Дипломная работа на тему "ТЮМГУ | Исследование динамики раскрытия техногенной трещины в пласте"

Работа на тему: Исследование динамики раскрытия техногенной трещины в пласте
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 к.ф.-м.н.

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
бакалаврская работа
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ РАСКРЫТИЯ ТЕХНОГЕННОЙ ТРЕЩИНЫ В ПЛАСТЕ

03.03.02 Физика
Профиль «Фундаментальная физика»

Тюмень 2023 год

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 13
1.1. СТАЦИОНАРНАЯ МОДЕЛЬ ТРЕЩИНЫ 13
1.2. НЕСТАЦИОНАРНАЯ МОДЕЛЬ. 19
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ. 24
3.1. СТАЦИОНАРНАЯ МОДЕЛЬ 24
3.2. НЕСТАЦИОНАРНАЯ МОДЕЛЬ 29
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 34
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. 35

ВВЕДЕНИЕ.
Самым распространенным методом добычи нефти является-заводнение, при этом придерживаются правила компенсации отбора жидкости закачкой в пласт технической воды [1, 2]. Однако из-за большого количества примесей призабойная зона может сильно загрязниться, вследствие чего происходит рост давления на забое, при прочих объёмах закачки. Вследствие постоянного роста давления, при закачке воды, происходит превышение критической величины (порядка 1,5 пластового давления) [3,4], что благоприятствует образованию техногенной трещины. На деле это явление называют образованием трещины автоГРП. Вообще, это достаточно грубая прикидка, обычно давление гидроразрыва определяют либо из исследований керна, либо с помощью формулы. Наиболее известной, является формула Б.А.Итона [5]:
????? – давление гидроразрыва, ???? – пластовое давление, ?????? – геостатическое давление, ? ? мощность пласта, ?? ? модуль Пуассона.
Загрязнение пространства вблизи стенок трещины автоГРП приводит к росту давления в самой трещине и является причиной роста протяженности трещины [3]. Неконтролируемый рост трещины автоГРП приводит к образованию высокопроводящего канала между нагнетательной и добывающей скважинами, что в свою очередь, ведет к быстрому прорыву закачиваемой воды в добывающие скважины и резкому росту обводненности добываемой продукции [6, 7].
В процессе формирования гидроразрыва можно выделить три основных этапа:1-инициация трещины, 2-искрвеление трещины гидроразрыва в сторону направления магистрального распространения,3-рост трещины в магистральном направлении (Рис. 1.0)
На первой стадии появляется зародыш трещины, локализированный в каком-либо участке перфорации. На следующей стадии, в зависимости от направления и параметров зародышевой трещины она, искривляясь, выходит на направление магистрального развития. Магистральное направление, в свою очередь, является направление, направленного поперёк минимального напряжения залегания. И на финальной стадии, она распространяется вдоль выбранного направления. Примером такого исхода событий является развитие трещин автоГРП на Приобском месторождении [7]. В 2006 году на этом месторождении была выбрана основной-обращенная девятиточечная система с плотностью сетки 25 га/скв. Помимо этого, в других частях месторождения использовались и иные системы, такие как: пятиточечная, рядная, семи точечная и очаговая. В ходе наблюдения за работой скважин был сделан вывод, что вода прорывается от нагнетательных скважин- к добывающим, через каналы трещин автоГРП. Моделируемые трещины можно разбить на группы, а именно: одномерная, двумерная и трёхмерная. Одномерные модели можно представить в виде плоской симметричной трещины, однако из-за разного геометрического представления, одномерные модели можно разбить на две подгруппы. Первая группа состоит из моделей, описывающих прямолинейное распространение трещины, исходящее из линейного
источника, такие плоские трещины должны сформироваться в вертикальной плоскости, проходящей через ось скважины (Рис. 1.1)
Вторая группа моделей представляет из себя радиально симметричное распространение из точечного источника, в таком случае плоскость распространения трещины может располагаться под любым углом относительно оси скважины. (Рис 1.2)
