Введение к работе
Актуальность теш.
Последние продвижения в развитии подземной гидромеханики связаны с решением проблемы повышения эффективности извлечения нефти и газа из недр и разработки нетрадиционных углеводородных запасов: тяжелых внсоковязких нефтей, битумов, газовых гидратов. За последние два - три десятилетия разработан целый ряд новых .прогрессетных технологий, позволящих расчитывать на существенно более полное извлечение углеводородов из недр. Основы этих технологий можно условно разбить на четыре основных направления: использование тепла для снижения вязкости добываемых нефтей, физико - химическое воздействие химреагентов, закачиваемых в пласт с целью изменения условий смачиваемости и снижения поверхностного натяжения, закачка реагентов, вступающих в реакцию с пористой средой и пластовыми жидкостями и гидродинамические метода воздействия, основанные на изменении структуры потоков в пласте.
Анализ, эффективности этих методов воздействия на залежи углеводородов стимулировал развитие теории многофазных течений в пористых средах в направлении учета аффектов, связанных с фазовыми переходами, физико - химическими превращениями и химчческкми реакциями в пористых средах.
В исследованиях процессов закачки пара в пласт, проведенных М. Г. Алиааевим с соавторами (Іі55), А. А. Бсхсармансм с соавторам! (1975), Л. й. РуСинатейном (IS72), Э. Б. ЧекэлЕком, К.
A. ОгаНОВЫМ (1979), К, Н. Coati (1976), J. И. Мах, к. и.
Langerheira (1959), Н. D. Sutler, Т. С. Boberg (1972), В. Т.
wiiiraann et. ai. (1961) и др., сформулирована задача о структуре теплового поля в пласте и подходы к ее резешго. Моделирование процессов физико - химического воздействия на пласт, разработанкоэ в работах П. Г. Бедриксвецкого (1932), А. Ф. Зазовского (1985),
B. М. Ентова (1989), Р. И. Нкгмгтулина, И. Л. Сургучева с
соавторами (1982), Н. А. Токаревой, 0. Э. Цинковой (1981), п. м.
Healy, R. Ь. Reed (1975), П. G. , G. J. Hirasaki (1978), R.
с. Kelson, g. a. pope (1970) и др., показало многообразие гидродинамических схпм вытеснения нефти даже одними и теми же
реагентами. Изучение процессов, сьязанних с хнмігшскиии рэакцияма реагентов с пористой средой (Г. А. Аксельруд, М. А. Альтшуллер (1983), В. С. Голубев, В. А. Грабовников (ККЗ), Г. 3. Ибрагимов,
Н. И. ХИСамуТдаШОВ (1983), В. В. Williams, J. L. Gidley, R. S. Schechter (1579) И Др.), С 0КИСЛЄЩ1ЄМ НефТеЙ В ПОРИСТОЙ СРЄДЄ (И.
И. Богданов, В. М. Ентов, Л. А. Чудов (1989), Н. К. Байбаков, А. Р. Гурушев (1981), Ю. М. Желтое (1990), И. Н. Стрішов (1936), Ж. Бурже с соавт. (1989), к. н. coats (i960) и др.), позволили сформулировать основные проблемы фильтращш с учетом химических реакций. Анализ проблемы разлоиения газовых гидратов в пористых пластах, проведенный Э. А. Бондаревым с соавторами (1976), Иіь>Л. Хабибулшшм, Г. А. Хэликовым (1980), в. d. Sloan (1990),/лД.\.',Ы. Максимовым, Г. Г. Цыпкиным (1990) и др., показал, что наряда со стефановским режимом плавления могут существовать режимы с об'ємним разложением гидратов.
Формулировка новых проблем в соединении с успехами в развитии математического аппарата решения системы уравнений, опишващей шюгогфазное течение е пористой среда в крупномасштабном приближении, достигнутыми в работах П. Г. Бедриковецкого, В. М.
ЙїТОВа, А. Ф. ЗазОВСКОГО, В. М. РцЩЦСа, F. G. Helfferich, G. L. Hirasrki, G. A. Pope, С, Wachman, II. J. Weldge и ДО. , ПОЗВОЛИЛИ
автору взглянуть и проанализировать с общих позиций проблему шюгофазной фильтрации с учетом фазовых превращений и химических реакций. Ряд продвижений в этом направлении достигнут с использованием численных решений, методы получения которых опираются на результаты исследований X. Азиса, 3. Сеттари, В. И. Леви, Я. М. Зайдэля, В. Б. їаранчука, Л. А. Чудова.
Актуальность работы, охватывающей широкий спектр процессов с фазовыми превращениями (испарение - конденсация, растворение и разложение растворов, плавление) и химическими реакциями (выщелачивание рудоносных коллекторов, карбонатных пластов, низкотемпературное окисление нефти), діжтуется как необходимостью развития теории многофазной фильтращш, так и запросами практики: созданием научных основ технологий воздействия на залежи с целью повышения эффективности извлечения углеводородов из недр.
Делью работа является обобщение и развитие основных положений
теория фильтрация с фазовыми превращениями и химическими реакциями на конкретных примерах теплового, физико - химического и других воздействий на залежі углеводородов.
