Дипломная работа на тему "ТЮМГУ | Анализ влияния свойств суспензии и пласта на процесс блокирования техногенной трещины"

Работа на тему: Анализ влияния свойств суспензии и пласта на процесс блокирования техногенной трещины
Оценка: хорошо.
Оригинальность работы на момент публикации 50+% на антиплагиат.ру.
Ниже прилагаю все данные для покупки.
https://studentu24.ru/list/suppliers/Anastasiya1---1326

Описание работы

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Кафедра моделирования физических процессов и систем

РЕКОМЕНДОВАНО К ЗАЩИТЕ В ГЭК
Заведующий кафедрой

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
бакалаврская работа
Анализ влияния свойств суспензии и пласта на процесс блокирования техногенной трещины

03.03.02 Физика
Профиль «Фундаментальная физика»

Тюмень 2023 тод

Оглавление
Введение 2
Цель и задачи работы 10
Глава 1. Постановка задачи 10
1.1. Физическая постановка задачи 10
1.2. Математическая постановка задачи 12
1.2.1. Движение фронта концентрации дисперсных частиц к концу трещины 12
1.2.2. Блокирование трещины 15
Глава 3. Методы решения задач 15
3.1. Параметры модели 15
3.2. Решение задачи движения фронта концентрации дисперсных частиц к концу трещины16
3.2.1. Расчет забойного давления 20
3.2.2. Решение задачи движения фронта концентрации дисперсных частиц к концу
трещины в безразмерном виде 21
3.3. Решение задачи блокирования трещины 24
3.3.1. Решение задачи блокирования трещины в безразмерном виде 24
Глава 4. Результаты моделирования 25
4.1. Результаты моделирования задачи в размерном виде 25
4.2. Результаты моделирования задачи в безразмерном виде 27
4.3. Анализ чувствительности 29
Выводы 32
Список литературы 33
Приложения 35

