Файл: Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Проектирование разработки.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.02.2024
Просмотров: 342
Скачиваний: 1
С П Р А В О Ч Н О Е
Р У К О В О Д С Т В О П О П Р О Е К Т И Р О В А Н И Ю Р А З Р А Б О Т К И
И Э К С П Л У А Т А Ц И И Н Е Ф Т Я Н Ы Х М Е С Т О Р О Ж Д Е Н И Й
П Р О Е К Т И Р О В А Н И Е Р А З Р А Б О Т К И
Под редакцией д-ра техн. наук Ш. К. ГИМАТУДИНОВА
МОСКВА «НЕДРА» 1983
УДК 622.276.1/.4 (031)
Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуа тации нефтяных месторождений. Проектирование разработки. Ш. К. Гиматудииов, Ю. П. Борисов, М. Д. Розенберг и др. М., Недра, 1983, 463 с.
Рассматриваются методы комплексного проектирования раз работки нефтяных месторождений, даются практические рекомен дации и необходимый справочный материал.
Приводится характеристика физических и физико-химических свойств коллекторов и пластовых жидкостей, рассматривается методика расчета технологических показателей, анализа и регу лирования процесса разработки.
Для инженерно-технических работников нефтяной промыш ленности, а также студентов нефтяных вузов и факультетов.
Табл. 61, ил. 129, список лит. — 50 назв.
„ 2504030300-034 |
© Издательство «Недра», 1983 |
|
С 043(01)—83 |
||
7 82 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Одно из средств ускоренного выполнения решений партии и пра вительства по наращиванию темпов развития народного хозяйства — повышение научно-технического уровня проектно-'конструкторских работ, выполняемых промышленностью в крупных объемах. Высокое качество проектов — залог успешного осуществления предприятиями технологических процессов на совре менном научно-техническом уровне с хорошими экономическими показателями Опыт нефтедобывающей промышленности показывает, что неудачи в проведении некоторых мероприятий связаны с недостаточной проработкой проектов их осу ществления.
В настоящем справочном руководстве приведены исходные данные и реко мендации, обобщены основы по выбору рациональной технологии процессов в области разработки нефтяных месторождений, технологии эксплуатации сква жин, сбора и подготовки к транспорту нефти, воды и газа.
Справочное руководство состоит из двух книг. В первой приведены матери алы по проектированию разработки нефтяных месторождений, а также расчет ные методы оценки свойств пластовых жидкостей и характеристик коллекторов. Вторая книга посвящена вопросам проектирования технологии эксплуатации скважин, методов повышения их дебитов, промыслового хозяйства и систем сбора нефти, воды и газа.
Как известно, проектирование технологических процессов разработки и эксплуатации нефтяных месторождений связано с решением задач разнообразного профиля. В справочном руководстве основное внимание уделяется методам расчета технологических процессов и технико-экономических показателей, рас четным методам выбора рациональных схем их осуществления, методам расчета технологических процессов, разработанных в основном советскими инженерами и учеными. Следует при этом отметить, что в отечественной литературе опубли кованы различные варианты решения одних и тех же задач, разработанных уче ными отраслевых и учебных нефтяных институтов страны. Так, например, по учету неоднородности коллекторских свойств пластов имеются методики нефтя ных проектных и научно-исследовательских институтов Татарии и Башкирии, Гипровостокнефти (г. Куйбышев) и др. Они отличаются некоторыми деталями расчетов при сравнительно небольшой разнице общих принципов учета неодно родности свойств коллекторов. Поэтому в руководстве описана методика лишь Всесоюзного нефтегазового исследовательского института (ВНИИ), ученые кото рого вложили наиболее существенный вклад в разработку теоретических основ учета неоднородности строения и свойств коллекторов при проектировании разработки нефтяных месторождений. Для ознакомления с другими методиками следует обратиться к трудам соответствующих институтов, где также опублико вано множество вариантов решения и других задач разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. При отборе их делался упор на освещение опробован ных и хорошо зарекомендовавших себя схем расчетов.
