Исследование работы скважины

Кафедра «ВТЛ и гидравлики»

Курсовая работа

По дисциплине Подземная гидромеханика

На тему Исследование работы скважины

2010

Реферат

В курсовой работе исследуется гидродинамические и другие характеристики работы скважины. Рассматривается режим вытеснения нефти водой из пласта в скважину. Такой режим называется водонапорный. Нефть и вода в пласте движутся одновременно, постепенно нефть вытесняется в скважину, а пласт заполняется водой. В результате проведенных исследований было установлено, что чем ближе положение границы ВНК к скважине, тем выше дебит. Курсовая работа выполнена на 25 страниц, приведено 11 рисунков, 4 таблицы. Выполнено построение трех индикаторных диаграмм, двух кривых депрессии и двух гидродинамических полей. Библиография включает в себя три источника.

Введение

Подземная гидромеханика — наука о движении жидкости, газов и их смесей в пористых и трещиноватых горных породах. Подземная гидромеханика рассматривает особый вид движения жидкости — фильтрацию[2].

В нефтегазовой отрасли она позволяет определить характер изменения скоростей фильтрации и движения жидкости, распределения давления по длине пласта от контура питания до скважины; определение дебита, коэффициента продуктивности, время прохождения фильтрующейся жидкости от контура до скважины. Полученные данные позволяют решать задачи прогнозирования и контроля разработки нефтяных, газовых, нефтегазовых и газоконденсатных пластов. Кроме того, в решении учитываются характер неоднородности пласта, характер несовершенства скважины.

Пласт вскрыт гидродинамически совершенной скважиной, такая скважина является теоретической и используется для учебных расчётов. Существует чёткое разделение между водной и нефтяной зонами, что свидетельствует о поршневом вытеснении, которое принимается при теоретических расчётах[1].

Вытеснение нефти водой является одним из основных методов повышения продуктивности пласта. Этот метод применяется в Российской Федерации и за рубежом, так как он один из сравнительно простых методов применяемых при добыче нефти после того как иссякла естественная энергия пласта[3].

Основой метода является закачка воды в продуктивный пласт через нагнетательные скважины. Могут применяться рядные, контурные и точечные системы заводнения.

1. Теоретическая часть

Заданный процесс является примером работы скважины на водонапорном режиме. Нефть вытесняется в добывающую скважину из продуктивного пласта под действием напора воды закачиваемого в нагнетательную скважину. В нефтеносном контуре образуются водная и нефтяная части, а так же водонефтяной контакт [1].

При отборе жидкости из скважины частицы жидкости в пласте будут двигаться по горизонтальным прямолинейным траекториям, радиально сходящимся к центру скважины. Такой фильтрационный поток называется плоскорадиальным. В начальный момент времени, при наличии в пласте только нефти можно применить расчётную схему (рис.1) и зависимости для плоскорадиального фильтрационного потока.

Рисунок 1 – Схема плоскорадиального фильтрационного потока[1]

Результаты исследования скважины на нескольких режимах приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты исследования скважины

Для того чтобы определить, по какому закону происходит фильтрация нефти в начальный момент времени, необходимо по данным исследования скважины построить индикаторную диаграмму. При этом наносятся точки, и подбирается теоретическая индикаторная диаграмма (рисунок 2).

Рисунок 2 – Индикаторная диаграмма

Рассмотрим задачу о вытеснении нефти водой в условиях плоскорадиального движения по закону Дарси в пласте, изображённом на рисунке 3. На контуре питания радиуса RК поддерживается постоянное давление рк, на забое скважины радиуса rс – постоянное давление рс, толщина пласта h и его проницаемость k также постоянны. Обозначим через R0 и rн соответственно начальное и текущее положение контура нефтеносности, концентричные скважине и контуру питания, через рв и рн – давление в любой точке водоносной и нефтеносной области соответственно, через р – давление на границе раздела жидкостей.

Рисунок 3 – Схема пласта при плоскорадиальном вытеснении нефти водой

В случае установившегося плоскорадиального движения однородной жидкости и если изобару, совпадающую в данный момент с контуром нефтеносности, принять за скважину, то распределение давления и скорость фильтрации в водоносной области можно выразить так:

(1)

(2)

А если эту же изобару, совпадающую с , принять за контур питания, то распределение давления и скорость фильтрации в нефтеносной области можно записать так:

(3)

(4)

Давление на границе раздела жидкостей p найдем из условия равенства скоростей фильтрации нефти и воды на этой границе, для чего приравняем (1) и (3) при В результате получим

(5)

Определим характеристики рассматриваемого плоскорадиального фильтрационного потока нефти и воды.

1. Распределение давления в водоносной и нефтеносной областях найдем из уравнений (1) и (3), подставив в них значения давления на границе раздела p из (5). В результате получим

, при ;(6)

, при . (7)

2. Скорости фильтрации жидкостей определяем

при ; (8)

при. (9)

Из формул (8) и (9) видно, что скорости фильтрации, как воды, так и нефти растут во времени (так как знаменатель в указанных формулах уменьшается во времени).

