авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Нестационарные гидродинамические процессы в нефтегазовых пластах и скважинах

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ШАМСИЕВ МАРАТ НАЗМИЕВИЧ

НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В НЕФТЕГАЗОВЫХ ПЛАСТАХ И СКВАЖИНАХ

Специальность 01.02.05 - механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Казань – 2009

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте механики и машиностроения Казанского научного центра РАН.

Научный консультант:
доктор технических наук,
профессор Хайруллин М.Н.
Официальные оппоненты:

доктор технических наук

профессор Данилов Ю.М.

доктор технических наук

Михеев Н.И.

доктор физико-математических наук,

профессор Овчинников М.Н.

Ведущая организация:

Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина.

Защита состоится «__» ______ 2009 года в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.079.02 при Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева по адресу: 420111, г. Казань, ул. К. Маркса, 10 (зал заседаний Ученого Совета).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке КГТУ им. А.Н. Туполева.

Автореферат разослан «__» ______ 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент А.Г. Каримова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Нефтегазовая отрасль промышленности России в последние годы испытывает определенные трудности. Они связаны с увеличением доли трудно извлекаемых запасов нефти, а также переходом основных месторождений нефти и газа на падающую добычу. В связи с этим ведутся исследования по разработке новых технологий добычи углеводородного сырья и поиск альтернативных источников энергии. Поэтому важную роль приобретают гидродинамические методы исследования скважин и пластов.

Задачи интерпретации результатов гидродинамических исследований скважин принадлежат к классу обратных задач подземной гидромеханики. Методы решения обратных задач позволяют оценить состоятельность рассматриваемых моделей и определять их неизвестные характеристики. Важным моментом при решении задачи об определении фильтрационных свойств нефтяных и газовых пластов является выделение подходящего класса допустимых решений на основе некоторой дополнительной информации. Одним из важнейших аспектов разработки газовых месторождений является выбор режимов эксплуатации скважин с целью предотвращения отложений газовых гидратов на стенке ствола по результатам газогидродинамических исследований.



Среди известных нетрадиционных источников энергии наибольший интерес вызывают природные газовые гидраты. Газогидратные месторождения обладают наибольшим потенциалом по сравнению с другими нетрадиционными источниками газа. В настоящий момент актуальной задачей является создание научных основ разработки газогидратных месторождений, позволяющих использовать процессы разложения и образования газовых гидратов.

Цель работы.

Создание методов для интерпретации результатов гидродинамических исследований нефтяных и газовых скважин и пластов при нестационарных режимах фильтрации. Исследование термогазодинамических процессов в системе «пласт – скважина – горные породы» с учетом фазовых переходов.

Основные задачи исследований:

  1. Разработка численных методов решения обратных коэффициентных задач подземной гидромеханики, позволяющих определять состоятельность моделей и оценивать их характеристики по результатам нестационарных гидродинамических исследований скважин.
  2. Создание математической модели процесса тепломассопереноса в стволе вертикальной газовой скважины для исследования режимов эксплуатации в условиях гидратообразования.
  3. Решение с помощью разработанных вычислительных алгоритмов модельных и практических задач подземной гидромеханики.

Научная новизна работы:

  1. Разработан численный метод решения обратных коэффициентных задач подземной гидромеханики на основе теории регуляризации. В качестве исходной информации используются результаты промысловых исследований нефтяных и газовых скважин.
  2. Предложен вычислительный алгоритм для оценки скин – эффекта вертикальных скважин, вскрывающих нефтяные и газовые пласты.
  3. Разработан вычислительный алгоритм для определения зависимости гидропроводности от давления по результатам промысловых исследований вертикальных нефтяных скважин на основе метода дескриптивной регуляризации.
  4. Получено уравнение движения границы раздела фаз газ – гидрат, описывающие процесс образования гидратного слоя в стволе работающей газовой скважины.
  5. Создана математическая модель образования гидратных отложений в стволе газовой скважины, учитывающая неизотермическую фильтрацию газа в пласте.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием хорошо апробированных исходных математических моделей фильтрации, разработкой численных методов на базе развитых общетеоретических концепций, касающихся некорректных задач, проведением тестовых расчетов и сопоставлением решений прямых и обратных задач, а также, хорошим согласием результатов с результатами классических методов.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Постановка и метод решения обратных задач, возникающих при гидродинамических исследованиях нефтяных и газовых скважин и пластов.
  2. Вычислительный алгоритм для интерпретации результатов гидродинамических исследований вертикальных и горизонтальных скважин на основе теории регуляризации.
  3. Вычислительный алгоритм для оценки состояния призабойной зоны вертикальных скважин, вскрывающих нефтяные и газовые пласты.
  4. Уравнение движения границы раздела фаз газ – гидрат в трубе с учетом фазовых переходов.
  5. Математическая модель процесса образования и разложения гидрата в стволе газовой скважины в системе «пласт – скважина – окружающие породы».

