Моделирование процесса тепловолнового воздействия на продуктивный пласт в условиях горизонтальных скважин

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Моделирование процесса тепловолнового воздействия на продуктивный пласт в условиях горизонтальных скважин

Специальность 01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Гатауллин Рустем Наилевич

Казань 2009

Работа выполнена в Исследовательском центре проблем энергетики Казанского научного центра Российской академии наук и Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева.

Научный руководитель: доктор технических наук, Кравцов Яков Исаакович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Тарасевич Станислав Эдуардович

доктор физико-математических наук, Куштанова Галия Гатинишна

Ведущая организация: ОАО «ТатНИИнефтемаш», г. Казань

Защита состоится «8» апреля 2009г. в 10 час. на заседании диссертационного совета Д 212.079.02 при Казанском государственном техническом университете имени А.Н. Туполева (зал заседаний Ученого совета) по адресу 420111, г. Казань, ул. К. Маркса, д.10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета имени А.Н. Туполева. Автореферат диссертации представлен на сайте www.kai.ru

Автореферат разослан “5” марта 2009 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент А.Г. Каримова

тепловолновой пласт горизонтальный скважина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Длительная и интенсивная разработка месторождений привела к постепенному истощению активных запасов углеводородов, что послужило причиной начавшегося с конца 70-х гг. падения добычи нефти. Возникла также необходимость в новых технологиях, которые позволили бы снизить обводненность скважин и интенсифицировать разработку нефтяных пластов, в том числе - малопроницаемых и истощенных.

В представленной работе предложен метод интегрированного тепловолнового воздействия на продуктивный пласт, предназначенный для применения совместно с горизонтальными скважинами, с целью интенсификации процесса добычи нефти и повышения полноты извлечения ее из недр, особенно - высоковязкой нефти (ВВН) и природных битумов (ПБ). Применение метода интегрированного воздействия обусловлено также необходимостью кардинального снижения энергетических затрат и интенсификации процессов тепломассобмена в пласте, в итоге - обеспечения рентабельности процесса добычи углеводородов.

Основоположником применения горизонтальных скважин (ГС) при разработке нефтяных месторождений является Ренни Л. (Renney L.). Среди отечественных специалистов пионером признан Григорян А.М. Вопросами использования тепловых и волновых методов воздействия занимались многие ученые нашей страны: Вахитов Г.Г., Сургучев М.Л., Кузнецов О.Л., Антониади Д.Г., Дыбленко В.П. и другие. В настоящее время активное участие в развитии этих технологий принимают следующие организации: ОАО «Татнефть», ОАО «Сургутнефтегаз», «ВНИИнефть», МЭПР РТ, Shell (США), «Elf Aquitaine» (Франция), «Otix Energy» (США) и т.д.

Тепловолновое воздействие на продуктивный пласт представляет собой современный подход к решению задач повышения энергетических и экономических показателей. Оптимальный вариант подобного воздействия на пласт - применение его в сочетании с горизонтальными скважинами.

Работа выполнена в рамках федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2012 годы» (гос. контр. № 02.515.11.5069), грантов Российского фонда фундаментальных исследований (№ 06-08-01398-а, № 03-02-17279; № 04-02-08096), грантов Президента Российской Федерации для ведущих научных школ (НШ-8574.2006.8, НШ-4334.2008.8).

Цель и задачи диссертационной работы:

Цель: увеличение дебита скважин и повышение полноты извлечения углеводородов из недр за счет интенсификации процессов тепломассообмена, фильтрации флюидов в пласте и увеличения охвата его.

Задачи:

1) исследование механизма тепловолнового воздействия на процессы в продуктивном пласте в условиях горизонтальных скважин;

2) математическое моделирование процесса переноса энергии упругих волн в системе «пласт-скважина»;

3) разработка и создание экспериментального стенда;

4) экспериментальное исследование процесса распространения энергии упругих волн в скважине, являющейся источником тепловой энергии;

5) исследование тепловолнового воздействия на продуктивный пласт и выбор параметров горизонтальной скважины;

6) разработка алгоритма выбора технологических параметров и рекомендаций по обеспечению максимального эффекта тепловолнового воздействия на продуктивный пласт в условиях горизонтальных скважин.

Достоверность и обоснованность результатов. Решение задач базируется на фундаментальных основах теплообмена, гидродинамики, теории колебаний и математического моделирования. Достоверность полученных результатов обусловлена корректностью разработанных математических моделей и адекватностью их реальным процессам; подтверждается качественным совпадением теоретических результатов с экспериментальными данными, а также малой погрешностью измерений.