Научная новизна.
Впервые с общих позиций в рамках моделей многофазной многокомпонентной фильтрации дано описание широкого класса процессов, сопровождающихся фазовыми переходами (конденсации -испарения, растворения - разложения растворов, плавления -кристаллизации), химическими реакциями с пористой средой и окисления нефти; выявлены основные структури тепловых ' и концентрационных полей, возникающих в пластах и гидродинамические схемы течения, даны новые трактовки конкретных механизмов повышения эффективности извлечения углеводородов из недр.
Практическое значение.
Развитая теория фильтрации с фазовыми превращения/.!!!,.. и химическими реакциям! является неот'емлемым элементом научного фундамента теории и практики проектирования мероприятии по повышению эффективности извлечения углеводородов ИЗ !'\'ЯР. Результаты, получешше в работе, могут быть использованы на стадии поиска методов наиболее эффективного воздействия на залежь, сопоставительного анализа. Обобщения, представленные z работе, имеют методологическую ценность при исследовании других процессов с фазовыми переходами и химическими реакциями в пористой среде.
Реализация результатов работы.
Полученные результаты позволили расширить и углубить теоретические представления о процессах многофазной фильтрации. Частично эти результаты вошли в монографии Р.И.Нигматулина ",!U'm>vKa многофазных сред", А.Х.Мярзаджанзаде, Р.И.Нигматулина, К.М.а-едсрова н др. "Теория и практика применения НвНЫОТОНОБСКИХ систем в нефтедобыче", В.В.Бэшировэ, В.П.Карпова, К.М.Федорова "П'>Г'<газотериическая обработка призабойной зоны и пласта в целом", учебное пособие В.В.Баширова, К.М.Федорова "№.'и?от''рмпческая Фильтрация". Методические результаты отражены в сніп'урсах "Неизотермическая фильтрация", "Основы теории ilu'if п'чции», прочитаюшх автором на кафедре подземной гидр-^ханики БагаГУ, механики многофазных сред ТшГУ.
Практические виводи работы вошли в отраслевой обэо> ВЩйОЭНГ и отраслевую пзршдаку, стандарт на натод ькутрилластового производства вытесняющего агента ПО БашЕафп*. методику расчета процесса вытеснения нефти газом высокого давления СевКавНШИнефть. Автор участвовал в разработке конкурсной технологии для разработки Русского месторождения и рекомендаций по оценке эффективности применения забойных парогенераторов в ШО Союзтермнэфть.
Обоснованность и достоверность полученных в работе результатов следуют' из того, что они получены на базе методов механики многофазных сред и современного математического аппарата, сопоставлены с аналитическими решениями, экспериментальными данными других авторов и теш, в постановке которых участвовал автор.
На защиту выносятся следующие положения.
1. Ряд оригинальных математических моделей многофазной
фильтрации с учетом фазовых переходов и химических реакций.
2. Разработка методик аналитического и численного
исследования ряда процессов теплового и физико - химического
воздействия на нефтяные пласты и пласты, содержащие гидрат газа.1
-
Методики обработки данных по фазовому равновесию углеводородных смесей, необховимпе для теоретического исследования.
-
Результаты аналитического и численного исследования процессов!
вытеснения нефти из пласта горячей смесью вода и газов горения,'
вытаснания нефти паром,
вытеснения нефти парогазовой смесью,
мицеллярно-полимерного воздействия на пласт,
внутрипластового выщелачивания рудоносных пористых пластов раствором кислоты,
внутрипласгоБого создания вытесняющего агента на базе со в карбонатных коллекторах,
механизм и основные режимы разложения гидратов углеводородного газа в гористой среде.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы апробированы на Всесоюзных семинарах по численным методам решения задач фильтрация многофазной жидкости (Баку 1978, Ташкент 1980, Москва 1954, Новосибирск 1986, Москва 1990), Всесоюзных семинарах по современным проблемам теории фильтрации (Москва 1984, Москва 1990), 6 и 7 Всесоюзных сездах по теоретической и прикладной механике (Ташкент 1936, Москва 1991), Международных конференциях по проблемам тепло- и мзссопереноса в пористых средах (Краснодар I9B9, Турция ІГйЗ, Греция 1990, Минск 1992, Москва 1992). Результата обсувдзлись такие на семинарах ряда ведущих специалистов з области фильтрации: академика їіигматулина F. И. (Москва, Тшень), академика Мирззджанзаде А. X. (Баку), академіка Христиановича С. А., профессора Ентоеэ В. М. (Москва), профэссора Басзшева К. С, профессора Бадриковецкого П. Г. (Москва), профессора Горбунова А. Т. (Москва) и др. А также на многочисленных отраслевых научно-технических семинарах по проблемам нефтедобычи и методам увеличения нефтеотдачи пластов..
Публикации. По теме диссертации опубликованы две монографии, учебное пособие, отраслевой обзор, Солее 60 работ, 4 авторских свидетельства на изобретение.
..Структура и об'єм диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заклшондя и приложения, содержи 237 страниц, включая 65 рисунков и 231 библиографическую ссылку.