Технология повышения нефтеотдачи посредством гидродинамического воздействия на продуктивный коллектор (стр. 2 )

Рисунок 3 –  Неэффективная перфорация

Двухфазное течение (Stp) - часто при расчете продуктивности скважины, экономического эффекта от воздействия и т. д. рассматривается однофазное течение (газ или нефть). Зачастую в реальных условиях происходит добыча и нефти, и газа (нефти, воды и газа) одновременно, например, в старых, выработанных скважинах, где пластовое давление упало ниже точки росы (в газовых скважинах) или ниже давление насыщения (в нефтяных). Когда возникает двухфазное течение, имеет место скин-фактор Stp (рис.4).

Рисунок 4 – Пример двухфазного течения

Отклонение от закона Дарси (Sturb) - радиальный приток высокодебитной газовой скважины (> 5 млн. ст. куб. футов в день) может вызывать дополнительные потери давления вследствие турбулентного течения при прохождении через перфорационные отверстия.. Этот эффект (Sturb) ощутим при проведении ГДИС. Влияние турбулентности и отклонения от закона Дарси может быть снижено с помощью применения методов воздействия на пласт.

Влияние турбулентности на потери давления и дебит может быть оценено с помощью уравнения Форхгеймера (Forchheimer):

    (1)

где  - уравнение Дарси

в котором - потери давления, атм

  - длина участка, на котором происходят потери давления, см

  - вязкость, сП

  - скорость течения, см/сек

  - гидравлическое сопротивление за счет турбулентности, атм

  - коэффициент турбулентности

  - плотность жидкости, г/см3

Рисунок 5 – Скин-фактор, вызванный отклонением от закона Дарси

Горизонтальные и наклонные скважины (Sh) - когда бурится горизонтальная или наклонная скважина, площадь контакта скважины с продуктивным пластом многократно увеличивается. Польза от дополнительной площади может быть определена с помощью величины скин-фактора Sh. Так как в горизонтальных и наклонных скважинах ожидается более высокая продуктивность, чем в вертикальных, величина скин-фактора Sh отрицательна. Таким образом, этот тип скин-фактора (единственный из рассмотренных) является отрицательным (рис. 6).

Рисунок 6 – Наклонная скважина с дополнительной площадью притока

Общий скин-фактор

Измерение скин-фактора с помощью метода восстановления давления - Так как влияние загрязнения на характеристику работы скважины может быть значительным, были разработаны различные методики определения скин-фактора с помощью ГДИС. Понимание влияния скин-фактора на работу скважины очень важно при выборе метода воздействия на пласт и удаления загрязнения призабойной зоны.

Характеристика притока к скважине может быть проанализирована с помощью установившегося дебита и точных данных о восстановлении забойного давления во время закрытия скважины. Данные о восстановлении давления могут быть изображены на графике как функция от времени. В начале 1950-х доктором Хорнером был разработан метод расчета скин-фактора из данных восстановления давления нефтяной скважины.

Рисунок 7 – График Хорнера

Из диаграммы давления как функции log [(t + Δt) / Δt ] (рис.7), угол наклона кривой m есть функция установившегося дебита q, вязкости пластовой жидкости м, объемного коэффициента В и пропускной способности пласта kh. При установлении постоянной величины угла наклона с помощью уравнения ван Эвердингена и Херста может быть рассчитан общий скин-фактор Stotal:

    (2)

где  - экстраполированная величина давления для t = 1 час из диаграммы Хорнера

  - забойное давление в время теста

  - угол наклона кривой из диаграммы Хорнера

  - эффективная проницаемость пласта, рассчитанная из угла наклона

  - пористость

  - вязкость жидкости

  с  - сжимаемость жидкости

  - радиус скважины

  *  Угол, m =   (3)

где  q - установившийся дебит

  - вязкость жидкости

  В - объемный коэффициент

  h - пропускная способность пласта

  - эффективная проницаемость пласта

  h - высота продуктивного интервала

Общий скин-фактор - величина скин-фактора, рассчитанная из кривой восстановления забойного давления, обеспечивает надежные данные о продуктивности скважины. Как было сказано, положительный скин-фактор указывает на проблемы с эффективностью добычи. Когда положительный скин-фактор устранен (становится равным нулю или отрицателен) достигается увеличение продуктивности скважины.

Величина продуктивности по КВД является значением общего скин-фактора S = Stotal. Общий скин-фактор состоит из нескольких составляющих, и эффективное устранение положительного скин-фактора зависит от удаления каждой составляющей. В уравнении 4 отражены составляющие общего скин-фактора:

  Stotal = St + Sa + Sp + Stp + Sturb + Sh  (4)

где  St - скин-фактор за счет загрязнения призабойной зоны

  Sa - скин-фактор за счет частичного вскрытия

  Sp - скин-фактор за счет неэффективной перфорации

  Stp - скин-фактор за счет двухфазного течения

  Sturb - скин-фактор за счет турбулентности

  Sh - скин-фактор за счет наклона скважины

Взаимосвязь дебита и скин-фактора

При расчетах притока в нефтяных и газовых скважинах влияние скин-фактора на дебиты становится очевидным. Упрощение расчетов возможно путем введения метода оценки эффективности удаления скин-фактора методами воздействия на пласт (кислотная обработка и ГРП).

Закон Дарси может быть использован для расчета теоретически возможных дебитов как газовых, так и нефтяных скважин:

Нефть

    (5)

Где:  qSTB - дебит, ст. бар/день

  kh  - пропускная способность пласта, мД*фут

  Pavg  - среднее пластовое давление, psi

  Pwf  - забойное давление, psi

  м  - вязкость нефти, сП

  Во - объемный коэффициент

  rе - радиус дренирования, фут

  rw - радиус скважины, фут

Газ

    (6)

Где:  - дебит, тыс. куб футов/день

  kh  - пропускная способность пласта, мД*фут

  Pavg - среднее пластовое давление, psi

  Pwf - забойное давление, psi

  м  - вязкость газа, сП

  Т - пластовая температура

  z  - коэффициент сверхсжимаемости

  rе - радиус дренирования, фут

  - радиус скважины, фут

Так как - натуральный логарифм частного от деления большого числа rе, на довольно малое rw, для типичных расстояний между скважинами и радиусов дренирования, его величина может быть принятой равной 7 для нефтяных скважин и 8 для газовых. В результате такого приближения данные уравнения принимают вид:

Нефть

    (5a)

Газ

    (6a)

Увеличение добычи снижением скин-фактора

Эффективная кислотная обработка должна оказать влияние на расчетную величину скин-фактора. Например, была применена кислотная обработка для восстановления первоначальной проницаемости пласта. В таком случае, положительный скин-фактор должен быть значительно снижен до запланированного значения ноль. Кислотная обработка карбонатных коллекторов может изменить скин-фактор от положительного до отрицательного за счет увеличения проницаемости породы при взаимодействии с кислотой.

Потенциал увеличения продуктивности скважины можно оценить отношением q2/ql, гдe используются скин-фактор s1 до воздействия на пласт и скин-фактор s2 после воздействия. Допускаем те же условия притока (ΔPprod) и сходные пластовые условия. Увеличение добычи может быть оценено следующими уравнениями для нефтяных и газовых скважин: