмотрим движение несжимаемой неньютоновской системы в однородном и слоисто-неоднородном по проницаемости пласте при градиентах давления, превышающих предельный градиент давления, необходимый для преодоления статического напряже­ния сдвига. Другими словами, принимается модель вязкопластичной среды, фильтрация которой описывается обобщенным законом Дарси, предложенным А. X. Мирзаджанзаде.

На основе метода фильтрационных сопротивлений получим систему уравнений для определения дебитов n -рядной системы скважин в полосовом однородном пласте с учетом неньютоновских свойств нефтей:

Обозначения общепринятые.

Структура уравнений интерференции для определения дебитов вязкопластичных нефтей при заданных забойных давлениях остается той же, что и при фильтрации по закону Дарси, но при этом эффективная депрессия уменьшается на G (L_j + /n — ).

При движении вязкопластичных нефтей в слоисто-неоднородных по проницаемости пластах предельные градиенты G обратно пропорциональны корню квадратному из проницаемостей отдель­ных пропластков. Следовательно, в более проницаемых пропластках эффективная депрессия будет больше, чем в менее проницае­мых, что в значительной степени обусловливает увеличение неод­нородности таких пластов.

По мере увеличения градиентов давления и процесс фильтрации будут вовлекаться все менее проницаемые пропластки, что и наблюдается при иссле­довании скважин.

Рассмотрим слоисто-неоднородный по проницаемости пласт, каждый из прослоев которого имеет мощность h_i, проницаемость k_i и предельный градиент давления G_i. Причем

Дебит i -того пропластка с учетом неньютоновских свойств будет при и

при р_к—р_с > G_i (L + / ), где р_к — давление на контуре питания; р_с — давление на забоях скважин.

Суммарный дебит единственного ряда слоисто-неоднородного по про­ницаемости линейного пласта

Здесь п — число прослоев мощностью и проницаемостью k_i с дебитом q_i, определенным по уравнению (XI.40).

Суммирование в (XI.40а) производится по тем пропласткам, для которых (р_к—р_с) > G_i (L+ ). В пропластках с и при фильтрация отсут­ствует.

Если , то движение жидкости происходит только в первом пропластке, а при — и первом и во втором и т.д.

По мере увеличения депрессии новые пропластки с меньшей проница­емостью последовательно подключаются, а при постоянном перепаде давле­ния будут разрабатываться только те, в которых

Таким образом, нелинейность закона фильтрации, обусловленная вязкопластичностью нефти, влияет на эффективно разрабатываемую мощность слоисто-неоднородного по проницаемости пласта по море изменении пере­пада давления.

Учитывая изложенное, расчеты дебитов жидкости нефти и нефтеотдачи во времени в неоднородном по проницаемости пласте могут быть выполнены в следующей последовательности.

1. По данным промысловых гидродинамических исследований или аналитически определяют коэффициент ( ), обусловленный вязкопластичными свойствами нефти при заданном перепаде давления.

Используя данные промысловых или лабораторных исследований по

определению предельного напряжения сдвига и зависимость (где — безразмерный коэффициент, зависящий от структуры пористого пространства) для заданного перепада давления, определяют проницаемость пропластков, для которых градиент давления меньше начального градиента давления сдвига. Принимая максимальное значение проницаемости неразрабатывающихся пропластков за нижний предел проницаемости, по факти­ческому распределению проницаемости определяется эффективная разра­батываемая мощность пласта:

где — эффективная нефтенасыщенная мощность пласта; f (к) — плот­ность распределения проницаемости; - нижний предел проницаемости, обусловленный вязкопластичными свойствами нефти. Тогда

Если , обусловленный слоистой неоднородностью по проницаемости, меньше то

2. Для непрерывного слоисто-неоднородного но проницаемости пласта мощностью перестраивается спектор проницаемости в зависимости от нижнего предела, обусловленного вязкопластичными свойствами нефти. Кроме того, определяется закон распределения проницаемости и его пара­метры М (к) — среднее значение функции f (к), (к) — стандартное откло­нение и V (к) — коэффициент вариации.

