Важной для практического использования является так называемая критическая пористость m=0.910, которая соответствует случаю, когда однократная закачка соляной кислоты с максимальной плотностью ra0=212.5 кг/м3 полностью разъедает карбонатный пласт. Это означает, что при меньших пористостях в результате однократной закачки кислоты скелет не может быть растворен полностью.

Для использования термических измерений при контроле кислотной обработки пластов важно знать величину максимальной температурной аномалии, обусловленной кислотным воздействием без учета теплообмена пласта с окружающими породами (рис. 4).

Из рис. 4а следует, что максимальная величина термоаномалии достигается при пористости m=0.91 и плотности закачиваемой кислоты в растворе ra0=212.5 кг/м3 и соответствует DT=53.9 K. Расчеты произведены при следующих значениях параметров: M=0.1 кг/моль (СаСО3); rs=2930 кг/м3, cs=1.67·106 Дж/(К×м3), сw=4.19·106 Дж/(К×м3), rw=1000 кг/м3, L = 830 кДж/кг. Зависимость величины термоаномалии от плотности закачиваемой кислоты – линейная (рис. 4, б). При начальной пористости выше критической m > 0.91 на кривых имеются участки, когда с ростом плотности кислоты температура достигает максимального значения и при дальнейшем повышении плотности остается неизменной; физически это соответствует полному растворению скелета.

На рис. 5 представлены пространственно-временные зависимости температурной аномалии, обусловленной взаимодействием кислоты со скелетом, на оси скважины (r = 0). Расчеты произведены при lz2=lz1, az2=az1 в нулевом и первом приближениях. Предполагалось также, что радиальные размеры зоны реакции значительно превышают толщину пласта R >> h. В противном случае расчеты производились с учетом радиальной теплопроводности. На рис. 5, а изображена зависимость относительной температуры T от безразмерного времени t (числа Фурье Fo). Из рисунка следует, что процесс изменения температуры завершается при безразмерных временах t ≈ 2.

На рис. 5, б приведены зависимости относительной температуры T от безразмерной координаты z при различных безразмерных временах t в нулевом приближении, соответствующем усредненному по толщине пласта значению температуры. Кривые на рисунке позволяют определить размер зоны возмущения температуры, толщина которой приблизительно в два раза превышает толщину пласта. На рис. 5, в осуществлено сопоставление температурных кривых в первом (кривая 1) и нулевом (кривая 2) приближении при безразмерном времени t ≈ 0.3. Сравнение этих кривых показывает, что в нулевом приближении температура в интервале пласта не зависит от z; первое приближение уточняет распределение температуры, поскольку более детально описывает ее зависимость от координаты z в интервале пласта.

Для нулевого приближения в интервале пласта  температура постоянна, как и должно быть в соответствии со «схемой сосредоточенной ёмкости». Первый коэффициент разложения в пределах пласта принимает как отрицательные, так и положительные значения. Благодаря учету поправки, решение в первом приближении более реально отражает распределение температуры в пласте, что выражается в его зависимости от z. Из графиков видно, что в центральной части пласта нулевое  приближение описывает распределение температуры с недостатком, а по краям  – с избытком. В окружающих средах нулевое приближение всегда даёт избыточное значение температуры.

Из рис. 5в следует также, что нулевое приближение описывает температурные поля в указанных условиях с точностью, достаточной в большинстве практических случаев.

Произведено сопоставление полученных результатов с теоретическими результатами других исследователей и с экспериментальными данными.

Отметим, что в условиях воздействия на пласты различными реагентами возникают аномалии температуры как в самом пласте, так и в зумпфе скважины. Возникновение аномалий в зумпфе происходит за счет заполнения реагентом, плотность которого, как правило, превышает плотность воды и сопутствующей конвекции замещения.

Термические исследования в скважине 838 Южно-Сургутской площади выполнены через 1 сут. после солянокислотной обработки: 3 – фоновый замер до начала работы компрессора; 4, 5 – замеры при закачке до прорыва газа; 5, 6, 7 – сразу, через 1 ч и через 2.5 ч после прорыва соответственно (рис. 6).

На фоновом замере отмечается значительная температурная аномалия в интервале перфорированных пластов (2 452–2 486 м). Зависимость температуры от глубины в указанном интервале, согласно представленной выше теории, обусловлена действием кислоты, поглощенной пластами, на карбонатную составляющую скелета.

В зумпфе скважины вблизи забоя регистрируется повышенный градиент температуры, свидетельствующий о нагревании забоя выпавшей вследствие конвекции замещения кислотой на забой скважины. По термозамерам при работе компрессора отмечается поток жидкости в оба перфорированных интервала. Из изложенного следует, что использование термометрии позволяет оценивать эффективность солянокислотной обработки призабойной зоны пласта.

Итак, на основе асимптотического метода разработана теория, позволяющая рассчитывать температурные поля в нефтяных карбонатосодержащих пластах при кислотном воздействии. Это открывает новые перспективы для разработки способов контроля над процессом воздействия и совершенствования технологии кислотного воздействия.

В заключении подводятся итоги проведенного исследования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

С использованием модификации асимптотического метода построена математическая модель, описывающая взаимосвязанные поля температуры и концентрации раствора кислоты в жидкости, текущей по проницаемому пласту, окружённому непроницаемой средой, при воздействии на нефтяные и газовые карбонатосодержащие коллекторы нефти и газа.

