Особенности моделирования трещинопоровых коллекторов и

краткий обзор применения современных технологий воздействия на

пласт

Современный

этап

развития

нефтяной

промышленности

характеризуется

снижением

эффективности

разработк и

н о в ы х

месторождений. Определяющим

фактором

этой

негативной тенденции

наряду

с

известной

диспропорцией

между подготовкой запасов

и

их

извлечением я в и л о с ь существенное ухудшение структуры

запасов,

увеличение

в

них

доли

малопродуктивных, трудноизвлекаемых запасов.

Главной задачей нефтяных компаний, наряду с вводом новых месторождений

в

разработку, является

поиск

новых

технологий применения

МУН,

проведение

геолого-технических

мероприятий,

нацеленных

на

улучшение

использования фонда эксплуатационных скважин.

При

разработке

нефтяных

месторождений

применяют

различные

методы воздействия на пласт и призабойную зону пласта, направленные на

максимально эффективное и экономически рентабельное извлечение нефти.

При выборе технологий и рабочих агентов для воздействия на пласт и

интенсификации

добычи

нефти

максимально

учитываются

геолого-

физические

параметры

пластов,

фильтрационно-емкостные

свойства

коллекторов и физико-химические свойства пластовых флюидов, а так же

стадия

и

состояние

разработки

залежи.

Кроме

того,

учитывается

оценка

технологической

и

экономической

эффективности

технологий,

уже

испытанных и внедренных на месторождениях с подобными коллекторами.

Наиболее

распространёнными

методами

воздействия

на

месторождениях Западной Сибири являются:



заводнение (смесь подтоварной воды с водой апт-альб-

сеноманского горизонта и пресной водой);



гидроразрывы пласта



физико-химические методы воздействия на пласты (ВПП);



обработка призабойных зон добывающих и нагнетательных

скважин;



бурение горизонтальных скважин;



бурение боковых и горизонтальных стволов;



ремонтно-изоляционные работы;



перфорационные методы;



восстановление эксплуатации скважин из неработающего фонда

(ликвидация аварий, нормализация забоев, ликвидация гидратов);



прочие (исследования скважин, определение нефтеводонасыщенно

сти продуктивных интервалов и т.д.).

Известно,

что

в

гидравлических

цепях

волновой

процесс

формируется

противодействием нескольких процессов: сжатия флюидов/скелета, вязкостным

трением и силами инерции (второй закон Ньютона).

Несмотря на достаточную изученность данных процессов в отдельности, к

сожалению,

при

моделировании

процессов

фильтрации

в

поровых

и

трещинопоровых средах они в комплексе не нашли отражение в общей системе

уравнений, решаемой в классических (принятых в качестве основных при

проектировании

разработки

месторождений

углеводородов)

симуляторах

–

Эклипс, Темпест, Техсхема и т.п. Более того, вычислительная схема (полностью

или

частично

неявная)

не

позволяет

прогнозировать

негармонические

колебания,

вызванные

историей

гидродинамического

воздействия

на

продуктивные пласты и любые гидравлические цепи в принципе.

Вследствие

чего

прогнозирование

волновых

процессов

в

поровой

и

трещиноватой среде крайне важно в текущих тенденциях.

В

частности,

в

2008

г.

была

создана

стендовая

установка

для

испытания

разветвленной гидросистемы в условиях нестационарных волновых процессов

и

в

т.ч.

гидроударов.

Результаты

стендовых

испытаний

подтверждают

корректность

разработанной

модели

[5]

посредством

сопоставления

результатов

вычислительных

экспериментов

на

ВПК

и

физической

модели

(стендовой установки).

Задачи ВПК охватывают прогнозирование гидродинамических показателей в

наземных

трубопроводных

сетях,

скважинах,

пластах,

трещинах

и

внутрипоровом пространстве на основе обобщения законов сохранения массы,

энергии и законов вязкостного трения в любых по природе средах. Модель,

заложенная

в

основу

программного

комплекса,

является

полностью

нелинейной,

нестационарной

и

неизотермической,

учитывающей

закон

инерции и, как следствие, волновые процессы. Это позволяет расширить спектр

задач,

объединяющий

тепловые,

гидромеханические,

химические

и

механические процессы.

