Исследование теплофизических процессов при фильтрации парафинистой нефти к горизонтальной скважине

Abstract

In this article, the authors have formulated a system of equations of filtration paraffin oil to a horizontal well in view of phase transitions (degassing oil, wax crystallization), the Joule-Thomson effect, as well as geometric features of the system. It relies on the assumption that local thermodynamic equilibrium is achieved for all phases at each point of the porous medium at each instant of time. The authors have developed an algorithm for calculating phase equilibrium three-phase multicomponent mixture, based on the use of the thermodynamic functions of fugacity and activity. They have substantiated quasi-one-dimensional approximation of the equations describing the flow of formation fluid. They have also accounted for the effect of reducing permeability effect in the bottom hole zone as a result of the crystallization of paraffin. Based on the formulated system of equations, the authors have created a software package that allows simulating the process of filtration of a three-phase multicomponent mixture in the bottom hole zone of a horizontal well with good accuracy. The paper has investigated the process of crystallization of paraffin oil and shown that its speed is heavily influenced by oil disintegration (gas allocation from oil when pressure is reduced). The simulation of bringing the well to the technological regime has established that the dynamics of the change in bottom hole pressure significantly affects the final productivity factor of the well. The authors show that a too rapid decrease of the bottom hole pressure can lead to a noticeable temperature decrease, paraffin crystallization, a decrease in dynamic porosity, and deterioration in permeability. In accordance with the proposed method, the paper presents the patterns of the decrease in productivity of the well depending on the intensity of the bottom hole pressure decrease. Numerical experiments have determined the optimum dynamics of the bottom hole pressure in the process of development of the well after drilling in order to achieve a maximum productivity index.

Сформулирована система уравнений тепломассопереноса при добыче парафинистой нефти горизонтальными скважинами. В уравнении сохранения энергии учтены фазовые переходы (выделение газа и кристаллизация парафина), а также эффект Джоуля-Томсона. Уравнение фильтрации записано с учетом геометрии потока нефти в квазиодномерном приближении. В основу положено допущение о локальном термодинамическом равновесии всех фаз в каждой точке пористой среды в каждый момент времени. Разработан алгоритм расчета фазового равновесия трехфазной многокомпонентной смеси, основанный на использовании термодинамических функций фугитивности (летучести) и активности. Обосновано квазиодномерное приближение уравнений, описывающих течение пластового флюида. Учтен негативный эффект снижения проницаемости призабойной зоны пласта в результате кристаллизации парафина. На основе сформулированной системы уравнений создан пакет программ, позволяющий с хорошей точностью промоделировать процесс фильтрации трехфазной многокомпонентной среды вблизи горизонтальной скважины. Исследована термодинамика процесса кристаллизации парафина. Показано, что при снижении давления происходит выделение газа (разгазирование нефти), что, в свою очередь, увеличивает скорость кристаллизации парафина. Установлено, что на продуктивность скважины существенно влияет скорость изменения забойного давления при выводе скважины на технологический режим (ВНР). С целью оптимизации этого процесса разработана программа моделирования ВНР, и показано, что при слишком быстром снижении забойного давления может произойти заметное снижение температуры, кристаллизация парафинов, уменьшение динамической пористости, и ухудшение проницаемости. На основании предложенного подхода выявлены закономерности снижения коэффициента продуктивности скважины в зависимости от интенсивности снижения забойного давления. Выполнены численные эксперименты, в результате которых определена оптимальная динамика изменения давления на забое скважины в процессе ее освоения для достижения максимального коэффициента продуктивности.