Моделирование процесса стимуляции

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4

Основанная на физике взаимодействии кислота-карбонат, данных лабораторных и полевых исследований, была разработан метод реализации стимуляции для как вспомогательный механизм в разработке и оптимизации при разработке кислотных карбонатовдля широкого спектра коллекторов и характеристик скважины. Модель имитирует динамику размещения кислоты, роста червоточин(свищей), изменений оболочки и обязательный прогноз утечек(диверсий) и оптимизации эффективности кислотной обработки многоступенчатый карбонат матрицы.

Модель имеет следующие допущения:

1. Устойчивое состояние. На каждом шаге по времени, поток жидкости достигнет устойчивого состояния равновесия, повинуясь законам сохранения энергии и динамического баланса.

2..Поток как поршень. Не происходит смешивание, дисперсия, или соприкосновения

внутри жидкости так, что движение жидкости аналогично движению поршня как в скважине, так и в коллекторе.

3. Несжимаемая жидкость. Несжимаемость жидкости и сжимаемость газа, если таковые существуют в

скважине, игнорируются.

4. Отсутствие перекрестного потока. Предполагается отсутствие возникновения жидкости в любом слое месторождения и в любое время во время проведения стимуляции.

Кислотное размещение

Как обсуждалось ранее, размещение стимулирующих жидкостей регулируются перепадом давления между скважиной и каждым слоем коллектора, а также перепадом проницаемости, и еще оболочкой этого слоя. Модель расчета перепада давления для каждого слоя, для определения распределения жидкости вдоль всей длины трассы построена на основе данных описания до 50 слоев плотного неоднородного коллектора.

Проницаемость, свойства оболочки и пластовое давление каждого слоя были исходными данными для модели. Проницаемость остается постоянной в модели во время изменения свойств в оболочке , таких как распространение свищей(червоточин) через повреждения и глубже в образовании. Эта модель отслеживает все жидкости, которые были введены в стволе скважины и вычисляет изменения гидростатического давления и потери давления вследствие трения в стволе скважины на каждом уровне на протяжении всего процесса моделирования.

В области кислотных обработок, хорошее давление в жерле скважины, можно получить путем прямого наблюдения или вычисления используя давление на поверхности стимулируемой области, гидростатическое давление и давление вызванное трением. Однако чтобы имитировать кислотное стимулирование, модель вычисляет давление в скважине, используя уравнение(соотношение ) Дарси между скоростью впрыска и дифференциальным давлением. Предполагается, что давления на самой низкой глубине коллектора остаются постоянными; однако давления вблизи возвышения (фасада) скважины обусловленное объемом жидкости, вводимой в каждый слой коллектора (месторождения), принимается во внимание, с помощью уравнения Дарси для скоротечного ( временного ) радиального потока (уравнение 1).

где B является фактором формирования объема жидкости, μ вязкость жидкости в cp, k — формируемая проницаемость в md, h формируемая толщина зоны в метрах, s это безразмерная величина оболочки, P _D безразмерное давление, которое является функцией времени, а также свойств месторождения и жидкости, Pw и Pе являются давлениями скважины и породы(образования), соответственно

С учетом характера Неньютоновских жидкостей, вязкость жидкости в уравнении 1 заменяется эффективным значением вязкости. Эффективной значение вязкости неньютоновской жидкости зависит от скорости сдвига и может быть выражена как функция реологии жидкости и формирование свойств формирование (породы), как показано в уравнении 2.

⁶

где K' Индекс согласованности в lb_м-secⁿ' /ft², n' это безразмерный индекс текучести, К —проницаемость формирования (породы) в md, Ф это пористости образования (породы) в дроби, μ _e является эффективной вязкости в cp.

Распределение жидкости среди множественных уровней формирования(месторождения или.породы) с различными свойствами определяется с помощью системы уравнений образованной группой уравнений Дарси.для временного (скоротечного) радиального потока для каждого индивидуального слоя в согласовании с законом сохранения массы. Поскольку скорости вспрыска( инъекции) и перепады давления в каждом отдельных образовании(породе) или слое неизвестны, для решения системы уравнений используется итерационный метод.

Рост " кротовых нор" (червоточин или свищей)

Рост червоточины т представляет собой динамичный процесс, который предполагает связанные между собой физические и химические процессы, включая реактивность карбоната кислоты реактивность и перемещение масс. Для данного типа карбоната, скорость реакции кислоты является функцией концентрации кислоты ции и температуры. Перемещение кислотной массы зависит от потока инъекции и скорость молекулярной диффузии. Как ранее обсуждалось, характер неоднородности породы, в том числе структура пор и распределением пор по размерам, может существенно повлиять на распространение червоточины во время матричного способа окисления карбонатов. Соответственно, способы реализации модели стимуляции должны позволять использование специфических параметров для конкретной породы для калибровки (корректировки ) уравнений роста червоточины.

