Анализ функции фильтрационного сопротивления для неустановившегося притока жидкости (газа) к несовершенной скважине
Министерство
общего и профессионального образования РФ
Тюменский
Государственный Нефтегазовый Университет
Кафедра РЭНиГМ
Реферат
«Анализ функции
фильтрационного сопротивления для неустановившегося притока жидкости (газа) к
несовершенной скважине»
Выполнил студент
Группы НГР-96-1
Принял профессор
Телков А. П.
Тюмень 1999 г.
Рассмотрим функция (F) которая есть функция пяти параметров F=F (f0, rc, h, x, t*), каждый из которых — безразмерная
величина, соответственно равная
(1)
где r — радиус наблюдения;
x —
коэффициент пьезопроводности;
Т —
полное время наблюдения;
h — мощность
пласта;
b — мощность
вскрытого пласта;
z —
координата;
t —
текущее время.
Названная
функция может быть использована для определения понижения (повышения) давления
на забое скважины после ее пуска (остановки), а также для анализа
распределения потенциала (давления) в пласте во время работы скважины.
Уравнение, описывающее изменение давления на забое,
т. е. при x=h; r=rc или r=rc, имеет вид
(2)
где
безразмерное значение депрессии связано с размерным следующим соотношением
здесь Q — дебит;
m — коэффициент вязкости;
k —
коэффициент проницаемости.
Аналитическое
выражение
F для определения
изменения давления на забое скважины запишем в виде
(4)
Уравнение
(2) в приведенном виде не может использоваться для решения инженерных задач по
следующим причинам: во-первых, функция (4) сложна и требует табулирования;
во-вторых, вид функции исключает возможность выделить время в качестве
слагаемого и свести решение уравнения (2) к уравнению прямой для интерпретации
кривых восстановления (понижения) давления в скважинах традиционными методами.
Чтобы избежать этого, можно поступить следующим образом.
В нефтепромысловом деле при гидродинамических исследованиях скважин широко
используется интегрально-показательная функция. Несовершенство по степени
вскрытия пласта в этом случае учитывается введением дополнительных
фильтрационных сопротивлений (C1), взятых из решения задач для установившегося притока. В
соответствии с этим уравнение притока записывается в виде
(5)
Как видно, дополнительные фильтрационные сопротивления являются функцией
геометрии пласта. Насколько верно допущение о возможности использования
значений
C1(rс, h), пока еще ни теоретически, ни экспериментально не
доказано.
Для неустановившегося притока уравнение (2) запишем аналогично в виде
двух слагаемых, где в отличие от выражения (5) значения фильтрационных сопротивлений
являются функцией трех параметров (rс, h, f0)
(6)
Как _ видим, дополнительное слагаемое R(rc , h, f0) в уравнении (6) зависит не
только от геометрии пласта, но и от параметра Фурье (f0). В дальнейшем будем называть
это слагаемое функцией фильтрационного сопротивления. Заметим, что при h=l (скважина совершенная по
степени вскрытия) уравнение (2) представляет собой интегрально-показательную
функцию
(7)
С учетом равенства (7) решение (6) запишем в виде
(8)
Разрешая
уравнение (8) относительно функции сопротивления и учитывая уравнение (2),
находим
(9)
и на основании равенства (7)
приведем выражение (9) к виду
(10)
Численное значение R(rс,h,fo) рассчитано по уравнению (10) на ЭВМ в широком
диапазоне изменения параметров rc, h,
f0. Интеграл (2) вычислялся методом Гаусса, оценка его сходимости выполнена
согласно работе [3]. С учетом равенства (7) вычисления дополнительно
проконтролированы по значениям интегрально-показательной функции.
1. Определим поведение Dр в зависимости от значений параметров rс, h, f0.
Результаты
расчетов значений депрессии для каждого фиксированного rc сведены в таблицы, каждая из
которых представляет собой матрицу размером 10х15. Элементы матрицы это значения
депрессии Dp(rc) для фиксированных h и f0. Матрица построена таким
образом, что каждый ее столбец есть численное значение депрессии в зависимости
от h, .а каждая строка соответствует численному значению депрессии в
зависимости от fo (табл. 1). Таким образом, осуществлен переход от значений
безразмерной депрессии Dp(rc, h, f0) к относительной депрессии
Dр*i,j (rc).
Для
удобства построения и иллюстрации графических зависимостей выполнена
нормировка матрицы. С этой целью каждый элемент i-й строки матрицы поделен на
максимальное значение депрессии в данной строке, что соответствует значению j==15. Тогда элементы новой матрицы определятся
выражением
(11)
Условимся элементы
матрицы называть значениями относительной депрессии. На рис. 1 приведен
график изменения относительной депрессии при фиксированных значениях h.
Характер поведения относительной депрессии позволяет описать графики
уравнением пучка прямых
(12)
Рис. 1. Поведение относительной депрессии (rc=0,0200, hi=const, f0) при значениях h, равных: 1— 0,1; 2 — 0,3; 3—0,5; 4 — 0.7; 5 —0,9; 6—1,0.
