Тер-Саркисов P.M. Разработка месторождений природных газов

Подождите немного. Документ загружается.

зоны

от пройденного расстояния при вытеснении равновесной газовой фа-

зы

сухим

газом, что представляет практический интерес в связи с оценкой

требуемого объема нагнетаемого в пласт газа и прогнозированием состава

добываемой углеводородной смеси.

Подготовка моделей углеводородных смесей осуществлялась в

сосуде

PVT-соотношений. После загрузки

всех

индивидуальных компонентов С

из

пробоотборников (с помощью пресса

ИП-6),

а метана из контейнера-

поджимки в расчетных количествах смесь перемешивали и определяли ко-

эффициент

сжимаемости смеси при комнатной температуре и заданной

температуре эксперимента. Получаемый график зависимости коэффициен-

та сжимаемости смеси от давления давал возможность производить балан-

совые расчеты при передавливании смеси в модель пласта и при проведе-

нии

процессов вытеснения смеси из модели.

На

физической модели пласта длиной 1 м был выполнен эксперимент

при

давлении 5 МПа и температуре 62 °С по моделированию процесса воз-

действия

сухим

газом на газоконденсатный пласт, характеризующийся вы-

сокой

насыщенностью пористой среды жидкой углеводородной фазой

(около 50 % объема пор). Проницаемость пористой среды модели равня-

лась

1,410~

, пористость —

0,222;

подобные условия типичны для час-

тично истощенного газоконденсатного пласта и области максимальной

конденсации пластовой смеси.

Результаты этого эксперимента были использованы для отработки

элементов методики исследований на моделях пласта длиной 5 и 20 м.

Методикой экспериментов на моделях пласта длиной 5 м предусмат-

ривалось на первом этапе создание истощенного до 5 МПа газоконденсат-

ного "пласта" с заданной насыщенностью жидкой углеводородной фазой,

которая составляла в отдельных экспериментах от 1,9 до 48 % объема пор.

Высокая (48 %) исходная насыщенность жидкой фазой достигалась пу-

тем вытеснения равновесной "пластовой" жидкой углеводородной фазы

равновесной "пластовой" газовой фазой при давлении порядка 5 МПа.

"Среднюю" (12,5 % объема пор) насыщенность создавали, моделируя про-

цесс дифференциальной конденсации пластовой газоконденсатной смеси

исходного (до начала разработки) состава. Для оценки насыщенности по-

ристой среды жидкой фазой при конечном давлении процесса конденса-

ции

(5 МПа) производили параллельный опыт на

сосуде

PVT-соотношений,

а затем вводили поправку на сорбцию углеводородов пористой средой по

результатам ранее выполненных специальных исследований. Так, при тем-

пературе 62 °С исследовавшаяся газоконденсатная смесь характеризовалась

при

давлении 5 МПа насыщенностью жидкой фазой в

сосуде

PVT-

соотношений в 11,5 % объема системы, а в модели пласта в — 12,5 % объ-

ема пор.

Низкие

исходные насыщенности (1,9

—

2 % объема пор) пористой сре-

ды жидкой фазой при давлении 5 МПа создавали за счет сорбции углево-

дородов породой при прокачке "равновесной" газовой фазы исходного

состава через модель пласта. Величину насыщенности пористой среды

жидкой углеводородной фазой (ЖУФ) в этом

случае

оценивали по данным

покомпонентного расчета материального баланса распределения углеводо-

родного вещества

между

равновесной газовой фазой — "продукцией" мо-

дели пласта и сорбированной в модели пласта частью смеси.

Модель пласта, подготовленная к основному эксперименту таким об-

разом, представляла собой истощенную газоконденсатную систему, харак-

теризовавшуюся заданным содержанием ЖУФ (1,9; 2,0; 12,5; 48 % объема

пор),

давлением 5 МПа и температурой либо 20, либо 62 °С.

Основной

этап эксперимента состоял в моделировании процесса вы-

теснения

пластовой углеводородной смеси при заданном давлении (5 МПа)

температуре (20 или 62 °С) нагнетаемым агентом. В качестве нагнетаемо-

го агента использовали

сухой

углеводородный газ — метан. Использование

чистого по компонентному составу метана обеспечило в процессе экспе-

римента надежность хроматографического контроля динамики извлечения

углеводородов, содержавшихся в модели пласта до начала воздействия.