Многие модели червоточин (" кротовых нор" ) были разработаны в последнее десятилетие в результате обширных исследований при проведении матричного окисления карбонатов. Однако большинство опубликованных моделей имеют ограничения, которые препятствуют их применению на практике. Некоторые модели применимы только к системам с ограничением на перенос масс, так как они сосредоточены на изучение кинетики диффузии при кислотной реакции. ^7-9.Динамику образования червоточин и перемещение кислотной массы анализировались с использованием идеализированной капиллярную трубку. ¹⁰ Основываясь на модели капиллярной трубки, было определено выражение для определения оптимального числа Damkohler, а затем используется для прогнозирования оптимального уровень инъекции кислоты для инициирования червоточины. ^{11, 12} Этот подход требует знания максимальных размеров пор в породе или ы распределение размеров пор. Так же, другая основанная на основе числа Damkohler модель червоточины ¹³ требует знания плотности образования червоточин и их размеров, что также ограничивает его сиюминутное применение так как эти параметры обычно неизвестны и должны быть предположены. Помимо аналитического подхода к созданию модели роста червоточины, успешно использовалась численная сетевая модель^{14, 15} для демонстрации эволюция структур червоточины. Однако такие модели могут быть сложными для вычислений и трудны в масштабировании(соотнесении) с данными результатов экспериментальных и лабораторных исследований или области их применений. Фрэд и Миллер² недавно описали эти модели и их недостатки.

Модель стимуляции, описанная здесь использует полу- аналитическую модель червоточины¹⁵ которая позволяет прогнозировать рост червоточины как функции реактивности кислотной породы, диффузивности (температуропроводности) кислоты, скорость (темп) потока кислоты, реологии кислоты, и параметров породы (пористость, проницаемость и минералогия). Уникальность этой модели заключается в том, что путем введения трех безразмерных чисел, т.е. числа Damkohler, числа Peclet и объемный показатель кислоты, может быть описана вся динамика образования червоточин с использованием карбонатной кислоты. В модели рассматриваются оба режима: ограничения реакции и ограничения перемещения масс. Кроме того влияние пористой структуры, неоднородность порового пространства и реология кислоты на распространение червоточины были использованы при расчете двух специфических коэффициентов породы. В уравнение 3 приводится модель прогнозирования объема кислоты, необходимой для пронизывания червоточины на заданную дистанцию. Коэффициенты, f и f₂, позволяют провести калибровку модели с помощью лабораторные испытаний образцов керна месторождения ( породы)

где PV это объем кислотных пор, необходимый для роста червоточины на заданном интервале, N_Da число Damkohler, N-_Pe — число Peclet, и N_ac это числовое значение потенциала кислоты, f ₁ и f₂ зависят от свойств породы и реологии кислоты.

Путем введения дробной размерности, модель линейного потока червоточины была преобразована до демонстрации радиального потока. Таким образом, длина проникновения червоточины как функция инъекции кислоты прогнозируется с использованием уравнения 4

где l Длина червоточины, q темп кислотного потока, t это время приложения усилий, Ф -

пористость образования, h это толщина пласта, подвергающаяся воздействию кислот, PV_ts и PV_d представляют собой модели червоточины (Уравнение. 3) соответственно для известняка и доломита, соответственно, Ls % и DL %, доля известняка и доломита в составе породы, соответственно, d_f – размер фрактальности(дробления, итерации)

Преимущества применения этой модели для полевых испытаний включают в себя: 1) гибкость для калибровки модели для конкретного месторождения или области лабораторных тестов, с использованием образцов месторождения 2) возможность оценить оптимальный темп (интенсивность ) кислотной инъекции для слоев конкретного месторождения (формирования) 3) не требуется знание или оценка значений плотности червоточины и микроскопическое описание структуры пор породы / распределение по размеру. Правильная калибровка лабораторных данных, точный прогноз роста червоточины и оптимальный темп инъекции кислоты для отдельных слоев формирования (месторождения) позволяет проектирование для разработки более эффективного и действенного способа матричной обработки карбонатов кислотой.

Изменение оболочки

Для учета изменения оболочки за счет роста червоточины, модель расчета оболочки Хоукинса была изменена для отражения влияния эффекта длины червоточины. Так как червоточины имеют почти неограниченную проводимость жидкости, может оцениваться эффект редукция(сокращение или восстановление)кожи, рассматривая эффект червоточины как расширение радиуса⁸ скважины, когда червоточины проникают в или проходят через поврежденную зону. Модель была изменена путем замещения l_d на (l, _d + r_w) и r_w на (l_wh + r_w) во избежание разрыва оболочки модели. В уравнении 5 приведены выражения для моделирования оболочки.

хх

где К и k_d являются значениями проницаемости оргинала месторождения формирования и в зоне повреждения, соответственно, l_d глубина зоны повреждения, l_wh длина червоточины, и r_w -радиус скважины.

Утечки

Технологии отвода жидкостей часто требуют длинных интервалов воздействия кислотой. Диверсии (отвод жидкостей ) с использованием систем ICA успешно используется как основной механизм в области практики компании ExxonMobil. Для того, чтобы исследовать эффективность применения отводов ( утечек) и оптимизировать способ реализации метода стимуляции, был разработан модуль вязкой утечки и включен в модель кислотных обработок. Дивертеры ( отводы) с медленным развитием вязкости (например, системы ICA) моделируются с возможностью давать импульс(толчок) развитию вязкости жидкости после того, как он входит в месторождение (образование) и вступает в реакцию с ним

Последствия разработки

Для дальнейшей оптимизации пластовой стимуляции, компания ExxonMobil недавно разработала и запатентовала новую технику стимуляции, под названием «Стимуляция кольцевой спиральной трубки, » для любого из условий стимуляции пропаном или кислотой. ¹⁷ Подход (методика), позволяет проводить высокий уровень стимуляции нескольких целевых зон в одно развертывание скважинного оборудования, позволяет размещение кислоты в строгом соответствии с условиями и обеспечивает надежную изоляцию между зонами для обеспечения надлежащей стимуляции каждой зоны. На рисунке 8 показана схема этого подхода (методики). Детали подхода (методики) и его приложения являются предметом будущих публикаций.

⇐ Предыдущая 1 2 34