3. По преобразованному таким образом закону распределения прони­цаемости строится схема слоисто-неоднородного пласта и для каждого одно­родного прослоя определяется начальный градиент давления сдвига и эффек­тивная депрессия.

4. Из системы уравнений интерференции (по схеме проницаемые гале­рея — галерея) для каждого однородного по проницаемости и мощности прослоя находятся зависимости дебитов жидкости, нефти и нефтеотдачи во времени.

Для получения технологических показателей разработки неоднородного пласта в целом проводится суммирование результатов по числу разрабаты­ваемых слоев.

Таким образом, изложенная последовательность построения схемы — модели слоисто-неоднородного по проницаемости пласта для расчетов про­цесса вытеснения вязкопластичных нефтей водой предполагает расчет пока­зателей для каждого однородного слоя проницаемостью при эффективной

депрессии .

Расчеты технологических показателей разработки по этой схеме при большом число слоев различной проницаемости становятся громоздкими даже с применением ЭВМ и требуют значительно больших затрат машинного времени. Кроме того, такая схема предполагает «разрыв» в перепаде давле­ния (р_к—р_с) для каждого прослоя в одном стволе скважины или раздельную эксплуатацию каждого прослоя слоисто-неоднородного по проницаемости пласта одной скважиной.

Расчетную схему — модель и методику расчетов технологических по­казателей разработки неоднородного по проницаемости пласта при вытесне­нии вязкопластичных (неньютоновских) нефтей водой можно существенно упростить и свести к общепринятой расчетной схеме вытеснения ньютонов­ских жидкостей водой в слоисто-неоднородном по проницаемости пласте. В этом случае, учитывая, что характеристики вытеснения в неоднородном по проницаемости пласте пропорциональны в каждом прослое произведению про­ницаемости на эффективную депрессию , исходное распределение проницаемости преобразуется путем умножения проницаемости каждого про­слоя фактического распределения па отношение эффективной депрессии для прослоя данной проницаемости к заданной по пласту в целом . В этом случае исходное фактическое распределение проницаемости преобразуется в более неоднородное распределение с меньшим средним значением проницаемости.

Таким образом, процесс фильтрации вязкопластичной (неньютоновской) нефти в исходном слоисто-неоднородном пласте со средним значением про­ницаемости М (k)₁, стандартным отклонением и коэффициентом вари­ации V (k)₁ сводится к фильтрации ньютоновской нефти в пласте с меньшим средним значением проницаемости М ()₂ < М ()₁ и большей степенью неоднородности ()₂ > ()₁, V (к)₂ > при заданной истинной де­прессии (р_к — р_cj).

Такая расчетная схема позволяет дать более четкую физическую интер­претацию фильтрации вязкопластичных флюидов в неоднородных по про­ницаемости пластах и существенно упростить расчеты технологических пока­зателей разработки на ЭВМ при значительной экономии машинного времени.

Предлагаемая методика расчетов вытеснения вязкопластичных нефтей водой в слоисто-неоднородном по проницаемости пласте применима для низко- и высокопарафинистых нефтей при температуре насыщения ниже начальной пластовой температуры ( ) и при () в случае поддержания начальной пластовой температуры путем закачки горячей воды.

При внутриконтурной закачке холодной воды и расчетная схема вытеснения вязкопластичных нефтей может быть также сведена к схеме расчетов вытеснения вязкопластичной нефти горячей водой ( ) в слоисто-неоднородном пласте меньшей мощности в соответствии с методикой для этих условий, изложенной выше.

В зависимости от степени неоднородности пластов по проницаемости, от степени отставания температурного фронта от положения границы раз­дела нефть — вода, нижнего предела проницаемости, коэффициентов и определяется технологический и технико-экономический эф­фект от закачки холодной и горячей воды при фильтрации вязкопластичных, высокопарафинистых нефтей с температурой насыщения, близкой к началь­ной пластовой температуре ( ).