научная статья по теме АНАЛИЗ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ДИНАМИКИ ОЧИСТКИ СКВАЖИНЫ И ОКОЛОСКВАЖИННОЙ ЗОНЫ К ПАРАМЕТРАМ ПЛАСТА, ПЕРФОРАЦИИ И СВОЙСТВАМ БУРОВОГО РАСТВОРА Геофизика

Текст научной статьи на тему «АНАЛИЗ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ДИНАМИКИ ОЧИСТКИ СКВАЖИНЫ И ОКОЛОСКВАЖИННОЙ ЗОНЫ К ПАРАМЕТРАМ ПЛАСТА, ПЕРФОРАЦИИ И СВОЙСТВАМ БУРОВОГО РАСТВОРА»

L БУРЕНИЕ СКВАЖИН ,

L А

УДК 622.245.5 © Коллектив авторов, 2015

Анализ чувствительности динамики очистки скважины и околоскважинной зоны к параметрам пласта, перфорации и свойствам бурового раствора

A.А. Макарова, И.Т. Мищенко, д.т.н.

(РГУ нефти и газа имени Губкина), Д.Н. Михайлов, к.ф.-м.н.,

B.В. Шако

(Московский научно-исследовательский центр «Шлюмберже»)

Адрес для связи: anastasya_makarova@bk.ru

Ключевые слова: потери бурового раствора, кольматация, внутренняя фильтрационная корка, внешняя фильтрационная корка, перфорация, очистка околоскважинной зоны.

Sensitivity study of cleanup dynamics of well and near-wellbore zone to the properties of reservoir, perforation and drilling mud

А.А. Makarova, I.T. Mishenko

(Gubkin Russian State University of Oil and Gas, RF, Moscow), D.N. Mikhailov, V.V. Shako (Schlumberger Moscow Research, RF, Moscow)

E-mail: anastasya_makarova@bk.ru

Key words: mud losses, clogging, internal and external mud cake, perforation, cleanup of near-wellbore zone.

The processes that occur during the well drilling and completion have significant and often irreversible effects on the properties of near-wellbore zone. Sensitivity study of the characteristics of mud invasion, well cleanup and production processes is carried out to the properties of reservoir, external and internal mud cake and perforation length. Sensitivity of dynamics of external mud cake buildup to the rate of mud circulation in wellbore is also analyzed. The characteristics of mud invasion significantly depend on the reservoir mobility, solids concentration and circulation.

При бурении и заканчивании скважин на репрессии фильтрат бурового раствора, а также содержащиеся в нем компоненты (частицы, глина, полимеры и др.) проникают в околоскважинную зону пласта и вызывают изменение ее природных свойств. Формируется сложная структура, в которой, как правило, выделяются внешняя фильтрационная корка (образующаяся на стенке скважины и состоящая из отфильтрованных твердых частиц и глины бурового раствора), внутренняя фильтрационная корка (состоящая из твердых компонентов бурового раствора, проникающих в пористую среду) и зона проникновения фильтрата бурового раствора.

В процессе вызова притока при освоении скважины с открытым стволом внешняя и внутренняя фильтрационные корки частично разрушаются, твердая фаза и иные компоненты частично вымываются из околосква-жинной зоны, а ее свойства постепенно могут восстанавливаться. Тем не менее различие между исходными и измененными свойствами околоскважинной зоны может быть значительным. Для характеристики этого явления обычно используется термин «повреждение околоскважинной зоны пласта» или просто «повреждение пласта» [1-4].

Корректное математическое моделирование процесса проникновения/удаления компонентов бурового раствора и сопутствующей динамики свойств околоск-важинной зоны служит основой для диагностики, оценки, предупреждения и контроля повреждения пласта [3-5, 7-9].

В данной работе использована разработанная ранее математическая модель околоскважинной зоны пласта [5, 9], учитывающая динамику формирования/ разрушения внешней и внутренней фильтрационных корок, проникновения в пласт фильтрата бурового раствора, а также многофазного притока к перфорационным каналам. С помощью численных расчетов проведен анализ чувствительности основных характеристик зоны повреждения и показателей очистки ствола скважины от основных физических параметров пласта, свойств бурового раствора и длины перфорационного канала.

Под очисткой скважины в рамках данной статьи понимается этап вызова притока при освоения скважины, когда буровой раствор в стволе замещается более легкой жидкостью и приток вызывается созданием депрессии на пласт. В статье нет привязки к конкретному практическому примеру с учетом действия всех факторов одновременно. Все процессы предполагаются изотермическими.

Основные компоненты математической модели

Подробное описание математической модели приведено в работах [5, 9]. Остановимся только на ключевых компонентах. Под буровым раствором (или иной технологической жидкостью) в рамках данной модели понимается смесь жидкой основы (фильтрата) и нескольких нерастворимых компонентов, в качестве которых могут выступать, например, твердые частицы или глина.

К уравнениям массового баланса для пластового флюида и фильтрата добавлены уравнения переноса и захвата других компонентов бурового раствора в пористой среде.

Уравнение, определяющее интенсивность захвата и мобилизации («срыва») компонентов бурового раствора в поровом пространстве, представлено в следующем виде [5]:

% = XbtwlCi ( -а,.)-Хта,®(w,-wcrit); (1)

dt

®(wl -wcrit)

wi - wcrt,если wi > wcrit;

0, если wi < wcrit,

где аг, атах - соответственно доля объема пористой среды, занимаемая захваченными компонентами г'-го типа, и доля, на которую они могут быть адсорбированы; I - время; Х^, Х^, Хт - коэффициент соответственно захвата, адсорбции и мобилизации; wl - скорость фильтрации несущей фазы;Сг - объемная концентрация мобильных компонентов г'-го типа в буровом растворе; wcrit - критическая скорость фильтрации.

