Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор теоретических и экспериментальных работ по воздействию физических полей и закачиваемого растворителя на нефтяной пласт 10
1.1. Воздействие на многокомпонентные среды ВЧ ЭМ полей 10
1.1.1. Поглощение энергии ЭМ волн средой 13
1.1.2. Распределенные источники тепла 14
1.2. Воздействие акустических полей на насыщенные горные породы 16
1.2.1. Влияние акустического поля на термодинамические процессы в пористой среде 19
1.2.2. Изменение эффективной теплопроводности коллекторов в акустическом поле 19
1.2.3. Воздействие акустического поля на вязкость нефти 22
1.2.4. Совместное влияние теплового и акустического полей на нефтепроницаемость 23
1.2.5. Массоперенос в насыщенной пористой среде при акустическом воздействии
1.3. Экспериментальные исследования ВЧ электромагнитно-акустического воздействия на модель пласта 26
1.4. Обзор лабораторных исследований ВЧ ЭМ нагрева в комбинации с закачкой растворителя 31
1.5. Расчётные исследования воздействия ВЧ ЭМ, акустического полей и закачиваемого растворителя на нефтяной пласт
1.5.1. Расчтные исследования воздействия ВЧ ЭМ поля на пласт 34
1.5.2. Расчтные исследования воздействия акустического поля на пласт 36
1.5.3. Расчтные исследования совместного воздействия ЭМ и акустического полей на пласт 38
1.5.4. Расчтные исследования совместного воздействия ВЧ ЭМ поля
и закачиваемого растворителя на нефтяной пласт 40
Выводы к разделу 1 44
2. Математическое моделирование совместного воздействия электромагнитного и акустического полей на нефтяной пласт 45
2.1. Распространение и поглощение акустических волн в насыщенных пористых средах 45
2.2. Вывод выражения распределенных источников тепла при акустическом воздействии на среду 55
2.3. Постановка и численное решение задачи совместного воздействия ВЧ ЭМ и акустического полей на нефтяной пласт 58
2.3.1. Постановка задачи 58
2.3.2. Анализ расчетов по оценке мощности тепловых источников при совместном воздействии ВЧ ЭМ и акустического полей 61
2.3.3. Оценка интенсивности акустического поля в пласте 68
2.3.5. Численные расчеты температурных полей в модели пласта и
сопоставление с экспериментальными данными 79
Выводы к разделу 2 81
3. Математическое моделирование вч эм и акустического воздействия на пласт в сочетании с закачкой растворителя 83
3.1. Постановка задачи 83
3.1.2. Краевые условия 85
3.2. Представление уравнения и краевых условий в конечно-разностном виде 87
3.3. Анализ результатов расчётов
3.3.1. Зависимость воздействия от забойного давления 97
3.3.2. Зависимость воздействия от первоначальной вязкости нефти 101
3.3.3. Зависимость воздействия от мощности излучателя ЭМ волн 103
3.3.4. Зависимость воздействия от температурного коэффициента вязкости нефти 109
3.3.5. Зависимость воздействия от величины параметра рассеивания пористой среды 112
3.4 Расчётные исследования с учётом термодиффузии и
электротермодиффузии 113
Выводы к разделу 3 116
Основные результаты и выводы 118
Литература .
- Влияние акустического поля на термодинамические процессы в пористой среде
- Вывод выражения распределенных источников тепла при акустическом воздействии на среду
- Представление уравнения и краевых условий в конечно-разностном виде
- Зависимость воздействия от температурного коэффициента вязкости нефти
Введение к работе
Актуальность исследования. На данном этапе развития нефтяной отрасли промышленности существующие способы добычи нефти не позволяют получить высокую нефтеотдачу пластов. В пластах с хорошими коллекторскими свойствами и благоприятными условиями залегания она не превышает 50 %. В трещиноватых коллекторах, в пластах с высоковязкой нефтью и прочих неблагоприятных условиях коэффициент нефтеизвлечения и вовсе не превышает 40%. Таким образом, на сегодняшний день более 50% природных запасов нефти остаются неизвлекаемыми. Поэтому большое внимание уделяется проблеме использования внешних воздействий на нефтегазовые залежи различными физическими возмущениями с целью повышения нефтеотдачи и увеличения темпов нефтедобычи.