На защиту выносятся:

1. Модель механизма тепловолнового воздействия на продуктивный пласт в условиях горизонтальной скважины.

2. Математическая модель процесса переноса энергии упругих волн в скважине.

3. Физическая модель перфорированной обсадной колонны скважины.

4. Результаты экспериментального исследования амплитудно-частотных характеристик потока теплоносителя на участке перфорированной обсадной колонны скважины.

5. Модель процесса тепловолного воздействия на продуктивный пласт в условиях горизонтальной скважины.

6. Метод определения оптимальной протяженности горизонтального участка скважины при тепловолновом воздействии на пласт.

7. Алгоритм расчета технологических параметров и рекомендации по обеспечению максимального эффекта тепловолнового воздействия на продуктивный пласт в условиях горизонтальных скважин.

Научная новизна результатов:

1. Обоснованы способ и средство одновременного воздействия на продуктивный пласт теплотой и волновым полем в условиях горизонтальных скважины с целью интенсификации добычи нефти и природных битумов и снижения удельных материальных и энергетических затрат.

2. Предложен метод определения оптимальной протяженности горизонтального участка скважины при тепловолновом воздействии на пласт.

3. Предложен оригинальный метод определения режима тепловолнового воздействия, позволяющий учесть взаимосвязь параметров теплового и волнового полей.

4. Получены выражения, характеризующие взаимосвязь частоты собственных колебаний потока теплоносителя и добротности системы при заданных геометрических данных тракта и свойствах среды.

Практическая значимость.

Результаты проведенных исследований позволяют решать задачи интенсификации процесса добычи нефти, повышения нефтеотдачи пластов и снижения удельных энергетических затрат при разработке месторождений с помощью горизонтальных скважин.

Личный вклад автора в работу.

Основные результаты диссертации получены автором под руководством д.т.н. Кравцова Я.И. Диссертантом разработана методика и экспериментальный стенд для исследования частотных характеристик обсадной колонны скважины. Им установлен механизм и разработана математическая модель процесса переноса энергии упругих волн в скважине, методика установления оптимальной длины горизонтальной скважины, а также определения оптимального режима тепловолнового воздействия на продуктивный пласт при разработке месторождений с помощью горизонтальных скважин. Диссертантом разработаны алгоритм выбора технологических параметров и рекомендации по обеспечению максимального эффекта тепловолнового воздействия на пласт.

Публикации и апробация работы. Основное содержание диссертации опубликовано в 17 печатных работах.

Основные положения диссертационной работы и отдельные ее результаты доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах:

- Итоговые научные конференции Казанского научного центра Российской академии наук за 2005, 2006, 2007 гг.. Казань.

- Ежегодные научные аспирантские семинары Исследовательского центра проблем энергетики КазНЦ РАН. Казань, 2005-2008.

- V, VI школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН Алемасова В.Е. «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении». Казань, 2006, 2008.

- XIX Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий». Казань, 2007.

- Международная научно-практическая конференция «Повышение нефтеотдачи пластов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений и комплексное освоение высоковязких нефтей и природных битумов», проводимая в рамках ежегодной 14-й Международной выставки «Нефть, газ и нефтехимия». Казань, 2007.

- Ежегодная XIX международная Интернет-ориентированная конференция молодых ученых и студентов «МИКМУС-2007». Москва, 2007.

- IX Международный симпозиум «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение». Казань, 2008.

Объем и структура работы. Диссертация, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (132 наименований). Диссертационная работа изложена на 150 листах машинописного текста. В ней содержится 61 рисунок и 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан обзор основных работ в области теоретических и экспериментальных исследований методов воздействия и технических средств при освоении нефтяных и битумных месторождений, в том числе, и в условиях горизонтальных скважин.

В результате обзора литературных и патентных данных, диссертант пришел к следующим выводам:

- применение горизонтальных скважин является весьма эффективным решением, позволяющим существенно повысить коэффициент нефтеотдачи за счет увеличения поверхности контакта с нефтенасыщенной толщей по сравнению с традиционными скважинами;

- перспективным направлением совершенствования рассматриваемой технологии представляется метод интегрированного тепловолнового воздействия на продуктивные пласты, в том числе - при применении горизонтальных скважин:

- одновременное воздействие на пласт тепловым и волновым полями позволит увеличить коэффициент нефтеотдачи за счет снижения вязкости нефти и увеличения проницаемости пористого коллектора, а также - к очистке призабойной зоны пласта;

Показано, что для совершенствования метода тепловолнового воздействия на пласт в условиях горизонтальных скважин необходимо исследование механизма тепловолнового воздействия на продуктивный пласт в условиях горизонтальных скважин и процесса распространения упругих волн в скважине.