Модель Христиановича–Гиртсма–де Клерка (KGD)
Основные принципы этой модели, в том числе геометрическая концепция, показанная на рис. 1.3, предложены Христиановичем и Желтовым в 1955 г. и затем развиты Гирстма и де Клерком. Такая геометрическая концепция справедлива при допущении, что высота трещины значительно превосходит ее общую длину 2L и влиянием верхней и нижней границ можно пренебречь. Это позволяет считать горизонтальные сечения трещины одинаковыми и при описании деформации породы и ее разрушения использовать двумерную постановку задачи упругости.
Перкинс и Керн предложили иную концепцию гидроразрыва, отличающуюся от предложенной в KGD-модели. Предполагается, что трещина гидроразрыва имеет постоянную высоту H, которая значительно меньше общей длины трещины 2L, как показано на рис. 1.4. При таком допущении изменение параметров трещины вдоль ее длины мало и деформацию породы можно рассматривать в каждом вертикальном
сечении x = const изолированно, как плоское деформированное состояние.
Одномерные модели хорошо описывают распространение трещины гидроразрыва на последней его стадии или в случае, когда перфорации направлены строго в магистральном направлении роста трещины. Однако эти модели совершенно не учитывают распространение трещины по высоте. Псевдотрехмерные модели в дополнение позволяют учесть распространение трещины гидроразрыва по вертикали. Двумерные и трехмерные модели описывают процесс гидроразрыва с учетом второй его стадии. Только «полностью» трехмерные модели, включающие и процесс инициации трещины, способны адекватно моделировать процесс на всех его стадиях. Двумерные и трехмерные модели учитывают искривление траектории и могут быть использованы при моделировании гидроразрыва начиная от известной конфигурации инициированной трещины. Модель деформации породы при моделировании распространения трещины позволяет рассчитывать ширину трещины по известному распределению давления в трещине и напряжениям породы в естественном залегании. Для расчета деформации породы решается задача упругого равновесия в бесконечной области, внутри которой находятся полость. Широко известными методами решения задач упругости являются: метод конечных разностей (МКР), конечных элементов (МКЭ) и граничных элементов (МГЭ). При решении внешних задач упругости МКР и МКЭ обладают существенным недостатком: требуют аппроксимации расчетной области большим количеством ячеек вдали от полостей и трещин. МГЭ свободенот этого недостатка, так как требует аппроксимации только границы области. Суть метода конечных разностей сводится к замене производных первого или второго порядка, для дальнейшего решения, из-за невозможности аналитического решения [9]. Итак, пусть некоторая функция f(x), которая является неизвестной в некотором уравнении, аналитическое решение которого – невозможно. Допустим в этом уравнении встречается первая и вторая производные данной функции по
x. Также не стоит забывать, что, для начала, нужно выбрать пространственно-временную сетку, в которой мы будем работать (в стационарном случае, т.е когда отсутствуют переменные зависящие от времени, разбивается только координата). Расчётная область разбивается с некоторым шагом по времени и/или координате (в зависимости от выбора метода решения, на шаг по времени будут накладываться условия) и каждый узел сетки имеет номер. Дальше, в качестве номер узла сетки, будет индекс i. После выбора сетки нужно аппроксимировать производные, тогда справедливы следующие выражения:
Вообще, такие выражения получаются, если разложить функцию в ряд Тейлора [10] и пренебречь слагаемыми 3-го порядка и выше, в силу их малости. Классификаций конечно-разностных схем немало, но можно выделить основные следующим образом:
1) Явная
2) Неявная
3) Полунеявная
Явные схемы вычисляют значение сеточной функции через данные соседних точек. Явные схемы часто оказываются неустойчивыми, т.е решение возможно только при определенных шагах по времени и координате Согласно теорема Годунова среди линейных разностных схем для уравнения переноса с порядком аппроксимации выше первого нет монотонных.
