- •1. Системы и технология разработки нефтяных месторождений
- •1.1. Объект и система разработки
- •1.2. Источники и характеристики пластовой энергии
- •1.3. Режимы работы залежей
- •Упругий режим
- •Водонапорный режим
- •Режим растворенного газа
- •Газонапорный режим
- •Смешанные режимы
- •1.4. Технология и показатели разработки
- •Гравитационный режим
- •2. Классификация и характеристика систем разработки
- •2.1. Параметры, характеризующие систему разработки
- •2.2. Системы разработки без воздействия на пласты
- •2.3. Системы разработки с воздействием на пласты
- •2.3.1. Системы с законтурным воздействием (заводнением)
- •2.3.2. Системы с внутриконтурным воздействием
- •3. Модели пласта и процессов вытеснения нефти
- •3.1. Детерминированные модели
- •3.2. Вероятностно-статистические модели
- •3.3. Поршневое и непоршневое вытеснение нефти из пласта
- •4. Моделирование процессов разработки
- •4.1. Уравнение неразрывности
- •4.2. Уравнение сохранения энергии в пласте
- •5.Разработка нефтяных месторождений при естественных режимах
- •5.1. Проявление упругого режима
- •5.2. Дифференциальное уравнение упругого режима
- •5.3. Разработка месторождений при режимах растворенного газа и газонапорном
- •6. Разработка нефтяных месторождений с применением заводнения
- •6.1. Основные показатели разработки
- •6.2. Расчет показателей разработки слоистого пласта на основе модели поршневого вытеснения нефти водой
- •6.3. Расчет показателей разработки однородного пласта на основе модели непоршневого вытеснения нефти водой
- •6.4. Расчет пластового давления и дебитов скважин
- •6.5. Опыт и проблемы разработки месторождений с применением заводнения
- •1, 2 И 4 — соответственно пропласткн а, б и в; 3 — линза в пропластке; 5 — непроницаемые прослои
- •Список использованных источников
6.2. Расчет показателей разработки слоистого пласта на основе модели поршневого вытеснения нефти водой
Показатели, близкие к реальным, получают в ряде случаев при расчете разработки нефтяных месторождений с помощью модели, состоящей из моделей процесса поршневого вытеснения нефти водой и слоистого пласта.
Прежде
всего, рассмотрим процесс поршневого
вытеснения нефти водой из одного
прямолинейного слоя (пропластка) толщиной
и
длиной
,
пористостью
и проницаемостью
(рисунок 39).

Рисунок 39 — Модель прямолинейного пропластка при поршневом вытеснении нефти водой
Пусть
давление воды, входящей слева в пропласток,
равно
,
а давление воды на выходе из него
.
Будем считать, что в течение всего
процесса вытеснения нефти водой из слоя
перепад давления
постоянный. В соответствии с моделью
поршневого вытеснения нефти водой
остаточная нефтенасыщенность в
заводненной области слоя остается
постоянной, равной
.
Согласно рисунку 39, фронт вытеснения
занимает в момент времени t положение
.
Ширина пропластка, измеряемая в
направлении, перпендикулярном к плоскости
чертежа (см. рисунок 39), равная ширине
всего пласта, составляет
.
При постоянном перепаде давления на
входе в пропласток и на выходе из него
расход закачиваемой воды
будет изменяться со временем.
Предположим,
что в заводненной зоне, т.е. при
связанная
вода с начальной насыщенностью
полностью
смешивается с закачиваемой водой, так
что условно (см. рисунок 39) заводненная
область насыщена остаточной нефтью и
этой смесью. Тогда суммарный объем воды
,
вошедший в область пропластка при
,
можно определить по формуле:
. (6.11)
Дифференцируя это выражение по времени t, получим следующую формулу для расхода воды, поступающей в i-й пропласток:
. (6.12)
С
другой стороны, можно, согласно обобщенному
закону Дарси, т.е. с учетом того, что
фазовые проницаемости для воды и нефти
соответственно составляют
,
(
и
— постоянные относительные проницаемости),
получить для расхода воды следующее
выражение:
, (6.13)
где
—
вязкость воды.
При рассмотрении процессов вытеснения нефти водой принимают, что нефть и вода — несжимаемые жидкости. Сжимаемость пород пласта также не учитывают. Поэтому, аналогично формуле (6.12), можно написать для дебита нефти, получаемой из того же i-го пропластка, выражение
, (6.14)
где
— вязкость нефти.
Из
выражений (6.12) и (6.13), исключая из них
давление
на фронте вытеснения, получим
, (6.15)
.
Приравнивая
(6.12) и (6.15), получим следующее дифференциальное
уравнение относительно
:
. (6.16)
Интегрируя
(6.16) и учитывая, что
при
приходим к следующему квадратному
уравнению относительно
:
. (6.17)
Решая
это квадратное уравнение, получаем
окончательные формулы для определения
в пропластке с проницаемостью
в любой момент времени
;
. (6.18)
Для
того чтобы получить формулу для
определения времени
обводнения
-го
пропластка с проницаемостью
,
положим в первой формуле (6.18)
.
Тогда
. (6.19)
Из формулы (6.19) следует, что пропласток с очень с большой проницаемостью обводнится в самом начале процесса вытеснения нефти водой из слоистого пласта.
Рассмотрим процесс вытеснения нефти водой из слоистого пласта. Для удобства сложим мысленно все пропластки этого пласта в один «штабель», причем таким образом, чтобы абсолютная проницаемость пропластков изменялась последовательно начиная с наименьшей и кончая самой высокой.
