Устройство для моделирования фильтрационных потоков жидкости

 

ССЮЭ СОВЕТСКИХ

ЮИЙ

РЕСПУБЛИК, SU„„033714 уд) Е 21 В 43/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

RО делАм иэсБРетений и ОТКРытий (21) 3408010/22-03

: (22) 16.03.82 (46) 67.08.83, Бюл. Ю 2Я (72) В.P. Ярославов и Н.Б. Годунина (71) Тюменский индустриальный институт им, Ленинского комсомола (53) 622.276.21(088.8) (56) 1. Крылов А.П., Белаа П.И. и др.

Проектирование разработки нефтяных месторождений. И. Гостоптехиэдат, 1962, с. 233, 234.

2..Крылов А.П., Белаш П.И. и др., Проектирование разрабатки нефтяных месторождений. И., Гостоптехиздат, 1962, с. 21Я (прототип). (54) (у) устройство для иодкдиРовдния фильтРдционных потоков жидкости в нефтяном пласте при заводнении, включающее имитаторы добывающих и на" гнетательных скважин, расположенные согласно сетке скважин, о т л и-ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно снабжено покрытой магнитным порошком перфорированной пластиной из неферромагнитного материала, а имитаторы размещены в перфорациях пластины и выполнены иэ длинных и тонких постоянных магнитов с намагниченностью, пропорциональной удельному дебиту жидкости по добывающей скважине и удельно9 на1 10

Изобретение относится К разработке нефтяных месторождений и может быть использовано при моделировании фильтрационных потоков жидкости в пластах, эксплуатируемых при водона" порном режиме.

Известны электрические сеточные 1 модели для решения -уравнения установившейся фильтрации в пласте. Напряжения в узлах сетки пропорциональны давлениям в подобных точках пласта, токи пропорциональны расходам, а сопротивления элементов сетки пропор" циональны гидравлическому сопротивлении пласта в соответствующих точ" ках Г1Д, Недостатком данных моделей, является то, что практически модели невозможно изготовить м установить в условиях производственных баз нефтедобывающих предприятий и, следовательно, не представляется возможным получать оперативные карты распределения фильтрационных потоков жидкости в пластах.

Известны электролитические устрой-, ства для моделирования фильтрационных потоков жидкости в пласте при заводнении, включающие имитаторы добывающих и нагнетательных скважин, расположенные согласно сетке скважин.

Имитаторами скважин являются электроды, Если на электродах установить потенциалы, пропорциональные давлениям на скважинах и на контуре питания, в такой модели мы получим поля напряжений и токов, подобные полям давлений и скоростям фильтрации в нефтяном пласте 2 ), Недостатками известных устройств являются загрязнение электролита в процессе работы, трудность измере" ния потенциалов, нарушение закона

Ома вблизи тонких электродов, трудност ь получения визуальной картины поля.

Целью изобретения является упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для моделирования фильтрационных потоков жидкости в нефтяном пласте при заводнении, включающее имитаторы добывающих и нагнетательных скважин, расположенные согласно сетке скважин, снабжено покрытой магнитным порошком перфорирован" ной пластиной из неферромагнитного материала, а имитаторы размещены в перфорациях пластины и выполнены из

3 длинных и тонких постоянных магнитов с намагниченностью, пропорциональной удельному дебиту жидкости по добывающей скважине и удельному расходу закачиваемой воды по нагнетательной скважине, В основу магнитной модели положена аналогия с одной стороны между гидродинамическим полем и электростатическим с другой стороны анало-! гия между электростатическим и магнитным полями.

Магнитное поле в отличие от гидродинами чес кого и элект рост атичес кого не является потенциальным, а относит ся к вихревым полям. Но между элект- . ростатическим и магнитным полями имеется соответствие, заключающееся в том, что в областях пространства, не занятых постоянным током, форми33714

f0

20 руется одинаковая сетка полей, рисуемая силовыми линиями и эквипотенциа- лами. Распределение давления в пласте, электрического потенциала и ска2 лярного потенциала магнитного поля, о котором можно говорить только для областей, не занятых током, подчиняется уравнению Лайласа.

В таблице сопоставлены основные щ формулы, применяемые в гидродинамике, электростатике и магнетизме. Из сопоставления видно, что они имеют одинаковую структуру.

Для создания магнитных моделей

35 непосредственно используется анало" гия между гидравлическим сопротивлением в пласте и магнитным сопротивлением воздушной среды, а также ана" логия между скоростью фильтрации и, магнитной индукцией, а также анало" гия между удельным дебитом (расходом) скважин и магнитным потоком.