Практическая значимость и реализация результатов.

  1. Оценка скин - эффекта позволяет установить необходимость проведения обработки призабойной зоны скважины и оценить ее эффективность.
  2. Определение зависимости коэффициента гидропроводности пласта от давления позволяет установить оптимальные режимы эксплуатации скважин.
  3. Разработан вычислительный алгоритм для интерпретации результатов гидродинамических исследований горизонтальных скважин на основе трехмерной модели фильтрации. Он в отличие от графоаналитических методов не требует идентификации режимов потоков.
  4. Вычислительные алгоритмы, разработанные на основе методов регуляризации, позволяют интерпретировать недовосстановленные кривые восстановления давления.
  5. Разработан вычислительный алгоритм для исследования процесса фронтальной диссоциации газовых гидратов при постоянном и циклическом тепловом воздействии на пласт.
  6. Модель процесса образования и разложения гидрата в стволе вертикальной газовой скважины позволяет диагностировать и определять места образования гидратных пробок при заданных режимах эксплуатации.

Предложенные в диссертации вычислительные алгоритмы для интерпретации результатов гидродинамических исследований вертикальных и горизонтальных скважин могут быть использованы при составлении технологических схем и проектов разработки нефтяных и газовых месторождений. Выполненные в работе расчеты по реальным данным переданы в ОАО “Татнефть”. Вычислительные алгоритмы моделирования процессов образования и разложения газовых гидратов могут быть использованы при разработке газогидратных месторождений, добыче и транспорте газа.

Личный вклад автора в работу. Автором сформулированы вариационные постановки обратных задач, возникающих при интерпретации результатов гидродинамических исследований скважин и пластов при нестационарных режимах фильтрации. Разработаны вычислительные алгоритмы для оценки фильтрационных свойств пласта на основе теории регуляризации. Предложен вычислительный алгоритм для исследования теплового воздействия на газогидратный залежь. Получено уравнение, описывающие процесс образования гидратного слоя в стволе работающей газовой скважины. Предложена математическая модель процесса образования и разложения газогидрата в стволе газовой скважины с учетом тепломассопереноса в системе «пласт – скважина – окружающие породы».

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на итоговых научных конференциях Казанского научного центра РАН (г. Казань, 1993-2008), на 2-ой Международной конференции «Идентификация динамических систем и обратные задачи» (С.-Петербург, 1994), на Меж­дународной научно-технической конференции «Актуальные проблемы математического моделирования и автоматизированного проектирования в машиностроении» (Казань, 1995), на Всероссийской научной конференции “Фундамен­тальные проблемы нефти и газа”(Москва, 1996), на Международной научно-тех­нической конференции “Молодая наука - новому тысячелетию” (Набережные Челны, 1996), на Saint-Venant Symposium “Multiple Scale Analyses and Coupled Physical Systems”(Paris, 1997), на 2-я научно-технической конференции, посвя­щенная 850-летию г. Москвы «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 1997), на научно-практической конференции, посвященной 50-летию открытия девонской нефти Ромашкинского ме­сторождения “Опыт разведки и разработки Ромашкинского и других крупных нефтяных месторождений Волго-Камского региона” (Лениногорск, 1998), на International Conference dedicated to P.Ya.Polubarinova-Kochina “Modern approaches to flows in porous media” (Moscow, 1999), на семинаре-дискус­сии “Горизонтальные скважины: бурение, эксплуатация, ис­следование” (Актюба, 1999), на 3 – й Международной конференции «Горизонтальные сква­жины» (Москва, 2000), на Numerical algorithms for identification of oil reservoir Proceedings of Conference “Intelligent Computing in the Petroleum Industry” on WorkShop ICPI (Mexico, 2002), на VIII Четаевской международной конференции «Аналитическая механика, устойчивость и управле­ние движением» (Казань, 2002), на 2-ой Республиканской научно-практической конференции “Актуальные задачи выявления и реализации потенциальных возможностей горизонтальных технологий нефтеизвлечения” (Казань, 2003), на XVIII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях», ММТТ – 18 (Казань, 2005), на V-й научно – технической конференции «Современные технологии гидродинамических и диагностических исследований скважин на всех стадиях разработки месторождений» (Томск, 2006), на Международной научно - практической конференции «Повышение нефтеотдачи пластов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений и комплексное освоение высоковязких нефтей и природных битумов» (Казань, 2007), на IX Международном симпозиуме «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение» (Казань, 2008).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 48 печатных работ, в том числе одна монография, 17 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, 7 статей в журналах и сборниках, 23 материала докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Объем работы (включая 26 таблиц, 99 рисунков) - 215 страниц.





Краткое содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, поставлены цели и формулируются основные задачи исследования, раскрывается научная новизна, кратко излагается основное содержание работы по главам.

В первой главе дается обзор и анализ литературы, посвященной теории решения некорректных задач математической физики и гидродинамическим методам исследования нефтяных и газовых скважин и пластов.