Пусть,
например, в нижней части этого «штабеля»
расположен пропласток с самой большой
проницаемостью, а вверху – с наименьшей
проницаемостью. Согласно
вероятностно-статистической модели
слоисто-неоднородного пласта, суммарную
толщину
пропластков, проницаемость самого
проницаемого которых не ниже, чем
некоторое значение, равное
,
можно установить в соответствии с
формулой закона распределения
проницаемости следующим образом:
, (6.20)
где
— общая толщина всех пропластков в
«штабеле».
Формулу (6.20) можно представить в дифференциальном виде, т. е. через плотность распределения, следующим образом:
. (6.21)
Здесь
— плотность вероятностно-статистического
распределения абсолютной проницаемости.
Вытеснение
нефти водой из слоистого пласта в целом
можно рассматривать и иным образом,
считая, что в некоторые слои толщиной
и
проницаемостью
поступает
вода с расходом
.
Тогда из формул (6.17) и (6.18)
. (6.22)
С
учетом (6.21) из (6.22), заменяя конечные
приращения соответствующих величин их
дифференциалами и опуская индекс
,
найдем
. (6.23)
Согласно
модели поршневого вытеснения, из
обводнившихся пропластков нефть не
извлекается – из них поступает только
вода. Обводняются, конечно, в первую
очередь высокопроницаемые пропластки.
В используемых в теории разработки
нефтяных месторождений моделях пластов
могут быть слои с бесконечно большой
проницаемостью. Таким образом, к моменту
времени
,
когда обводнятся все слои с проницаемостью
,
можно добывать нефть лишь из слоев с
проницаемостью
.
В соответствии со сказанным для дебита
нефти из рассматриваемого слоистого
пласта на основе (6.23) получим следующее
выражение:
. (6.24)
Дебит
воды
можно определить также с учетом указанных
соображений по формуле
. (6.25)
С
помощью приведенных формул можно,
задаваясь последовательно значениями
времени
по (6.19) определять
.
Затем, предполагая, что плотность
вероятностно-статистического распределения
абсолютной проницаемости известна,
можно определить, проинтегрировав
(6.24) и (625),
,
и
.
Приведенные
выкладки и формулы пригодны, как уже
было указано, для случаев, когда в течение
всего процесса вытеснения нефти водой
из слоистого пласта перепад давления
не изменяется. Когда же задано условие
постоянства расхода
закачиваемой в слоистый пласт воды,
получают несколько иные соотношения
для определения дебитов нефти и воды,
а также перепада давления, который в
данном случае будет изменяться с течением
времени. Если
,
справедливы формулы (6.15) и (6.16), следует
при этом учитывать, что перепад давления
— функция времени, т.е.
.
Введем
функцию
:
,
где
. (6.26)
Из
формулы (6.15), если ее записать относительно
дифференциалов расхода
и толщины пласта
,
с учетом (6.26) получим
. (6.27)
Как
и в случае постоянного перепада давления,
при постоянном расходе закачиваемой в
слоистый пласт воды к некоторому моменту
времени
часть слоев окажется полностью
обводненной, и из них будет добываться
только вода, из другой, же части будут
добывать безводную нефть. Поэтому полный
расход закачиваемой во всю толщу
слоистого пласта воды
можно определить в результате
интегрирования выражения (6.27) и прибавления
к правой его части интеграла, учитывающего
приток воды из обводнившихся слоев.
Имеем
. (6.28)
Обучающемуся
предлагается следующая процедура
последовательного определения
.
Вначале следует задаться значением
проницаемости
,
по формуле (6.19) определить время обводнения
слоя
,
после чего для данного
вычислить
.
Затем определяют интегралы, входящие
в формулу (6.28), и
при заданном
.
Вычислительные операции повторяют при
других меньших значениях
для получения зависимости
.
Дебит нефти находят по формуле:
, (6.29)
а дебит воды — по формуле:
. (6.30)
В радиальном случае при поршневом вытеснении нефти водой из отдельного слоя вместо уравнения (6.12) будем иметь
. (6.31)
Пусть
в некоторый момент времени фронт
вытеснения нефти водой в
-м
слое дошел до радиуса
,
где пластовое давление равно
.
Тогда интегрируя (6.31) от радиуса скважины
до радиуса
,
получим
. (6.32)
В
области
,
т.е. впереди фронта вытеснения, движется
нефть с тем же расходом
,
так что аналогично (6.32) имеем
. (6.33)
Из (6.32) и (6.33)
;
. (6.34)
Аналогично (6.12) для i-го пропластка
. (6.35)
Приравнивая
правые части (6.34) и (6.35) и опуская индекс
,
получим
.(6.36)
Обозначим
и проинтегрируем (6.36) при
Тогда
. (6.37)
Теперь
можно найти время
,
соответствующее началу обводнения
пропластка с абсолютной проницаемостью
.
Полагая
,
получим
![]()
. (6.38)
Из формулы (6.34)
. (6.39)
Интегрируя
(6.39), как и для прямолинейного случая,
при
имеем
![]()
; (6.40)
. (6.41)
Для
вычисления интеграла (6.40) в подынтегральное
выражение следует подставить
из формулы (6.37). Поэтому в общем случае
необходимо определять, по-видимому,
численным путем с использованием ЭВМ.
Однако, как и в прямолинейном случае,
при
вычисления упрощаются. Выражение (6.40)
превращается в следующую формулу:
. (6.42)
Необходимо
задаваться величиной
,
определять момент обводнения слоя с
проницаемостью
по формуле (6.38) и в соответствии с
известным вероятностно-статистическим
законом распределения абсолютной
проницаемости определять
и
.