Вследствие

наибольшей

универсальности

разработанная

модель

ВПК

позволяет

прогнозировать

как

гармонические,

так

и

негармонические

колебания,

являющиеся

естественными

или

следствием

работы

элементов

управления, параметрами энергообмена и физическими свойствами текучих

сред. Математический аппарат в отношении волновых процессов описан в

работе [5].

Особенно важно отметить, что при условии существования в продуктивных

коллекторах

сети

трещин

требуется

особое

внимание

уделять

технологии

гидродинамического

воздействия

на

пласты,

так

как

структурная

неоднородность

сети

каналов

со

сверхпроводимостью

является

решающим

фактором

при

планировании

мероприятий

по

повышению

эффективности

извлечения углеводородов.

Последние исследования авторов, как наследие более старых исследований [3],

направлены

на

изучение

нестационарных

процессов

в

техногенных

и

природных гидравлических системах.

В

ходе

стендовых

испытаний

[3]

в

2008

г.

было

обнаружено

«странное

свойство»

некоторых

гидравлических

систем:

при

определенных

условиях

запуска гидросистема не выходит на стационарный режим.

Вместе

с

тем

известно,

что

любая

система

стремится

перейти

от

неравновесного

состояния

к

равновесному,

т.е.

стационарному

или

квазистационарному

состоянию,

в

котором

во

всех

узлах

системы

устанавливаются определенные давления, а в участках системы определенные

расходы. На этом принципе, например, основан часто применяемый метод

исследования

скважин

–

снятие

и

обработка

«индикаторных

линий

и

диаграмм».

На

данном

же

принципе

основаны

методы

решения

задачи

потокораспределения [2].

В

результате

ряда

вычислительных

и

подтверждающих

их

лабораторных

экспериментов

(на

стендовой

установке)

установлен

крайней

важный

и

нетривиальный факт: в зависимости от структуры системы, параметров ее

элементов,

начальных

условий

и

условий

на

ее

границах

гидравлическая

система

может

не

выходить

на

комплексный

стационарный

режим,

характеризующийся условно постоянными давлениями и скоростями потоков в

элементах системы.

Очевидно,

данный

вывод

должен

противоречить

обобщению

теоремы

Максвелла о принципе наименьшего теплового действия на гидравлические

цепи.

Однако

на

основе

последнего

принципа

построить

вычислительную

схему для решения задачи потокораспределения так и не удалось.

Из такой ситуации гипотетически можно было бы предположить невозможное:

нарушение закона сохранения энергии. Однако, разумеется, это не так.

Основным признаком такого – особого состояния гидросистемы, когда она не

выходит на стационарный режим, является сохранение автоколебаний давления

и

скоростей

в

некоторых

участках

системы

со

сдвигом

фаз

и

разными

амплитудами.

Иными

словами,

когда

в

одном

из

участков

наблюдается

снижение скорости течения и снижение диссипации гидравлической энергии в

тепловую,

при

этом

в

другом

элементе

прослеживается

рост

скорости

и

перепада давления на вязкостное трение.

Таким образом, система находится на таком же энергетическом уровне, как и

идеально

вышедшая

на

стационарный

режим,

хотя

в

отдельных

узлах

и

участках структуры происходят незатухающие колебания с амплитудой до 0,5–

5 МПа.

Так как для вычислительных экспериментов использовалась полностью явная

схема вычисления с шагом 1 мкс и при этом соблюдалась гладкость решения, то

можно прийти к обоснованному теоретическому выводу о том, что данные

автоколебания

не

являются

результатом

неточностей

вычислительного

эксперимента и результатом ошибок лабораторного эксперимента [3].

Экспериментально

также

установлено,

что

одна

и

та

же

гидросистема

с

различных начальных распределений давления переходит в различное условно

стационарное

состояние.

То

есть

уровень

энергии

одинаков,

при

этом

характеристики автоколебаний могут отличаться.

