| Аннотация |
Целью исследования является разработка новых математических моделей и алгоритмов для расчета многофазного течения в поверхностной сети, скважине, и пласте в рамках представления флюида набором компонент с упором на применение и внедрение в инженерную практику. Помимо этого планируется заложить научные основы для методик интерпретации скважинных исследований на основе упрощенных математических моделей для связанной системы “поверхностная сеть - скважина - пласт”.
Актуальность рассматриваемой темы обусловлена необходимостью учета современных условий разработки месторождений трудноизвлекаемых запасов углеводородов, которые требуют решения новых задач математического моделирования, применения новых подходов, методов и алгоритмов, способных количественно и качественно улучшить прогнозирование поведения фазовых систем. Решение обозначенных задач будет способствовать повышению эффективности добычи и управления ресурсами.
Так, например, в условиях низкой проницаемости газоконденсатных месторождениях отбор кондиционных проб флюида затруднен и часто невозможен по объективным причинам: невозможно одновременно удовлетворить требованию на скорость газа для выноса жидкости с забоя скважины и ограничениям на величину депрессии на пласт для получения кондиционной пробы. В этом случае отбор лабораторных проб происходит при высоких депрессиях, что ведет к выпадению (потери) тяжелых компонент (С5+ фракций). Выходом из таких ситуация может быть подход, когда проводится отбор «обедненных» проб пластового флюида с последующим их «донасыщением» до состояния пластового газа. Следует подчеркнуть, что в существующих численных методиках «донасыщения» истинным давлением начала конденсации считается пластовое давление, а данные проведенных газоконденсатных исследований (ГКИ) не учитываются. Однако, как показывает практика, газоконденсатные месторождения могут характеризоваться недонасыщенностью, и для таких месторождений давление начала конденсации (Pнк) пластового флюида не равно пластовому давлению. Таким образом, требуется разработка методик уточнения состава пластового флюида на основе дополнительных данных газоконденсатных исследований.
Растущее число месторождений с существенной долей пластовой воды требуют разработки новых методов анализа термодинамических свойств многокомпонентных многофазных пластовых флюидов, поскольку традиционные подходы, основанные на двухфазной системе, становятся неприменимыми. В рамках работы, проведенной в 2024 г. был разработан и программно реализован алгоритм расчета трехфазного равновесия в системе углеводород - вода. При этом для повышения стабильности расчета фазового состава была предложена специальная модификация алгоритма выбора стационарной точки, описанная в статье опубликованной в рамках созданной лаборатории (https://doi.org/10.1016/j.ijft.2025.101093). Тесты с использованием многокомпонентных смесей показали, что скорость работы алгоритма снижается незначительно по сравнению с трехкомпонентными смесями. Тесты алгоритма с использованием трехкомпонентных смесей показали, что для достаточно тяжелых компонентов (n > 10) существует область погрешности, которая частично перекрывает двухфазную область “нефть - пар” + “нефть-жидкость”. В точках ошибки алгоритм обнаружил трехфазное состояние, которое не должно было возникать в этой области. Это указывает на необходимость модификации части алгоритма, отвечающей за поиск водной фазы. Один из расчетов фазовой диаграммы смеси содержал значительное количество ошибок, сосредоточенных в трехфазной области, что может быть объяснено появлением нефизичного решения уравнения Рэчфорда-Райса. Таким образом, дальнейшее совершенствование структуры алгоритма должно быть в первую очередь связано с более точным определением наличия водной фазы. Например, следует использовать более точную формулу для расчета давления насыщения, поскольку давление насыщения, рассчитанное по формуле Вагнера, во всех тестах было ниже границы области “углеводородная фаза + водная фаза” и однофазной области.
Наблюдаемое несоответствие в растворимости углеводородов может быть вызвано многими факторами; особенно важную роль играет выбор уравнения состояния, правил смешивания и параметров бинарного взаимодействия. Поскольку уравнение Пенга-Робинсона зарекомендовало себя как одно из наиболее успешно применяемых, скорее всего, дальнейшие модификации должны будут касаться именно правил смешивания и параметров бинарного взаимодействия. Многообещающим вариантом для модификаций на данный момент, по-видимому, является использование правил смешивания Гурона-Видаля, успешно примененных в других работах. Исходя из выявленных преимуществ и недостатков алгоритма, можно сделать вывод, что его первая версия была успешно реализована и пригодна для использования во многих типах смесей. Тем не менее, необходимость совершенствования алгоритма с целью расширения границ применимости также очевидна. Дальнейшие исследования позволят не только расширить область применения нового алгоритма для более тяжелых фракций, но и создать отечественную универсальную расчетную библиотеку пригодную для построения комплексных PVT-моделей для любых типов углеводородных месторождений в том числе с высокой вязкостью.
В связи с развитием методов увеличения нефтеотдачи и борьбой с гидратообразованием возникает необходимость разработки алгоритма расчета PVT-свойств трехфазных флюидов при наличии таких добавок как метанол, углекислый газ, азот.
Существующие в отрасли решения (нуждающиеся в замене не только по причине модернизации, но и импортозамещения) такие, например, как PipeSim, Avocet, IPM PetEx содержат в себе свои алгоритмы расчета PVT-свойств. Но, повышение уровня интеграции данных и дальнейшее развитие автоматизированных систем управления технологическими процессами влечет за собой необходимость радикального ускорения расчетов и применения единых моделей объектов. Это приводит к необходимости создания сквозных систем интегрированного моделирования гидродинамики наземной инфраструктуры и фильтрации нефтегазовых месторождений, оснащенной полнофункциональным отечественным PVT-симулятором, пригодным для практического использования в компаниях нефтегазового сектора.
|
