СОБЫТИЯ

Представитель Департамента (Михаил Сироткин) ПАО «Газпром» выступил с докладом о сокращении затрат на проведение строительно-монтажных работ (СМР) в Группе Газпром на пленарной сессии VIII Ежегодной конференции «Нефтегазстрой-2018» «Строительство в не

31.05.2018 в Москве состоялась VIII Ежегодная конференция «Нефтегазстрой-2018» «Строительство в нефтегазовом комплексе». С приветственным словом выступил Первый заместитель Председателя Комитета Государственной Думы по ...

Российский Нефтегазохимический Форум ГАЗ. НЕФТЬ. ТЕХНОЛОГИИ

С 22 по 25 мая 2018 года в городе Уфе состоялись Российский Нефтегазохимический Форум и XXVIмеждународная выставка «Газ. Нефть. Технологии» -крупнейшие международные мероприятия нефтегазовой и нефтехимической отрасли России. Мероприятия ...

В отеле InterContinental состоялась ежегодная встреча руководителей служб капитального строительства нефтегазовых компаний

31 мая 2018 года по адресу: Москва, улица Тверская, 22, отель InterContinental, состоялась восьмая ежегодная конференция «Строительство в нефтегазовом комплексе» (Нефтегазстрой-2018). На мероприятии обсудили основные проблемы, которые ...

Татарстанский нефтегазохимический форум

Организаторы: Правительство Республики Татарстан ОАО «Казанская ярмарка» При поддержке: Президента Республики Татарстан В соответствии с Распоряжением Кабинета Министров Республики Татарстан от 03.04.2018 г. №701-р, с 4 по 6 сентября ...

31 мая в Москве компания «Роснефть» собирает российских подрядчиков

31 мая 2018 года по адресу: Москва, улица Тверская, 22, отель InterContinental, состоится круглый стол на тему: «Перспективные вопросы сотрудничества ПАО «НК «Роснефть» с подрядчиками в области капитального ...

А. С. ШАРЦЕВ «Моделирование фильтрационных потоков в нефтяном пласте»

Шарцев Александр Сергеевич, г. Пермь

A_2014_vnutr36Моделирование фильтрационных потоков в нефтяном пласте, графическое отображение линий потока жидкости позволяют получить представление о полноте выработки пласта в результате используемой схемы разработки, выделить как застойные зоны, так и зоны возможного обводнения скважин. Известно, что фильтрация жидкости  в пласте описывается уравнениями потенциальных полей и для плоской модели без граничных условий подчиняется уравнению Лапласа.  Автором разработана программа расчёта аналитического решения уравнения Лапласа в узлах квадратной сетки для произвольного набора скважин. Полученное решение используется для построения карты фильтрационных  потоков, на основе которой дополнительно рассчитывается распределение объёмов закачки между нагнетательными и эксплуатационными скважинами.  Карта фильтрационных потоков используется также для расчёта положения фронтов закачки со временем.  Обсуждению применимости данного решения и посвящена данная статья.

Рассматривается однородный  бесконечный пласт,  совершенные скважины и плоское течение. Расчётная процедура основана на  методе суперпозиции полей и даёт значения функции тока в узлах квадратной сетки.  Обсудим возражения против данных допущений.

1. Правомерность рассмотрения в качестве объекта идеального пласта. Нас интересует качественная картина процесса, а потому данное допущение вполне допустимо. Используются  же уравнения для идеального газа.

2. Рассматривается бесконечный пласт. Мне известны примеры решения данной задачи, когда стороны сетки отождествлялись с границами залежи и считались непроницаемыми.
В этом случае обязательным условием является соблюдение равенства суммарных объёмов отбора и закачки или необходимо  применять всевозможные экзотические приёмы компенсации дисбаланса отбора-закачки, например, через угловые узлы. Вариант расчёта для  фонтанного способа эксплуатации в  данном  решении  невозможен в принципе. Указанное допущение часто противоречит строению нефтяного пласта, поскольку границей залежи обычно считается граница водонефтяного контакта, за пределами которой пласт продолжается и гидродинамически связан с нефтяной залежью. Другим вариантом может быть задание граничных условий на сторонах сетки, но это уже предполагает наличие моделируемой залежи за пределами сетки, а о фактическом положении границы залежи «скромно» умалчивается. Не правильнее ли принять предположение о бесконечном пласте? При необходимости можно смоделировать непроницаемую границу на сторонах сетки, вводя в расчёт фиктивные скважины по принципу зеркального отражения. Несложные рассуждения показывают, что таких границ может быть не более двух и они должны быть взаимно перпендикулярны. В расчётной процедуре это предусмотрено.