Некоторые результаты изучения углеводородоотдачи модели пласта в

процессе воздействия путем изобарической прокачки

сухого

газа представ-

лены на рис. 2.64, 2.65. На этих рисунках сгруппированы графики измене-

ния

некоторых параметров продукции на стадии истощения модели пласта

(I)

и на стадии прокачки газа (II). Естественно, что на стадии истощения

средний конденсатогазовый фактор (КГФ) и молекулярные массы продук-

ции

в целом и фракции С

в том числе существенно выше, нежели на

последующей стадии прокачки газа. Однако большой интерес представляют

результаты, характеризующие динамику извлечения этана, бутанов, фрак-

ции

и С

(см. рис.

2.64).

Чем выше молекулярная масса извлекаемого

компонента,

тем большее количество газа требуется прокачать через мо-

дель пласта, чтобы прекратился процесс извлечения этого компонента. Так,

содержание этана снижается до 0,1 % после прокачки 1,6 объема пор газа,

а для нормального бутана — только после прокачки 2,5 объемов пор. В то

же время содержание стабильной части углеводородной продукции —

фракции

— мало изменяется в течение длительного этапа процесса

прокачки

газа;

даже

после прокачки 5 поровых объемов нагнетаемого

агента конденсатогазовый фактор продукции лишь на 25 — 30 % ниже зна-

чения

этого параметра в начале процесса воздействия. Постепенное возра-

стание молекулярной массы добываемой фракции С

в процессе прокач-

ки

газа (на 10 % к моменту закачки 5 поровых объемов по сравнению с

С,

С,;С,.

«-С

род

, Г/МОЛЬ

100

•20

•10

• 2 •

• 1

с, ""i~J

• • 1

.,, ,. d"» О—О "О 0—

- 10

Pw,» 25

МПа

Добьем

пор

Рис. 2.64.

График

изменения

молярной

доли

компонентов

продукции

при

истощении

(Л и

изобарическом вытеснении

[II, р^ = 5 МПа)

пластовой

углеводородной

смеси

сухим

газом

модели

пласта

длиной

5 м

192

КГФ,

т1м

}

Л/

С5+

Г/МОЛЬ

Не

400

300

200

100

• 100

КГФ=52 г1м

- п n *i

КГФ

о-о

/>пл>

25 15

МПа

3 К,

объем

пор

Рис.

2.65.

Динамика

истощения

(/)

модели

пласта

длиной

5 м

компонентами

С^ и

последу-

ющего

вытеснения

(//)

компонентов

сухим

газом:

коэффициенты

извлечения TI' даны в % от начальных, а т|" — в % от остаточных (р

пд

5 МПа) запасов С

; Г = 62 °С

началом процесса) свидетельствует о том, что эта фракция за счет испаре-

ния

в прокачиваемый газ не может быть в принципе полностью извлечена

из

пласта: наиболее высокомолекулярная часть фракции останется в виде

неизвлекаемого остатка

даже

после бесконечно большого количества про-

качанного через пласт газа. Оценка конденсатоотдачи (для фракции С

)

показала, что к концу разработки модели пласта на режиме истощения

(при

давлении забрасывания 5 МПа) коэффициент извлечения составил

24 % от начальных запасов фракции С

При прокачке

сухого

газа

коэф-

фициент

извлечения С

практически линейно зависит от объема прока-

чанного газа:

С5+

3,32V;

0 < V < 4,

(2.44)

где V — объем прокачанного

сухого

газа в объемах пор; т)

С5+

— коэффи-

циент извлечения фракции С

, в % от начальных запасов этой фракции;

при

V > 4 зависимость несколько изменяется и T|

Cs+

3,32V.

Для оценки влияния содержания ЖУФ в пористой среде на параметры

углеводородоотдачи пласта при изобарической прокачке

сухого

газа была

выполнена серия экспериментов на модели пласта длиной 5 м с исходной

насыщенностью пористой среды жидкой фазой, существенно меньшей,

(порядка 2 % объема пор), чем равновесная насыщенность исследовавшейся

газоконденсатной смеси выпавшим конденсатом (12,5 % объема пор). Ме-

тодика создания такой насыщенности описана выше.