В итоге сформулированы задачи исследования, изложены основные научные результаты и положения, которые выносятся на защиту.

Вторая глава посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию амплитудно-частотных характеристик потока жидкости в перфорированной обсадной колонне скважины. Сформулированы задачи экспериментального исследования. Дано описание экспериментального стенда для исследования процесса переноса энергии в скважине, предложены методики проведения исследований и обработки экспериментальных данных.

Математическая модель процесса переноса энергии упругих волн в скважине.

В основу математической модели процесса переноса энергии упругих волн в скважине положены процессы, протекающие в скважине при размещании в ней излучателя и возбуждении колебаний давления в потоке нагнетаемого в пласт теплоносителя. На рис.1 показана схема рассматриваемого участка горизонтальной скважины. Указанная система представляет собой емкость, ограниченную обсадной колонной, забоем скважины и торцом излучателя, или размещенными в обсадной колонне отражателями волн. Эта емкость снабжена узкими перфорационными отверстиями, через которые она сообщается с окружающей средой - продуктивным пластом. Перфорационные отверстия проходят через стенку обсадной колонны и цементный камень.

Рис. 1. Схема забоя горизонтальной скважины: 1- НКТ, 2 - кровля пласта, 3 - продуктивный пласт, 4 - обсадная колонна, 5 - цементный камень, 6 - перфорационные отверстия, 7 - дно скважины, 8 - излучатель колебаний, 9 - подошва пласта.



Анализ представленной системы позволяет сделать вывод о том, что рассматриваемый участок обсадной колонны скважины представляет собой колебательную систему. Как любая колебательная система она характеризуется частотой собственных колебаний и добротностью.

Таким образом, задачей исследования является определение частоты собственных колебаний и добротности системы.

При разработке математической модели использован метод электроакустических аналогий и приняты следующие допущения:

1) перфорации - цилиндрические отверстия одинакового размера, равномерно распределенные вдоль скважины;

2) продуктивный пласт - однородная пористая среда.

На основе анализа электрической схемы установлено, что аналог акустической системы «скважина-пласт» - представляет собой последовательный колебательный контур.

В результате получены следующие соотношения для определения частоты собственных колебаний потока теплоносителя и добротности системы (1-2):

(1)

(2)

где d -диаметр перфорационного отверстия, м; D -диаметр обсадной колонны, м; n₀ - число перфорационных отверстий на единицу длины обсадной колонны; l₀ - длина перфорационного отверстия, м; с - скорость звука в среде, м/с; l - длина участка обсадной колонны (длина столба жидкости), м.

Полученные выражения позволяют определить условия возникновения резонанса в исследуемом объеме скважины с перфорационными отверстиями.

Для экспериментального подтверждения математической модели создан стенд, включающий все элементы исследуемой системы (рис. 2).

Основными геометрическими параметрами перфорированного участка обсадной колонны являются: длина и диаметр обсадной колонны l и D, внутренний диаметр и длина перфорационных отверстий d и l₀. Диапазон изменения этих параметров в эксперименте: D = 0,125 м, l/ D = 4 - 24, d/ D = = 0,08 - 0,2; l₀ / l = 0,01 - 0,2.

Рис. 2 Схема стенда 1 -обсадная колонна, 2 -перфорационные отверстия, 3 , 4 - крышки с динамической головкой, 5 - усилитель сигнала,6 - генератор звуковых колебаний, 7 - компьютер, 8 - микрофонный усилитель, 9 - АЦП, 10 - микрофоны.

Испытания на стенде включают замеры параметров звукового поля в трубе без отверстий и с отверстиями и сравнение полученных результатов с данными расчета. Это позволяет получить резонансную кривую исследуемого объекта, на основе чего определяются значения частоты собственных колебаний и добротности. Сравнение полученных результатов позволяет экспериментально оценить адекватность разработанной математической модели реальному процессу в скважине.

Корреляция экспериментальных и теоретических значений частоты собственных колебаний потока теплоносителя в обсадной колонне и добротности системы показана на рисунке 3.