В отличие от традиционных методов повышения нефтеотдачи, при использовании энергии высокочастотного (ВЧ) электромагнитного (ЭМ) поля в толще залежи возникают объемные источники тепла.
В настоящей работе в качестве вариантов повышения эффективности метода извлечения высоковязких нефтей с применением ЭМ воздействия предложено сочетание его с акустическим воздействием и смешивающимся вытеснением растворителем. Электромагнитно-акустическое воздействие на пласт оказывает существенное влияние на термогидродинамическое состояние насыщенной пористой среды. Дополнительное влияние связано, во-первых, с непосредственным воздействием ультразвукового поля на увеличение фильтрации жидкости. Во-вторых, достаточно мощное акустическое поле значительно изменяет параметры среды, такие, как плотность, давление, теплопроводность. Следовательно, изменяются и его электрофизические характеристики. В-третьих, возможно возникновение перекрестных электромагнитно-акустических явлений.
Таким образом, актуальными являются теоретические исследования, направленные на развитие методов совместного воздействия на пласт ВЧ ЭМ поля в сочетании с акустическим полем и закачкой маловязкого растворителя.
Цель работы. Исследование механизмов ВЧ ЭМ и акустического воздействия на нефтяной пласт методом математического моделирования тепло- и массопереноса в пористой среде при ВЧ ЭМ воздействии, комбинированном с акустическим воздействием и со смешивающимся вытеснением нефти растворителем.
Задачи исследования.
- анализ существующих методов воздействия на залежи высоковязких нефтей и битумов;
-решение задачи распределения тепловых источников в пласте при воздействии на него одновременно ЭМ и акустического полей;
математическое моделирование тепло- и массопереноса в пористой среде при комбинированном воздействии на не ЭМ и акустического полей и одновременной добыче пластового флюида;
сопоставление математической модели с имеющимися экспериментальными данными по электромагнитно-акустическому воздействию на насыщенную пористую среду;
математическое моделирование тепло- и массопереноса в пористой среде в случае закачки в пласт маловязкого растворителя с одновременным ЭМ воздействием после комбинированного воздействия на не ЭМ и акустического полей.
Методы исследования. Для получения научных результатов в представленной диссертационной работе были применены фундаментальные уравнения тепло- и массопереноса в пористых средах. Численное моделирование и исследование изучаемых процессов проводилось в среде программирования Fortran.
На защиту выносятся:
-
Сопоставительный анализ распределенных тепловых источников, возникающих в нефтяном пласте, при излучении акустических и электромагнитных волн.
-
Результаты численных исследований процесса тепло- и массопереноса в поле ЭМ и акустического излучений.
-
Результаты численных исследований процесса фильтрации смеси высоковязкой нефти и маловязкого растворителя при воздействии на пласт ЭМ и акустического полей.
Научная новизна. Проанализированы выражения для тепловых источников, возникающих в нефтяном пласте, при излучении ЭМ и акустических волн. Сформулирована математическая модель процесса воздействия ЭМ и акустического полей на нефтяной пласт с одновременным отбором нефти.
Проведено сопоставление сформулированной математической модели электромагнитно-акустического воздействия с имеющимися лабораторными исследованиями в модели пласта.
Поставлена и численно решена задача о двухэтапном воздействии на пласт. На 1-м этапе ВЧ ЭМ воздействие комбинируется с акустическим воздействием на пласт с учетом возникновения при этом тепловых источников. На 2-м этапе рассмотрено ВЧ ЭМ воздействие, комбинированное с закачкой маловязкого растворителя в продуктивный пласт с высоковязкой нефтью.