Введение
В настоящее время активно изучается область, которая связана с анализом трещин гидравлического разрыва пласта (далее – ГРП) и авто- гидравлического (далее – авто-ГРП) разрыва пласта, так как это является наиболее продуктивным способом повышения эффективности разработки нефтяных месторождений.
Суть метода гидравлического разрыва пласта заключается в том, что за счет закачки жидкости на забое скважины создается избыточное давление, которое превышает значение давления гидроразрыва пласта (давление, которое необходимо создать в пласте для образования новых трещин или раскрытия уже имеющихся). Вследствие этого порода начинает разрываться вдоль поверхностей минимальных напряжений, и в породе начинает раскрываться трещина. Сеть таких трещин значительно улучшает гидравлическую проводимость породы. Как правило, при применении метода ГРП резко возрастает дебит скважины (т. е. объем флюида, добываемого скважиной в единицу времени) или существенно снижается депрессия (разность между пластовым и забойным давлением) на пласт. Также эта технология используется, когда добыча нефти или газа традиционными методами нерентабельна или вовсе невозможна. Например, на скважинах № 4488, 1844, 6216, 2073у, 6992, 4329 Повховского месторождения используется
описываемый метод. [1]
В дальнейшем для сохранения высокой пропускной способности трещин после снятия избыточного давления внутрь закачивается расклинивающий агент, или проппант. В большинстве случаев в качестве проппанта используется песок или другой высокопрочный гранулированный заменитель. [2]
Рисунок 1 - Схема трещины ГРП
Трещинами авто-ГРП называют трещины, образованные в нагнетательных скважинах вследствие закачки воды для поддержания пластового давления при давлении на забое, превышающем давление гидравлического разрыва пласта [3].
В статье [4] авторы на примере скважины № 304 песчаных пластов Як- III-VII Ванкорского нефтегазоконденсатного месторождения, одного из крупнейших месторождений России, отмечают, что в результате роста трещины авто-ГРП происходит формирование неравномерного профиля приемистости. Это приводит к изменению потока нагнетаемой в пласт воды и неравномерному вытеснению нефти, что влечет за собой высокие темпы роста обводненности продукции добывающих скважин, что приводит к уменьшению дебитов нефти. Поэтому актуально определение динамики развития трещин авто-ГРП.
Рисунок 2 - прорыв трещины автоГРП в зону дренирования добывающей скважины
Существует ряд подходов к определению давления образования трещины ГРП. Например, методика определения давления образования трещины ГРП в процессе спуска труб. Методика основана на решении уравнения баланса давлений в процессе движения труб [5]. А ткаже в статье
[6] описан один из методов определения давления разрыва пласта с использованием двухшагового расходного теста. Суть метода заключается в изменении расхода закачиваемой в пласт воды и последующим измерении динамики давления на забое добывающей скважины.
Для определения геометрии ГРП могут использоваться геофизические исследования. Так, в работе [7] автором был разработан программный геомеханический модуль, который применяется для расчёта данных по геомеханике горных пород и распределению напряжений в пласте. Это необходимо для программного обеспечения моделирующего гидроразрыва пласта.
Также в статье [8] выявлены условия, при выполнении которых возможна переориентация трещин ГРП. В указанной выше статье авторами
предложен метод, заключающийся в том, что в пласт закачиваются металлические кольца или диски малых размеров. После проведения гидравлического разрыва пласта в скважину спускают геофизический прибор. Этот прибор включает в себя следующие компоненты:
1) радиопередатчик, излучающий фазово-модулированный сигнал, то есть сигнал, в котором фаза несущего колебания изменяется прямо пропорционально информационному сигналу,
2) приемник,
3) гироскоп, или устройство способное реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено, относительно инерциальной системы отсчета.
В процессе измерений осуществляют поворот геофизического прибора и измеряют углы с самым большим отраженным сигналом посредством гироскопа и определяют направление трещины.
После нахождения направления трещины формируют данные по спектру принятого сигнала. С учетом спектра радиопередатчика и спектра приемника находят спектральную отражающую способность трещины ГРП. Замеры повторяют на нескольких глубинах. Глубины, на которых отраженный сигнал не идентифицируется, соответствуют вертикальным границам трещины.
Также в статье [9] разработаны подходы для обнаружения уже имеющихся трещин и анализа их развития на основе гидропрослушивания. На устьях скважин 8827, 7821 и 8851 были установлены регулируемые штуцеры, а на глубину 2000 метров был спущен глубинный датчик давления, после чего скважина была запущена в работу.
На устье и забое скважины при изменении режимов работы нагнетательной скважины проводились регистрации кривых изменения давления. Кривые, полученные в результате исследования, не совпадали с законом притока к трещине с фиксированной длиной, который получен методом отображения Жуковского.