В результате исследования выявлены и обоснованы соотношения, определяющие взаимосвязь частоты собственных колебаний потока жидкости на исследуемом участке и добротности системы при заданных геометрических характеристиках тракта и свойствах среды. Таким образом, экспериментально установлено, что при определенных условиях участок перфорированной обсадной колонны ведет себя как колебательная система, способствующий увеличению амплитуды возбуждаемых колебаний на частотах, близких к частоте собственных колебаний. В процессе исследования выявлено также другое важное обстоятельство: на других частотах энергия акустических колебаний интенсивно поглощается.

а) б)

Рис. 3 Корреляция экспериментальных и теоретических значений: а) частоты собственных колебаний потока теплоносителя в обсадной колонне; б) добротности.

Полученные результаты экспериментального и теоретического исследования позволяют учесть особенности процесса переноса энергии упругих волн в скважине и моделировать амплитудно-частотные характеристики волнового поля, формируемого в продуктивном пласте.

В третьей главе диссертации представлены результаты исследования процесса интегрированного тепловолнового воздействия на пласт.

Сущность тепловолнового воздействия заключается в нагнетании в пласт теплоносителя (пара) через излучатель колебаний давления, установленный в горизонтальной скважине. Теплота и упругие волны распространяются в пласте и воздействуют на процесс фильтрации в нем, что способствует интенсификации процесса добычи нефти. Максимальный положительный эффект интегрированного воздействия достигается в диапазоне частот, в котором наблюдаются резонансные колебания системы «излучатель колебаний давления (скважина) - продуктивный пласт»

Предложена модель процесса воздействия на пласт управляемыми волновыми и тепловыми полями. Показано, что с ее помощью может быть существенно повышена нефтеотдача пластов, а также интенсивность процесса добычи углеводородного сырья.

При моделировании тепловолнового воздействия на продуктивный пласт в число исследуемых геологических, теплофизических и гидродинамических характеристик включаются: глубина залегания и толщина пласта, распределение пористо-сти по толщине и простиранию пласта, распределение диаметра пор по объему пла-ста, состав пород, их физические и теплофизические свойства, состав пластовой жид-кости и ее теплофизические характеристики, а также начальные термодинамические условия в пласте (температура, давление).

Моделирование тепловолнового воздействия на пласт в условиях горизонтальных скважин позволяет разработать следующую методику определения режима тепловолнового воздействия:

1. Теплопроводность пласта определяется с учетом пористости породы:



, (3)

где , - теплопроводность пластовой жидкости и породы; - пористость породы.

2. Средняя температура прогреваемого пласта определяется параметрами теплоносителя, теплофизическими свойствами и приемистостью пласта:

, (4)

где - средняя температура прогреваемого пласта; - начальная температура пласта; - температура теплоносителя на входе в пласт; - сухость конденсирующегося пара в процессе теплообмена (для теплоносителя неизменного агрегатного состояния, х=0); - теплота конденсации; - теплоемкость теплоносителя; - постоянная, зависящая от теплофизических свойств пласта и пластовой жидкости; - толщина пласта;- погонная приемистость пласта; - радиус скважины; - теплопроводность пласта.

3. Количество теплоты, необходимое для прогрева пласта до средней температуры, находится с помощью зависимости:

; (5)

где - количество теплоты; - постоянная, определяемая при исследовании пласта; - плотность пласта; , - плотность пластовой жидкости и породы соответственно; - теплоемкость пласта; , - теплоемкость пластовой жидкости и породы.

4) Выражение для определения приведенной температуры прогреваемого пласта (4) позволяет определить максимальное и минимальное значения ее, то есть установить диапазон температур, в котором достигается наибольший эффект воздействия на пласт:

, (6)

, (7)

где - расстояние от скважины, на котором прекращается влияние теплового поля на пласт.

5. В результате исследования теплофизических свойств пластовой жидкости устанавливается зависимость вязкости ее от температуры:

, (8)

где - значение вязкости пластовой жидкости при температуре t; - значение вязкости при температуре = 0 єC; - эмпирическая постоянная.

6. Диапазон значений частоты колебаний, предпочтительный при воздействии на пласт с учетом известного распределения значений диаметра пор по объему пласта, определяется следующими соотношениями:

, (9)

, (10)

где , - минимальное и максимальное значения частоты колебаний давления;, - максимальное и минимальное значения диаметра пор в пласте.

