Метод і методика оптимізації процесу фонтанування діючих свердловин на основі положень теорії висхідних газоводонафтових потоків

Abstract

Рівень забезпеченості потреб народного господарства України власною нафтою є досить низьким, і за різними сценаріями статистичного прогнозування немає підстав припускати, що ситуація зміниться в найближчому майбутньому [1]. Значні перспективи пов’язують із нафтогазоносністю глибинних розрізів земної кори та кристалічного фундаменту [2]. Природну енергію існуючих нововідкритих родовищ слід реалізувати якомога раціональніше, тобто необхідно оптимізувати роботу нафтових свердловин. Одним із найбільш ефективних способів видобування нафти є фонтанна експлуатація свердловин. Стосовно фонтанної свердловини з метою подовження періоду її природного фонтанування на основі раціонального використання пластової енергії взято як критерій коефіцієнт корисної дії (ККД) процесу фонтанування. На відміну від розрахунку ККД процесу піднімання однорідної рідини та ККД газорідинного піднімача з використанням наближених залежностей і виконання натурних довготривалих досліджень, розроблено метод і, відповідно, практичну методику оптимізації роботи фонтанних свердловин на основі положень сучасної теорії висхідних потоків газоводонафтових сумішей. Суть методу полягає у виконанні числового експерименту з використанням фактичних промислових даних про свердловину і режим її роботи та про властивості флюїдів. В основу розрахунку покладено рівняння збереження маси (з узгодженням роботи пласта і свердловини через величину вибійного тиску) і рівняння руху газоводонафтової суміші за методом Поеттманна-Карпентера. Розрахунки виконуються “вручну” або з використанням ПК за розробленою нами програмою. Методика базується на використанні способу оптимізації функції, відомого як “метод золотого перерізу". Змінюючи параметри впливу, отримуємо залежності ККД, що дає змогу оптимізувати роботу свердловини.

Уровень обеспеченности потребностей народного хозяйства Украины собственной нефтью является достаточно низким, и по разным сценариям статистического прогнозирования нет оснований предполагать, что ситуация изменится в ближайшем будущем [1]. Значительные перспективы связывают с нефтегазоносностью глубинных разрезов земной коры и кристаллического фундамента [2]. Естественную энергию существующих новооткрытых месторождений следует реализовать как можно рациональнее, то есть необходимо оптимизировать работу нефтяных скважин. Одним из наиболее эффективных способов добычи нефти является фонтанная эксплуатация скважин. Относительно фонтанной скважины с целью продления периода естественного фонтанирования на основе рационального использования пластовой энергии взято как критерий коэффициент полезного действия (КПД) процесса фонтанирования. В отличие от расчета КПД процесса подъема однородной жидкости и КПД газожидкостного подъемника с использованием приближенных зависимостей и выполнения натурных длительных исследований, разработан и метод и, соответственно, практическая методика оптимизации работы фонтанных скважин на основе положений современной теории восходящих потоков газоводонефтяных смесей. Сущность метода состоит в выполнении численного эксперимента с использованием фактических промысловых данных о скважине и режиме ее работы и о свойствах флюидов. В основу расчета положены уравнения сохранения массы (с согласованием работы пласта и скважины через величину забойного давления) и уравнения движения газоводонефтяной смеси по методу Поеттманна-Карпентера. Расчеты выполняются "вручную" или с использованием ПК по разработанной нами программе. Методика базируется на использовании способа оптимизации функции, известного как "метод золотого сечения". Изменяя влияющие параметры, получаем зависимости КПД, что позволяет оптимизировать работу скважины.

The article deals with improvement of the oil wells operation efficiency with the help of the operation mode optimization that ensures profit enhancement of oil production. There is an inventory of flowing wells in Ukraine. The natural flow production method that is based on usage of solely formation energy is the cheapest among all the other methods and thus it should be implemented as efficiently as possible, i. e. the well operation mode should be optimized. In order to increase the natural flowing period of a flowing well on the basis of an efficient formation energy usage, the efficiency coefficient (EC) of the flowing process was taken. Unlike calculation of the EC of the homogeneous fluid extraction and EC of the gas-liquid lift and carrying-out of the long-term full-scale studies, a method and practical methodology for optimization of flowing wells operation were developed on the basis of the principles of the modern theory of oil, gas, and water mixture upward flows. The method main idea consists in carrying-out of the numerical experiment with the help of the factual field data about the well, its operation mode, and properties of the fluids. This calculation is based on the mass conservation equation (with coordination of the formation and well operation through the bottom-hole pressure value) and equation of the oil, gas, and water mixture flow in accordance with the Poettmann-Carpenter method. The calculations are conducted “manually” or with the help of a PC in accordance with the developed program. The methodology is based on usage of the function optimization method that is known as “the method of golden section”. When changing the influencing parameters, we obtain the EC from them and this allows us to optimize the well operation mode.