Кафедра «ВТЛи гидравлики»
Курсоваяработа
По дисциплинеПодземная гидромеханика
На тему Исследованиеработы скважины
2010
Реферат
Вкурсовой работе исследуется гидродинамические и другие характеристики работыскважины. Рассматривается режим вытеснения нефти водой из пласта в скважину.Такой режим называется водонапорный. Нефть и вода в пласте движутсяодновременно, постепенно нефть вытесняется в скважину, а пласт заполняетсяводой. В результате проведенных исследований было установлено, что чем ближеположение границы ВНК к скважине, тем выше дебит. Курсовая работа выполнена на25 страниц, приведено 11 рисунков, 4 таблицы. Выполнено построение трехиндикаторных 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 горныхпородах. Подземная гидромеханика рассматривает особый вид движения жидкости —фильтрацию[2].
В нефтегазовой отраслиона позволяет определить характер изменения скоростей фильтрации и движенияжидкости, распределения давления по длине пласта от контура питания доскважины; определение дебита, коэффициента продуктивности, время прохожденияфильтрующейся жидкости от контура до скважины. Полученные данные позволяютрешать задачи прогнозирования и контроля разработки нефтяных, газовых,нефтегазовых и газоконденсатных пластов. Кроме того, в решении учитываютсяхарактер неоднородности пласта, характер несовершенства скважины.
Пласт вскрытгидродинамически совершенной скважиной, такая скважина является теоретической ииспользуется для учебных расчётов. Существует чёткое разделение между водной инефтяной зонами, что свидетельствует о поршневом вытеснении, котороепринимается при теоретических расчётах[1].
Вытеснение нефти водойявляется одним из основных методов повышения продуктивности пласта. Этот методприменяется в Российской Федерации и за рубежом, так как он один изсравнительно простых методов применяемых при добыче нефти после того какиссякла естественная энергия пласта[3].
Основой метода являетсязакачка воды в продуктивный пласт через нагнетательные скважины. Могутприменяться рядные, контурные и точечные системы заводнения.
1. Теоретическая часть
Заданный процесс являетсяпримером работы скважины на водонапорном режиме. Нефть вытесняется в добывающуюскважину из продуктивного пласта под действием напора воды закачиваемого внагнетательную скважину. В нефтеносном контуре образуются водная и нефтянаячасти, а так же водонефтяной контакт [1].
При отборе жидкости изскважины частицы жидкости в пласте будут двигаться по горизонтальнымпрямолинейным траекториям, радиально сходящимся к центру скважины. Такойфильтрационный поток называется плоскорадиальным. В начальный момент времени,при наличии в пласте только нефти можно применить расчётную схему (рис.1) изависимости для плоскорадиального фильтрационного потока.
/>/>
Рисунок1 – Схема плоскорадиального фильтрационного потока[1]
Результаты исследования скважины нанескольких режимах приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Результаты исследованияскважиныДебит 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 какомузакону происходит фильтрация нефти в начальный момент времени, необходимо поданным исследования скважины построить индикаторную диаграмму. При этомнаносятся точки, и подбирается теоретическая индикаторная диаграмма (рисунок2).
/>
Рисунок 2 – Индикаторная диаграмма
Рассмотрим задачу овытеснении нефти водой в условиях плоскорадиального движения по закону Дарси впласте, изображённом на рисунке 3. На контуре питания радиуса RК поддерживается постоянное давлениерк, на забое скважины радиуса rс –постоянное давление рс, толщина пласта h и его проницаемость k также постоянны. Обозначим через R0 и rнсоответственно начальное и текущее положение контура нефтеносности,концентричные скважине и контуру питания, через рв и рн – давление в любойточке водоносной и нефтеносной области соответственно, через р – давление награнице раздела жидкостей.
/>
Рисунок 3 – Схема пластапри плоскорадиальном вытеснении нефти водой
В случае установившегосяплоскорадиального движения однородной жидкости и если изобару, совпадающую вданный момент с контуром нефтеносности, принять за скважину, то распределениедавления и скорость фильтрации в водоносной области можно выразить так:
/> (1)
/> (2)
А если эту же изобару,совпадающую с />, принять за контур питания, тораспределение давления и скорость фильтрации в нефтеносной области можно записатьтак:
/> (3)
/> (4)
Давление на границераздела жидкостей p найдем изусловия равенства скоростей фильтрации нефти и воды на этой границе, для чегоприравняем (1) и (3) при /> В результате получим
/> (5)
Определим характеристикирассматриваемого плоскорадиального фильтрационного потока нефти и воды.
1. Распределение давления в водоносной инефтеносной областях найдем из уравнений (1) и (3), подставив в них значениядавления на границе раздела p из (5).В результате получим
/>, при/>; (6)
/>, при />. (7)
2. Скорости фильтрации жидкостейопределяем
/> при />; (8)
/> при/>. (9)
Из формул (8) и (9) видно, что скорости фильтрации, как воды, так и нефтирастут во времени (так как знаменатель в указанных формулах уменьшается вовремени).