Коэффициент проницаемости пласта, используемый в выражении для определения дебита скважины, может быть записан в следующем виде:

k = k0 + , (11)

k0 - начальное значение коэффициента проницаемости пласта (без волнового воздействия), мкм²; - коэффициент, позволяющий учесть влияние волнового поля на проницаемость пласта:

(12)

где p₀ -амплитуда колебаний давления, Па; w₀ - частота собственных колебаний столба жидкости в скважине, 1/с; щ - частота колебаний волнового поля, 1/с; с - скорость звука в пласте, м/с; - плотность пласта, кг/м³; Q - добротность скважины; б - коэффициент затухания, м^-1.

Таким образом, модель тепловолнового воздействия, представленная в настоящей главе, при заданных характеристиках породы пласта и битума, а также известных параметрах скважины позволяет оценить режим, параметры излучателя, волнового поля и наземного оборудования.

Методика определения оптимальной протяженности горизонтальной скважины.

Методика базируется на предположении, что продуктивный пласт, ограниченный вышележащими и нижележащими породами - кровлей и подошвой (рис. 4) - представляет собой волновод с характеристикой, определяемой толщиной и акустическими свойствами пласта, кровли и подошвы. Горизонтальная скважина в пласте является линейным источником тепловой и волновой энергии.

Рис. 4. Схема продуктивного пласта с горизонтальной скважиной.

Установлено, что длина горизонтальной скважины, как один из параметров, характеризующих объем пласта, не может быть произвольной. Она должна быть кратна целому числу волн, и зависит от частоты собственных колебаний пласта и спектра частот упругих волн, распространяющихся вдоль скважины.

1. Установленная взаимосвязь длины горизонтальной скважины и номера гармоники колебаний, удовлетворяющая условию возникновения резонанса (w_i / w_pi = 1), определяется следующим соотношением:

L_k = 2H / · (р · k / · (w_i / w_pi ) -1), (13)

где L_k - длина скважины в пласте, соответствующая «k» гармонике резонансных колебаний, м; = R/ Rкр + R / Rп - относительное значение волнового сопротивления системы «кровля - пласт - подошва», кг / (м2 · с); w_i - частота собственных колебаний продуктивного пласта, Гц; w_pi - значения частоты спектра резонансных колебаний волнового поля, Гц; k = 1, 2, 3, … - номера гармоник спектра частот резонансных колебаний (целые числа), определяющие длину скважины.

2. Значение гармоники определяется соотношением:

= / р · (·/ 2H +1), (14)

где Н - средняя толщина продуктивного пласта, м.

Значение, которое округляется до ближайшего большего числа k. Это значение k используется для окончательного уточнения длины скважины по формуле (11).

По представленной методике расчитана оптимальная протяженность горизонтального участка скважины при тепловолновом воздействии на пласты природных битумов (Мордово-Кармальское месторождение ОАО «Татнефть»).

В результате расчета установлено, что протяженность горизонтального ствола скважины составляет 100 метров, что соответствует номеру гармоники k = 6. Установлено, что оптимальная длина ствола горизонтальной скважины определяется частотой собственных колебаний пласта и номером гармоники спектра частот колебаний.

В четвертой главе представлен разработанный алгоритм расчета технологических параметров, позволяющий оценить эффективность интегрированного тепловолнового воздействия на продуктивный пласт.

В результате исследования установлено, что эффективность применения термоволнового воздействия на продуктивные пласты в условиях горизонтальных скважин обусловлена значительным увеличением проницаемости пористой среды (благодаря волнового воздействию) и снижением вязкости нефти (вследствие теплового воздействия), что приводит к повышению нефтеотдачи пласта и увеличению притока к добывающим скважинам.

Показателем эффективности интегрированного воздействия является дебит горизонтальной скважины, который определяется соотношением:

q = 2·10 ⁶ ·п·k·h·(P_k- P_c) / м· ln (4R_k / l) + (ln (h / 2п·r_с)· (h / l)), (15)

где q - дебит скважины, т/сут; k - проницаемость пласта, мкм²; P_k - давление на контуре питания, Па; P_c - давление на внутренней стенке скважины, Па; м - коэффициент динамической вязкости нефти, Па·с; R_k - радиус контура питания, м; l - длина скважины в продуктивном пласте, м; h - мощность (толщина по вертикали) пласта, м; r_c - радиус скважины, м.

Разработанный алгоритм позволяет выявить влияние частоты и амплитуды колебаний давления на значение дебита горизонтальной скважины. Последовательность операций:

1. На первом этапе вводим геолого-физические характеристики месторождения, а именно:

1.1 Характеристика продуктивного пласта месторождения: глубина залегания пласта, толщина пласта (по вертикали) в среднем; пористость; распределение диаметра пор; состав пород.