Существенным отличием предлагае" мой модели от известной является то, что скважины моделируются не электродами, а постоянными магнитами, намагниченность которых пропорциональна удельным дебитам добывающих скважин по жидкости и удельным расходам закачиваемой воды по нагнетательным скважинам. Это позволяет в комплексе учесть реальные условия разработки пластов, их неоднородность, вязкоств: фильтрующих жидкостей, режимы работы скважин, несовершенство вскрытия 5 пласта перфорацией, Добывающие и нагнетательные скважины моделируются противоположными полюсами магнитов.

Это делается в связи с тем, что си3 !О ловые линии одноименных полюсов взаимно расходятся, то же самое про- исходит и с линиями тока жидкости в областях соседних скважин одинако" вого назначения (нагнетательных или добывающих).. Если же полюса соседних магнитов противоположны, силовые линии стягиваются между этими полюсами подобно линиям тока жидкости между нагнетательными и добывающими скважинами. Естественные контуры нефтеносности .моделируются полосками из ферромагнитного материала. В результате применения указанных принципов в воздушной среде формируются магнитные поля, подобные скоростям фильтрации жидкости в пласте. Линии магнитной индукции распределяются аналогично линиям тока жидкости.

Визуальная картина поля получается на порошковой модели.

Для конкретного выполнения моде" ли стержни-магниты.с соотношением длины к диаметру больше 50 встраи ваются в плоскую пластину иэ неферромагнитного материала перпендикулярно ее поверхности в перфорированные отверстия в соответствии с масштабом .топографических карт размещения скважин.. Верхние торцы стержней располагаются эаподлицо с поверхнос" тью пластины. При таком расположении линии магнитной индукции, расходящиеся от торцов стержней, имитируют на плоскости линии тока жидкости при ее радиальной фильтрации к скважине. Для изготовления стержней используются сплавы типа викаллой

; 52КФ с коэрцитивной силой более

4кА/м. Это обеспечивает длительную стабильность модели до года и более.

В результате замены электродов в электролитической модели или узлов электрической сетки в электролитеграторах постоянными магнитами,- схема . модели существенно упрощается, облегчается ее монтаж, уменьшаются размеры, появляется, возможность быстро получить наглядный аналог распределения линий тока жидкости в пласте.

Намагничивание и измерение стержней производится с помощью однослойных соленоидов с различной постоянной К, входящей в формулу для расче" та напряженности магнитного поля в соленоиде НК3. Регулируемым парамет ром является сила тока 1. Поправка в значении напряженности магнитного

337.1 4 4

5 !

О

35 поля на коэффициент размагничивания не вводится, так как во всех случаях отношение длины к диаметру стержней больше 50. Для изменения намагничен-. ности стержней они извлекаются из пластины и заменяются другими с новыми значениями намагниченности, пропорциональными изменившимся дебитам (расходам) скважин.

Уровень намагниченности стержней определяется из условия получения четкой картины силовых линий на порошковой модели. При этом сначала устанавливается минимальная намагниченность стержня, обеспечивающая ви" димую ориентацию железных опилок вдоль силовых линий на расстоянии, равном половине расстояния между магнитами на модели. Данная намагниченность приписывается, скважине с минимальным удельным дебитом. Намагни" чивание всех других стержней производится пропорционально намагничен« ности первого стержня. Если, например, удельный дебит i-ой скважины превышает минимальный B и раз, то и намагниченность 1-го стержня увеличивается в и раэ.

В том случае, когда верхний предел намагниченности ограничивается состоянием насыщения берутся стержни с увеличенными размерами.

На фиг. 1 приведена карта изобар по месторождению, где 1 " добывающие скважины,,2 - нагнетательные скважины, 3 — изобары, 4 - линии тока жидкости. Карта изобар построена обычным способом путем линейной ан терполяции значений пластового дав" ления между скважинами. Линии тока жидкости проводятся ортогонально изо", барам.

На фиг. 2 приведена карта фильтрационных потоков жидкости по тому же месторождению, полученная на магнитной модели, где 5 - слабо дренируемые и застойные зоны.

На фиг. 3 приведена карта фильтрационных потоков жидкости после остановки нагнетательных скважин через одну, где 6 - остановленные нагнета" тельные скважины, На фиг. 4 - схема устройства при моделировании равнодебитного пласта с однородной системой заводнения, где 7 - пластина из неферромагнитно" го материала; 8 - постоянные магни" .ты; 9 - магнитный порошок, 10 " кар»!

033 кас. опоры из нефферомагнитного материала.

Сопоставление фиг. 1 и 2 указывает на их сходство. Однако на маг" нитной модели силовые линии значи-. 5 тельно детальнее рисуют. распределение фильтрационных потоков. Здесь ь четко просматривается положенйе главных и нейтральных линий тока, уста" йавливается положение слабодренируе-,1в иых эон в межскважинном нространст"

- ве, чего нельзя заметить на фиг.