Научная и практическая ценность. Научная и практическая значимость работы заключается в развитии теории акустического воздействия на среду, при котором учитывается не только увеличение е
эффективной теплопроводности, но и возникновение распределнных источников тепла, т.е. и тепловое воздействие акустического поля.
Проведенные исследования дают возможность делать оценки показателей разработки месторождений высоковязких нефтей и битумов и определять оптимальные параметры воздействия на пласт.
Степень обоснованности положений, выводов и рекомендаций.
Достоверность результатов диссертации основана на использовании
фундаментальных уравнений тепло- и массопереноса в пористых средах,
физической и математической непротиворечивостью построенных моделей,
общим гидродинамическим и термодинамическим представлениям,
сопоставлением отдельных результатов численных расчетов с известными экспериментальными данными.
Апробация работы. Основные вопросы диссертации докладывались и
обсуждались на VII региональной школе-конференции для студентов,
аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии (г. Уфа, 2008
г.); Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых
ученых (г. Екатеринбург-Кемерово, 2009 г.); Студенческой научно-
практической конференции по физике (г. Уфа, 24 апреля 2009 г.); Международной школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании», посвященной 100-летию Башкирского государственного университета (г. Уфа, 2009 г.). Результаты работы также докладывались автором на семинарах кафедры Информационных технологий, математики и естественных наук Уфимского государственного нефтяного технического университета под руководством проф., д.т.н. Гуторова Ю.А. (г. Октябрьский, 2014 г.), на семинаре кафедры Прикладной физики Башкирского государственного университета под руководством проф., д.т.н. Ковалевой Л.А. (г. Уфа, 2016 г.), в Институте механики им. Р.Р. Мавлютова Уфимского научного центра Российской академии наук под руководством проф., д.ф.-м.н. Урманчеева С.Ф. (г. Уфа, 2016 г.).
Публикации. Основные научные результаты по теме диссертации изложены в 8 статьях, опубликованных в журналах и научных сборниках, из них 3 в изданиях из списка, рекомендованного ВАК.
Благодарность. Автор выражает благодарность научному
руководителю д.т.н., профессору Ковалевой Лиане Ароновне за ценные советы и постоянное внимание к работе. Особую благодарность автор выражает доценту Насырову Нур Мутагаровичу за помощь, поддержку и полезные советы, полученные при выполнении численных исследований.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трх глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертационной работы составляет 132 листа. Работа содержит 52 рисунка, 6 таблиц. Список
литературы содержит 112 наименований.
Влияние акустического поля на термодинамические процессы в пористой среде
При воздействии внешнего ЭМ поля на среду проявляется множество разнообразных процессов, явлений и эффектов. Так, в работах [4, 7, 15] анализируются проводимые исследования в области влияния физических полей (электромагнитных, акустических) на процессы структурообразования в нефтяных дисперсных системах, фазообразования в водных и водонефтяных системах, которые показывает очевидную перспективность этого подхода для управления данными процессами. В частности, воздействие постоянным магнитным или переменным ЭМ полем оказывает сильное влияние на формирование структуры неорганических солей, кристаллизацию парафинов и органических соединений различного строения.
В работе [3] проводится детальный анализ низкочастотного омического нагрева пласта, и сверхвысокочастотного (СВЧ) нагрева. Показывается применимость ЭМ нагрева на примере двух месторождений. Первое состоит из тонких песчаных слоев, разделенных непроницаемыми слоями сланца и вязкой нефти (9,5 Пас при начальной температуре пласта). Моделировался предварительный (прежде, чем ввести пар) нагрев бассейна низкочастотным током с использованием двух горизонтальных электродов. У второго месторождения низкая проницаемость и вязкость нефти 33 мПас при начальной температуре пласта. В этом случае использовалась в качестве нагревателя СВЧ антенна, расположенная в 9 м от добывающей скважины. Результаты моделирования, представленные в [64], подтверждают, что ЭМ нагрев – это хороший метод стимуляции разработки месторождений с тяжелой нефтью и низкой проницаемостью.