1.2 Теплофизические свойства породы: плотность, теплоемкость, теплопроводность, скорость звука в пласте, коэффициент затухания упругих волн.

1.3 Теплофизические свойства нефти: плотность, теплоемкость, теплопроводность, скорость звука в нефти.

1.4 Начальные термодинамические условия в пласте: температуру, давление, приемистость и проницаемость пласта.

1.5 Технологические параметры рабочего агента (пар): сухость пара, теплота конденсации пара, скорость звука в среде (пар).

1.6 Геометрические параметры горизонтальной скважины: длина горизонтальной части ствола скважины, диаметр скважины, количество перфорационных отверстий на единицу длины скважины, длина и диаметр перфорационного отверстия.

2. Расчет дебита горизонтальной скважины в отсутствии воздействия на пласт.

3. Определение следующих технологических параметров: средней температуры прогреваемого пласта; плотности и теплоемкости пласта; количества теплоты, необходимой для подогрева пласта до средней температуры; значения максимальной и минимальной температуры пласта, вязкость нефти при средней температуре пласта.

4. Определение дебита горизонтальной скважины при тепловом воздействии на пласт.

5. Определение следующих параметров: вязкости нефти при максимальной и минимальной температуре, диапазон значений частоты волнового поля, частоту собственных колебаний столба жидкости в скважине, добротность системы.

6. Определение коэффициента проницаемости с учетом волнового воздействия на пласт с учетом того, что коэффициент проницаемости есть функция амплитуды и частоты колебаний: = f(p₀, w)

7. Изменяя параметры звукового поля (частоту w₀ и амплитуду p₀) с заданным шагом определяется зависимость дебита горизонтальной скважины при тепловолновом воздействии. При этом учитывается влияние теплового и волнового полей (таблица 2).

q_i,j - дебит горизонтальной скважины, i = 1 …. n; j = 1 …..m.

Таблица 1

qi,j	p01	p02	p0m
w01	q11	q12	q1m
w02	q21	q22	q2v
w0n	qn1	qn2	qnm



8. Сравнение эффективности теплового и тепловолнового воздействия на продуктивный пласт, где показателем эффективности является дебит горизонтальной скважины.

9. Формулируются рекомендации по обеспечению максимального эффекта при тепловолновом воздействии на пласт в условиях горизонтальных скважин.

По данным, полученным на Мордово-Кармальском месторождении, произведен расчет и выбор оптимального режима тепловолнового воздействия на пласт. Тепловолновое воздействие на битумный пласт в условиях горизонтальной скважины реализуется при следующих затратах: подведенной в пласт теплоты Q = 9,1710⁸ кДж, обеспечивающем температурные пределы нагрева пласта t_max=218,6°С и t_min=126,2°С. При этом обеспечивается диапазон значений частоты от 50 до 3000 Гц.

Рис. 5. Зависимость дебита горизонтальной скважины от относительного значения частоты собственных колебаний.

На рисунке 5 представлена сравнительная оценка теплового и тепловолнового воздействия на пласт Мордово-Кармальского месторождения. Очевидно, что при тепловолновом воздействии путем увеличения амплитуды колебаний (на рисунке от 0,01 до 0,05 МПа) возможно многократное увеличение дебита скважины по сравнению с вариантом теплового воздействия на пласт.

На основе проведенного исследования разработаны рекомендации по обеспечению максимального эффекта интегрированного тепловолнового воздействия на продуктивный пласт, а именно:

1. Для достижения максимального эффекта тепловолновое воздействие на пласт должно осуществляться с помощью упругих волн в определенном диапазоне значений частот (для Мордово-Кармальского месторождения - 50-3000 Гц) с учетом следующей совокупности определяющих характеристик: температуры пласта; геологических, теплофизических и гидродинамических характеристик пласта и теплофизических свойств пластовой жидкости.

2. Выбор оптимальных значений частоты вынужденных колебаний, генерируемых излучателем в скважине определяются с учетом геолого-физических свойств пласта, состава и теплофизических свойств нагнетаемого агента, а также геометрических характеристик перфорированной части обсадной колонны горизонтальной скважины.

3. При разработке и создании устройства для генерации волн (излучателя колебаний давления) необходимо обеспечить максимально возможное значение амплитуды колебаний.

