Влияние теплообмена пласта-коллектора с вмещающими породами на неизотермическое течение реального газа

• Автор: Иванов, Гаврил Иванович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Якутск
• Количество страниц: 91 с. : ил.

Оглавление
Введение
Г лава 1. Математическое моделирование неизотермического течения газа в пористой среде
1.1. Неизотермическое течение газа в пористой среде
1.2. Температурное поле пласта в условии теплообмена с вмещающими породами
Выводы
Глава 2. Математическая модель отбора газа через одиночную скважину при теплообмене пласта-коллектора с окружающими горными породами
2.1. Постановка задачи
2.2. Численная реализация модели и ее алгоритм
2.3. Вычислительный эксперимент и обсуждение результатов
Г лава 3. Математическая модель нагнетания газа через одиночную скважину
при теплообмене пласта-коллектора с окружающими горными породами
3.1. Постановка задачи
3.2. Численная реализация модели и ее алгоритм
3.3. Вычислительный эксперимент и обсуждение результатов
3.4. Обсуждение результатов вычислительного эксперимента нагнетания горячего газа
Заключение
Список использованной литературы

Введение
Актуальность темы диссертации. В настоящее время большинство прикладных задач теории фильтрации природного газа рассматривается при следующих основных допущениях: природный газ считается совершенным (идеальным), процесс фильтрации является изотермическим. В то же время, за последние два десятилетия была выполнена серия исследований, в которых была выведена полная система уравнений неизотермической фильтрации реального газа, дана оценка влияния неизотермичности на динамику поля давления при различных режимах добычи газа и выявлен вклад различных компонентов уравнения энергии в общий тепловой баланс газоносного пласта. Эти исследования дополнялись разработкой эффективных вычислительных алгоритмов решения соответствующих начально-краевых задач.
Однако, практически все задачи неизотермической фильтрации реального газа рассматривалась в рамках математической модели теплоизолированного пласта. Такое предположение существенно ограничивает возможности изучения процессов добычи природного газа из глубоко залегающих пластов, которые характеризуются, во-первых, малой проницаемостью и, следовательно, необходимостью добывать газ при больших депрессиях. Во-вторых, вмещающие газоносные пласты горные породы имеют большую плотность и, следовательно, большую теплопроводность. Таким образом, актуальной становится задача обобщения математической модели неизотермической фильтрации реального газа на случай теплообмена газоносного пласта с окружающими его горными породами.
Цель работы: в вычислительном эксперименте изучить влияние теплообмена пласта-коллектора с вмещающими горными породами на динамику полей температуры и давления при неизотермической фильтрации реального газа при различных технологических режимах его добычи и при различных фильтрационных, емкостных и теплофизических характеристиках (проницаемость, пористость, мощность пласта-коллектора, теплопроводность вмещающих по-

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
Выбор математической модели и разработка алгоритма численного решения сопряженной задачи определения температуры и давления газоносного пласта с учетом теплообмена через его кровлю и подошву при отборе и нагнетании реального газа через одиночную скважину (обобщение модельной задачи теории фильтрации).
Проведение вычислительного эксперимента для изучения влияния параметров математической модели и режимов отбора газа (постоянное забойное давление, постоянный массовый расход) на динамику полей температуры и давления.
Количественная и качественная оценка влияния теплообмена пласта-коллектора с вмещающими породами на неизотермическое течение реального газа.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
В вычислительном эксперименте показано, что в практически значимом диапазоне параметров теплообмен газоносного пласта с вмещающими горными породами очень слабо влияет на динамику поля давления, тогда как это влияние на температурное поле газоносного пласта локализовано в узкой зоне вблизи кровли и подошвы, и со временем размер этой зоны увеличивается. В режиме отбора газа оно наиболее ощутимо вблизи скважины, причем этот эффект наиболее заметен для низкопроницаемых пластов. Этот результат имеет важное практическое значение, так как такие пласты расположены на больших глубинах и, следовательно, будут иметь большие величины давления и температуры. Именно в этом случае использование приближения совершенного газа приведет к значительным ошибкам в расчетах.
При нагнетании газа с постоянной температурой, равной начальной температуре пласта и вмещающих пород, ее изменение во времени носит
О 4х105 8х105 12х10б 1.6х10б
Рис. 2.8. То же, что и на рис. 2.7 при больших временах.
Эти же выводы подтверждаются рисунками 2.9 и 2.11, где изображено распределение температуры газа при двух существенно различных значениях времени. Со временем, за счет эффекта дросселирования, влияние теплообмена становится более заметным вблизи скважины и наименее заметным при отдалении от нее (см. кривые 3 и 4 на рис. 2.10, 2.12).
Рис. 2.9. Распределение температуры по радиальной координате на плоскости симметрии при давлении отбора р„ = 140 атм., (кривые 1,2,/ = 4000; кривые 3,4, / = 1.6-105). Нечетные номера соответствуют а = 2 Вт/(м2-К), четные — а = 10 Вт/(м2-К)