На

рис. 2.66 представлены результаты

двух

соответствующих экспери-

ментов по вытеснению равновесной газовой фазы модели пласта

сухим

газом (метаном) при температурах 20 и 62 °С. Сравнение рис. 2.66 с рис.

2.64, 2.65 свидетельствует о существенном различии значений

всех

параме-

тров продукции в случаях вытеснения пластовой смеси

сухим

газом из

193

Л/прод

Сц.»

г/моль г/моль

КГФ

100 -

2.66.

Зависимость парамет-

ров

продукции

модели пласта

длиной

5 м от

объема прока-

чанного сухого газа

при

давле-

нии

МПа:

- Т = 20 °С, S^ = 2 %

объема

пор; 2 - Г = 62 °С,

^жуФ

1.9 %

объема

пор

4 V,

объем пор

С„У.

С,;

С,, У.

Р,обмм

пор

Рис.

2.67.

Графики изменения

содержания С,,

, С,, С

в рав-

новесной газовой

фазе

(a), a

также

некоторых параметров

продукции

модели пласта

(6)

при прокачке сухого газа

(метана)

через модель исто-

щенного

до

давления

МПа

вуктыльского пласта:

= 62 °С,

исходная насыщен-

ность ЖУФ равна

48 %

объема

пор

Рис.

2.68. Сравнительная динамика

извлечения фракции С^ при прокачке

сухого газа (метана) через модель ис-

тощенного до давления 5 МПа вук-

тыльского пласта, Г= 62 °С:

—

молярная

масса М

. г/моль;

— относительное содержание

фрак-

ции

в продукции модели пласта;

исходное

содержание ЖУФ, % от объ-

ема

пор: 1 - 48; 2 - 12,5; 3-1,9

Cf+

г/моль

(Пх

•

•».........,

i—1

—

---.- -^2

объем

пор

КГФ,

Cs+

r/м

г/моль

400

300

200

100

12 3 4

газонасыщенные

объемы

пор

Рис.

2.60. Графики изменения конденсатогазового фактора (КГФ) и молярной массы

фракции С;,, продукции модели пласта длиной 5 м при изобарическом вытеснении сухим

газом (метаном).

Давление

р = 5 МПа, 1, 4 - S^ = 2 % объема пор, Т = 20 "С; 2, 5 -

ма

пор, Т = 62 °С; 3, 6 - S^ = 48 % объема пор, Т = 62 "С

12,5 % объе-

Рис.

2.70. Графики

изменения

содержания

С,, С

, С,, С, (а) и

параметров

продукции

моде-

ли пласта

длиной

5 м (б) при

изобарическом

(р = 5 МПа,

Т = 62 °С)

замещении

равно-

весной

газовой

фазы на ме-

тан.

Исходное содержание ЖУФ

равно 1,9 % от объема пор

2 V,

объем

пор

пласта, содержащего 12,5 и 2 % объема пор ЖУФ. В первом случае более

высокими

сохраняются в процессе допрорывного вытеснения конденсато-

газовый фактор (50 — 60 г/м

по сравнению с 20 — 25 г/м

), молярная масса

продукции (20 г/моль по сравнению с 19 г/моль) и фракции С

(86 —

87 г/моль по сравнению с 85 — 86 г/моль). Если конденсатогазовый фактор

молярная масса продукции остаются в первом случае более высокими и

после прорыва нагнетаемого

сухого

газа, то молярная масса фракции С

во втором случае начинает резко возрастать после прорыва газа. Это объ-

ясняется

быстрым истощением остаточных запасов легкой части фракции

во втором случае. Таким образом, в газоконденсатных пластах с невы-

соким

содержанием ЖУФ (порядка единиц процентов объема пор) про-

196

С„%

;С

ЯП

•10 /^^^

•? к

—Т

•

••""."

1 1

КГФ

С5+

,г/м^

4 V,

объем пор

Cj+

г/моль С

КГФ

С5+

100-

90-

80-

г/моль

10-

объем пор

Рис.