Следует отметить, что, рассчитывая любые гидравлические системы, будь то

наземные сети с развитой структурой или продуктивные пласты с изотропной

структурой

или

трещиноватой

структурой,

и

предполагая

оптимальным

и

технологически

номинальным

(или

даже

возможным)

состоянием

системы

исключительно стационарный режим, мы находимся в заблуждении. Иначе

говоря, волновые процессы в природе гидросистем – есть одно из средств

сохранения их состояния с наименьшим уровнем диссипации энергии.

Данный

вывод

тесно

связан

и

с

пониманием

стационарного

состояния

в

квантовой физике.

Колебательный

волновой

процесс

формируется

так,

что

потенциальная

величина

давления

стационарного

состояния

находится

ровно

между

максимумом и минимумом давления с периодическим профилем волны, как

при субгармонических, так и не гармонических колебаниях.

В

таких

неклассических

условиях

«квазистационарных

процессов»

материальный баланс в узловых соединениях не соблюдается, из-за чего и

меняется давление вследствие сжимаемости среды.

Как уже отмечалось [4], волновые процессы в продуктивных коллекторах с

развитой сетью трещин требуют дальнейшего изучения и технологического

использования с целью повышения нефтеотдачи пластов с низкой поровой

проницаемостью.

Дальнейшим развитием понимания волнового энергообмена в пластовых и

наземных гидросистемах является оценка волновых процессов в многофазных

взаиморастворимых средах. При этом свойства жидкостей и газов, вносимых в

ПВК,

должны

непосредственно

описываться

PVT-функциями

и

системой

взаимодействия макрокомпонентов. Последнее позволяет учитывать взаимное

трение и переходные массообменные процессы фаз и компонентов, заменяя

уравнения состояния в наиболее универсальной постановке.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. А.В Стрекалов, А.В Саранча Применение нелинейных законов фильтрации

природных поровых коллекторов в гидродинамических моделях.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. № 11/2015 Часть 6. II14-1119 с.

2. Грачев С.И., Стрекалов А.В.. Саранча А.В Особенности моделирования греши н

опоровых коллекторов в свете фундаментальных проблем гидромеханики

сложных систем.Фундаментальные исследования № 4 (часть I) 2016, стр. 23-27.

3. Симонова ЕН Стрекалов А.В ИНТЕГРАЦИОННЫЙ ПОДХОД К

ПРОЕКТИРОВАНИЮ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. Западно-Сибирский

нефтегазовый конгресс. Инновационные технологии в нефтегазовой отрасли

Сборник научных трудов X Международного научно- технического конгресса

Студенческого отдезения общества инженеров-нефтяников - Society of Petroleum

Engineers (SPE). 2016. C. 19-20.

4. Глумов Д.Н.. Стрекалов А.В. Критерии оценки и развития режима течения

многофазной системы для численных гидродинамических моделей. С

Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2016. No 6. с 117-197.

5. Боженюк Н.Н.. Стрекалов А.В. Параметры неопределенности

гидродинамических моделей допустимость варьирования и степень влияния на

конечный результат. Бурение и нефть. 7/2016. с. 18-22.

6. D.NGIumov,S.V.Sokolov. AV.Strekalov. Assessment of Drained Gas Reserves in the

Process of Gas and Gas Condensate Field Operation in Water Drive. SPE-187863-MS.

Society of Petroleum Engineers. 2017. SPE Russian Petroleum Technology Conference.

16-18 October. Moscow. Russia.

7.S.F. Mulyavin, A.I. Filippov, I.G. Stcshcnko. O.A. Bazhenova. Z.M. Kolev, S.E.

Cheban and R.V. Urvantscv.The mechanism of reserve recovery during waterflooding

"International Journal of Mechanical Engineering and Technology (1JMET). Volume 9,

issue 3, March 2018. pp. 1007-1013.

8. H.H. Боженюк, Стрекалов A B.. Белкина В.А. Геологическая модель

викуловских отложений с учетом анализа связности коллектора и данных по

горизонтальным скважинам. Известия Томского политехнического университета.

Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329. № 4. с. 30 44.

9.0блеков Г.И., Копусов С.С.. Галиос Д.А.. Стрекалов А.В.. Попов И.П.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА РАЗРАБОТКИ

МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА И ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА.

Нефтепромысловое дело. 2018. № 1. С. 17-22.