Матмодель вытеснения
В изучаемой математической модели, нефтяной пласт представлен суммой тонких слоев разной проницаемости. Плотность распределения проницаемости задано третьим распределением Пирсона,
Плотность распределения, это отношение толщины слоя с заданной проницаемостью к общей толщине,
Функция распределения, это накопленный вклад толщин с проницаемостью от нуля до заданной, в общую толщину, нормированная к единице,
Вид распределения задаётся средним значением проницаемости и квадратом вариации,
Определение функции распределения, позволяет построить слоистую модель с различным контрастом проницаемости по слоям,
Начнем изучение процесса вытеснения нефти водой с самого простого случая, описание которого приведено в «Проектирование разработки нефтяных месторождений платформенного типа» (Э.Д.Мухарский, В.Д.Лысенко, 1973).
Нефть и вода имеют одинаковую подвижность, вытеснение происходит при линейном режиме фильтрации. Перепад давления в каждом слое остается постоянным со временем, следовательно скорость фильтрации и положение фронта вытеснения зависят только от проницаемости слоя.
В некоторый момент, после начала обводнения скважин, можно выделить граничный слой проницаемостью k*, который делит общую нефтенасыщенную толшину на две части. Выше граничной толщины Y*, завершено вытеснение нефти водой и пласт работает чистой водой. Ниже граничной толщины содержится остаточная нефть и всё ещё происходит процесс вытеснения нефти водой.
Положение фронта вытеснения для любого значения граничной проницаемости, можно получить растягивая форму распределения проницаемости от 0 до k* в диапазон фиксированного расстояния от 0 до L.
В области между нагнетательной и добывающей скважиной, выделим характерные регионы.
- (S1+S2+S3) — объем пласта между нагнетательной и добывающей скважиной
- (S1 + S2) — заводненная часть пласта
- (S3) — часть пласта, содержащая оставшуюся подвижную нефть
- (S4) — часть фронта вытеснения прошедшая за добывающую скважину, в случае если скважина не работала, или накопленный (суммарный) отбор воды скважиной
Далее выразим две замечательные характеристики, обводненность и отбор от извлекаемых запасов.
Обводненность W, можно найти из доли нефти в потоке
где,
следовательно,
Отбор от извлекаемых запасов или коэффициент заводнения, определяется как отношение заводненной части пласта к общей площади пласта,
где
В итоге,
Изменяя значение граничной проницаемости, формируется характеристика вытеснения нефти водой для различных вариаций проницаемости,
где коэффициент заводнения записан через отношение накопленной добычи нефти к извлекаемым запасам,
Далее перейдем к модели учитывающей различие в вязкости нефти и воды. Начнем с того, что запишем водонефтяной фактор,
Параметр это вязкость водонефтяной смеси в одном слое, которая зависит от положения фронта вытеснения. Делая замену средним значением, неизвестное значение вязкости смеси можно вынести за знак интеграла,
Интегралы заменим соответствующими площадями,
Отношение площадей можно найти из обводненности при равных подвижностях,
И окончательно,
Повторив ход рассуждений для поверхностных условий и учитывая снижение фазовой проницаемости по воде при остаточной нефтенасыщенности, введем в формулу объемные коэффициенты нефти и воды и величину относительных фазовых проницаемостей,
Далее заменяя всё одним коэффициентом различия физических свойств нефти и вытесняющего агента,
Получим компактное выражение для определения обводненности при различии свойств нефти и воды,
Таким образом, обводненность зависит от неоднородности проницаемости по слоям и различием физических свойств нефти и воды
В оригинальном методе ТатНИПИнефть изучались разработка месторождения системой вертикальных скважин. Предполагалось, что в нефтенасыщенных слоях вязкость вблизи нагнетательных скважин быстро стремится к вязкости воды, а вязкость вблизи добывающих скважин остается зависимой от вязкости нефти, следовательно средняя вязкость это среднее значение между вязкостью нефти и воды
Коэффициент различия физических свойств определялся как,
В таком виде была придумана одна из частей универсального метода проектирования разработки нефтяных месторождений ТатНИПИнефть, описывающей динамику изменения обводненности элемента разработки, удивительным образом сочетающую простоту и полноту изучаемого явления.