Материал: Разработка нефтяных месторождений.

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Выполним граничные и начальное условия, которые при приближенном решении задачи имеют несколько иной вид, чем при точном решении, а именно

Т = Т0 при x = l(t)\

(11.148)

Т = Тг при х = 0.

Должно также всегда выполняться условие /(0)= 0 . При ре­ шении задачи приближенным методом необходимо также до­ полнительно выполнять условие

дТ

= 0.

 

(11.149)

д х I

 

\х=1(О

 

 

 

Соблюдая приведенные условия, получим

 

А> =

Т0 = ATij

 

 

Л = -2 Д Г 1;

 

 

А2 = АТг.

 

 

Таким образом

 

 

Т - 7 ’0 = ДГ1[ 1 - 2 - ^ г +

- ^ г ].

(11.150)

Для

определения l(t)

подставим (11.150) в

(11.146) при

п = 0, считая li(t)=0. В результате получим уравнение

6xTd/ = Idl.

 

 

Отсюда

 

 

 

l = 2 V ^ J ,

 

(11.151)

т. е. задача решена.

Определим, как и в примере II.4, скорость уноса тепла при JC=0. Имеем

'тх=о

д Т

д х х=0

%т\Т 1

(11.152)

У з м

Сравнивая приведенное приближенное выражение с точным (11.122), находим, что скорость уноса тепла, определенная

приближенным методом, будет больше точной в Ул/3 раз, т. е. всего примерно на 2%.

Численные методы

В расчетах разработки нефтяных месторождений чаще все­ го применяют конечно-разностные методы. При использовании этпх методов дифференциальные уравнения, описывающие про­ цессы разработки нефтяных месторождений, представляют в

91

Рис. 50. Схема разбиения об­ ласти со сложной конфигура­ цией на конечно-разностные ячейки:

конечно-разностной форме. Ко­ нечно-разностные уравнения ре­ шают с помощью быстродейству­ ющих электронно-вычислитель­ ных машин. Удобные для ис­ пользования точные решения за­ дач разработки нефтяных место­ рождений практически обычно получают только для одномер­ ных случаев (прямолинейное и радиальное течения). При необ­ ходимости же рассчитать про­ цессы разработки пластов с уче­ том их сложной геометрической формы, получить точные и даже приближенные решения не уда­ ется. В таких случаях решить за­ дачу можно, применяя числен­ ные методы. Например, необхо­

1 — контур области; 2 — ячеЛка А димо рассчитать перераспреде­ ление давления в области со сложной конфигурацией (рис, 50) при упругом режиме. В этом

двумерном случае уравнение пругого режима имеет вид

(11.153)

Область течения нефти в плоском пласте разбивается на множество ячеек с размерами Ах, Ау и h соответственно по осям х, у и z. Рассмотрим ячейку А, которая при бесконечном дроблении (Ах— >-0, Ау— >-0) превращается в точку А. Будем считать, что в этой ячейке давление равно рц. При замене в уравнении (11.153) бесконечно малых приращений конечными выражения для производных преобразуются следующим об­ разом

др

___

Pi+lJ— Pij

 

 

 

 

 

 

дх

 

 

 

Ах

 

 

 

 

 

 

 

д*р

 

 

_ L

| f Pi+lJ— Pij

Pij

 

Pi-i,j

 

(11.154)

дха

 

 

 

,

 

 

Ах

\L

Дх

 

 

 

Ax

 

д'2р

 

 

1

/f Pi,j+l

Pij

Pij

 

Pi,j-1 '

 

W

 

 

Ау

\к

&У

 

 

 

Aу

t

 

Подставляя

(11.154)

в уравнение (11.153), получим

 

* Ы

г

' Pi+lJ— Pij

 

Pij— Pi-i,j \

 

 

 

{

Ax

 

 

Ax

J 1

 

 

_L

1

' Pi,j+1 — Pij

 

Pij

Pij-1

\

p i

M i _ p k . J

(11.155)

 

 

 

{

Ay

 

 

Ay

)\

At

1

Ay

 

 

 

92

Здесь pkitj — давление в ячейке А в момент времени /; p u k+l — давле­ ние в той же ячейке в момент вре­ мени /+ЛЛ

Граничные и начальные условия при решении задач численными ме­ тодами также приводят к соответ­ ствующей конечно-разностной фор­ ме. Соотношение (11.155) представ­ ляет собой алгебраическое уравне­ ние. Таким образом, при использо­ вании конечно-разностных методов вместо дифференциальных решают алгебраические уравнения.

Аналоговые методы

/

Рис. 51. Ячейка А:

1 — электрические

сопротивле­

ния

 

Рассмотрим в несколько увели­ ченном виде ячейку А, взятую из рис. 50. В соответствии с

электрогидродинамической аналогией (ЭГДА) фильтрационные сопротивления можно заменить электрическими, как это пока­ зано на рис. 51. Согласно закону Ома, для силы тока ix и iy в направленияхх х и у имеем выражения

S_

AU

. _____ 5_

AU

(11.156)

р

Ах •

у

р

At/ ’

 

где 5 — площадь поперечного сечения электрического провод­ ника; р — удельное электрическое сопротивление; А/7 — прира­ щение электрического напряжения.

