СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО УПРАВЛЕНИЮ ФИЛЬТРАЦИОННЫМИ ПОТОКАМИ В ПРИСКВАЖИННОЙ ЗОНЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН

УДК 631.634 Митюков Андрей Михайлович студент Тюменский индустриальный университет Россия, г. Тюмень e-mail: mityukov2000@yandex.ru Научный руководитель: Забоева Марина Ивановна, кандидат технических наук, доцент, Тюменский индустриальный университет Россия, г. Тюмень СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО УПРАВЛЕНИЮ ФИЛЬТРАЦИОННЫМИ ПОТОКАМИ В ПРИСКВАЖИННОЙ ЗОНЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН Аннотация: В статье рассматриваются способы совершенствования технологических решений по управлению фильтрационными потоками в прискважинной зоне горизонтальных скважин. Автор изучена проблема выбора длины горизонтального участка, геометрии и взаиморасположения перфорационных отверстий. Делается вывод о большей погрешности модели зависимости дебита от длины ГС. Ключевые слова: технологии, фильтрационные потоки, прискважинная зона, горизонтальные скважины. Mityukov Andrei Mikhailovich student Tyumen Industrial University Russia, Tyumen Scientific adviser: Zaboeva Marina Ivanovna, candidate of technical sciences, associate professor, Tyumen Industrial University Russia, Tyumen IMPROVEMENT OF TECHNOLOGICAL DECISIONS ON MANAGEMENT OF FILTRATION FLOWS IN THE BORROWN ZONE OF HORIZONTAL WELLS Abstract: The article discusses ways to improve technological solutions for managing filtration flows in the near-wellbore zone of horizontal wells. The author has studied the problem of choosing the length of the horizontal section, the geometry and the relative position of the perforations. The conclusion is drawn about a greater error in the model of the dependence of the flow rate on the length of the HS. 1 https://tribune-scientists.ru Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 01/2020 Key words: technologies, filtration flows, borehole zone, horizontal wells. В настоящее время все нефтегазовые компании имеют современную технику, технологии, оборудование, специалистов и принципиально могут бурить ГС, РГС и БС различной конфигурации и достаточной протяженностью горизонтального участка. Однако проблема выбора длины горизонтального участка, геометрии и взаиморасположения перфорационных отверстий и т.д. пока не имеет единого теоретического обоснования. Существует ряд формул для определения дебита ГС в зависимости от длины горизонтального участка (Чарный И.А., Маскет М., Борисов Ю.П., Джоши С, Ренард К., Пилатовский В.П., Меркулов В.П., Ибрагимов А.И. и др.). Вместе с тем, анализ статистических данных по более чем 400 ГС на Кущевском, Оренбургском и Федоровском месторождениях показывает, что корреляция между дебитом ГС и длиной горизонтального участка составляет всего KQL 0,2-0,3. Более половины скважин дали дебит, равный дебиту вертикальных скважин или оказались не эффективными. Следовательно, моделирование гидродинамической системы «горизонтальная скважина - пласт», включающей цилиндрический канал с пористьми или перфорированными стенками, как «линии равных стоков», приводит к большим погрешностям в установлении зависимости дебита ГС от геолого-физических параметров пласта и геометрии горизонтального участка. Об этом в отечественной литературе впервые указано Черныхом В.А., Ибрагимовым А.И. и Некрасовым A. A. Анализ опубликованных работ и последние исследования, выполненные нами в ОАО «РосНИПИтермнефть» совместно с Арутюняном A. C., показали, что одним из существенных недостатков в области гидродинамики ГС является недоучет потерь напора по длине горизонтального участка и дополнительных сопротивлений, возникающих при притоке «боковых» струй в основной поток. Поэтому основное внимание было сосредоточено на двух направлениях: https://tribune-scientists.ru Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 01/2020 2 - теоретико-экспериментальные исследования движения жидкости и газа в перфорированных (или пористых) трубах под действием переменного по длине давления; - управление фильтрационными потоками в прискважинной зоне горизонтальных добывающих и нагнетательных скважин. Была разработана специальная экспериментальная установка, которая содержала длинную стеклянную горизонтальную трубу; по периметру в трех сечениях на равных расстояниях вводились разноцветные жидкости. Скоростная и цветная видео съемка позволила наблюдать картину смешивания основного потока в горизонтальной трубе с боковыми притоками через отверстия. На фотографиях хорошо видны процессы смешивания входящих струй, картины образования «завес», обратных течений и застойных зон. Выполненные нами исследования по визуализации процессов взаимодействия струй с основным потоком позволили нам сформулировать ряд допущений, положенных в основу постановки и решения задачи о неравномерном установившемся движении несжимаемой жидкости в горизонтальной скважине. При этом нами совместно с Вартумяном Г.Т., Арутюняном A. C. и др. рассмотрены два подхода: 1 - основанный на уравнении движения жидкости с переменным расходом вдоль горизонтального участка; 2 - основанный на приближенных уравнениях Навье-Стокса в рамках теории пограничного слоя и методов осреднения, предложенных Слезкиным Н.