Произведен анализ физических процессов, происходящих при закачке кислоты в карбонатосодержащий  пласт, осуществлена математическая постановка задачи о температурных процессах при кислотном воздействии с учетом теплоты химических реакций применительно к нефтегазовым пластам для случая, когда различием теплофизических свойств в зоне реакции и остальной области пористого пласта пренебрегается. Задача представлена в виде бесконечной последовательности краевых задач для коэффициентов разложения искомого решения в асимптотический ряд. Произведено «расцепление» соответствующей цепочки уравнений, и на этой основе осуществлена постановка задач для нулевого и первого коэффициентов разложений. Найдено и физически обосновано дополнительное интегральное условие для первого и более высоких коэффициентов разложения, заключающееся в том, что среднее значение первого и более высоких приближений в интервале пласта  при r=0 равно нулю.

Найдено решение нелинейных задач химической кинетики, возникающих при кислотной обработке нефтяных пластов, в аналитическом виде для случаев реакции первого и второго порядка в декартовых и цилиндрических координатах и на этой основе построены функции плотности источников для продуктов химических реакций и градиента давления, входящие в уравнение энергии, зависимости плотности кислоты от пористости среды, плотности кислоты от времени и коэффициента скорости реакции, пористости от времени

На основе результатов расчётов пространственно-временных распределений температуры, плотности раствора кислоты и пористости в естественных условиях, которые описывают особенности возникновения и формирования температурных аномалий в зонах реакции, установлено, что максимальная величина термоаномалии достигается при пористости m=0.91 и плотности закачиваемой кислоты в растворе ra0=212.5 кг/м3 и составляет DT=53.9 K. Зависимость величины термоаномалии от плотности закачиваемой кислоты – линейная. При начальной пористости выше критической m > 0.91 на кривых имеются участки, когда с ростом плотности кислоты температура достигает максимального значения и при дальнейшем повышении плотности остается неизменной; физически это соответствует полному растворению скелета. Важной для практического использования является так называемая критическая пористость m=0.910, которая соответствует случаю, когда однократная закачка соляной кислоты с максимальной плотностью ra0=212.5 кг/м3 полностью разъедает карбонатный пласт.

Сопоставление расчетных теоретических зависимостей с результатами экспериментальных скважинных показывает их хорошее согласие. На основании сопоставления показано, что нулевое приближение описывает величину температурных эффектов  в пластах с точностью, достаточной в большинстве практических случаев, а детальное распределение температуры требует использования первого коэффициента разложения.

На основе разработанной теории и анализа экспериментальных кривых показано, что использование термометрии позволяет оценивать эффективность солянокислотной обработки призабойной зоны пласта.

Полученные результаты открывают новые перспективы совершенствования технологии воздействия и контроля за процессом кислотной обработки на основе измерения температуры.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.     Крупинов А.Г. , Филиппов А.И., Михайлов П.Н. Задача термокаротажа при кислотной обработке нефтяных пластов // Материалы Международной конференции «Тихонов и современная математика», МГУ им. М.В. Ломоносова, РАН, 19 – 25 июня 2006 г. – Москва: Изд-во МГУ, 2006.     – С. 25 – 26.

2.     Крупинов А. Г,. Филиппов А. И., Михайлов П. Н., Михайличенко И. Н. Расчет полей концентрации при подземном захоронении растворенных радиоактивных веществ // Экологические системы и приборы, №5, 2006. – С. 27 – 35.

3.     Крупинов А. Г., Филиппов А.И., Михайлов П. Н. Температурные поля при кислотной обработке нефтяных пластов. – Ханты-Мансийск, 2006. – С. 197 – 200.

4. Крупинов А. Г., Филиппов А.И., Михайлов П.Н. Математическое моделирование химико-гидродинамических задач при кислотной обработке пластов // Вестник херсонского национального технического университета. Вып. 2 (25). – Херсон: ХГНТУ, 2006. – С. 503 – 507.

5. Крупинов А. Г., Филиппов А.И., Михайлов П.Н. Квазисолитонное решение задачи о поле концентрации кислоты при закачке в пористый пласт // Труды Стерлитамакского филиала АН РБ. – Уфа: Гилем, 2006.    –  С. 53 – 63.

6. Крупинов А. Г. Построение квазисолитонного решения для задачи химической кинетики в системе «жидкость-пористое тело» // IV Региональная научно-практическая конференция // ЭВТ в обучении и моделировании: сб. науч. трудов Всерос. науч.-теор. конф. в 2-х частях, БГСПА, 16–17 декабря 2005 г. – Бирск: Изд-во БГСПА, 2005. – С. 115 – 117.

7. Крупинов А. Г., Девяткин Е.М.  Исследование гидродинамических полей химических реакций в пористом пласте. // Тезисы докладов «VI Региональная школа-конференция». – Уфа: Изд-во Уфа РИО БашГУ, 2006. – С. 140–141.

8. Крупинов А. Г. Физическая модель химических реакций в системе «жидкость-пористое тело» // Тезисы докладов «V Региональная школа-конференция». –Уфа: Изд-во Уфа РИО БашГУ, 2005. – С. 96.

Крупинов Артем Геннадьевич

Температурные поля, инициированные

химическими реакциями в пористой среде

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать

Формат 60×801/16

Гарнитура «Таймс».

Бумага ксероксная.

Печать оперативная.

Усл. печ. л. 1,3.

Заказ № 315/06.

Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии

Стерлитамакской государственной

педагогической академии:

453103, Стерлитамак, пр. Ленина, 49

Страницы: 1, 2, 3