При анализе кривых восстановления давления было определено, что давление раскрытия трещины равно 36 МПа.
Также анализ трещин может проводится с использованием исследований керна (образцы породы) с помощью бразильского теста, что описано в работе [10]. В ходе описанного эксперимента керн сжимается в диаметральной плоскости.
Однако не всегда эксперименты отражают параметры по всему пласту, т. к. керн извлекается только из малой части месторождения. Кроме того, эксперименты дорогостоящи, поэтому зачастую применяют методы моделирования.
Одним из подходов к моделированию является полуаналитическая модель распространения трещины авто-ГРП, которая описана в работе [11]. Она позволяет оценить интервалы прорыва трещины авто-ГРП по высоте в зависимости от следующих параметров:
1) репрессии на пласт;
2) вязкости жидкости;
3) скорости и времени закачки.
Для предотвращения прорыва воды по трещине авто-ГРП в случае, если она уже образовалась, необходимо каким-либо образом ограничивать приток воды по этой трещине, чтобы снизить темпы роста обводнённости продукции добывающей скважины.
Одним из способов избежать прорыва воды к добывающим скважинам является применение модифицированных сшитых полимерных систем, описанных в статье [12].
Суть метода заключается в выравнивании фронта воды от нагнетательных скважин по причине кольматации порового пространства во время обработки скважин при возникновении химических реакций. Кольматацией называют процесс проникновения мелких частиц в поры и трещины горных пород, а также осаждение в них химических веществ, влекущее за собой уменьшение их проницаемости.
Осадки и гели, образовавшиеся в процессе обработке, перераспределяют потоки нагнетаемого флюида и формируют новые фильтрационные каналы. Это в свою очередь увеличивает коэффициент охвата пласта, то есть отношение начальных геологических запасов нефти, охваченных заводнением, ко всем начальным геологическим запасам нефти в разрабатываемой залежи.
Это можно представить в виде следующей формулы:
Кохв
= ??нач. геол. охвач. заводнением
??нач. геол.
Подбор реагентов для модифицированных сшитых полимерных составов осуществляется на основании лабораторных испытаний. Наилучшие результаты показали модифицированные сшитые полимерные составы, образованные на основе Преастола 2530 с глинопорошком и добавлением кварцевого песка. Удалось добиться увеличения коэффициента вытеснения на 36%.
В работе [13] рассматривается закачка в нагнетательные скважины модернизированной полимер-дисперсной системы. В ее состав входит глинопорошок (вещество, в котором происходит быстрое и полное набухание содержащихся частиц) и полиакриламид (класс водорастворимых полимеров на основе акриламида с общей формулой (С3Н5NO)n).
Авторы отмечают, что данная система показала высокую эффективность применяемой технологии в пласте ЮКп Талинской площади Красноленинского месторождения.
Для оценки эффективности проведенного мероприятия проводились трассерные исследования на скважинах 1661,1664, 1753 и 11209. Метод трассерных исследований основан на введении в нагнетательную скважину некоторого объема «меченной» жидкости, после чего осуществляется непрерывная подача вытесняющей жидкости (в основном воды). Одновременно с этим в добывающей скважине проводят отбор проб, с
последующим их изучением на наличие трассерной жидкости и ее количественной оценки.
По результатам лабораторных исследований строится зависимость изменения концентрации трассера в отобранных пробах от времени. Трассерные исследования показали, что закачка модернизированной полимер- дисперсной сисиемы привела к кольматации высокопроводных каналов и позволила подключить в работу рядом залегающие невыработанные пропластки.
Рисунок 3 - Схема проведения трассерных исследований скважин
Для оценки эффективности блокирования трещины распространённым инструментом является моделирование.
Для моделирования процесса забивания трещины гранулированными частицами могут использоваться гидродинамические симуляторы. В статье
[14] для оценки эффективности гранулированных гелей для закупоривания трещин авторами была получена модель с помощью гидродинамического симулятора Нимезида 2014.
В ходе проведения симуляции авторы получили хорошую сходимость для исследования реологических (деформационных) свойств частиц, которые
различаются по размеру и форме в миллиметровом диапазоне. А также моделирование на гидродинамической модели процесса блокирования техногенной тещины показало эффективность применения водонабухающих гранулированных гелей.
Однако гидродинамические симуляторы требуют большого количества входящих данных. В статье [15] авторы предлагают математическую модель блокирования трещины полимер-дисперсной смесью, где в качестве дисперсных частиц применяются частицы каолинитовой глины, мела или древесной муки.
Авторы рассматривают модель, в которой для трещины характерно отсутствие механизмов застревания частиц. Рассматривается модель трещины
– KGD (прямолинейное распространение трещины прямолинейного сечения, исходящее из линейного источника). Поток рассматривается в односкоростном приближении, то есть таком приближении, когда скорости движения несущей фазы и частиц равны. Предлагаемая модель для достижения дисперсными частицами края трещины строится на уравнении неразрывности для дисперсных частиц и несущей фазы (данные уравнения представлены ниже).
??(?????)
???? +
??(???????)
???? = 0
??(???(1 ? ??)
???? +
??(???(1 ? ??)??)
???? = ???
Движение суспензии по трещине рассматривается в безынерционном приближении и с учетом того, что проницаемость внутри трещины большая. При этих допущениях уравнение сохранения импульса записывается в виде формулы Пуазейля:
??2 ????
?? = ? 12?? ????
Отток воды в пласт является линейным и описывается законом Дарси.
q=????? (?? ? ?? )
???? ??
Блокирование же трещины описывается уравнением движения контактного разрыва:
(1 ? ???) ?????? + ?????? = 0
????
В работе предлагается развитие данного направления и проведение анализа влияния свойств пласта на процесс забивания трещины.
Цель и задачи работы
Целью данной работы является провести анализа влияния свойств суспензии и пласта на время блокирования техногенной трещины.
Для достижения были сформулированы следующие задачи:
1) Построение математической модели
2) Расчет времени движения фронта концентрации дисперсных частиц к концу трещины
3) Расчет времени блокирования трещины
4) Анализ влияния свойств суспензии и пласта на время блокирования трещины