На фиг. 3 приведен пример одного иэ . вариантов нестационарного эаводнения, когда через одну условно остановлены i5 . нагнетательные скважины, Как видно в зонах этих скважин в отличие ot картины, наблюдаемой на фиг. 2 частицы магнитного порошка не имеют ориентации. На основании этого можно гово- 20 рить, что ранее интенсивно промывае", мыа зоны являются теперь, как и сле- - довало ожидать, нейтральными, застой- ными зонами 5i Кроме того, как пока" зывает сопоставление фиг. 2 и 3, про- 25 изошло изменение направления фильтра. ции жидкости, одни и те же добываю" щие скважины получают питание ot дру".

: гих "работающих" нагнетательных сква"

11В жин. Получить подобные испытания то-. го или иного изменения системы разработки существующими методами модели" рования практически невозможно.: При: веденнйе данные позволяют считать, что.получаемые картины полей являются достоверными и отражают реальную картину фипьтрационных потоков в неф тяных пластах.

Использование предлагаемого способа по сравнению с существуацими создает. воэможность для изготовления моделей на базе любого производствен- ного.преднриятйя и быстрого их внедрения позволяет улучюить оперативный контроль аа процессами эксплуатации залежей, 3а счет рационального. размещения скважин резервного фонда, выбора оптимальных вариантов нестационарного заводнения, планируемых по результатам моделирования, может быть достигнуто увеличение добычи нефти и коэффициента нефтеотдачи.

Способ применим для однопластовых объектов разработки с непрерывным расйространением пластов, однако в дальнейшем область его применения может быть расвирена.,10337144.)

I

1 !

I

1-!

I ю

1 Ф

l Х

) o

) .о ! )5

3. )»

l X ! ф

Ф а

)С ф

° а

SC IФ Z

z Z

SC Э о*

1» »а

vtcа!

1 !

1 ! I

t

l

t с ю е

1. Ф

М Ф) Ф ! Iо g

t! ъ 4)

2 а% о

1 2

Ф сс т

I. ю

I! !

Cf

Ф

Z a о о с-- т

I о

CfРф ф Ф Cl о ю

).ю t

О 1

)» I

X !

I о z

* х ф Ю ао.

I !

4

«Г

Ф v !

» + о

Ф с,1 I

,! 3!

1 e I!. Х I

:) Z.;! 1e !,!

It С Z .Z

i) а cL

)Е )ох - х эссе

v С )-.C )C

I ф » «II а Ю

I Z . I

1 CL

«:ю !!

Sat !

3Q, а) ))

«)» э

1 Ф

М .Cf ю

«т лю»

-33

Ф

) Ц ! С«Э

)

1 1

)Lt

Ф сс

Ф I

С«Э I

1

I !

1 !

), Ую

1 l

I о

° а

° I

1! v, 1.

t О

1 СЭ

I g + () )

l и о аа

Ъь з ° юс

)ю

Z N

Х e OL

e о Ф с! 1 .

1 f. I

) 1

4 I т

1 . l

1 I

1 3 ! I ) l S 1

1

I . l

I е) !

t Zt. ! t

-!1

l) 1!

I I

;! . I t !!! .!,l .. 1,: ) 1. I !. 1 3,! !

-;! !.:) l.! !, I !

1 I

:1. 3

I ! I ) ) ! I !

:t 1 I .!

1 .) 1

;11 1 1! ) ) Х!) ;1 I

:l l

:) Z ! ю

a. о.

1 ! !

1 ..!

1 I

l I,) ! t I

1!

l .! ю

)Э

1 о, й) t

1 l

К М )I!

t д, I.. о e.) 1 с

2ocv

1 I

Ф ЗГ

CL Ф и

Iv g м ц х с юс

Ф Z)х v

Ф о о- Фе

РюС БАСФ

) б )

3C CL,y

С4

38 а о

IC L цо, Ю X

Х 3- Х

VX)C

z z

0 L Z

z e )c

zzo е

em v

4 « )i- ц v

v 6 ю

)- з а с ахе

l- Ф X о i oc ц в

)) «ч

)3

«Ъ

S г е

° ) !с

SLt z e e

e z )*х ес и

Ф)C К хаа

Z Ф Щ с «ю е

«% а е ф

)- а

0Х еа

z zv z и Ъьй

6 С 5

"-ай

Ю В . I

М

3 44 -.с Фс х в

CL I Ф в в )! а о !z .х о

Y е юю

З Ф а ))с а

qZ cC о,3 . !

» Р v т 3.v !