где ki — угловой коэффициент прямой,
который определяется h и от
индекса
j не зависит.
Анализ
зависимости поведения депрессии Dp*i,j от f0 для всех rc >0,01 показывает, что графики этой зависимости можно описать
уравнением пучка прямых для любого значения h. Для rc< 0,01 в графиках
зависимости появляются начальные нелинейные участки, переходящие при
дальнейшем уменьшении параметра f0 (или же при увеличении его обратной величины 1/foj) в прямые для всех значений h<l,0
(рис. 2).
При
h=l,0 поведение
депрессии строго линейно. Кроме того, протяженность нелинейного участка для
разных rc при h=const различна. И чем меньше значение
безразмерного радиуса rc , тем больше протяженность нелинейного участка (рис. 2).
2. Определим поведение R(rc, h, f0) и ее зависимость от безразмерных параметров rc, h, f0.
Значения R(rc, h, f0) рассчитаны для тех же величин
параметров rc,
h, f0. которые указаны в пункте 1,
обработка результатов также аналогична. Переход от безразмерной функции
сопротивления R(rc, h, f0) к
относительной R*i,j (rc) осуществлен согласно выражению
. (13)
Анализ поведения R*i,j (rc) и результаты обработки
расчетного материала, где установлена ее зависимость от параметров rc, h, f0, частично приведены на рис, 2
(кривые даны пунктиром).
При гc >0,01 для любого hi
R*i,j (rc) уже не
зависит от f0i .
Из анализа данных расчета и графиков рис. 2 следует: при rc<0,01 в поведении R*i,j (rc) для всех h<l,0 наблюдается нелинейный
участок, переходящий с некоторого значения f0 (точка С на графике) в прямую
линию, параллельную оси абсцисс. Важно отметить,
что для одного и того же
значения rc абсцисса точки перехода
нелинейного участка в линейный для R*i,j (rc) имеет то же самое значение,
что и абсцисса точек перехода для графиков зависимости Dp*i,j (rc) от ln(l/f0i ) (линия CD). Начиная с этого момента, R*i,j (rc) для данного rc при дальнейшем наблюдении
зависит не от времени, а только от hi • И чем выше степень вскрытия, т. е. чем совершеннее
скважина,. тем меньше будет значение R*i,j (rc) И при h=l (скважина совершенная по
степени вскрытия) функция сопротивления равна нулю. Очевидно, нелинейность Dp*i,j (rc) связана с характером поведения
функции сопротивления, которая, в свою очередь, зависит от параметра Фурье.
Отметим также, что в точке С (рис. 2) численное значение функции сопротивления
становится равным значению фильтрационных сопротивлений (C1(rc, h)) для притока установившегося
режима.
Рис. 2. Поведение относительной
депрессии и относительной функции фильтрационного сопротивления (rc=0,0014, h=const, f0) при h, равных: 1,1'—0,1; 2,2'— 0,3; 3,3'—0,5; 4,4'—0,7; 5,5'—
0,9; 6,6'— 1,0.
1. Депрессия на забое несовершенной по степени вскрытия скважины для всех
rc < 0,01 имеет два явно
выраженных закона изменения: а) нелинейный, который обусловлен зависимостью
функции сопротивления от времени и соответствует неустановившемуся притоку
сжимаемой жидкости (газа); б) линейный, который соответствует
квазиустановившемуся притоку и не связан с функцией сопротивления.
2.
Величина
R(rc, h,
f0) для неустановившегося притока
качественно описывает С1(rc, h) для установившегося, и ее
численное значение при любом вскрытии пласта всегда меньше численного значения С1(rc,
h) при
установившемся притоке.
3.
Полученное аналитическое решение для неустановившегося притока сжимаемой
жидкости (газа) к несовершенной скважине в бесконечном по протяженности
пласте преобразовано в прямолинейную анаморфозу, которая позволяет эффективно
интерпретировать кривые восстановления забойного давления.
4. Выбор fo, дающего значения Dp*i,j(rc)=1, не влияет
на протяженность нелинейного участка, соответствующего неустановившемуся
движению, на графики зависимости Dp*i,j(rc) от ln(1/f0i).
ЛИТЕРАТУРА
1. Т е л к о в В. А.
Приток к точечному стоку в пространстве и к линии стоков в полу бесконечном
пласте. НТС. Вып. 30, Уфа, 1975.
2. Л е о н о в В. И„ Телков В.
А., Каптелинин Н. Д. Сведение задачи неустановившегося притока сжимаемой
жидкости (газа) к несовершенной скважине к решению уравнения пьезопроводности.
Тезисы докладов на XIII научно-техническом семинаре по гидродинамическим методам
исследований и контролю процессов разработки нефтяных месторождений. Полтава,
1976.
3. Б а х в а л о в Н. С. Численные методы. Изд-во
«Наука», М., 1974.