Известно, что на разных стадиях разработки месторождений теоретический уровень и точность расчетов по ряду причин могут быть неодинаковыми. По
3
этому в книге в ряде случаев приведены математические модели процессов и схемы расчетов разного уровня. Некоторые наиболее простые из них предназна чены для быстрых прикидочных расчетов.
Для выполнения подавляющей части расчетов требуется привлечение вы числительной техники. В книге приведены лишь алгоритмы решения задач. За программами расчетов следует обращаться во Всесоюзный нефтегазовый иссле довательский институт (ВНИИ, Москва, Дмитровский проезд, 10). В ряде слу чаев в книге указаны шифры программ.
Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений с широким освещением различных областей нефте промыслового дела публикуется в нашей стране впервые. Замечания и предло жения по совершенствованию материалов справочного руководства следует направлять по адресу: 103633, Москва, К-12, Третьяковский проезд, 1/19, изда тельство «Недра».
ЧАСТЬ I
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЛЛЕКТОРОВ
ИПЛАСТОВЫХ ЖИДКОСТЕЙ
ГЛАВА I
СВОЙСТВА КОЛЛЕКТОРОВ
Параметры, характеризующие свойства коллекторов продуктивных пластов, оценивают по данным лабораторных исследований кернового материала
ирезультатам геофизических и гидродинамических исследований скважин. Эти данные, обычно изменяющиеся в широких пределах, характеризуют высокую степень неоднородности распределения большинства параметров горных пород
ипластовых систем. При проектировании технологических процессов нефте добычи возникает задача учета и отображения неоднородности строения и свойств коллекторов и определения их характеристик по пласту.
Многие важнейшие свойства коллекторов зависят от давления, температуры, степени насыщенности порового пространства газожидкостными смесями. Для построения этих зависимостей проводят трудоемкие экспериментальные иссле дования с использованием специальной аппаратуры высокого давления. По этому в ряде случаев применяют расчетные методы построения упомянутых зависимостей или используют эмпирические соотношения, устанавливающие связи между различными характеристиками горных пород и пласта в целом по результатам анализа данных, накопленных в процессе разработки нефтяных месторождений.
§ 1. ВИДЫ НЕОДНОРОДНОСТИ ГЕОЛОГО-ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРОДУКТИВНЫХ ПОРОД
В пределах залежи в той или иной степени изменяется характеристика коллекторов и строения продуктивных пластов. Поэтому в зависимости от задач, которые ставят различные исследователи при отображении неоднородности пла стов, учитывается изменчивость какого-либо одного признака или группы гео лого-физических свойств продуктивных пластов. В связи с этим в литературе опубликовано множество формулировок понятия и видов неоднородности про дуктивных пластов.
При решении задач проектирования технологических процессов разработки и эксплуатации нефтяных месторождений особо важное место отводится учету изменчивости фильтрационных и емкостных свойств горных пород, а также учету пространственной геометрии строения пластов, сложенных проницаемыми поро дами, их прерывистости. Иначе говоря, при расчетах приходится учитывать в основном два вида неоднородности свойств и строения коллекторов — измен чивость проницаемости и пористости пород и объемную неоднородность их стро ения [28].
Следует особо подчеркнуть, что в ряде случаев при учете неоднородного строения пластов приходится сталкиваться с масштабностью ее проявления. Например, в некоторых случаях считают, что коллектор сложен только двумя однородными участками различной проницаемости, в пределах которых можно принимать проницаемость и пористость пород постоянными. Такая схематизация строения неоднородного пласта при крупномасштабном учете изменения его свойств допустима при решении, например, задач рациональной расстановки скважин на залежи. При изучении же закономерностей стягивания контуров водоносности на той же залежи может потребоваться учет неоднородного стро ения и свойств пластов в более мелком масштабе расстояний. Проявление не
5
однородности физических свойств горных пород в пределах еще меньших рас стояний необходимо рассматривать при изучении физико-химических процессов вытеснения нефти водой и газом из пористых сред. Установлено, что в механизме вытеснения важную роль играют процессы перераспределения газожидкостных смесей в поровом пространстве пород, происходящие под влиянием капиллярных сил. Результат их проявления во многом зависит от строения пород и степени неоднородности их емкостных и фильтрационных свойств (об этом см. § 1, гл. XIV, II часть). Поэтому модели неоднородных коллекторов должны учиты вать и отображать неоднородность их свойств, наблюдающуюся в пределах рас стояний активного проявления капиллярных процессов на водоили газонефтя ных контактах. Вероятнее всего для этого необходимо учитывать и отображать неоднородность структур и состава пород с масштабом проявления в пределах 0,01—10 м.
