ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕННОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ВНУТРИПЛАСТОВОМ ГОРЕНИИ В СЛОИСТО-НЕОДНОРОДНЫХ ПЛАСТАХ Мехманов Р.К.,Богопольский В.О.

Азербайджанский Государственный университет нефти и промышленности


Номер: 10-1
Год: 2016
Страницы: 80-86
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

внутрипластовое горение, пенные системы, кратность пены, расход газа, водовоздушное отношение, фильтрационные сопротивления, fire flooding, foam systems, foam multiplicity, gas consumption, water-air ratio, the filtration resistance

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В данной статье рассмотрены вопросы эффективности вытеснения нефти при разработке месторождений высоковязкой нефти с использованием пенных систем в комбинации с внутрипластовом горении для увеличения охвата пласта. Задача поиска методов увеличения охвата воздействием, повышения коэффициента вытеснения, изоляция каналов прорыва нагнетаемого реагента является весьма актуальной. Показано, что применение пенных систем в слоисто-неоднородных пластах позволяет уменьшить эффективную подвижность вытесняющего агента и селективно изолировать высокопроницаемые пропластки, что приводит к увеличению коэффициента охвата пласта. Приведена математическая модель внутрипластового горения в слоисто-неоднородных пластах круговой формы в комбинации с пенной системой. Результаты расчетов показывают, что с учетом пенной системы при увеличении проницаемости слоя, фильтрационные сопротивление в выжженной зоне увеличивается от 10 до 500 раз.

Текст научной статьи

Различные методы интенсификации вытеснения нефти из пластов, такие как внутрипластовое горение, паротепловое воздействие, вытеснение водой высоковязкой нефти и т.д., характеризующиеся применением вытесняющих агентов с высокой по сравнению с пластовой нефтью подвижностью, отличаются одним общим серьезным недостатком - быстром прорывом газа вытесняющего агента в добывающие скважины, низким охватом воздействия как по толщине пласта, так и по площади. Для неоднородных пластов эти факторы особенно существенны и приводят к низким значениям коэффициента нефтеотдачи, особенно безводным [6,10]. Поиски методов увеличения охвата воздействием, повышения коэффициента вытеснения, изоляция каналов прорыва нагнетаемого реагента весьма актуальны, особенно в связи с проблемами разработки месторождений высоковязкой нефти, а также сложного физико-геологического строения, доля которых неуклонно повышается [3, 7]. Для повышения эффективности вытеснения нефти при разработке таких месторождений большой интерес представляет использование пенных систем в комбинации с другими методами. В частности, перспективным направлением на наш взгляд является использование пенных систем для увеличения охвата пласта при внутрипластовом горении. К применению пенных систем в нефтедобыче привела идея реализации вязкоупругих свойств этих систем с целью улучшения отношения подвижности фаз в неоднородных пластах. Указанное позволяет путем применения пен решать вопросы выравнивания фронта вытеснения, снижения вязкостной неустойчивости, повышения коэффициента охвата залежи и, в конечном счете, снижение остаточной нефтенасыщенности в пласте. Поведение пенных систем в пористых средах достаточно сложно. Это связано, во-первых с тем, что образование течения или существование пены происходит в системе тонких каналов переменного сечения, размеры которых соизмерены с ячейками пены. В ряде случаев элементарный объем пены может занимать пространство, превышающее размер порового канала. Исходя из общих соображений это должно отрицательно сказываться на стабильности пены. С другой стороны, при добыче нефти с применением пенных