3. Рассматривается однородный пласт. В случае неоднородного пласта результирующее решение складывается из решения для однородного пласта, которое мы уже имеем, и смещением, равным произведению производных функции тока и гидродинамического сопротивления. Таким образом,  необходимо решить задачу аппроксимации гидродинамического сопротивления в узлы расчётной сетки. На практике точек с известными значениями гидродинамического сопротивления в пределах залежи весьма негусто и  результат сильно зависит от процедуры аппроксимации. Ситуация ухудшается тем, что в расчёт смещения входит дифференциальная характеристика гидродинамического сопротивления, а потому в результате много от «лукавого». С моей точки зрения, учёт неоднородности пласта не столь важен, поскольку он уже отра-
зился в фактических объёмах дебитов добывающих скважин, а отсутствие учёта смещения линий тока существенно не искажает карту потоков.

Приведу основные соглашения. Функция тока – решение уравнения Лапласа в узлах квад-ратной сетки для произвольной совокупности скважин.  Ячейка сетки – четыре узла сетки, образующих минимальный квадрат. Скважины снесены в центр ближайшей ячейки. Дебиты  нагнетательных  скважин задаются со знаком плюс (приток), добывающие – со знаком минус (отбор).   Линия тока – линия с постоянным значением функции тока, которая начинается на одной скважине и заканчивается на другой скважине или границе сетки. Трубка тока – две соседние линии тока, внутри которой движется жидкость, не пересекая границ линий тока.  Расход в трубке тока равен абсолютной величине разности значений функции тока для линий тока, образующих трубку.

В качестве примера  рассмотрим 5 скважин: две нагнетательные скважины с дебитом +100 и три эксплуатационные скважины с дебитами -50, -60, -50  (в условных единицах).

A_2014_vnutr37

На рис. 1. отображена карта фильтрационных потоков для бесконечного пласта. Построение линий тока выполняется в два этапа:  вначале прослеживаются линии тока от нагнетательных скважин до выхода линии тока на эксплуатационную скважину или на границу расчётной области, затем рассматриваются все линии тока от эксплуатационных скважин, но рисуются лишь те, что выходят на границу области. Шаг построения линий тока (расход в трубке тока)  рассчитывается  через средний дебит скважин, делённый на заданное число (в данном случае 20). Поскольку решение целочисленное, то последняя трубка на нагнетательной скважине может быть неполной. Для эксплуатационных скважин ситуация несколько хуже, и таких «неправильных» трубок может быть больше за счёт независимого вторичного счёта и того, что на скважину могут приходить линии тока от разных нагнетательных скважин. Известно, как  улучшить процедуру построения линий тока, обеспечив большую однородность рисунка (уменьшить число «неправильных» трубок), но это дело будущего.

На рис. 2   отображена та же карта фильтрационных потоков с  положением фронтов жидкости по трубке тока  через равные промежутки времени.  Жидкость считается однофазной,  вытеснение нефти – поршневое. Указанные условия являются грубым приближением к реальным условиям, но тем не менее качественно отражающим картину процесса.  Расчёт положения фронтов жидкости в трубке тока выполняется от нагнетательных скважин и только для «правильных» трубок.  В программе реализована заливка голубым цветом области текущего положения фронта жидкости для заданного интервала времени. Если сохранить картинки последовательных положений фронтов с «заливкой» и запустить их как слайд-шоу, получим мультик с динамичным движением фронтов. Зная временную динамику обводнения каждой трубки, приходящей на добывающую скважину, можно построить график изменения обводнённости конкретной  скважины.

На рис. 3. отображена карта фильтрационных потоков с  непроницаемой границей на левой и нижней сторонах  сетки.  Временной интервал и параметры расчёта фронтов жидкости аналогичны варианту рис.2. Видно, что наличие границы привело к смещению линий тока, увеличению скорости фильтрации (плотности линий тока), но не привело к перераспределению объёмов отбора жидкости эксплуатационными скважинами, что естественно, поскольку решается обратная задача (заданы уровни отбора жидкости).

По числу линий тока, соединяющих нагнетательные и эксплуатационные скважины, программно рассчитывается таблица «связности» (не учитываются линии тока, вышедшие на границу). Это же несложно и более точно можно сделать вручную по карте линий тока, учитывая и граничные линии.

Расчёт положения фронтов жидкости в трубке тока позволяет рассчитать объёмы прокачки жидкости через единичные элементы трубки тока (область между двумя фронтами в трубке тока). Зная зависимость уменьшения гидродинамического сопротивления пласта от объёмов прокаченной жидкости,  можно смоделировать процесс формирования промытых зон. Графически это будет отражаться в смещении линий тока в эти зоны, что говорит о росте скорости прокачки жидкости и перераспределении объёмов прокачки в эти зоны с их дальнейшим расширением. Аналогично моделируется и обратная задача закачки полимеров с целью запечатывания промытых зон.

