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
Дебит скважины Q, м3/сут
|
12,4
|
29,0
|
45,1
|
50,2
|
57,4
|
65,8
|
Давление на забое скважины рс, МПа
|
10,2
|
8,7
|
7,3
|
6,8
|
6,2
|
5,4
|
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
. (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
r,
м
|
w,
м/сут
|
p,
МПа
|
0,1
|
7,800401
|
4,80
|
0,15
|
5,200267
|
5,11
|
0,5
|
1,56008
|
6,04
|
1
|
0,78004
|
6,58
|
2
|
0,39002
|
7,12
|
5
|
0,156008
|
7,83
|
10
|
0,078004
|
8,36
|
20
|
0,039002
|
8,90
|
50
|
0,015601
|
9,61
|
100
|
0,0078
|
10,14
|
150
|
0,0052
|
10,46
|
200
|
0,0039
|
10,68
|
400
|
0,00195
|
11,13
|
700
|
0,001114
|
850
|
0,000918
|
11,30
|
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
r,
м
|
w,
м/сут
|
p,
МПа
|
0,1
|
7,452351
|
4,80
|
0,15
|
4,968234
|
5,10
|
0,5
|
1,49047
|
5,99
|
1
|
0,745235
|
6,50
|
2
|
0,372618
|
7,01
|
5
|
0,149047
|
7,69
|
10
|
0,074524
|
8,20
|
20
|
0,037262
|
8,71
|
50
|
0,014905
|
9,39
|
100
|
0,007452
|
9,90
|
150
|
0,004968
|
10,20
|
200
|
0,003726
|
10,42
|
400
|
0,001863
|
10,93
|
700
|
0,001065
|
11,26
|
850
|
0,000877
|
11,30
|
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 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
rН, м
|
pВНК, МПа
|
t, лет
|
q, м3/сут
|
0,15
|
5,68
|
288,83701
|
220,65
|
0,5
|
7,53
|
288,83697
|
172,00
|
1
|
8,27
|
288,83682
|
152,62
|
2
|
8,85
|
288,83613
|
137,17
|
5
|
9,47
|
288,83076
|
120,98
|
10
|
9,85
|
288,80975
|
111,06
|
50
|
10,52
|
288,02566
|
93,31
|
100
|
10,75
|
285,36809
|
87,29
|
200
|
10,95
|
274,06732
|
82,01
|
300
|
11,06
|
254,42857
|
79,21
|
500
|
11,18
|
189,14030
|
75,93
|
700
|
11,26
|
88,11543
|
73,92
|
800
|
11,29
|
23,91452
|
73,15
|
850
|
11,30
|
72,81
|
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».
Размещено на