3. Дебит скважины Q найдем, умножив скорость фильтрации на площадь :

(10)

(11)

При постоянной депрессии дебит скважины увеличивается во времени, т.е. с приближением к ней контура нефтеносности. Такое самопроизвольное увеличение дебита нефти перед прорывом воды в скважину подтверждается и промысловыми наблюдениями. При формула (10) превращается в формулу Дюпюи.

4. Время прохождения частицей жидкости заданного участка от до определяем

(12)

5. Время вытеснения всей нефти водой T найдем, подставив в уравнение (12) . В результате получим (пренебрегая по сравнению с )

(13)

6. Определяем коэффициент продуктивности по формуле

. (14)

7. Для определения линейности фильтрации определим число Рейнольдса по формуле Щелкачёва В.Н.:

, (15)

скважина фильтрация нефть плоскорадиальный

где кинематический коэффициент вязкости воды, определяемый по формуле[1]

. (16)

2. Математический расчет

2.1 Исследование фильтрации при различном положении радиуса водонефтяного контакта

Рассчитаем коэффициент фильтрации по формуле (11) взяв значения из графика на рисунке 2:

Для определения закона фильтрации определим скорость фильтрации воды у скважины по формуле(2):

Для определения линейности фильтрации найдём число Рейнольдса по формуле (15):

.

Итак, Re < 0,032 – вода фильтруется по линейному закону.

Исследование скважины при rВНК = 0,4RК

rВНК = 0,4∙850 = 340 м.

По формуле (5) определяем давление на границе ВНК:

Дебит определяем по формуле (10):

Определяем коэффициент продуктивности по формуле (14):

Распределение давления в водоносной и нефтеносной областях определяется по формулам (6) и (7).

При r = 150м:

Распределение скоростей фильтрации определяем по формулам (8) и (9). При r = 150 м:

Результаты расчёта давления и скоростей фильтрации заносим в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты расчёта давления и скоростей фильтрации

Строим кривую депрессии, гидродинамическое поле (рисунок 4), график распределения скоростей (рисунок 5а и 5б) и индикаторную диаграмму (рисунок 6).

Исследование скважины при rВНК = 0,7RК

rВНК = 0,7∙850 = 595 м.

По формуле (5) определяем давление на границе ВНК:

Дебит определяем по формуле (10):

Определяем коэффициент продуктивности по формуле (14):

Распределение давления в водоносной и нефтеносной областях определяется по формулам (6) и (7).

При r = 150м:

Распределение скоростей фильтрации определяем по формулам (8) и (9). При r = 150 м:

Результаты расчёта давления и скоростей фильтрации заносим в таблицу 3.

Таблица 3 – Результаты расчёта давления и скоростей фильтрации

Строим кривую депрессии, гидродинамическое поле (рисунок 7), график распределения скоростей (рисунок 8а и 8б) и индикаторную диаграмму (рисунок 9).

2.2 Расчёт времени прохождения первых и последних 10 метров и времени вытеснения нефти водой

Время прохождения частицей жидкости первых и последних 10 м определяем по формуле (12):

Для первых 10 м: R0 = 850 м; rн = 840 м:

Для последних 10 м: R0 = 10 м; rн = 0,1 м:

Определяем время вытеснения всей нефти водой по формуле (13):

.

2.3 Расчёт падения давления на границе ВНК в зависимости от времени и изменения дебита

По формулам (5), (10) и (12) определяем давление на границе ВНК и изменении дебита от времени.

При rн = 100 м:

Результаты расчётов заносим в таблицу 4.

Таблица 4 – Результаты расчетов падения давления на границе ВНК в зависимости от времени и изменения дебита

Проверим время до прорыва воды по приближенной формуле, приняв q = const:

(15)

где – объём нефти, содержащийся в пласте, вычисляется по формуле:

q – дебит скважины, определённый по графику на рисунке 11, q = 75 м3/сут.

Итак, время вытеснения всей нефти водой по точной и приближенной формулам приблизительно равны.

Заключение

В курсовой работе исследовались гидродинамические и другие характеристики работы скважины. В результате проведенных исследований были получены зависимости распределения давления в пласте, дебиты скважин в начальный и конечный моменты работы пласта. Проведены исследования при различных положениях водонефтяного контакта. Рассчитано время прохождения первых и последних десяти метров пласта, также рассчитано время вытеснения нефти водой. Построены графики падения давления на границе ВНК и изменения дебита.

В результате расчётов можно сделать вывод о том, что пласт обладает малой проницаемостью и для вытеснения всей нефти потребуется длительное время.

При разработке месторождения выгоднее добывать нефть при естественном режиме работы пласта. Система поддержания пластового давления с помощью закачки воды является эффективным способом повышения нефтеотдачи пласта.

Список используемых источников

1. Басниев К.С. Подземная гидравлика: учебник для вузов/ Басниев К.С., Власов А.М., Кочина И.Н., Максимов В.М. – М.: Недра, 1986, 303 с.

2. Вихарев А.Н. Решение задач по подземной гидравлике: учеб. пособие для вузов/ Вихарев А.Н., Долгова И.И. – Архангельск: Изд-во АГТУ, 2005, 91 с.

3. Курс лекций «Подземная гидромеханика».