Введение к работе
Актуальность. Исследование адсорбционных процессов в пористой среде представляет интерес в связи с устойчивой тенденцией роста добычи трудноизвлекаемой тяжелой вязкой нефти с высоким содержанием асфальтено - смолистых веществ (АСВ). Адсорбция АСВ способствует формированию макроскопических отложений на поверхности пористой среды, что приводит к изменению поверхностных и фильтрационных свойств коллектора. Отложения АСВ вызывают нарушение внутрипластового потока, и даже могут привести к остановке нефтедобычи, а, следовательно, нужно учитывать процесс их адсорбции на поверхности пористой среды при планировании мероприятий по интенсификации добычи нефти.
В мировой нефтедобывающей отрасли все больше проявляют интерес к новым методам разработки месторождений тяжелых высоковязких нефтей, так как используемые методы повышения нефтеотдачи таких пластов являются недостаточно эффективными, а потребление нефтепродуктов во всем мире увеличивается. В связи с этим первоочередной является задача создания новых технологий нефтедобычи, позволяющих увеличить нефтеотдачу, как разрабатываемых пластов, так и не освоенных залежей с трудноизвлекаемыми запасами нефти. Актуальными становятся исследования, которые направлены на создание более эффективных, научно обоснованных методов повышения нефтеотдачи пластов. Одним из перспективных научных направлений является исследование воздействия на нефтяной пласт высокочастотных электромагнитных полей (ВЧ ЭМП), преимуществом которого является воздействие на физико-химические процессы, протекающие в пласте.
Предметом изучения в настоящей диссертационной работе являются адсорбционные процессы, происходящие в пористой среде при фильтрации высоковязких нефтей и битумов под действием ВЧ ЭМП.
Цель исследования. Целью диссертационной работы является исследование влияния ВЧ ЭМП на процессы фильтрации углеводородных систем, содержащих поверхностно-активные компоненты, которые по мере движения в пористой среде адсорбируются на ее поверхности, для повышения эффективности извлечения высоковязких нефтей и битумов.
Задачи исследования:
1. Численное моделирование процесса фильтрации высоко вязкой углеводородной системы с учетом адсорбционных процессов при воздействии ВЧ ЭМП, тепловом нагреве и без внешнего воздействия с использованием изетерм Генри и Ленгмюра. Анализ влияния внешнего воздействия на адсорбционные процессы на основе полученных данных.
-
Экспериментальное изучение адсорбционных процессов при ВЧ ЭМ воздействии с помощью атомно-силовой микроскопии.
-
Экспериментальное определение значения константы адсорбционного равновесия применительно к условиям реального месторождения.
-
Численное моделирование процесса разработки нефтяного пласта при использовании ВЧ ЭМП и, для сравнения, индукционного нагрева с учетом адсорбционных процессов в условиях конкретного месторождения.
Научная новизна
-
Построена математическая модель, описывающая влияние ВЧ ЭМ поля на процесс фильтрации углеводородных систем, содержащих поверхностно-активные компоненты, которые по мере движения в пористой среде адсорбируются на ее поверхности.
-
Численно рассчитан процесс фильтрации в пористой среде с учетом адсорбционных процессов по изотерме Генри и Ленгмюра под воздействием ВЧ ЭМ поля, при тепловом нагреве и без какого-либо воздействия на процесс. Определены критические значения константы адсорбционного равновесия, определяющих область использования этих изотерм при разных видах воздействия.
-
Экспериментальными исследованиями с использованием атомно-силовой микроскопии выявлена природа дополнительной десорбции поверхностно-активных компонентов нефти при ВЧ ЭМ воздействии.
4. Проведен численный сопоставительный анализ обработки
добывающей скважины ВЧ и индукционными ЭМ полями применительно
к условиям конкретного месторождения.
Достоверность результатов диссертационной работы основана на использовании фундаментальных уравнений механики сплошных сред, проведении тестовых расчетов, сравнении результатов с аналитическими решениями (теоретическими данными) других авторов, использовании стандартных физических поверенных приборов при проведении экспериментальных исследований.
Практическая значимость работы заключается в том, что полученные в диссертации результаты могут быть использованы при разработке эффективных технологий добычи высоковязких нефтей и битумов с применением метода высокочастотного электромагнитного воздействия. Сформулированные в работе математические модели позволят учитывать дополнительно добываемую нефть за счет десорбции ее поверхностно-активных веществ при реализации ВЧ ЭМ и других тепловых методов повышения нефтеотдачи месторождений высоковязких нефтей и битумов.
Апробация работы.
Основные результаты работы были представлены на следующих научных конференциях:
- Научно-практическая конференция студентов, аспирантов и
молодых ученых по физике (Уфа, 2007г., 2009г., 2010г., 2012г.);
VIII Региональная школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых учёных по математике, физике и химии (Уфа, 2008г.);
Российская конференция «Многофазные системы: природа, человек, общество, технологии», посвященная 70-летию академика Р.И. Нигматулина (Уфа, 2010г.);
Международная школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании» (Уфа, 2010г, 2011г.);
Annual International Conference PetroPhase 2011 (Лондон, 2011г.);
Международный симпозиум «25th European Symposium on Applied Thermodynamics (ESAT) (Санкт-Петербург, 2011г.);
Всероссийская конференция с международным участием "Фундаментальные проблемы разработки месторождений нефти и газа" (Москва, 2011г.);
V Российская конференция с международным участием «Многофазные системы: теория и приложения - 2012» (Уфа, 2012г.);
Научно-техническая конференция «Современные технологии освоения месторождений углеводородов на суше и море» ГЕОПЕТРОЛЬ 2012 (Краков, 2012г.);
III Международная научно-практическая конференция «Наноявле-ния при разработке месторождений углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям» NANOTECHOILGAS-2012 (Москва, 2012г.).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в научных работах, в том числе 4 из них в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получен 1 патент РФ.
Связь диссертационной работы с планами научных исследований
Работа выполнена при поддержке грантов: Министерства образования и науки РФ №11.G34.31.0040, РФФИ №11-01-97013, Президента РФ №16.120.11.3070-МК, Грант по программе «СТАРТ-2012» №10349 р/18373, РФФИ №12-08-31422.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из 5 глав, введения, заключения и списка литературы. В диссертации содержится 125 страниц, 6 таблиц, 55 иллюстраций, библиография из 103 наименований.