В работе [25] описывается процесс сепарации водонефтяной эмульсии на концевом делителе фаз (НГДУ «Лениногорскнефть») с предварительным микроволновым нагревом до 60 0С. При этом сравнивались результаты сепарации эмульсии под влиянием СВЧ ЭМ поля и естественной сепарации под влиянием гравитационного поля. Показана, что микроволновая сепарация более эффективна, как в количественном, так и в качественном отношении. В работе [6] авторы разрушали водонефтяные эмульсии, являющиеся отходами топливно-энергетической промышленности, путем воздействия на них СВЧ ЭМ поля. Авторы [6] полагают, что разрушение водонефтяных эмульсии под влиянием микроволн происходит, вследствие, уменьшения вязкости непрерывной фазы из-за нагрева и разрушения внешней оболочки капель, и, вследствие, изменения распределения электрического заряда молекул воды путем их вращения, и смещения ионов вокруг капель. Таким образом, разрушение эмульсии происходит без каких-либо химических добавок, а благодаря этим процессам. Однако термическое действие СВЧ воздействия является весьма спорным, хотя результаты экспериментального исследования [14] показали, что микроволновое излучение является технологией нагрева диэлектриков с уникальными характеристиками быстроты, объемности и эффективности нагрева и имеет потенциал для альтернативного использования при деэмульса-ции. В работе также приведены расчетные формулы для вычисления длины волны, глубины проникновения излучения и объемной скорости выделения тепла. Автор патента [18] предложил способ одновременного воздействия микроволнового излучения и центрифугирования для разделения несмеши-вающихся компонентов (например, эмульсий), который можно применить в различных областях промышленности.
Разработанная в работе [10] математическая модель, на основе законов сохранения масс и фундаментальной термодинамики, позволяет прогнозировать точку инверсии (переключения) в эмульсионной системе. По результатам моделирования выявили, что точка инверсия эмульсии зависит от размера капель дисперсионной фазы эмульсии, свойств поверхностно-активных веществ и от химического потенциала жидкой фазы. Для улучшения имею щейся корреляции вязкости эмульсии и разработки новой модели эмульсионной системы необходимо знание точки инверсии системы.
В работе [19] предложен высокочастотный электромагнитный скважин-ный генератор, состоящий из триодов. В [1] оценивается эффективность коммерческого применения высокочастотного ЭМ нагрева высоковязких нефтей.
Нагрев среды под воздействием внешнего ЭМ поля обуславливается возникновением распределенных тепловых источников в среде при распространении ЭМ волн. Возникновение тепловых источников и последующий нагрев среды применяется во многих отраслях промышленности – в химической, пищевой, в машиностроении, медицинской, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной и др. В технологических процессах термообработки, нагрева, сушки и размораживания применяются ВЧ и СВЧ ЭМ поля.