§ 2. УЧЕТ И ОТОБРАЖЕНИЕ ЛИТОЛОГИЧЕСКОЙ, ПРОНИЦАЕМОСТНОЙ И ПОРИСТОСТНОЙ НЕОДНОРОДноет И ПОРОД
Непостоянство проницаемости, пористости и других свойств пород учитывается и отображается графически с помощью геологических карт, а также методами математической статистики.
При использовании статистических методов анализируемый параметр пласта принимается за случайную величину 1*с определенной функцией распределения F (х), а имеющиеся результаты его измерений принимаются за выборку из гене ральной совокупности данных, характеризующих пласт в целом.
Функция распределения полностью определяет случайную величину с веро ятностной точки зрения. О свойствах случайной величины иногда с необходимой полнотой можно судить по числовым характеристикам ее распределения. Основ ные значения случайной величины, например, можно оценить по характеристикам положения — математическому ожиданию, медиане и моде. Для оценки степени разбросанности случайной величины и для описания характерных особенностей ее распределения используются начальные, центральные и условные моменты (по аналогии с механикой, где распределение масс характеризуется моментом инерции, статическим моментом и т. д.). Центральный момент х0, как известно, представляет собой отклонение случайной величины х от ее математического ожидания М (х)
х0= х — М (х). |
(1.1) |
Если вместо М (х) используется некая произвольная величина с, моменты назы ваются условными. При этом с принято называть ложным нулем. В качестве ложного нуля обычно принимают среднеарифметическое значение случайной величины.
Центральный момент s-ro порядка определяется в соответствии с прерыв ностью или непрерывностью случайной величины по формуле
[* -М (*)]SP„ |
(1.2) |
1=1
1 Параметры, характеризующие свойства горных пород, практически не являются чисто случайными величинами, которые, как известно, характеризуются тем, что могут принимать те или иные значения, но единственное для данной точки пласта. Свойства же пласта могут непрерывно изменяться в ~ходе изучаемого процесса. Например, фазовая проницаемость породы непрерывно изменяется в зависимости от насыщенности газо жидкостными смесями. Кроме того, при случайном характере изменения каких-либо ве личин предполагается равновероятность появления их одинаковых значений в различных частях залежи и, следовательно, статистическая однородность их свойств. Свойства же пласта могут изменяться в некоторых направлениях по вполне определенным законам. Например, проницаемость постоянно может возрастать от крыльев к своду и т. д. Поэтому в последние годы все чаще стали прибегать для учета неоднородности свойств пород к тодам теории случайных функций.
ш = j lx -M (x)]sf(x)dx, |
(1.3) |
-oo |
|
где pi — вероятность появления случайной величины; f (*) — плотность ее рас пределения.