систем, в пласт постоянно или периодически нагнетается газ. Значительная часть энергии, вносимой газообразном агентом в пласт, будет тратиться на диспергирование водного раствора ПАВ. Однако при этом необходимо иметь в виду, что прокачка большого объема газа может привести к осушке пенной системы и, следовательно, к ее разрушению. Результатам лабораторных и промысловых исследований пены посвящено большое количество работ [1,5,11,12 ]. Применение пенных систем в слоисто-неоднородных пластах позволяет уменьшить эффективную подвижность вытесняющего агента и селективно изолировать высокопроницаемые пропластки, что приводит к увеличению коэффициента охвата пласта. При осуществлении внутрипластового горения в слоисто-неоднородном пласте фильтрационное сопротивление в выжженной зоне слоя позади зоны горения, как правило, мало по сравнению с фильтрационным сопротивлением содержащей нефть части слоя впереди зоны горения. Поэтому по мере развития процесса внутрипластового горения в слоисто-неоднородном пласте опережающее продвижения зоны горения в более проницаемых слоях по сравнению с менее проницаемыми приводит к росту отношения их скоростей продвижения зон горения слоев, уменьшению контактности фронта горения в пласте и, следовательно, к ухудшению охвата пласта тепловым воздействием. Создание в выжженной части пласта занятых пенами зон приводит к резкому увеличению в них фильтрационных сопротивлений для воды и газа, более равномерному распределению закачиваемых в пласт флюидов по слоям, выравниванию фронта горения в пласте и улучшению охвата пласта тепловым воздействием. Экспериментально установлена [1] возможность пенообразования в охлажденной зоне пласта за фронтом горения. Создание в этой зоне пенной системы приводит к резкому увеличению в них фильтрационных сопротивлений для воды и газа, более равномерному распределению закачиваемых в пласт флюидов по слоям, выравниванию фронта горения в пласте и улучшению охвата пласта тепловым воздействием. В данной работе описывается математическая модель внутрипластового горения в слоисто-неоднородных пластах круговой формы в комбинации с пенной системой. Построить общую математическую модель этого процесса, учитывающую все происходящие в пласте термогидродинамические и физико-химические превращения, чрезвычайно сложно. Основные представления о механизме пенообразования при внутрипластовом горении, полученные при экспериментальном исследовании данного процесса, позволили составить его упрощенную математическую модель. Математическая модель этой задачи построена при следующих предположениях и основных положениях описываемых ниже. Пласт состоит из ряда однородных слоев, разделенных непроницаемыми перемычками. Пласты сообщаются между собой только через скважины. Распределение закачиваемых в пласт флюидов по слоям происходит обратно пропорционально текущим значениям фильтрационных сопротивлений слоев. Отметим, что границы зон, которые образуются при осуществлении внутрипластового горения определяются так же, как в работах [4,8,9 ]. Ниже рассмотрим фильтрацию воды, газа и пены в выжженной зоне. При этом будем предполагать, что в случае достижения пеной зоны прогрева, пена под влиянием высокой температуры распадается. Будем также считать, что процесс пенообразования в выжженной зоне не оказывает существенного влияния на насыщенность флюидами впереди выжженной зоны, а также при математическом моделировании принимается, что пена практически неподвижна и свойства ее по всей зоне, где она образуется, одинаковы. По результатам экспериментов при постоянном расходе пара с неcконденсирующимся газом изменение объема пенообразующего раствора в плоскорадиальном движении аппроксимируется зависимостью [5]: (1) где V0 - исходный объем раствора; Qг - расход газа в пластовых условиях; S-газосодержание образующейся пены; V-объем раствора, оставшийся в пласте. Обозначим через σпн - насыщенность пенной фазы в выжженной зоне. За счет переноса части раствора в пену граница пенной зоны продвигаются по направлению движения. С другой стороны, объем раствора, израсходованный на образование пены, равняется: (2) где - кратность пены. Из (1) и (2) получим выражение для радиуса пенной зоны (3) Пена неньютоновская система и ее вязкостные характеристики зависит от скорости сдвига. В работе [2] приводятся некоторые данные, показывающие влияние газосодержания (при постоянной скорости сдвига) на эффективную вязкость и плотность пены. На плотность пены ρп влияет плотность пенообразующего раствора ρр , воздуха ρг и газосодержание S : (4) При S менее 0,5 пена представляет собой низкоконцентрированную эмульсию газовых пузырьков в жидкости, причем пузырьки не взаимодействует между собой и пена не проявляет специфических структурно-механических свойств. В этом случае зависимость вязкости пены μпн от вязкости пенообразующей жидкости μр и газосодержания S описывается линейным уравнением Эйнштейна-Хатиена: (5) где C - концентрация ПАВ в растворе; α1 и α2 константы, которые зависит от рецептуры пенообразующей жидкости и от формы газовых пузырьков в жидкости соответственно. При парогазосодержании, большим 0,5 - 0,54 пузырьки начинают взаимодействовать между собой, а при S = 0,74 их оболочки начинают деформироваться, что вызывает значительный рост вязкости пены. Исходя из таких соображений в данной работе предполагается, что пена практически неподвижна и свойства пены по всей зоне, где она образуется, практически одинаковы. Далее определим распределение насыщенностей в пенной зоне. Обозначим через σпн - насыщенность пенной фазы в призабойной зоне скважины. Объем пены, образовавшийся из объема раствора, равен: (6) где Vp = V0 - V- объем раствора, перешедший в пену; V-объем раствора, оставшийся в пласте; , Qp - массовый расход раствора. Из соотношения (6) получим: (7) После элементарных преобразований из (7) находим: (8) Итак, для определения насыщенностей в призабойной зоне скважины используются следующие уравнения: (9) , где - пенонасыщенность, водонасыщенность и газонасыщенность соответственно; кг, кв - относительные фазовые проницаемости газовой и водяной фазы; ρв , ρг - плотности воды и газа; μг, μв - вязкости газа и воды; B - водовоздушное отношение; ρов , ρог - плотности воды и газа соответственно при нормальных условиях. ρв = [1316-(1,02·10-5 +3,1(Т-15,5)2)0,5]ехр[)] ρг = р/[R(273+T)] μв = (970-Т)/(26,5·Т + 421), μг = 0,01829 + 3,63·10 -5 Т = [(- )/(1- )]4 , если σв σв* (10) 0 , если σв σв* = [(- )3(2-/(1- )]3, если σг σг* 0 , если σг σг* ρрв - коэффициент сжимаемости воды; с - концентрация ПАВ в растворе; σв*, σг* - связанные водо- и газонасыщенности; остальные обозначения общепринятые. Система (10) приводится к одному уравнению, область изменения значения переменного которого является отрезком. На этом отрезке методом деления отрезка пополам находились корни уравнения. Для проведения расчетов геометрические и геолого-физические параметры пласта примем следующие параметры: расстояние между нагнетательной и добывающей скважинами 100 м; приведенные радиусы скважин одинаковы и равны 0,05 м; толщина первого слоя - 6 м, второго - 4 м, третьего - 5 м; пористости первого, второго и третьего слоев - 0,32, 0,28 и 0,30; проницаемости 2,0 мкм2, 0,5 мкм2 и 1.0 мкм2; нефтенасыщенности слоев - 0, 77, 0,7 и 0,72; водонасыщенности - 0,20, 0,25 и 0,24; концентрации сгорающего топлива по слоям - 15 кг/м3, 17,5 кг/м3 и 16 кг/м3; вязкость и плотность нефти и плотность воды при начальных пластовых