3. Дебит скважины Q найдем, умножив скорость фильтрации /> на площадь />:
/> (10)
/> (11)
При постоянной депрессии /> дебит скважины увеличивается вовремени, т.е. с приближением к ней контура нефтеносности. Такоесамопроизвольное увеличение дебита нефти перед прорывом воды в скважинуподтверждается и промысловыми наблюдениями. При /> формула (10) превращается вформулу Дюпюи.
4. Время прохождения частицей жидкостизаданного участка от /> до /> определяем
/> (12)
5. Время вытеснения всей нефти водой T найдем, подставив в уравнение (12) /> . В результатеполучим (пренебрегая /> по сравнению с />)
/> (13)
6. Определяемкоэффициент продуктивности по формуле
/>. (14)
7.Для определения линейности фильтрации определим число Рейнольдса по формулеЩелкачёва В.Н.:
/>, (15)
скважинафильтрация нефть плоскорадиальный
где />кинематический коэффициент вязкости воды, определяемыйпо формуле[1]
/>. (16)
2. Математическийрасчет
2.1 Исследованиефильтрации при различном положении радиуса водонефтяного контакта
Рассчитаем коэффициентфильтрации по формуле (11) взяв значения из графика на рисунке 2:
/>
/>
Для определения законафильтрации определим скорость фильтрации воды у скважины по формуле(2):
/>
Для определениялинейности фильтрации найдём число Рейнольдса по формуле (15):
/>.
Итак, Re
Исследование скважины приrВНК = 0,4RК
rВНК = 0,4∙850 = 340 м.
По формуле (5) определяемдавление на границе ВНК:
/>
Дебит определяем поформуле (10):
/>
Определяем коэффициентпродуктивности по формуле (14):
/>
Распределение давления вводоносной и нефтеносной областях определяется по формулам (6) и (7).
При r = 150м:
/>
Распределение скоростейфильтрации определяем по формулам (8) и (9). При r = 150 м:
/>
Результаты расчётадавления и скоростей фильтрации заносим в таблицу 2.
Таблица 2 – Результатырасчёта давления и скоростей фильтрацииr, 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 11,26 850 0,000918 11,30
Строим кривую депрессии,гидродинамическое поле (рисунок 4), график распределения скоростей (рисунок 5аи 5б) и индикаторную диаграмму (рисунок 6).
Исследование скважины приrВНК = 0,7RК
rВНК = 0,7∙850 = 595 м.
По формуле (5) определяемдавление на границе ВНК:
/>
Дебит определяем поформуле (10):
/>
Определяем коэффициентпродуктивности по формуле (14):
/>
Распределение давления вводоносной и нефтеносной областях определяется по формулам (6) и (7).
При r = 150м:
/>
Распределение скоростейфильтрации определяем по формулам (8) и (9). При r = 150 м:
/>
Результаты расчётадавления и скоростей фильтрации заносим в таблицу 3.
Таблица 3 – Результатырасчёта давления и скоростей фильтрацииr, 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 8аи 8б) и индикаторную диаграмму (рисунок 9).
2.2 Расчёт временипрохождения первых и последних 10 метров и времени вытеснения нефти водой
Время прохождениячастицей 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 времявытеснения всей нефти водой по формуле (13):
/>.
2.3 Расчёт падениядавления 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 расчётовзаносим в таблицу 4.
Таблица 4 – Результатырасчетов падения давления на границе ВНК в зависимости от времени и изменениядебитаrН, 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 11,64795 72,81
Проверим время до прорываводы по приближенной формуле, приняв q = const:
/> (15)
где /> – объём нефти,содержащийся в пласте, вычисляется по формуле:
/>
q – дебит скважины, определённый пографику на рисунке 11, q = 75м3/сут.
/>
Итак, время вытеснения всейнефти водой по точной и приближенной формулам приблизительно равны.
Заключение
Вкурсовой работе исследовались гидродинамические и другие характеристики работыскважины. В результате проведенных исследований были получены зависимостираспределения давления в пласте, дебиты скважин в начальный и конечный моментыработы пласта. Проведены исследования при различных положениях водонефтяногоконтакта. Рассчитано время прохождения первых и последних десяти метров пласта,также рассчитано время вытеснения нефти водой. Построены графики падениядавления на границе ВНК и изменения дебита.
Врезультате расчётов можно сделать вывод о том, что пласт обладает малойпроницаемостью и для вытеснения всей нефти потребуется длительное время.
При разработкеместорождения выгоднее добывать нефть при естественном режиме работы пласта.Система поддержания пластового давления с помощью закачки воды являетсяэффективным способом повышения нефтеотдачи пласта.
Список используемыхисточников
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».