2.71. Графики изменения содержания С,,

, С

, С, (а) и

параметров продукции модели

пласта

длиной

5 м (б) при

изобарическом

(р

МПа,

62 °С)

замещении метана

на рав-

новесную газовую фазу.

Исходное

содержание

ЖУФ

равно

1,9 % от

объема

пор

Рис.

2.72.

Динамика

относительного

содержания

С,, С

, С, в

равновесной

газовой

фазе при про-

качке

сухого

газа (метана)

через

модель

исто-

щенного

до

давления

р = 5 МПа

вуктыльского

пласта, Г =62 °С:

/ — модель пласта; II — сосуд PVT-

соотношений;

/ — метан; 2 — этан; 3 — про-

пан;

4 — бутаны; исходная насыщенность ЖУФ

равна 48 % (сплошные линии), 12,5 % (штрих),

1,9 % (пунктир) объема пор

качка

газа, очевидно, нецелесообразна

как

метод повышения углеводородо-

отдачи пласта. В то же время в плас-

тах типа продуктивного пласта-

коллектора Вуктыльского ГКМ с на-

сыщенностью углеводородным кон-

денсатом в 15 — 20 % несомненна фи-

зическая

целесообразность процесса

доизвлечения выпавшего конденсата

путем прокачки

сухого

газа при дав-

лениях порядка 5 МПа.

Исследования

показали, что тем-

пература оказывает определенное

влияние

на эффективность доизвлече-

ния

остаточных запасов углеводоро-

дов (см. рис. 2.66), однако при значи-

тельных объемах прокачки газа влия-

ние

температуры уменьшается.

Представленные в графической

форме зависимости компонентного

состава продукции модели пласта от

объема закачанного

сухого

газа (рис.

2.67 — 2.72) дают наглядное представле-

ние

о процессе углеводородоотдачи

пористой

среды, содержащей

двух-

фазную смесь. Особый интерес пред-

ставляет процесс образования зоны

интенсивной

двухфазной фильтрации

с извлечением значительного количества пластовой жидкой углеводородной

фазы

при прокачке

сухого

газа через пласт, содержащий такое количество

жидкой углеводородной фазы, которое близко к критической насыщенно-

сти (см. рис. 2.67, 2.68, 2.69). О вовлечении в фильтрацию пластовой жид-

кой

углеводородной фазы свидетельствует динамика молярной массы

фракции

ходе

прокачки

сухого

газа (см. рис. 2.67 — 2.72). Максималь-

ные

значения молярной массы фракции С

достигают 115 г/моль после

прокачки

1,5 — 2 объемов пор

сухого

газа.

Следует иметь в виду, что в условиях натурного пласта требуемые

объемы нагнетаемого газа

будут

существенно меньшими вследствие сте-

пенной

зависимости длины зоны перемешивания при взаимовытеснении

флюидов от пройденного фронтом вытеснения расстояния. Однако из-за

значительной неоднородности и трещиноватости натурного пласта-

объем

пор

108

коллектора этот эффект

будет

в сильной степени

ухудшен,

так что в ко-

нечном счете реальная удельная потребность в нагнетаемом агенте

будет

близка к величинам, использованным при лабораторном моделировании

процесса.

По

результатам выполненных исследований можно сделать вывод о

том, что при разработке ГКМ в области максимальной конденсанции плас-

товой смеси в качестве нагнетаемого газообразного агента, провоцирующе-

го смещение равновесия в сторону жидкой фазы и позволяющего обеспе-

чить

двухфазную

фильтрацию пластовой смеси, может быть использован

предельно осушенный природный газ (метан с минимальными примесями

компонентов С

). Зонами типичного газоконденсатного пласта, наиболее

подходящими для воздействия с интенсификацией двухфазной фильтрации,

являются приконтурные, крыльевые участки пласта вблизи нефтяной ото-

рочки месторождения.

Оценка показывает, что благодаря воздействию

сухим

газом имеется

возможность дополнительно извлекать около 10 % (от начальных запасов)

жидких пластовых углеводородов зоны, в которой

будет

реализован про-

цесс прокачки.