» х э .яи

Р

X ао

)C L о

Ю Z х )v z

Ф

Ф X

3» Ф.C о ооо

vc)=

% ю «1

Ф

t ла Ю

Ф !

I» 3» йа!

g 1

1- !» 1!

v.é) L 1

С и 4 е!

I: !

I

1

1 I

) °

1

1

I

I

1, I I

1

1.

I

I. l 033714

23, х о

Й

3

>х о о!

X о

>Х о

43

° ° и

=К

М

>>

С х

tC

Ф о

IU

Э

У Ф

S X

3» Л о я

У 11 I 1 ! I и

1 1 1 ! 3!I I

I t I

1 3 . l

1 I l

11 3

1 1

3 3

1 I

1 1 ! I г

1 1 I

1 !

3 I t

I t

1 3

1 1 1 ! 3 3

1 3 3

l I 3

I 1

3 1 t

1 1 t

С 3

3 I I

1 I 1

I

1 I

I I

>»

К (Ч о и

Y о

t 1

1 !

1 1

) °

>х !

Ю

1 а3

Q

X д

3 U

Ф

>Х 3

o o>

z д о

1- Н

e . t

Б:

Ы I

CD п

3Л

t ф

c(47

I Й

3 UJ

3:Е

1»

Б» 3 а

L)J. l

z

Э х ш

Лй

О>

S о о

Э

X де о .& U

Ф

>х 1.

S х

IZ о

1о

Ф

CL о св х а о

1- и

Э 3

ff з

3"

3- 1

3

St х, Э

1-,1 ой!

>х)1

g. I !

1

I !

1 1

3

1 !

I 1

I

1

1

1

I

3

t !

I

1

3

1

1

1

1

I

1

1

1

I

I

1

l ,1

1 !

1

I

I

3 ! ! ,I 1

I

X t

N 1

S 1.

1- I

Э I

Х1

Ф 3

X: !

1

I

Ф )

1

fg

1- 1 о

О 1 д.

1

Э

С l (3 I

I

1

«1

1

1

1.

Х1

Х1

Я х

S 1 сх, Ф, 1

1

1

t ,. I

S

=3 д

fo

&

1о. о а о

3.Э

Х 3-3

3Х 43 о оеч

o >. д

m 3-k

1„S

s о о о э

Ф

М С!3

Я

>х

Ф о о о

Х 3

Э If

О ш

fc а.о 1 Э (ф

О m

Z 1т о э zj 1 о о.

3> 1-.

3И О

Ct S !

It lI О

v o

I Z lC

0l и ко

C С

Ix: д

3= О

Э Ф 1»

Xz0 а z о а3a0 S

О ЭФ

z Ф X

О I

Ьх и Э

3Х ш

CO

1 а

1 С:

О>

I

I

I

I

1

t

1

3

I

I

3

I !

1

1

1

l

I

I

I

t

3

l

1

1 СЪ

1 П

, Р (у

I !

1 !

1 0337.14

Фуфрб Ф i ll(1tp4p rp+@е; .ф р : -. ° .ъ ф- Ig l l IPO) рв"

+--:- " = ":.. Ф Ъ. ° 4.

gg l Фуц г щеФфЬЮ ltt) r pr юулу ° . ° ° / °(t)><, ;::„. ISIS +,,,, >+1„,,„;,,у ..,,,„ * р» м ° .е

С г

At8.2

4 ».... - .„

f и ., е °: -„-- Ф

Ф

° °

М ° ° ае е ю +

©аг.8 4

ФЪ

Ъ 1 ° м Ф а в у ° Ф 1 се% q+ l

-„..:::, --,„б,.; „;..., ° ..;:,.::." „„, .;;-:..., stanô". ° t а-н l .. < tg .. gAg I е. и jj (> Iþï,г.- . - " Ъ prJ ° °;ирtg rgr $ а:: / " .).Ф, j»

ДАРЪ ::. ;, . - ".:. ::.;, „„ .,, а

5 д„ f, «М,, г .. - -.. : „ у Ar< II 4 т;. „,,„ g))if ô"ф

«4в)цйев» С.: руце... М w, Ру уцФФ Чщ цФ - %f5 ...ф "И,/р °,

-ЪТ;

ЮФу О 3ф Мс ° у буба 4Я . ° 4 .. ФФ, ФЧ I с с ц Ф ° а +е еа

/4Ю е и 1

10337><

Составитель И. Ловакова ещактор A Вандор Техрец. И. Иетелева Коррее» р кто 8. Бутяга

Заказ 558о/35 Тиражж» 663 Подписное

ВНИИПИ Государственного коиитета СССР по делаи изобретений и открытий

13ДОЯ Москва Ж-Я Ра аская наб д » Д

4 .сс

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 1