Проблемы, связанные с интерпретацией результатов гидродинамических исследований, приводят к некорректным математическим задачам. Методы решения некорректно поставленных задач развивались в работах А.Н. Тихонова, М.М. Лаврентьева, О.М. Алифанова, Ф.П. Васильева, П.Н. Вабищевича, А.М. Денисова, J.V. Beck, W.H. Chen, G. Chavent и др.

Методы решения обратных задач подземной гидромеханики рассматривались в работах В.Я. Булыгина, Г.А. Вирновского, С.Н. Закирова, Б.И. Леви, М.Т. Абасова, Г.В. Голубева, П.Г. Данилаева, М.Х. Хайруллина, G.R. Gavalas, J.H. Seinfeld и др. Изучению вопросов, связанных с интерпретацией результатов гидродинамических исследований (ГДИ) вертикальных (ВС), горизонтальных скважин (ГС), посвящен ряд работ отечественных и зарубежных авторов: Г.И. Баренблатта, К.С. Басниева, С.Н. Бузинова, И.А. Чарного, В.Н. Щелкачева, В.А. Черных, М.Н., М.Н. Овчинникова, C.C. Miller, P.A. Goode, D.K. Babu, F. Kuchuk и др.

Процессы образования гидратных отложений в газопроводах и в газовых скважинах рассматривались в работах Э.А. Бондарева Э.А., Ю.П. Коротаева, Б.А. Красовского и др. Математические модели, описывающие процесс диссоциации газовых гидратов в пористых средах, приводятся в работах Р.И. Нигматулина, Н.В. Черского, Э.А. Бондарева, А.М. Максимова, Г.Г. Цыпкина, L. Jeannin, A. Bayi, Y. Masuda, M. Kurihara и др. В работе H.C. Kim, P.R Bishnoi приводятся кинетические соотношения для описания фазовых переходов.

Во второй главе рассматриваются обратные коэффициентные задачи, возникающие при интерпретации результатов гидродинамических исследований вертикальных и горизонтальных скважин.

Оценки коэффициентов гидропроводности , упругоемкости и пластового давления определяются из минимизации функционала:

, (1)

где - наблюдаемые значения забойного давления, - вычисленные значения забойного давления, когда процесс нестационарной фильтрации описывается уравнением:

, , , (2)

с начальным

(3)

и граничными условиями

, (4)

, (5)

где , и - соответственно сжимаемость пористой среды и жидкости, - пористость, - толщина пласта, - радиус контура питания, - радиус скважины, - дебит скважины, - начальное распределение давления в пласте, - коэффициент влияния ствола, - время исследования скважины.

Задача минимизации (1) при условии выполнения (2)-(5) сводится к задаче безусловной минимизации при помощи функционала Лагранжа:

,

где - множитель Лагранжа.

Из условия стационарности функционала Лагранжа , получается выражения для составляющих градиента функционала

, , ,

где - решение соответствующей сопряженной задачи.

Итерационный процесс для восстановления неизвестных параметров строится градиентным методом. Для численного решения задач (2) - (5) и соответствующей сопряженной задачи применяется метод конечных разностей. Область решения покрывается неравномерной сеткой, которая сгущается к скважине. Построение такой сетки проводится с помощью преобразования координат . На модельных примерах исследуются сходимость итерационного процесса и устойчивость решения обратной задачи (1) – (5) относительно погрешностей входной информации.

Рис.1. Модель кругового кусочно-однородного пласта.

Оценка состояния призабойной зоны скважины сводится к задаче определения гидропроводности в призабойной () и удаленной () зонах (рис.1). Составляющие градиента функционала вычисляются следующим образом:

, ,

где значение радиуса призабойной зоны определяется из минимума функционала (1). Скин-эффект определяется из соотношения

.

Величина S будет положительной, если проницаемость призабойной зоны меньше проницаемости удаленной зоны, и отрицательной, если наоборот.

На рис. 2 (кривая – ) приведены результаты гидродинамических исследований скважины № 520 (Сиреневское месторождение РТ). Дебит до остановки скважины 9,6 м3/сут. В результате интерпретации кривой восстановления давления предложенным методом получены следующие оценки: =8,875 МПа, = 510-4 МПа-1, =0,04824 мкм2 м/ (мПа с), =0,03587 мкм2 м/ (мПа с), =7,5, = –1,11. Измеренная и вычисленная КВД и их логарифмические производные приведены на рис.2. По оценкам гидропроводностей призабойной и удаленной зон следует, что призабойная зона не загрязнена.

Далее приводятся постановки и методы решения обратных коэффициентных задач, возникающих при интерпретации результатов гидродинамических исследований горизонтальных скважин.

Рассматривается обратная задача определения главных значений тензора проницаемости в случае, когда процесс фильтрации в области V (рис.3) описывается уравнением:

, , , (6)

с начальным

, (7)

и граничными условиями



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.