2.5.3

Изучение размеров зоны смеси

при

вытеснении газа газом

Процесс вытеснения одного газа другим в пористой среде сопровождается

образованием зоны смеси этих газов. При реализации на газоконденсат-

ном

месторождении технологии воздействия на пласт путем нагнетания

газа, отличающегося по составу от равновесной в пластовых условиях га-

зовой фазы, необходима предварительная оценка длины зоны смеси, а

также получение аналитической зависимости длины зоны смеси от прой-

денного фронтом расстояния. Такого рода информация позволит рассчи-

тать ожидаемые технико-экономические показатели при реализации тех-

нологии и определить эффективность процесса вытеснения пластовой га-

зовой фазы нагнетаемым агентом.

Результаты экспериментального изучения закономерностей образова-

ния

зоны смеси при взаимовытеснении смешивающихся флюидов, в част-

ности,

при вытеснении газа газом в пористой среде, также представляют

теоретический интерес. Этой проблеме посвящены работы С.Н. Бузинова,

Ю.П. Желтова, В.Н. Николаевского, М.А. Пешкина, Г.П. Цибульского,

Э.

Маерса, К. Марле, Г. Спозито и др. [21, 33], однако из-за сложности

механизма переноса вещества в нерегулярных

структурах

вопрос о теоре-

тическом определении коэффициентов дисперсии примеси до сих пор

остается открытым. Даже в простейших случаях медленной фильтрации

несжимаемых несорбируемых флюидов до конца не

ясно,

как влияет сама

пористая среда на эффективные коэффициенты диффузии. Считается,

что коэффициент извилистости ^ порового пространства достаточно точ-

но

связывает коэффициенты диффузии в объеме D

и в пористой среде

100

£)

эф

mDJl,

(2.45)

где т — пористость.

Однако вычисление величины ^ как параметра реальной пористой

среды на практике неосуществимо из-за крайней неупорядоченности

структуры порового пространства.

Часто при обработке результатов экспериментов принимают значение

| = 1,7, полученное теоретическим путем для упорядоченных

структур

(например,

упаковок сферических твердых частиц) из гидродинамической

модели массопереноса вещества в пористой среде. Но при малых скорос-

тях фильтрации, соизмеримых со скоростями молекулярной диффузии

(когда практически нет конвективного перемешивания), коэффициент из-

вилистости ^

следует

определять по формуле 2.45 из диффузионной моде-

ли.

В общем

случае

массоперенос вещества в реальных пористых

средах

определяют четыре основных процесса:

процесс фильтрации, характеризуемый скоростью фильтрации v; его

движущей силой является перепад давления;

молекулярная диффузия компонентов в поровом пространстве пласта-

коллектора, характеризуемая коэффициентом диффузии D

; движущей си-

лой процесса является разность концентраций; рассматривая поток веще-

ства через элемент пористого пласта при описании механизма молекуляр-

ной

диффузии, пользуются понятиями так называемой эффективной диф-

фузии и коэффициента эффективной диффузии (2.45);

перемешивание вещества в движущемся потоке, или дисперсия; при

достаточно высоких скоростях фильтрации, по данным, например, Р. Блэ-

куэлла и В.Н. Николаевского, коэффициент дисперсии зависит от скорости

фильтрации v (рис.

2.73);

сорбция компонентов смеси, характеризуемая, с одной стороны, изо-

термой сорбции а, = /(С,) (С

(

— концентрация 1-го компонента в газовой

фазе,

отнесенная к объему пористой среды, моль/м

; а, — количество

сорбированного вещества при концентрации С„ отнесенное также к объе-

му пористой среды, моль/м

), и, с

другой

стороны, — кинетическим соот-

10Г

10''10°

10' 10

Рис. 2.73.

Зависимость

коэффициента

пе-

ремешивания

D от

параметра

8-v/D

(по

Блэкуэллу):

— теоретическая кривая; 2 — кривые,

построенные по экспериментальным дан-

ным;

8 - средний размер частиц пористой

среды, м; v — средняя скорость фильтра-

ции,

мс~'; £>

— коэффициент молекуляр-

ной

диффузии, м

с"'

200