СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. КИСЛОТНЫЕ ОБРАБОТКИ И СПОСОБЫ ИХ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ. 12
1Л. Тенденции развития технологии кислотных обработок 12
1.2. Механизм образования "червоточин" в карбонатной пористой срсдс 20
1.3. Основные направления математического моделирования процесса кислотных обработок 26
ГЛАВА 2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КИСЛОТ С КАРБОНАТНЫМИ КОЛЛЕКТОРАМИ 32
2.1. Растворимость карбонатных материалов в соляной кислоте 32
2.2. Кинетика реакции соляной кислоты с карбонатами 36
2.3. Лабораторные методы определения кинетических
параме тров реакции 42
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА КИСЛОТНОЙ ОБРАБОТКИ КАРБОНАТ11ЫХ ПЛАСТОВ 50
3.1. Обоснование принятых допущений 50
3.2. Основные уравнения, описывающие распространение кислоты в карбонатной породе. 54
3.3. Линеаризация и приведение к безразмерному виду системы уравнений 56
3.4. Аналитическое решение задачи о закачке в карбонатный пласт раствора соляной кислоты для нулевого порядка реакции 60
3.5. Аналитическое решение задачи о закачке в карбонатный пласт раствора соляной кислоты для первого порядка реакции 66
2
ГЛАВА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА КИСЛОТНЫХ ОБРАБОТОК 70
4.1. Петрофизическая модель пористой среды после образования "червоточин" 70
4.2. Оценка эффективности кислотной обработки в безразмерных параметрах 74
4.3. Прикладные задачи связанные с формированием "червоточин" в призабойной зоне скважин 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 87
ПЕРЕВОД РАЗМЕРНОСТЕЙ В СИСТЕМУ СИ 90
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 91
3
ВВЕДЕНИЕ
В связи с внедрением в производство интенсивных методов добычи нефти возникает необходимость более глубокого знания процессов происходящих в пласте и скважине, пересмотр устоявшихся взглядов на добычу нефти, применения современной теории на практике для достижения высоких уровней добычи нефти.
В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция снижения извлекаемых запасов углеводородного сырья. Новые месторождения, вводящиеся в эксплуатацию, как правило, представлены низкопродуктивными, слабопроницаемыми коллекторами, запасы которых относятся к категории трудноизвлекаемых.
В подобных коллекторах приток жидкости и газа к скважинам часто очень мал, несмотря на большую депрессию давления. Кроме того, даже в высокопроницаемых коллекторах околоскважинная зона наиболее всего подвержена процессам засорения коллектора, которые в значительной степени ухудшают продуктивность скважины в процессе добычи.
Поэтому для облегчения притока или поглощения жидкости в скважине прибегают к искусственному воздействию на породы призабойной зоны с целью увеличения их проницаемости. Для восстановления гидродинамической связи пласта со скважиной приходится проводить работы по интенсификации притоков нефти и газа химическими и другими методами, позволяющими в существенной мере реализовать потенциальную продуктивность скважины.
Проницаемость пород призабойной зоны улучшают искусственным увеличением числа и размера дренажных каналов, повышением трещиноватости пород, а также удалением смол и парафина, осевших на стенках поровых каналов.
Выбор метода воздействия на призабойную зону скважин определяется пластовыми условиями и причинами, вызвавшими уменьшение притока.
4
Кислотные обработки дают хороший результат в слабопроницаемых карбонатных породах. Их успешно применяют также в сцементированных песчаниках, в состав которых входят карбонатные включения и карбонатные цементирующие вещества.
При обработке пласта соляной кислотой последняя реагирует с породой, как на стенках скважины, так и в поровых каналах, причем диаметр скважины при этом практически не увеличивается. Больший эффект дает расширение поровых каналов и очистка их от илистых и карбонатных материалов, растворимых в кислоту. Опыты показывают также, что под действием кислоты иногда образуются узкие длинные кавернообразиые каналы, с образованием которых заметно увеличиваются область дренирования скважин и их дебиты.
Актуальность проблемы
Кислотные обработки карбонатных коллекторов являются наиболее распространенным способом химического воздействия на призабойную зону скважин для интенсификации добычи нефти. Несмотря на многолетний опыт применения и большой объем проведенных исследований, направленных на совершенствование и повышение эффективности метода, значительная часть обработок не дает положительных результатов. По различным оценкам, успешность проведения кислотных обработок на многих месторождениях не превышает 30% [7, 20, 26]. Так как работы по кислотной обработке не требуют высоких затрат, разработке более дорогостоящих технологий и детальному исследованию процесса не уделяется существенного внимания.
Все это привело к тому, что на сегодняшний день существуют различные технологии проведения кислотных обработок от кислотных ванн с «нулевой» скоростью обработки до критических скоростей с превышением давления разрыва с формированием кислотного ГРП. Однако, при наличии широкого спектра кислотных систем до сих пор нет ясности при каких
5
условиях наиболее эффективно применять ту или иную технологию, на практике сложившиеся методики выбора технологии отсутствуют.
С другой стороны, на экспериментальном уровне доказано наличие оптимального режима закачки, зависящее от безразмерного числа Дамкелера (ОаткбЫег) и связанное с формированием "червоточин" в процессе кислотной обработки [19, 44, 63, 66, 74]. Применение выводов этих экспериментов на промысловом уровне отсутствует, так как недостаточно разработана теоретическая база, описывающая данные эффекты.
Цель работы:
Целью диссертации является создание математической модели кислотных обработок скважин, которая учитывает явление образования "червоточин" и основывается на результатах экспериментальных исследований и последующий анализ влияния основных параметров процесса на эффективность кислотных обработок скважин.
Поставлены следующие задачи:
> Обработка данных лабораторных экспериментов по изучению кинетики химических реакций кальцитов и доломитов с соляной кислотой, определение порядка реакции и констант скорости реакции.
> Создание физико-математической модели распространения кислоты в карбонатном пласте с учетом образования "червоточин", зависящей от безразмерного комплекса подобия, аналогичного числу Дамкелера.
> Разработка петрофизической модели, учитывающей эффект формирования "червоточин" и результаты экспериментальных исследований на керне.
> Анализ влияния основных безразмерных параметров. Поиск «оптимальных» условий закачки кислотных составов. Разработка
практических рекомендаций для повышения эффективности кислотных обработок скважин.
Объект исследования - моделирование физико-химических методов интенсификации скважин.
Предмет исследования - модель распространения кислоты в призабойной зоне скважины карбонатных коллекторов, учитывающая образование "червоточин".
Методологические основы исследования:
Для решения поставленных задач использовались методы экспериментального исследования кинетики химической реакции образцов керна карбонатной породы с соляной кислотой, обработка полученных данных, анализ и обобщение результатов проведенных лабораторных исследований. Методы механики многофазных сред для описания многокомпонентной фильтрации раствора кислоты, подход Козени-Кармана для получения петрофизической модели, связывающей распределение проницаемости и пористости.
Защищаемые положешш:
> Порядок химических реакций соляной кислоты с основными компонентами карбонатной породы - кальцитами и доломитами; константы скорости поверхностной реакции соляной кислоты с кальцитами и доломитами.
> Петрофизическая модель пористой среды, учитывающая явление образования "червоточин".
> Математическая модель процесса закачки кислоты в карбонатный пласт, содержащая четыре безразмерных параметра.
7
- Київ+380960830922