Аналитическая модель нестационарного температурного поля в пласте с трещиной гидроразрыва

Об авторах:

Шарафутдинов Рамиль Файзырович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры геофизики, Башкирский государственный университет (г. Уфа); gframil@inbox.ru

Давлетшин Филюс Фанизович, аспирант кафедры геофизики, Башкирский государственный университет (г. Уфа); felix8047@mail.ru

Аннотация:

На современном этапе развития нефтегазовой отрасли значительное внимание уделяется методам увеличения нефтеотдачи продуктивных пластов. Одним из наиболее популярных на сегодняшний день методов интенсификации добычи нефти является гидравлический разрыв пласта. Эффективность и успешность гидравлического разрыва во многом зависит от параметров образованной трещины, в этой связи разработка методов оценки параметров трещин гидроразрыва является актуальной задачей. Перспективным направлением для контроля качества гидроразрыва является нестационарная термометрия. На сегодняшний день термометрия используется для локализации мест возникновения множественных трещин гидроразрыва в горизонтальных скважинах. В данной работе исследуется приложение нестационарной термометрии для оценки параметров вертикальной трещины гидроразрыва.

Разработана аналитическая модель неизотермической однофазной фильтрации флюида в пласте с вертикальной трещиной. Для расчета температурного поля в пласте и трещине использовано уравнение конвективного переноса тепла с учетом термодинамических эффектов (Джоуля — Томсона и адиабатического), для трещины учтен также тепломассоперенос между областью трещины и пласта. Для оценки корректности модели выполнено сравнение аналитического решения с результатами численного моделирования в программном комплексе Ansys Fluent.

Выполнен расчет нестационарного температурного поля для режима постоянного отбора. Установлено, что в начальный момент времени после пуска скважины формируется отрицательная температурная аномалия, обусловленная адиабатическим эффектом, величина которой возрастает с уменьшением ширины трещины. С течением времени температура притекающей в скважину жидкости возрастает благодаря эффекту Джоуля — Томсона, причем величина положительной температурной аномалии увеличивается по мере уменьшения ширины и проницаемости трещины вследствие роста градиента давления в ней.

Разработанная аналитическая модель может быть использована для решения обратных задач по оценке параметров трещины гидроразрыва на основе нестационарных температурных замеров в стволе добывающих скважин.

Список литературы:

1. Булгакова Г. Т. Математическое моделирование тепломассопереноса в вертикальной трещине гидроразрыва пласта при закачке и очистке трещины / Г. Т. Булгакова, А. Р. Шарифуллин, М. Р. Ситдиков // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2020. Том 6. № 2 (22). С. 41-62. DOI: 10.21684/2411-7978-2020-6-2-41-62

2. Валиуллин Р. А. Использование нестационарной термометрии для диагностики состояния скважин / Р. А. Валиуллин, Р. Ф. Шарафутдинов, В. Я. Федотов, М. Ф. Закиров, А. М. Шарипов, К. Р. Ахметов, Ф. Ф. Азизов // Нефтяное хозяйство. 2015. № 5. С. 93-96.

3. Гильмиев Д. Р. Моделирование неизотермического заводнения нефтяного пласта с трещинами гидроразрыва / Д. Р. Гильмиев, А. Б. Шабаров // Инновации и инвестиции. 2013. № 7. С. 32-38.

4. Рамазанов А. Ш. Аналитическая модель нестационарной температуры в неоднородном пласте / А. Ш. Рамазанов, Д. Ф. Исламов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2017. Том 328. № 5. С. 39-48.

5. Рамазанов А.Ш. Оценка влияния теплоемкости трещины при измерении нестационарной температуры в скважине с ГРП / А. Ш. Рамазанов, А. М. Шарипов // Научно-технический вестник «Каротажник». 2016. № 5 (263). С. 81-87.

6. Фахреева Р. Р. Численное моделирование изменения давления и температуры в пласте с положительным и отрицательным скин-фактором / Р. Р. Фахреева, И. А. Зарафутдинов, Ю. А. Питюк // Вестник башкирского университета. 2019. № 2. С. 272-277.

7. Хасанов М. М. Определение дебита вертикальных скважин с гидроразрывом пласта на неустановившемся режиме фильтрации / М. М. Хасанов, О. Ю. Головнева // Нефтяное хозяйство. 2016. № 12. С. 64-68.

8. Шарафутдинов Р. Ф. Численное исследование температурного поля в пласте с трещиной гидроразрыва / Р. Ф. Шарафутдинов, А. А. Садретдинов, А. М. Шарипов // Прикладная механика и техническая физика. 2017. № 4. C. 153-162.

9. Шарипов А. М. Исследование восстановления температуры в скважине после прекращения закачки воды в пласт с трещиной ГРП / А. М. Шарипов, Р. Ф. Шарафутдинов, А. Ш. Рамазанов, Р. А. Валиуллин // Вестник Башкирского университета. 2017. № 2. С. 315-319.

10. Экономидес М. Унифицированный дизайн гидроразрыва пласта: от теории к практике / М. Экономидес, Р. Олини, П. Валько. М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2007. 236 с.

11. Kamphuis H. A new simulator for the calculation of the in situ temperature profile during well stimulation fracturing treatments / H. Kamphuis, D. R. Davies, L. P. Roodhart // Journal of Canadian Petroleum Technology. 1993. Vol. 32. No. 5. Pp. 38-47. DOI: 10.2118/93-05-03

12. Mao Y. Fracture diagnostic using distributed temperature measurements during stimulation fluid flow-back / Y. Mao, M. Zeidouni, C. Godefroy, M. Gysen // SPE Oklahoma City Oil and Gas Symposium (9-10 April, Oklahoma City, Oklahoma, USA). 2019. Paper SPE-195221-MS. DOI: 10.2118/195221-MS

13. Meyer B. R. Heat transfer in hydraulic fracturing / B. R. Meyer // SPE Production Engineering. 1989. Vol. 4. No. 4. Pp. 423-429. DOI: 10.2118/17041-PA

14. Onay M. E. Analytical solutions for predicting fracture outlet temperature of produced fluid from enhanced geothermal systems with different well-completion configurations / M. E. Onay // SPE Annual Technical Conference & Exhibition originally scheduled to be held (5-7 October 2020, Denver, Colorado, USA). 2020. Paper SPE-204274-STU. DOI: 10.2118/204274-STU

15. Pityuk Yu. A. Three-dimensional numerical simulation of pressure and temperature dynamics in a fractured well / Yu. A. Pityuk, A. Ya. Davletbayev, A. A. Musin, D. F. Marin, E. V. Seltikova et al. // SPE Russian Petroleum Technology Conference and Exhibition held (24-26 October, Moscow, Russia). 2016. Paper SPE-181971-MS. DOI: 10.2118/181971-MS

16. Ribeiro P. M. Pressure and temperature transient analysis: hydraulic fractured well application / P. M. Ribeiro, R. N. Horne // SPE annual technical conference and exhibition (30 September — 2 October, New Orleans, Louisiana, USA). 2013. Paper SPE-166222-MS. DOI: 10.2118/166222-MS

17. Yoshida N. Comprehensive modeling of downhole temperature in a horizontal well with multiple fractures // N. Yoshida, A. D. Hill, D. Zhu // SPE Journal. 2018. No. 10. Pp. 1580-1602.