Расчет показателей разработки нефтяной залежи при вытеснении нефти двоукосью углерода

 

Задача 4.1

Прямолинейный пласт длиной l = 500 м, шириной b = 250 м, общей толщиной h₀ = 15 разрабатывают закачкой оторочкой СО₂. Коэффициент охвата пласта вытеснением η₂ = 0,8. Пористость m = 0,25, вязкость нефти μ_Н = 4∙10^-3 Па∙с, вязкость СО₂ в пласте μ_у = 0,05∙10^-3 Па∙с, насыщенность связанной водой s_CB = 0,05. Объсфальнетов в нефти 20%. При вытеснении нефти оторочкой углекислоты смолы и асфальтены вытесняются частично. Будем считать, что насыщенность смолами и асфальтенами s_H = 0,l и, водонасыщенность s = 0,9.

Закачка углекислоты и воды в пласт: q= 400 м³/сут. K_μ= 2.45∙10⁵ м/(Па∙с).

Требуется определить объем оторочки углекислоты V_ОТ исходя из того условия, что к моменту подхода к концу пласта х = l середины области смешения СО₂ и нефти в пласте не остается чистой двуокиси углерода. Скорость фильтрации в пласте равна:

(4.1)

Истинная скорость движения в области смешивания нефти и СО₂:

(4.2)

Отсюда находим время t_*, подхода сечения с концентрацией с= 0,5 к концу пласта:

(4.3)

Определим значение параметра:

и коэффициента конвективной диффузии:

По при малых λ по сравнению с β, в соответствии с формулой:

имеем: м.

При уточнении по полной формуле получим м.

Определяем среднее количество СО₂ в зоне смеси ее с нефтью:

м³ (4.4)

Поровый объем пласта, охваченный процессом воздействия двуокисью углерода равен:

V_ОП = bhml = 0,25∙250∙12∙500 = 375∙10³ м³.

Учитывая незначительную растворимость СО₂ в воде по сравнению с ее растворимостью в нефти, полагаем, что в сечении ξ₂ = 0 в воде будет растворяться 5 % СО₂. Следовательно, α₂ = 0,05. Объем углекислоты, растворенной в воде к моменту времени t = t_*, определим по формуле:

(4.5)

Имеем:

V_УB =1,0607∙0,25∙250∙12∙0,9∙0,05 (7,271∙10^-7∙6,886∙10⁷)^1/2=253,3 м³.

Всего будет затрачен на оторочку объем СО₂, равный:

V_У = 42 390 + 253,3 = 42,65∙10³ м³.

По отношению к поровому объему пласта это составляет 11,4%.

ВАРИАНТЫДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ К ЗАДАЧЕ 4.1

Вариант
длина пласта l (м)
ширина пласта b (м)
нефтенасыщенная толщина h (м)
Коэффициент охвата пласта процессом вытеснения η2	0,77	0,8	0,69	0,85	0,71
Пористость m	0,20	0,25	0,23	0,22	0,18
вязкость нефти в пластовых условиях μН (Па∙с)	5∙10-3	2∙10-3	3∙10-3	8∙10-3	1∙10-3
вязкость углекислого газа в пластовых условиях μу (Па∙с)	0,05∙10-3	0,05∙10-3	0,05∙10-3	0,05∙10-3	0,05∙10-3
насыщенность связанной водой sCB	0,07	0,06	0,05	0,08	0,077
Содержание смол и асфальтенов в нефти	22%	18%	16%	24%	12%

Требуется определить объем оторочки углекислоты V_ОТ исходя из того условия, что к моменту подхода к концу пласта х = l середины области смешения СО₂ и нефти в пласте не остается чистой двуокиси углерода.

РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ ПРИ ВЫТЕСНЕНИИ НЕФТИ РАСТВОРАМИ ПАВ

Задача 5.1

Из прямолинейного пласт длиной l = 400 м, шириной b = 400 м и толщиной, h = 10 м вытесняют нефть водным раствором ПАВ. Вязкость воды = 10^-3 Па∙с, вязкость нефти в = 4∙10^-3 Па*с, пористость пла­ста m = 0,2, s_св= 0,05. Параметр изотермы Генри а= 0,25 м³/м³.

Принимаем, что относительные проницаемости для нефти и воды как при вытеснении нефти водным раствором ПАВ, так и чистой водой линейнозависят от водонасыщен­ности (рисунок 5.1), по данным лабораторных экспериментов s_* = 0,65; s_** = 0,7.

Расход закачиваемой в пласт воды q= 500 м³/сут. Определить время t_* подхода к концу пласта (x=l) нефтяного вала х_*, считая, что вытеснение нефти водой и водным раствором ПАВ происходит поршневым образом.