Неявные схемы используют уравнения, которые выражают данные через несколько соседних точек результата. Для нахождения результата решается система линейных уравнений.
Полунеявные схемы являются симбиозом явной и неявной, т.е на одних шагах применятся явная схема, на других неявная.
Из-за образования трещины автоГРП вода, закачиваемая в пласт, быстро достигает добывающих скважин, что приводит к обводнению добываемой нефти, а также к снижению коэффициента охвата пласта заводнением[11]. Большая часть крупных месторождений России вступили на позднюю стадию разработки. Западная Сибирь, на которую приходится 55% российской добычи нефти, является основным добывающим регионом страны. Обводненность извлекаемого флюида имеет высокие значение, приблизительно 90%. Большинство уникальных и самых крупных месторождений ХМАО, в которых находится 67% запасов Западной Сибири, имеет выработанность от 65% до 85%. Средняя обводненность скважиннной продукции по этим месторождениям составляет 72-92%. Обводненность крупных месторождений Роснефти и Лукойла представлены на рисунке 1.5 и
1.6 соответственно.
Также стоит отметить, что в 60% случаев на месторождении встречаются трещины автоГРП[12]
Для минимизации негативных последствий в основном используют потокоотклоняющие технологии (ПОТ). Принцип их работы заключается в закачке в пласт реагентов (в основном сузпензий), проникающих в каналы с высокой проницаемостью, но не способных фильтроваться в основной пласт. [13]
Основной целью данной операции является выравнивание приемистости скважины по разрезу пласта и, тем самым, создания более равномерного фронта вытеснения, получение дополнительной добычи нефти из ранее не дренируемых зон пласта и уменьшения прорывов воды в добывающие скважины.
Размеры молекул химических соединений сопоставимы с размерами каналов высокой проницаемости пласта. При повышении температуры и взаимодействии с поверхностью порового пространства они образуют достаточно вязкую, малоподвижную субстанцию, которая при повышении давления на забое нагнетательной скважины становится почти неподвижной и не даёт фильтроваться воде. Далее при проведении закачки вода начинает поступать в пласт с низкими фильтрационными свойствами, начинается вытеснение нефти из прослоев, которые не были охваченны заводнением. Из-за этого возрастает охват пласта и повышается коэффициент извлечение нефти. Сейчас существует несколько сотен реагентов и композиций для водоизоляции, которые могут быть классифицированы по химической природе реагента, по их физико-химическим свойствам. Наиболее просто, классифицировать их можно следующим образом:
• геле- и осадкообразующие композиции;
• полимер-дисперсные и волокнисто-дисперсные системы;
• микроэмульсионные системы;
Данные методы увеличения нефтеотдачи активно используются в России с 80-х годов прошлого века, и в настоящее время значительная часть способов химического заводнения в России связана именно с этими технологиями. В стране применяется около 100 разновидностей потокоотклоняющих технологий. Крайне эффективно эти технологии использовались в ООО «РН-Юганскнефтегаз» на Мамонтовском месторождении, ОАО «Сургутнефтегаз» на Лянторском месторождении, ООО «РН-Ванкор» на Ванкорском месторождение [14].
Добыча нефти является крайне сложным процессом и включает в себя огромное количество процессов. Актуальной проблемой является высокая обводненность (Рис. 1.5 и 1.6). На обводненность готовой продукции влияет множество факторов, но наличие трещины автоГРП, является весомым фактором [15,16]. Поэтому важно заранее спрогнозировать размеры трещины для минимизации негативных эффектов. Поэтому целью данной выпускной квалификационной работы является - смоделировать процесс развития и стабилизации трещины автоГРП.
Задачи, которые предстоит решить автору этой работы:
1) Построить стационарную модель трещины
2) Построить нестационарную модель трещины
3) Рассчитать длину техногенной трещины в пласте
4) Оценить время её развития