условиях - 360 мПа·с и 930 кг/м3 , 1000 кг/м3 соответственно; плотность скелета пористой среды - 2600 кг/м3; удельная теплоемкость скелета пористой среды - 0.23 ккал/(кг·оС); удельная теплоемкость воды - 1 ккал/(кг·Со); начальная пластовая температура - 21 оС; начальное пластовое давление в слоях 4,0 МПа; коэффициент теплопроводности пласта - 1,2 ккал/(м·оС·час); водовоздушное отношение 0,0018 м3/нм3; массовая доля кислорода в закачиваемом воздухе - 0,23; плотность воздуха в нормальных условиях - 1,29 кг/м3; удельная теплоемкость воздуха - 0.25 ккал/(кг·оС); удельная теплоемкость перегретого пара - 0,52 ккал/(кг·оС); давления на забоях нагнетательной и добывающих скважин -7,0 МПа и 1,5 МПа соответственно. Кратность пены β = 10-30; концентрация ПАВ в закачиваемом растворе - 0,001. В таблице 1 показано изменение насыщенности в зависимости от времени закачки газа при к = 0,5 мкм2. Таблица 1 Изменение насыщенности в зависимости от времени σ t, сут ·10-1 ·10-1 ·10-1 2 4,94 3,43 1,62 4 4,27 2,83 2,89 6 3,71 2,38 3,91 8 3,24 2,03 4,72 10 2,86 1,75 5,39 Из таблицы 1 видно, что газо- и водонасыщенности с течением времени уменьшаются, а пенонасыщенность увеличивается. Это связано с интенсивным использованием воды и газа при образовании пенной системы и, в связи с этим, объем пенной фазы увеличивается. Для изучения влияния геолого-физических параметров на распределение насыщенностей была проведена серия расчетов и установлено, что при совместной эксплуатации изолированных слоев пенонасыщенность в выжженной зоне высокопроницаемого слоя выше, чем в выжженной зоне низкопроницаемого. Это объясняется тем, что для случая совместной разработки слоев при закачке раствора пенообразователя в пласт, в высокопроницаемые слои попадает большая доля раствора, чем в низкопроницаемые и в высокопроницаемых слоях образуются “хорошие” условия для интенсивного пенообразования (Рис.1 - Рис.3). Отметим, что слои имеют различные проницаемости и значения этих величин равняются 2,0 мкм2, 0,5 мкм2 и 1.0 мкм2 соответственно. Расчеты проведены при средней температуре выжженной зоны - 80 оС. t,мес 2 4 6 8 10 2 3 1 σ Рис. 1. Изменение насыщенностей (1-пена, 2-вода, 3-газ) в выжженной зоне слоя с проницаемостью к=0,5 мкм2 σ t,мес 2 4 6 8 10 1 2 3 Рис. 2. Изменение насыщенностей (1-пена, 2-вода, 3-газ) в выжженной зоне слоя с проницаемостью к=1,0 мкм2 σ t,мес 2 4 6 8 10 1 2 3 Рис. 3. Изменение насыщенностей (1-пена, 2-вода, 3-газ) в выжженной зоне слоя с проницаемостью к=2,0 мкм2 В таблицах 2, 3 представлены результаты расчетов определения фильтрационных сопротивлений выжженной зоны по слоям с учетом и без учета пенной системы. Результаты расчетов показывают, что с учетом пенной системы при увеличении проницаемости слоя, фильтрационные сопротивление увеличивается. Как видно из таблиц, фильтрационные сопротивление в выжженной зоне с учетом пенной системы увеличивается от 10 до 500 раз. Таблица 2 Фильтрационные сопротивления с учетом пенной системы (МПа·сут/м3) номер слоя t, сут I слой(2 д) IIслой(0,5д) III слой(1 д) 2 5,77·10-5 4,14·10-5 3,77·10-5 4 4,26·10-4 7,55·10-5 1,15·10-4 6 2,72·10-3 1,34·10-4 3,23·10-4 8 4,79·10-2 2,31·10-4 8,52·10-4 10 1,48·10-1 3,89·10-4 2,17·10-3 Таблица 3 Фильтрационные сопротивления без учета пенной системы (МПа·сут/м3) номер слоя t, сут I слой(2 д) IIслой(0,5д) III слой(1 д) 2 4,89·10-6 1,92·10-5 9,65·10-6 4 4,96·10-6 1,93·10-5 9,75·10-6 6 5,01·10-6 1,94·10-5 9,83·10-6 8 5,05·10-6 1,95·10-5 9,88·10-6 10 5,08·10-6 1,96·10-5 9,93·10-6 Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что закачка пенной системы приводит к выравниванию фронтов горения и увеличению охвата тепловым воздействием.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.