При этом необходимо исключить влияние внешних условий и режима нагнетания агента воздействия (давления, расхода и т.д.) на частоту генерируемых колебаний.

4. При бурении горизонтальной скважины длина горизонтального участка определяется из условия обеспечения резонансных колебаний давления в пространстве, ограниченном обсадной колонной, излучателем и дном обсадной колонны.

В случае несовпадения длины пробуренной скважины с рекомендуемой, режим резонанса достигается изменением места размещения излучателя по длине горизонтальной скважины.

ВЫВОДЫ

1. Предложен метод термоволнового воздействия на продуктивные пласты в условиях горизонтальных скважин, который имеет свои преимущества по сравнению с традиционными методами увеличения нефтеотдачи (МУН), а именно: 1) одновременное воздействие теплотой и волновым полем в диапазоне частот, находящихся в резонансе с собственными частотами колебаний пласта; 2) метод позволяет обеспечить не только очистку призабойной зоны пласта, но и интенсифицировать процесс добычи нефти в течение продолжительного периода времени.

2. Разработана математическая модель процесса переноса энергии упругих волн в скважине. Получены соотношения, характеризующие взаимосвязь частоты собственных колебаний потока теплоносителя и добротности системы при заданных геометрических характеристиках тракта и свойствах среды.

3. Создана установка для экспериментального исследования процесса переноса энергии упругих волн в скважине.

4. Выявлена корреляция результатов теоретических и экспериментальных данных, что позволило подтвердить адекватность математической модели реальному процессу.

5. Экспериментально установлено, что при определенных условиях рассматриваемый участок перфорированной обсадной колонны ведет себя как колебательная система, способствующая увеличению амплитуды возбуждаемых колебаний на частотах, близких к частоте собственных колебаний. Выявлено также, что на других частотах энергия волн поглощается.

6. Исследования процесса добычи углеводородных ископаемых с применением горизонтальных скважин и разработанная на этой основе модель позволяет теоретически определить оптимальный режим тепловолнового воздействия на продуктивный пласт и определить оптимальную протяженность горизонтального ствола скважины (для условий Мордово-Кармальского месторождения - оптимальная длина горизонтальной скважины составила 100 метров).

7. Разработан алгоритм расчета эффективности тепловолнового воздействия на продуктивный пласт и проведена сравнительная оценка дебита горизонтальной скважины при тепловолновом и тепловом воздействии на продуктивный пласт.

8. Разработаны рекомендации по обеспечению максимального эффекта интегрированного тепловолнового воздействия на продуктивный пласт.

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Научные статьи, опубликованные в изданиях, определённых ВАК

1. Гатауллин Р.Н. Моделирование процесса возбуждения колебаний в струйном излучателе на базе резонатора Гельмгольца. / Марфин Е.А., Кравцов Я.И., Гатауллин Р.Н. // Журнал Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева, №2, 2008 г. Изд-во: КГТУ. - с. 76-80.

2. Гатауллин Р.Н. Особенности метода интегрированного воздействия на продуктивный пласт при применении горизонтальных скважин. / Гатауллин Р.Н., Кравцов Я.И., Коханова С.Я. // Журнал Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева, №3, 2008 г. Изд-во: КГТУ. - с. 9-14.

Работы, опубликованные в других изданиях

3. Гатауллин Р.Н. Энергоэффективные технологии восполнения природных топлив с помощью горизонтальных скважин. / Гатауллин Р.Н., Коханова С.Я., Галеева Г.Р. // Журнал Труды Академэнерго. Казань: Изд-во Исследовательского центра проблем энергетики № 1, 2005, с. 123 - 127.

4. Гатауллин Р.Н. Оптимальная протяженность линейного источника термоволнового воздействия на продуктивный пласт. / Гатауллин Р.Н., Коханова С.Я. // V Школа-семинар молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е.Алемасова, 3-9 сентября 2006 г.: Материалы докладов. Казань: Иссл. центр проблем энергетики КазНЦ РАН, 2006. - с. 368-371.

5. Гатауллин Р.Н. Оптимизация динамических характеристик излучателя колебаний с учетом влияния пластовых условий на волновое поле при применении горизонтальных скважин. / Гатауллин Р.Н., Кравцов Я.И., Коханова С.Я. // Журнал Труды Академэнерго. Казань: Изд-во Исследовательского центра проблем энергетики, № 4, 2006, с. 125-134.