Несколько слов о 3-мерной модели. Принципы, использованные для разработки процедуры расчёта функции тока двух переменных,  могут быть применены и для разработки процедуры расчёта функции тока трёх переменных.  Время счёта увеличится пропорционально числу новых слоёв сетки (ввиду быстрого расчёта это не определяющий фактор), но исчезает изящество карты линий тока. Я не вижу наглядной формы графического отображения линий тока и тем более трубок тока для трёхмерной модели. Учитывая соотношение протяжённости пласта и его мощности, пласт с большой степенью достоверности можно считать плоским.

Внимательный читатель, надеюсь, обратил внимание, что при изложении материала автор не привел ни одной формулы. Это сделано сознательно,  формулы несложно найти в соответствующей литературе, я же перехожу ко второй части статьи. Термин «фактор понимания» я позаимствовал  из наименования  одноимённой книги Александра Зиновьева. Занимаясь много лет разработкой программ, связанных с геологией и разработкой нефтяных месторождений, я заметил одну особенность своего мышления: если я не «видел» решения задачи сразу, то я погружался «внутрь» себя, пока решение не приходило само собой. Более того, расчётные формулы я воспринимал как процесс, и,  может, именно потому мне удавались производственные реализации «академических» алгоритмов.  Во время работы в одном из  НГДУ «ЮганскНефтегаза» мне довелось познакомиться с материалами исследования залежи методом закачки индикаторов. Посмотрев на график регистрации количества индикаторов в жидкости контрольной скважины, я «визуально» видел процесс и момент «подключения» второго пласта. Геолог цеха, который обучал меня тонкостям разработки, приложив руку к трубе, мог по её температуре оценить – работает скважина в режиме или нет. Врач, положив пальцы на моё запястье, без всяких замеров достаточно точно назвал значение моего давления.  Т.е. существует нечто вне нашего сознания, что существенным образом влияет на творческий процесс, и не только на него.

Судьбе было угодно, чтобы я познакомился с трудами известного швейцарского психолога К. Г. Юнга, концепция которого о структуре души легла на благодатную почву.  Обладая аналитическим складом ума, без которого невозможно стать хорошим разработчиком, я пришел к пониманию, насколько мыслительная деятельность зависит от того,  что происходит за порогом сознания. Выскажу более сильное утверждение, что большая часть нашей мыслительной деятельности проходит за пределами сознания, и мы лишь пользуемся плодами этой деятельности в той мере, в  какой способны взаимодействовать с собственной душой. В качестве примера приведу известный факт, что структура периодической таблицы химических элементов приснилась Д. Менделееву во сне. Но самым удивительным примером для меня является Никола Тесла, понявший «душу» процессов электромагнетизма, а осознав, какими силами он научился управлять, уничтожил все свои записи, не будучи уверенным, что человечество сможет разумно этими знаниями воспользоваться. Смею предположить, что в уничтоженных записях были описания закономерностей процессов, чертежи устройств  без глубоких теоретических обоснований и сложных математических выкладок. Из этого не следует, что достаточно научиться погружаться внутрь себя и получишь решение. Не наполнив прежде свою душу знаниями и закономерностями в своей области деятельности, не стоит надеяться и на помощь «изнутри».

Информатизация, внедрение вычислительных средств, как в производство, так и в образование,  вместе с прогрессом в знании привнесло и регресс в понимании. На любой вопрос можно найти ответ в  Интернете, не надо сильно утруждать себя учёбой, мыслительной деятельностью. На работе будет программный комплекс, который всё сделает за тебя, изучил – и только дави на нужные клавиши. Душа в том смысле, как указано выше, «покинула» тело,  растворившись во внешней информационной среде. Понимание процессов стало уделом избранных.

Описываемый программный комплекс  мог бы сыграть важную роль в образовательном процессе студентов соответствующих специальностей для формирования понимания процессов, связанных с добычей нефти, также будет полезен  и цеховым геологам НГДУ. Расчётная процедура 
не является итерационной, а потому расчёт выполняется очень быстро, позволяя «проигрывать» разные варианты. Программным образом можно получить ряд закономерностей, но я считаю, что для формирования понимания процессов их надо получить самостоятельно, вручную, работая с картой фильтрационных потоков. Для этого в программе предусмотрен режим «паутинка», отображающий положение фронтов во времени без заливки области обводнения. Чтобы готовились не бухгалтеры по добыче нефти, а грамотные разработчики. Устойчивые объёмы отборов нефти из скважин в течение длительного времени могут порадовать  «бухгалтера» нефтедобычи, но должны озаботить  разработчика, поскольку установившиеся течения сейчас – источник проблем в будущем.

НГС№1 2014


Категория статьи: Нормативная база

К содержанию журнала
Яндекс.Метрика