Сравнительное исследование механистического моделирования многофазного потока в горизонтальных скважинах

Горизонтальная закачка пара в пласт имеет широкие возможности применения в коллекторах тяжелой нефти. Однако одной из проблем этой технологии является прогнозирование профилей давления, температуры и качества пара в стволе скважины. Для определения этих профилей уже более 30 лет используются эмпирические корреляции, погрешность которых составляет около ±30 %. В последние годы больше внимания уделяется механистическим моделям, поскольку они позволяют получить более реалистичные гидравлические кривые, а также могут быть предсказуемыми.

Ключевые слова: эмпирические корреляции, механическое моделирование, горизонтальные коллекторы.

Horizontal steam injection has a wide range of applications in heavy oil reservoirs. However, one of the problems of this technology is the prediction of pressure, temperature and steam quality profiles in the wellbore. Empirical correlations have been used to determine these profiles for more than 30 years, with an error of about ±30 %. In recent years, more emphasis has been placed on mechanistic models because they provide more realistic hydraulic curves and can also be predictive.

Keywords: empirical correlations, mechanical modeling, horizontal reservoirs.

1. Экспериментальная база данных и инструмент моделирования

В литературе имеется мало экспериментальных данных по течению водяного пара через горизонтальные трубы. Однако экспериментальные данные по природной воде дают хорошее приближение к явлениям течения, происходящим в трубах с водяным паром. В таблице 1 приведены данные полевых испытаний потока воды и природного газа в горизонтальных трубах, представленные Eaton et al. (1967).

Таблица 1

Исходные данные в горизонтальной секции

Моделирование с помощью программного обеспечения PIPESIM 2009.1. Многофазный поток в паронагнетательных скважинах. Программное обеспечение включает в себя таблицы «ASTEM 97 — IAPWS IF97 Properties of Water and –Steam for Industrial Use». Промышленные приложения включают различные модели и корреляции для многофазных потоков в трубах, обычно используемых в нефтяной промышленности. Для приложений с многофазными потоками, PIPESIM позволяет определять на карте различные схемы притока, скорости газожидкостного потока и скопления флюидов по всему стволу скважины.

Расчеты проводились в направлении потока, начиная с точки впрыска пара (высокое давление), где градиент модели является точным. В таблице 2 представлены эмпирические модели и механизмы, оцененные в данном исследовании. Для сравнения рассчитанных градиентов давления с экспериментальными данными использовался статистический параметр средней абсолютной процентной ошибки. Формула 1.

Где:

n — количество измеренных данных

— Расчетный перепад давления, бар

— Измеренный перепад давления, бар

Таблица 2

Характеристики эмпирических корреляций и механистических моделей

На рис. 1 показаны прогнозы профиля давления с использованием различных моделей и корреляций для горизонтального участка с использованием данных из таблицы 2. Расчетная доля для этого участка составляет 34,32 %.

Рис. 1. Прогнозирование профиля давления с учетом данных из таблицы 2 для проверки горизонтального участка

На рисунке 2 видно, что наилучшие результаты показала механистическая модель Xiao et al. (1990) со средней абсолютной ошибкой 8,7 %, за ней следует корреляция Dukler (1964) с 10,7 %. Механистическая модель TUFFP была наименее хорошо подогнана к полевым данным с ошибкой 33,6 %.

Рис. 2. Сравнение средней абсолютной процентной ошибки для механистических моделей и эмпирических корреляций на горизонтальном

Литература:

1. Xiao, J.J.; Shonham, O. y Brill, J. P. A Comprehensive Mechanistic Model for Two- Phase Flow in Pipelines. SPE Annual technical Conference and Exhibition, 23–26 September 1990, New Orleans, Louisiana. 1990. SPE 20631.
2. Best, D.A.; Lesage, R.P. y Arthur, J. E. A Model Describing Steam Circulation in Horizontal Wellbores. Journal. SPE Production & Facilities. 1993. Vol. 8, no. 4, 263–268p. SPE-20203.
3. Cravino, A.; Duban, A.; Garcia, F. y Garcia, J. Evaluación De Modelos Homogéneos, De Correlación y Mecanísticos En La Predicción Del Gradiente De Presión De Flujo De Gas y De Liquido En tuberías Verticales. Revista de la Facultad de Ingeniería U. C. V. 2009. Vol 24, no. 3, p 75–82.