6. Gataullin R.N. Way of enhancement of efficiency performance the integrated affecting on a productive stratum. / Marfin E.A., Kravtsov Y.I., Gataullin R.N. // Fifth International Conf. Inverse problems: identification, design and control, 10-17 May, Каzan-Moscow. 2007. - http://www.cosmos.com.ru/5icp.

7. Гатауллин Р.Н. Оптимизация режима тепловолнового воздействия на пласт в условиях горизонтальных скважин. / Гатауллин Р.Н., Кравцов Я.И. // Сборник материалов XIX Всероссийской межвузовской научно-технической конференции, 14-16 мая 2007 г. Ч. 2. Казань: «Отечество», 2007. - С. 32-34.

8. Гатауллин Р.Н. Тепловолновое воздействие на продуктивный пласт в условиях горизонтальных скважин. / Гатауллин Р.Н., Кравцов Я.И., Марфин Е.А. // Труды XVI Школы-семинара под рук. ак. РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках». 21-25 мая 2007г., г. С.-Петербург. Том 2. М.: МЭИ, 2007, С. 103-106.

9. Гатауллин Р.Н. Исследование частотных характеристик струйного излучателя на базе резонатора Гельмгольца. / Марфин Е.А., Кравцов Я.И., Гатауллин Р.Н., Пищанецкий В.В. // Труды XVI Школы-семинара под рук. ак. РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках». 21-25 мая 2007г., г. С.-Петербург. Том 2. М.: МЭИ, 2007, С. 158-161.

10. Гатауллин Р.Н. Тепловые потери энергии при интегрированном воздействии на пласт в условиях горизонтальных скважин. / Гатауллин Р.Н., Марфин Е.А., Коханова С.Я. // Материалы Международной научно-практической конференции «Повышение нефтеотдачи пластов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений и комплексное освоение высоковязких нефтей и природных битумов». - Казань: Изд-во «Фэн», 4-6 сентября 2007г, с. 162-166.

11. Гатауллин Р.Н. Оптимизация режима интегрированного воздействия на продуктивный пласт. / Марфин Е.А., Кравцов Я.И., Гатауллин Р.Н. // Материалы Международной научно-практической конференции «Повышение нефтеотдачи пластов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений и комплексное освоение высоковязких нефтей и природных битумов». - Казань: Изд-во «Фэн», 4-6 сентября 2007г, с. 400-404.

12. Gataullin R.N. Features of the integrated influence on oil layer in conditions of horizontal wells. / R.N. Gataullin, Y.I. Kravtsov, E.A. Marfin. // Proceedings of the V Baltic Heat Transfer Conference, September 19-21, 2007. Publishing house of Polytechnical University, St. Petersburg, v. 1, р. 251 -258.

13. Гатауллин Р.Н. Энергоэффективная технология интегрированного воздействия на продуктивные пласты при применении горизонтальных скважин. / Гатауллин Р.Н. // Материалы ежегодной XIX международной Интернет-ориентированной конференции молодых ученых и студентов «МИКМУС-2007», 5-7 декабря 2007 г. Изд-во ИМАШ РАН, с. 106.

14. Гатауллин Р.Н. Численное моделирование течения жидкости в канале с синусоидальной геометрией при наложенных пульсациях. / Марфин Е.А., Кравцов Я.И., Гатауллин Р.Н. // Журнал Труды Академэнерго. - 2007. - № 4. - Казань: Исследовательский центр проблем энергетики. - с. 78-85.

15. Гатауллин Р.Н. Особенности распространения упругих волн в насосно-компрессорной трубе. / Марфин Е.А., Гатауллин Р.Н., Кравцов Я.И. // XVI Туполевские чтения: Международная молодежная научная конференция: Труды конференции. 2008 г. Том 2. Казань: Изд-во КГТУ. - с. 77-78.

16. Гатауллин Р.Н. Анализ факторов, влияющих на эффективность горизонтальной скважины. / Гатауллин Р.Н., Кравцов Я.И., Марфин Е.А. // XVI Туполевские чтения: Международная молодежная научная конференция: Труды конференции. 2008 г. Том 1. Казань: Изд-во КГТУ. - с. 245-247.

17. Гатауллин Р.Н. Исследование влияния перфорированного участка обсадной колонны на распространение акустических колебаний из скважины в пласт. / Гатауллин Р.Н., Кравцов Я.И., Марфин Е.А. // VI Школа-семинар молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», Казань, 2008 г. - с. 322-326.

Размещено на Allbest.ru

...