А. и Таргом СМ. Для длинных горизонтальных труб, имеющих отнощение длины к диаметру более 200 калибров, первая задача сводится к движению жидкости в плоской щели между двумя пористыми стенками, расположенными перпендикулярно кровле пласта на расстоянии 2Ь = О (где В - диаметр скважины). Расчетная схема и расположение координат приведены на рисунке 1. https://tribune-scientists.ru Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 01/2020 3  Рисунок 1 - Расчетная схема гидродинамики ГС: 1 - профиль скорости для непроницаемых стенок; 2 - то же для проницаемых стенок Второй подход для малых скоростей притока и условий их постоянства привел к линейному неоднородному дифференциальному уравнению вида (10) с граничными условиями при , (11) при где и - первая и вторая производные скорости по радиальной безразмерной координате ; ; К- постоянная величина, равная - перепад давления на участке L; h - полуширина щели; - динамическая вязкость жидкости; R - параметр Рейнольдса для вдува через перфорационные отверстия, равный ; - кинематическая вязкость жидкости; - равномерно распределенная скорость вдува в основной поток. Приближенные решения задач позволили оценить предельную длину горизонтального участка Lmах и изменение гидравлических сопротивлений в перфорированной трубе при различных параметрах R. 4 https://tribune-scientists.ru Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 01/2020 KRVV'''0'V0)1()1(0VVи1'V''Vhy/LphK/2p/20hVRhLQV2/00В таблице 1 приведены расчеты гидравлических сопротивлений при притоке и оттоке жидкости через перфорированные стенки (λ0 - коэффициент гидравлических сопротивлений в непроницаемом канале), а на рисунке 8 приведены профили скорости потока. Таблица 1 - Расчет гидравлических сопротивлений в плоском проницаемом канале при оттоке и притоке Значения Параметр f(Re) Коэффициент гидравлических критерия сопротивлений Рейнольдса Отток Приток λот λпр 1,52 0,705 0,67 λ0 1,41 λ0 1 2 2,41 0,527 0,42 λ0 1,90 λ0 3 4,53 0,413 0,22 λ0 2,44 λ0 4 9,90 0,333 0,10 λ0 3,10 λ0 Из рисунка 1 видно, что для непроницаемых стенок (R = 0) получаем параболический профиль скорости жидкости в щели (кривая 1). При притоке Re 0 имеем профиль скорости (кривая 2). При закачке воды в нагнетательные скважины (ГС) образуется неравномерный фронт движения жидкости в пласте. Это связано с тем, что на начальном участке ствола скважины расход жидкости Q и давление нагнетания выше, чем на конечном участке. Чем длиннее горизонтальный участок, тем выше неравномерность движения фронта вытеснения. Обратная картина наблюдается для добывающих ГС, т.е. на конце участка напор выше, чем в зоне перехода к вертикальному участку. Чтобы обеспечить равномерную подачу жидкости в пласт (нагнетательные ГС) или равномерный отбор нефти (добывающие ГС) из пласта по всей длине горизонтального участка необходимо проектировать https://tribune-scientists.ru Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 01/2020 5 горизонтальный участок с неравномерной по длине плотностью перфорационных отверстий и щелей. Если давление в начале горизонтального участка Р0, а расход равен Q0, то при равномерном распределении «уноса» жидкости по длине трубы на отрезке dx в пласт нагнетается жидкости в единицу времени. Обозначая через f сумму площадей всех отверстий (подобных друг другу) на единице длины, а перепад давления в трубе над пластовым через h, мы получаем условие , (1) где - коэффициент истечения жидкости через отверстия перфорации; q - ускорение свободного падения, м/с2; расход, напор и сумма площадей на единицу длины. С учетом гидравлических сопротивлений для случая квадратичного закона движения жидкости окончательно находим изменение площадей отверстий по длине горизонтального участка , (2) где А - обобщенный коэффициент гидравлических сопротивлений; Х- переменная координата по длине трубы. Таким образом, выражение (2) дает распределение площадей отверстий или щелей по длине ГС. В этом случае фронт движения вытесняющей жидкости, закачиваемой в пласт, будет равномерным. Очевидно, что в случае добывающей скважины на забое ГС площадь перфорационных отверстий должна быть больше, чем в начале трубы, в той же пропорции. Это позволит создать в прискважинной зоне горизонтального участка равномерную выработку пласта. Исследования, выполненные в данном разделе, позволили установить, что: https://tribune-scientists.ru Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 01/2020 6 dxlQ0qhlQf2000fиhQ,022200312lXlXXAQhlqhQf- рассмотрение горизонтального участка ГС как линии «равномерного стока» не имеют теоретического и экспериментального обоснования, а модели зависимости дебита от длины ГС, построенные на этой основе, дают большие погрешности; - входящие по периферии струи в ГС приводят к увеличению потерь энергии основного потока на их разворачивание и разгон, снижают проходное сечение основного канала и увеличивают местные и общие гидравлические сопротивления движению основного потока; - для выравнивания профиля притока (оттока) жидкости необходимо распределение площадей перфорации делать неравномерным, что обеспечивает равномерную выработку пласта для добывающих скважин и выравнивает фронт вытеснения для нагнетательных скважин. Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 01/2020 7 https://tribune-scientists.ru