ЭМ поля ВЧ и СВЧ диапазонов используются также при разработке месторождений с более сложными физико-технологическими условиями: битумы, нефтяные сланцы, высоковязкие и парафинистые нефти, озокерит, запасы которых составляют большую часть всех мировых запасов нефти [78]. Фильтрационные качества таких месторождений низкие из-за того, что на стенках пор призабойной зоны пласта (ПЗП) откладываются асфальто-смолисто-парафинистые вещества, а насыщающий высоковязкий флюид имеет малую подвижность. Повысить фильтрацию нефти, снизив ее вязкость, а также удалять и предупреждать образование различных отложений в ПЗП и, таким образом, повысить добычу позволяет применение энергии ВЧ и СВЧ ЭМ полей в комбинации с другими видами полей (акустическим, упругим, тепловым, гидродинамическим и т.д.) [24, 26, 58, 59, 82, 102]. Электромагнитное воздействие на среду возможно регулировать заданием частоты ЭМ волн, мощности генератора ЭМ поля, а также сочетать с другими видами физических возмущений, что дает ряд преимуществ по сравнению с другими видами воздействий. Поглощение энергии ЭМ волн зависит от частоты. Причем, максимальное поглощение ЭМ энергии для различных нефтей осуществляется вблизи частоты 10 МГц, что объясняется наличием в нефти тяжелых полярных молекул. До частоты 1 МГц поглощение энергии ЭМ волн происходит из-за сквозной проводимости среды, а в мегагерцовом диапазоне частот из-за явления ориентационной молекулярной поляризации. В диапазоне частот 50 кГц - 100 МГц поглощают ЭМ энергию безводные сырые нефти, а вода поглощает энергию в диапазоне частот 1 - 30 ГГц (СВЧ диапазон) [84]. Так как нефтяной коллектор представляет собой в физическом отношении пористую среду, насыщенную нефтью и минерализованной водой, то он может поглощать энергию ЭМ волн в этих диапазонах. Поэтому от объемного содержания фаз с различными электрическими свойствами зависят диэлектрические свойства и частотные характеристики среды.
Вывод выражения распределенных источников тепла при акустическом воздействии на среду
Акустические волны распространяются в пористой среде в виде двух продольных и одной поперечной волны [102]. Поперечные волны распространяются в направлении, перпендикулярном к плоскости, в которой лежат направления смещений и скоростей частиц тела. У продольных волн направление распространения совпадает с направлением смещений и скоростей частиц среды. При распространении волны 1-го рода колебание флюида и скелета происходят в одной фазе и с одинаковыми скоростями. В волне 2-го рода флюид и скелет колеблются в противоположных фазах. На практике в сцементированных средах волнами 2-го рода вследствие их сильного затухания и диффузионного характера распространения пренебрегают [102, 5].
При распространении упругих волн в насыщенной пористой среде объемные и сдвиговые деформации происходят следующим образом: вначале проходит продольная волна 1-го рода с синфазным движением флюида и скелета, за фронтом которой осуществляются объемные деформации. Затем распространяется поперечная волна, совершая деформации чистого сдвига. В конце проходит продольная волна 2-го рода, за фронтом которой происходят объемные и сдвиговые деформации среды с несинфазным движением флюида и скелета.
В пористых средах имеет место диссипация энергии и дисперсия обмена импульса и температуры между фазами [60]. Вязко-инерционные и тепловые процессы обмена между фазами определяют существование некоторого времени релаксации, в течение которого среда приходит в движение под действием вынуждающей силы. Для горных пород меняется от 210-3 с (песок) до 10-9 с (глина). Если время релаксации г намного меньше периода колебаний Т, среда успевает следовать за возмущением и происходит обмен импульсом между фазами. А если т»Т среда «заморожена». Среда не успевает следовать за возмущением.
Таким же образом происходит термическая релаксация: при тт«Т между фазами происходит быстро и температуры фаз успевают выравниваться (ТХ=Т2). Когда тт»Т, температуры фаз не равны. Приблизительно можно полагать, что тепловое расширение фаз влияет только на объмные деформации, т.е. на продольную волну 1-го рода.
Из-за наличия инерционной и термической релаксаций происходит поглощение звуковой энергии, т.е. преобразование е в тепловую энергию. Суммарный коэффициент поглощения равен: аа=аи+ат, где аи - означает инерционное поглощение энергии, а ат - термическое.
Для нефтенасыщенной породы показатель адиабаты воды =1,25 и отношение коэффициентов поглощения может быть значительным: « и0,9, (Гт/Ги)0,9У/ЙГ (V, а - кинематическая вязкость и температуропроводность среды). Например, при температуропроводности среды а10 6 м2/с, кинематической вязкости нефти v3 10"5 м2/с; ат/аи27. Это означает, что для нефтена-сыщенных пород коэффициент поглощения обусловлен в основном термическими процессами.