Список литературы
1. Альмухаметова Э. М., Ворсина Н. А., Сыртланов О. В. Эффективность применения гидроразрыва пласта в условиях Поховского месторождения // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2013. С. 23–29.
2. Нефтяная компания ЮКОС. Гидроразрыв пласта. Краткий курс.
3. Байков В. А., Бураков И. М., Латыпов И. Д., Яковлев А. А., Асмандияров Р. Н. Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений // Нефтяное хозяйство, 2012.
4. Фомичев А. Ю., Кудряшова Л. К. Анализ динамики фильтрационных параметров пластов ЯК-III-VII в процессе разработки Ванкорского нефтегазоконденсатного месторождения (Красноярский край) // Проблемы геологии и освоения недр : труды XIX Международного симпозиума имени академика М. А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 70- летнему юбилею Победы советского народа над фашистской Германией, Томск, Издательство ТПУ, 2015. Т. 1. С. 305–307.
5. Тагиев А. А. Определение давления гидравлического разрыва пласта в скважине // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) им. И. М. Губкина, 2003. С. 44-45.
6. Singh P., Agarwal R.G. Two-step rate test: new procedure for determining formation parting pressure // J. Pet. Technol. 1990. V. 42. № 1. P. 84–90.
7. Никитин А. Н. Определение геометрии трещин гидравлического разрыва пласта на месторождениях нефти Западной Сибири с использованием геофизических исследований, 2014.
8. Падерин Г. В., Шель Е. В. Способ определения геометрии трещин при гидроразрыве пласта (ГРП). Уфа, 2014.
9. Байков В. А., Давлетбаев А. Я., Усманов Т. С., Степанова З. Ю. Специальные гидродинамические исследования для мониторинга за развитием трещин ГРП в нагнетательных скважинах // Электронный научный журнал нефтегазовое дело. Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2011. С. 65–75.
10. Cheng C., Milsch H. Hydromechanical investigations on the self-propping potential of fractures in tight sandstones // Rock Mech. Rock Eng. 2021. V. 54. P. 5407–5432
11. Шель Е. В., Кабанова П. К., Ткаченко Д. Р., Базыров И. Ш., Логвинюк А. В. Моделирование инициации и распространения трещины гидроразрыва пласта на нагнетательной скважине для нетрещиноватых терригенных пород на примере Приобского месторождения // PROНЕФТЬ. Профессионально о нефти № 2 (16), 2020. С. 36–42.
12. Серебрянников А. А, Зятиков П. Н. Изоляция высокопроницаемых каналов фильтрации с помощью модифицированных сшитых полимерных составов // XXI Международная конференция «Химия и химическая технология в XXI веке», 2020. С. 594–595.
13. Лоскутов К. Ю., Буйнов Е. С., Коробейников А. А., Трясин Е. Ю., Никитин А. Ю., Бодрягин А. В. Эффективность применения потокоотклоняющих технологий на Талинской площади Краснолесинского месторождения по результатам трассерных исследований // Нефтепромысловое дело. РГУ нефти и газа им. Губкина № 2, 2009
14. Али Г. Х., Зотова О. П. Блокирование технологических трещин. Использование гидродинамической модели для моделирования эффективности гранулированных гелей для закупоривания трещин // Деловой журнал NEFTEGAZ.RU, 2019. С. 30–32.
15. Гильманова А. Я., Федорова К. М., Шевелева А. П. Задача о блокировании техногенной трещины в пласте суспензионной смесью // Известия РАН. Механика жидкости и газа № 6, 2022. С. 26–33.