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
1. Y. Yang, W. Xiao, Y. Bernabe, Q. Xie, J. Wang, Y. He, M. Li, M. Chen,
J. Ren, J. Zhao, L. Zheng. Effect of pore structure and injection pressure on waterflooding in tight oil sandstone cores using NMR technique and pore network simulation // Journal of Petroleum Science and Engineering. Vol. 217. October 2022. Paper 110886.
2. Андреева, А. И., Афанасьев, А. А. (2022). Сравнение оптимальных режимов водогазового воздействия в рамках одномерной и двумерной постановок задачи фильтрации. Вычислительная механика сплошных сред, 15(3), 253–262.
3. J.-C. He, K.-S. Zhang, H.-B. Liu, M.-R. Tang, X.-L. Zheng, G.-Q. Zhang. Laboratory investigation on hydraulic fracture propagation in sandstone- mudstone-shale layers // Petroleum Science. – 2022. – Vol. 19. – P. 1664– 1673. h
4. X. Yan, H. Yu. Numerical simulation of hydraulic fracturing with consideration of the pore pressure distribution based on the unified pipe- interface element model // Engineering Fracture Mechanics. – Vol. 275. – November 2022. – Paper 108836.
5. Бабаян Э.В. Конструкция нефтяных и газовых скважин. Осложнения и их преодоление // Инфра-Инженерия. 2018.
6. Татосов А.В., Шляпкин А.С. Движение проппанта в раскрывающейся трещине гидроразрыва пласта // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Математика. Механика. Информатика. 2018. Т. 18, № 2. С. 217–226.
7. Байков В.А., Бураков И.М., Латыпов И.Д., Яковлев А.А., Асмандияров Р.Н. Контроль развития техногенных трещин автоГРП при поддержании пластового давления на месторождениях ООО «РН-Юганскнефтегаз» // Нефтяное хозяйство. 2012. № 11. С. 30–33.
8. С.Г. Черный, В.Н. Лапин, Д.В. Есипов, Д.С. Куранаков. Методы моделирования зарождения и распространения трещин. Издательство Сибирского отделения Российской академии наук Новосибирск. 2016
9. Боголюбов А.Н., Буткарев И.А., Минаев Д.В., Могилевский И.Е. Математическое моделирование волноведущих систем на основе метода конечных разностей и метода конечных элементов
10. Царькова Е.В., Метод Тейлора для обыкновенных дифференциальных уравнений и систем // Общество с ограниченной ответственностью "ОМЕГА САЙНС" (Уфа). 2016
11. Триманова М.А., Дубиня Н.В. Основные закономерности развития трещин автоГРП // ООО “Издательство ГЕОС” (Москва). 2015
12. Салимов О.В., Зиятдинов Р.З., Гирфанов И.И., Кочетков.
Вероятность возникновения эффекта автоГРП
13. А.В.,Ручкин А.А., Ягафаров А.К. Оптимизация применения потокоотклоняющих технологий на самотлорском месторождении. 2005
14. Казаков А.А., Шелепов В.В., Рамазанов Р.Г. Особенности оценки эффективности потокоотклоняющих технологий // Вестник Московского университета. Серия 4. Геология. 2018.
15. Иванов В.С. ОБОСНОВАНИЕ ТРАНСФОРМАЦИИ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ ОБЪЕКТА БП УСТЬ-ХАРАМПУРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ С УЧЕТОМ НАПРЯЖЕННО- ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД // Вестник
магистратуры. 2019.
16. Фахреева Р.Р., Питюк Ю.А., Асалхузина Г.Ф., Давлетбаев А.Я., Мирошниченко В.П., Гусев Г.П. РАЗВИТИЕ МЕТОДА МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ЛИНЕЙНОЙ РЕГРЕССИИ ДЛЯ АНАЛИЗА ТРАССЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ // Вестник Башкирск. ун-та. 2021.