Уравнение (1) учитывает два различных механизма удержания компонентов бурового раствора в поровом пространстве: захват в поровых сужениях (первый член уравнения, коэффициент захвата Х^) и осаждение на поверхности пор (второй член уравнения, коэффициент адсорбции Ха). При превышении скорости потока wl некоторой критической величины wctit возможна мобилизация ранее удержанных компонентов, что описывается третьим членом уравнения Хт. Параметр атахво втором члене уравнения (1) зависит от доли «вакантных мест», на которые могут адсорбироваться компоненты бурового раствора.

Захват компонентов бурового раствора в поровых сужениях приводит к значительному снижению абсолютной проницаемости породы. Скорости фильтрации пластового флюида w|i и фильтрата бурового раствора Wf определяются согласно обобщенному закону Дарси

w^ =-k (g, fr, f (У)

if

w f =-

k (gi )r,

mfvmf)

1mf (Ci)

VPmf,

(2) (3)

где k - проницаемость пласта; ^^, Р^ - соответственно относительная фазовая проницаемость (ОФП) для пластового флюида, вязкость и давление пластового флюида; kr.mf, тт:,Рт^- соответственно ОФП для бурового раствора, вязкость и давление бурового раствора; х^ хт^ - насыщенность порового пространства соответственно пластовым флюидом и фильтратом бурового раствора.

Относительные фазовые проницаемости аппроксимировались по корреляции Corey

k = k о ( m

Kr,mf Kr,mf v 1 1 -

smf - s

mf )Nmf

smf - srf

kr,rf = kr,rf (1

srf - srf

mf srf

У

(4)

(5)

где х+ф х+ - начальная насыщенность порового пространства соответственно фильтратом бурового раствора и пластовым флюидом; = NЫ^ - эмпирические параметры. Капиллярным давлением пренебрегали (рг=рт). Обобщение уравнения Козени-Кармана [10, 11] дает степенную взаимосвязь между объемом захваченных частиц и проницаемостью

k_

V

M

1—

Рфо

(6)

где - начальная проницаемость пористой среды; Ф0 - начальная пористость; М, р - эмпирические параметры.

В дополнение к модели переноса и накопления/срыва компонентов бурового раствора в околоскважинной зоне пласта в рамках данной работы также используется модель роста толщины внешней фильтрационной корки, которая управляется уравнением

dhm

CJ.wmf

dt (С)

Фmc (Pmc )

~fe,

(7)

основанным на балансе массы частиц и фильтрата, а также законом Дарси для скорости фильтрации через фильтрационную корку

vmf :

лmc

(Ap

mc ) Ap m

Mmf

hm

(8)

где hmc - толщина внешней фильтрационной корки; Артс - перепад давления на внешней фильтрационной корке;фтс - ее пористость; ^с - проницаемость внешней фильтрационной корки; /е - скорость эрозии («смыва») внешней фильтрационной корки из-за циркуляции бурового раствора в затрубном пространстве.

Уравнения (7), (8) включают два замыкающих соотношения kmc(Аpm) и фтс(Артс), которые описывают изменение проницаемости и пористости внешней фильтрационной корки при изменении перепада давления на ней. Для некоторых типов буровых растворов экспериментально подтверждена степенная зависимость kmc и Фтс от перепада давления [11], однако в приводимых далее расчетах данный эффект не учитывается.

Описанная выше математическая модель позволяет учесть как рост внешней фильтрационной корки, так и

динамику проникновения компонентов бурового раствора в околоскважинную зону пласта.

Результаты численного моделирования влияния различных механизмов на показатели работы скважины на этапе вызова притока при освоении и ранней стадии добычи приведены ниже. Гидродинамическое моделирование проводилось с использованием исследовательского кода, включающего как описанную выше модель повреждения околоскважинной зоны пласта, так и модель многофазного течения в скважине. Последняя является общепринятой моделью дрейфа («drift-flux» model) и подробно описана в работе [9].

Анализ чувствительности

Анализ чувствительности относится к детерминистическим методам оценки неопределенности, который используется в 78 % нефтегазовых проектов в мире [6]. Метод обладает рядом преимуществ: простота расчетов; наглядность представления;актуализация в стандартном табличном приложении. Суть метода применительно к рассматриваемой задаче заключается в оценке изменения ключевых показателей очистки околоскважин-ной зоны пласта в зависимости от изменения одного из исходных параметров, когда все остальные параметры остаются неизменными.

Для проведения анализа чувствительности показателей очистки околоскважинной зоны пласта рассматривался однородный нефтяной пласт толщиной 10 м и проницаемостью 0,15 мкм2, вскрытый вертикальной скважиной. Предполагаемая скорость бурения 15 м/ч. Скважина в процессе бурения контролировалась забойным давлением. После бурения и промывки она была полностью заполнена промывочной жидкостью. Вязкость фильтрата бурового раствора и нефти в пластовых условиях составляла соответственно 0,85 и 0,8 мПа-с. Граничным условием при моделировании очистки скважины являлось постоянное устьевое давление. В рамках данного исследования рассматривалась двухфазна

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»