Положим s₁=s_**= 0,7; s₃=s_*= 0,65. Следовательно конечная нефтеотдача при применении водного раствора ПАВ возрастает на 5% по сравнению с неф­теотдачей при обычном заводнении.

Определим скорость фильтрации воды в области 1:

(5.1)

Отношение скорости фронта сорбции w_сор к скорости фильтрации v равно: (5.2)

Отсюда w_сор= 0,1447∙10^-5∙0,242 = 0,35∙10^-6 м/с.

 

(5.3)

Рисунок 5.1 –Зависимость относительных проницаемостей k для нефти и воды, а также для и нефти и водного раствора ПАВ от водонасыщенности s. Относительнаяпроницаемость: 1 – для нефти при вытеснении ее водой; 2 – для нефти при вытеснении ее водным раствором ПАВ; 3 – для воды; 4 – для водного раствора ПАВ

 

После подстановки цифровых значений величин, входящих в правую часть (5.3), получим:

(5.4)

Таким образом:

Отсюда s₂ = 0,627. Следовательно:

Тогда:

По данным наших расчетов в нефтяной пласт будет закачано 2,084∙10⁶ м³ водного раствора ПАВ или 1042 т сухого вещества ПАВ.

Следовательно, при рассматриваемом вытеснения нефти из пласта водным раствором ПАВ дополнительно извлекаемая нефть станет поступать на поверхность через 11,4 года после начала закачки раствора.

ВАРИАНТЫДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ К ЗАДАЧЕ 5.1

Вариант
длина пласта l (м)
ширина пласта b (м)
нефтенасыщенная толщина h (м)
Пористость m	0,20	0,25	0,21	0,18	0,25
вязкость нефти в пластовых условиях μН (Па∙с)	5∙10-3	7∙10-3	3∙10-3	10∙10-3	12∙10-3
Расход закачиваемого в пласт водного раствора ПАВ q ( м3/сут)
насыщенность связанной водой sCB	0,07	0,06	0,05	0,08	0,077
Параметр изотермы сорбции Генри а (м3/м3)	0,25	0,24	0,22	0,27	0,20

Определить основные параметры вытеснения нефти из пласта водным раствором ПАВ: (скорость фильтрации,отношение скорости фронта сорбции к скорости фильтрации,время прохождения водного раствора ПАВ по длине пласта, объем закачивания водного раствора ПАВ в нефтяной пласт)

6. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕ­НИЯ ПРИ ПОЛИМЕРНОМ ЗАВОДНЕНИИ НЕФТЯНЫХ ПЛАСТОВ

 

Задача 6.1

Стоимость полимеров довольно высока, поэтому в целях экономии сначала закачивают некоторый объем полимерного раствора (оторочку полимерного раствора), а затем проталкивают ее обычной водой. Благодаря этому значительно сокращаются затраты дорогостоящего полимера и затраты по приготовлению полимерных растворов. Чтобы оторочка не полностью размылась до подхода к эксплуатационным сква­жинам, объем ее должен быть подобран с учетом неоднород­ности пласта, соотношения вязкостей нефти и раствора по­лимера.

В результате сорбции полимеров с пористой средой в процессе вытеснения нефти образуется фронт сорбции. Впереди фронта сорбции в пласте движется вода, практически не содержащая полимеров.

Определим время закачивания полимерного раствора в пласт для создания в нем необходимого размера оторочки и время прохождения фронта вытеснения через пласт.

Ширина пласта b=400м, мощность h=15м, расстоя­нием между нагнетательной и добывающей галереями l = 500 м, концентрация ПАА с=0,05; скорость закачки полимерного раствор q = 800 м³/cyт, пористость пласта m=0,16; ПАА сорбируется скелетом породы по закону Генри, формула которого имеет вид a(с) = α, где a - коэффициент сорбции; α=1,2 [9].

Для определения скорости фронта ПАА и распределения их концентрации в пласте выведем уравнение материального баланса. Для этого выделим элемент объема пласта ΔV = Δ xbh, в котором будем считать движение жидкостей происходящим вдоль оси 0х, и составим уравнение баланса объема ПАА (см.рисунок 6.1).

 

Рисунок 6.1 – Схема вытеснения нефти из пласта оторочкой полимерного раствора

 

За время Δ t в элемент ΔV войдет определённый объем ПАА:

Q₁ = q_ПАА∙Δt=q∙c(x,t)∙Δt, (6.1)

За то время из элемента ΔV выйдет объем ПАА:

Q₂= q_ПАА∙Δt=q∙c(x+Δx∙t)∙Δt, (6.2)

В момент времени t в элементе объема пласта ΔV было ПАА:

Q₃=mΔV[c (x₁,t)+a(x₁,t)], (6.3)

За время Δt количество ПАА изменилось и стало равным:

Q₁₌mΔV[c(x₁,t+Δt)+a(x₁,t+Δt)], (6.4)

где x₁ – некая точка интервала Δx, в которой концентрация полимера равна усредненному значению концентрации в объеме ΔV в момент времени t и t +Δt.