Сравним выражения (11.156) с формулой закона Дарсщ представленной в конечно-разностной форме. Имеем

k

Ар

_

k

Ар

 

(11.157)

р

Ах ’

У

р

Ау

’

 

Выражения (11.156)

и

(11.157) совпадают, если давление жид­

кости заменить электрическим напряжением, скорости фильтра­

ции— силой электрического

тока,

а £ /р — величиной 5/р. Ука­

занные взаимно заменяемые

величины — аналоги друг друга.

Так, сила тока — аналог скорости

фильтрации,

электрическое

напряжение U — аналог давления, электрическая

проводимость

S/р — аналог фильтрационной проводимости.

 

В случае упругого режима аналогом сжимаемости пласта |3 является электрическая емкость С. Следовательно, можно на­ писать

р = аС/; (5= ЗС, (11.158)

где а, b и с — коэффициенты пропорциональности.

9Э

Подставляя (11.158) в уравнение упругого режима, полу­ чим

(11.159)

Процессы, описываемые уравнением (11.159), можно моде­ лировать на специальных устройствах, называемых электроин­ теграторами, подключая к каждой ячейке соответствующие электрические сопротивления и электрические емкости. По фор­ мулам (11.158) проводим пересчет электрических параметров, экспериментально определяемых на электроинтеграторах, на •соответствующие фильтрационные параметры.

Контрольные вопросы

1.Расскажите о классификации моделей пластов.

2.Получите формулу, определяющую трещинную прони­

цаемость трещиноватого пласта. Найдите связь между трещин­ ной проницаемостью, густотой трещин и трещинной пори­ стостью.

3.Объясните методику построения модели слоисто-неодно­ родного пласта по данным геолого-геофизических исследований.

4.Напишите и объясните формулы плотности и закона

.логарифмически нормального распределения абсолютной про­ ницаемости.

5.Напишите и объясните формулы плотности и закона гамма-распределения абсолютной проницаемости.

6.Какие фундаментальные законы естествознания исполь­ зуют при моделировании процессов разработки нефтяных и газовых месторождений? В виде каких уравнений они выра­ жаются?

7.Что называется коэффициентом распределения («кон­ стантой равновесия») вещества в газовой и жидкой фазах?

8.Напишите формулу, выражающую зависимость пористо­ сти пород пласта от среднего нормального напряжения. В ка­ кой теории используют эту зависимость?

9.Расскажите о связи между вертикальной компонентой напряжения (вертикальным горным давлением), средним нор­ мальным напряжением и пластовым давлением. В какой тео­ рии используют эту связь?

10.Выведите формулу для распределения пластового дав­ ления в случае притока жидкости из однородного бесконечного пласта к точечному стоку. Покажите, какой вид приобретает

формула при малых значениях г/fx/. При каких расчетах ис­ пользуют эту формулу?

11. Выведите формулу для дебита скважины в элементе од­ норядной системы разработки методом эквивалентных фильт­ рационных сопротивлений.

94

Г л а в а III

РАЗРАБОТКА НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИ ЕСТЕСТВЕННЫХ РЕЖИМАХ

§ 1. ПРОЯВЛЕНИЕ УПРУГОГО РЕЖИМА

Разработка нефтяного месторождения при упругом режиме — это осуществление процесса извлечения нефти из недр в усло­ виях, когда пластовое давление превышает давление насыще­ ния, поля давлений и скоростей продвижения нефти и воды, насыщающих пласт, а также воды в его законтурной области неустановившиеся, изменяющиеся во времени в каждой точке пласта.

Упругий режим проявляется во всех случаях, когда изме­ няются дебиты добывающих нефть скважин или расходы воды, закачиваемой в нагнетательные скважины. Однако даже при установившемся режиме в пределах нефтеносной части пласта, например в процессе разработки месторождения с использова­ нием законтурного заводнения, в законтурной области будет наблюдаться перераспределение давления за счет упругого ре­ жима. Упругий режим с точки зрения физики — расходование или пополнение упругой энергии пласта, происходящее благо­ даря сжимаемости пород и насыщающих их жидкостей. При пу­ ске, например, добывающей скважины давление в ней умень­ шается по сравнению с пластовым. По мере отбора нефти запас упругой энергии в призабойной зоне уменьшается, т. е. нефть и породы оказываются менее сжатыми, чем раньше. Про­ должающийся отбор нефти из пласта приводит к дальнейшему расходованию запаса упругой энергии и, следовательно, к рас­ ширению воронки депрессии вокруг скважины.

С уменьшением пластового давления до значения, меньше­ го, чем давление насыщения, из нефти начнет выделяться ра­ створенный в ней газ и режим пласта изменится — упругий режим сменится режимом растворенного газа или газонапор­ ным.

Теорию упругого режима используют главным образом для решения следующих задач по разработке нефтяных месторож­ дений.

1.При определении давления на забое скважины в резуль­

тате ее пуска, остановки или изменения режима эксплуатации,

атакже при интерпретации результатов исследования скважин

сцелью определения параметров пласта.

На основе теории упругого режима создан наиболее извест­ ный в практике разработки нефтяных месторождений метод, определения параметров пласта по кривым восстановления

95-

Источник: https://tut-files.ru/previewfile/82937