Зависимость между центральными и условными моментами определяется следующими соотношениями:
р2 = |
(#2 |
al) |
1 |
|
М'3 = |
(% — Заха2 -f 2а?)/t3, |
1 |
(1.4) |
|
Мч = (а4 — 40^3 + 6й2а? — За}) к \ |
] |
|
||
где (х2. Из и [х4 — центральные моменты второго, третьего и |
четвертого поряд |
|||
ков; аъ |
а2, а3 — условные моменты соответствующих порядков; h — шаг интер |
|||
вала (класса) |
распределения. |
|
|
|
Условный момент первого порядка |
|
|||
|
^а« г |
|
|
|
ai = |
|
|
|
|
условный момент второго порядка |
|
(1.5) |
||
|
|
|||
0>2 = |
|
|
|
|
и т. д. |
|
|
постоянная величина); |
я* — частота слу |
Здесь а = х — с (с — некоторая |
||||
чаев. |
|
|
|
|
Дисперсия D (*), характеризующая степень разбросанности распределения параметров горных пород около математического ожидания, представляет собой математическое ожидание квадрата соответствующей централизованной вели
чины |
|
|
|
D (x)= |
|] |
[xi — M(x)]*pi |
(1.6) |
или |
1=1 |
|
|
оо |
|
|
|
|
|
|
|
D (х) = |
J |
[х — М (х)]2 f (х) dx. |
(1.7) |
Среднее квадратическое отклонение |
|
||
о(х)=.УЩ х). |
(1.8) |
||
О рассеянности значений параметров пласта можно также судить по коэффи |
|||
циенту вариации (изменчивости) |
|
||
_aW _ |
19) |
||
М(х) |
|
К |
|
Асимметрия распределения характеризуется третьим центральным моментом. Коэффициент асимметрии
(При симметричном распределении все моменты нечетных порядков равны нулю).
Строение вершины распределения оценивается по эксцессу
Ех = |
— 3. |
(1.11) |
Для |
нормального распределения Ех = |
0. При вершине, более острой, чем |
при нормальном распределении, Ех положительна.
Следует особо подчеркнуть, что с помощью упомянутых методов оценки степени неоднородности пород нельзя определить границу между однородными и неоднородными породами. Дело еще осложняется тем, что неоднородность пород не является параметром, присущим только самой породе. Например, не однородность фильтрационных свойств (проницаемость) может изменяться и про являться в большей или меньшей степени под влиянием свойств пластовых газо жидкостных смесей, физико-химических характеристик воды и нефти и т. д. По этому этот вопрос актуален в связи с внедрением в практику исследований моде лей неоднородных коллекторов (один из нерешенных в теории неоднородности
пород).
При моделировании неоднородного пласта затруднения возникают и в том случае, если используют естественные керны или блоки песчаников, вырезанные на выходах пластов на поверхность. Так как размеры кернов незначительны, при моделировании не воспроизводится неоднородность необходимого масштаба (уровня). Поэтому в последние годы стала развиваться практика моделирования неоднородных пород искусственными пористыми средами.
Одна из методик основана на замене сложной гистограммы (или кривой плот ности) распределения проницаемости пород простейшей гистограммой, состоящей из двух ступеней. При этом случайный характер распределения воспроизводится участками двух значений проницаемости пород, вероятность появления каждого из которых равна 0,5 [13]. Тогда степень неоднородности моделируемого пласта и самой модели удобно оценивать величиной
*б |
ме |
[ kf (k) dk |
f / (k) dk |
где kо и kj — математические ожидания соответствующих групп распределения проницаемости пород, границы между которыми определяются медианой распре деления Ме; k(j и kM— наибольшее и наименьшее значения проницаемости в исследуемом распределении.
Расчеты показывают, что для месторождений Татарии, Башкирии и Самар ской Луки в Куйбышевской области коэффициент неоднородности N изменяется в пределах 2,7—3,1.
По результатам ряда исследований распределение проницаемости образцов керна для месторождений Волго-Уральской области описывается логарифмически нормальным законом, который характеризуется следующей функцией и плот
ностью распределения: |
|
|
|
|
|
|
(1.13) |
|
|
(In л: —In е)2 |
|
Г (х) = /(х ) = — |
4 = ~ е |
202 |
(1.14) |
е V 2л о |
|
|
|
где а и е — параметры распределения; In е — математическое ожидание слу чайной величины In х. Среднее значение этой функции
о2
М (х) = ее 2 |
(1.15) |
8