Составив уравнение баланса, получим:

Q₁-Q₂= Q₄-Q₃, (6.5)

или

qc(x,t)Δt-qc(x+Δx,t)Δt=mΔ(c(x^~,t+Δt)+a(x^~,t+Δt)-c(x^~,t)-a(x^~,t)), (6.6)

Разделим обе части полученного уравнения на ΔV∙Δt, а также примем Δx и Δt стремящиеся к нулю:

, (6.7)

Так как a(с) = αс, получим форму уравнения баланса водного раствора полимера:

, (6.7)

Определим начальные и граничные условия:

в начальный момент времени t = 0 в пласте отсутствует полимерный раствор, т. е. c(x,0)=0, (6.8)

Начиная с момента времени t = 0, в пласт через нагнетательную скважину закачивается водный раствор полимера с концентрацией с = 0,05.

Таким образом, граничное условие будет иметь вид:

с(0,t)=c⁰, (6.9)

Решив (2.34)-(2.36), получим:

с(x,t)=c⁰, x≤ ,

с(x,t)=0, x> ; (6.10)

Отсюда следует, что фронт сорбции полимерного раствора движется со скоростью

V_C= , (6.11)

где V – линейная скорость фильтрации:

V= =0,133 м/сут., (6.12)

Подставляя в выражение для скорости фронта сорбции полимерного раствора значение скорости фильтрации V и значения пористости и коэффициента сорбции ПАА, можно найти скорость продвижения фронта сорбции полимерного раствора:

Vc= = 0,693 м/сут., (6.13)

Определим объем оторочки ПАА и время, необходимое для ее создания.

Скорость продвижения фронта оторочки полимерного раствора

V_C= , (6.14)

В момент времени t=t* формирование оторочки закончилось и началась стадия проталкивания оторочки водой, закачиваемой с расходом q. Для определения скорости продвижения оторочки полимерного раствора выведем уравнение, описывающее распределение концентрации активных веществ на стадии проталкивания оторочки закачиваемой водой.

Выделим элемент объема пласта ΔV=bhΔx и рассмотрим баланс объема полимерного раствора:

За время Δt в ΔV вошел объем полимерного раствора равный:

Q₁ = qc(x,t)Δt, (6.15)

За это же время из элемента ΔV вышло следующее количество ПАА:

Q₂ = qc(x+Δx,t)Δt, (6.16)

В момент времени t в элементе объема ΔV содержалось количество полимерного раствора равное:

Q₃ = m ΔV [c(x,t)+a(x,t)], (6.17)

которое за время ΔV стало равным:

Q₃ = m ΔV [c(x,t)+a(x,t+Δt)], (6.18)

cоставляя уравнение баланса, получим

Q₁-Q₂= Q₄-Q₃, (6.19)

После подстановки полученных выражений для Q₁-Q₄ деления обеих частей уравнения на ΔV ∙Δt и устремления Δx и Δt к нулю получим:

, (6.20)

Уравнение распределения концентрации ПАА в пласте на стадии проталкивания оторочки водой имеет вид:

, (6.21)

В момент времени t=t_* (момент начала проталкивания оторочки водой) во всех сечениях пласта, через которые прошел фронт оторочки, концентрация ПАА будет равна концентрации закачки, поэтому начальное условие будет иметь вид:

c(x,t_*)=c⁰, x≤x_ф(t_*), (6.22)

Начиная с момента времени t=t* оторочка будет проталкиваться водой, не содержащей ПАА. Поэтому граничное условие примет вид:

c(0,t)=0, t≥t_*, (6.23)

Решив (2.48)-(2.50) получим:

с(x,t)= (6.24)

где V_Т – скорость продвижения оторочки, определяемая из соотношения

V_Т= , (6.25)

Найдем время t_* необходимое для создания оторочки:

V (t– t_*) = ,

V_Т (t– t_*) = ; (6.26)

Решая эти два уравнения относительно t_*, получим

t_*=t = = ≈1319 сут≈3,62 года, (6.27)

Таким образом время закачивания полимерного раствора в пласт для создания в нем необходимого размера оторочки составит 3,62 года.

Время прохождения фронта вытеснения через пласт длиной 400м составит 3007,5 суток (400/0,133) или 8,24 года.