Продольная волна 2-го рода затухает быстрее, чем продольная волна 1-го рода в насыщенных жидкостью пористых средах. Вследствие этого на значительные расстояния распространяются продольные волны 1-го рода. В сухих газонасыщенных грунтах коэффициент затухания продольной волны 1-го рода, наоборот, велик, в них распространяются медленная волна 2-го рода.
Коэффициенты затухания продольных и поперечных волн. Для коэффициента затухания продольной волны 1-го рода в работе [70] приводится выражение: 8a = coaJ—. (1+R12C2/B22 1 2 1+R 2IR (2.1) P0 H1H2 где p0 = m0p2+(1-m0)p1; je = m0je2+(1-m0)je1; = соат; т = Р1р20 ; prD jWM0P0 A A A A A(1-m0) Poo A A соа=2ж/а - круговая частота акустических волн; fa - частота акустических волн; т0 - начальная пористость песчаника; pt - плотность /-ой фазы; /?1, /?2 -сжимаемости фаз; безразмерное соотношение является механической характеристикой горной породы - критерием степени уплотнения грунта или степени сцементированности горной породы; К1 - эффективная сжимаемость всего конгломерата твердых частиц (скелета среды) в целом; г характерное время релаксации; а0 - коэффициент гидравлического сопротивления среды, пропорциональный проницаемости; /л - динамическая вязкость жидкости; /=1, 2 - тврдая и жидкая фазы.
Представление уравнения и краевых условий в конечно-разностном виде
В разделе проводятся вычисления пространственного распределения интенсивности акустического поля при различных значениях радиуса излучателя акустических волн (считается, радиус скважины равен радиусу излучателя) и толщины пласта. Вычисляется минимальное значение мощности излучателя акустических волн Naomm, при котором увеличивается теплопроводность пласта. Определяется, как минимальное значение мощности излучателя акустических волн Naomm зависит от радиуса излучателя волн и толщины пласта.
Для проведения вычислений по увеличению коэффициента теплопроводности пласта при воздействии на него акустического поля, необходимо знание величины А - малого параметра, определяемого экспериментально. Воспользуемся выражением (2.29) и параметрами среды, приведнными в работе [23]. Наиболее подходящим для нас месторождением, параметрами которого можно воспользоваться, является Павлова Гора. Плотность и вязкость нефти у этого месторождения: / =949 кг/м3; //=0,54 Пас. В работе [23] указывается, что влияние акустического поля в диапазоне частот fa=620 кГц на изменение эффективной теплопроводности изучали на насыпных песчаных образцах и естественных кернах. В табл. 7 книги приводятся данные о песке со 100% нефти месторождения Павлова Гора с пористостью =0,35 и плотностью образца керна рр=1940 кг/м3. Температуропроводность керна естественная а =9,27Л О"7 м2/с. Температуропроводность керна в акустическом поле =1,2Ы0-6 м2/с. Относительное увеличение теплопроводности в акустическом поле - 1,3. В книге приводится также значение эффективной теплопроводности без акустического воздействия 4=1,28 Вт/(мК). Тогда получается объмная тепломкость - С,=1,378106 Дж/(м3К).
Относительное увеличение теплопроводности в акустическом поле -1,3. Отсюда эффективная теплопроводность в акустическом поле 4=1,664 Вт/(мК). Согласно работе [23] минимальное значение интенсивности аку стического поля Imin, при котором наблюдается увеличение теплопроводности равно 840 Вт/м2. Для упрощения полагалось, что раз в акустическом поле произошло относительное увеличение теплопроводности в 1,3 раза, то и интенсивность акустического поля 1(г) в 1,3 раза больше минимального. Отсюда Дг)=1092 Вт/м Из выражения (2.29) Яа=Я0 +А1(г) находим: = V4=3 ,52-10-4 м/К. (2.43) I(r) Гирлянда пьезокерамических преобразователей используется в качестве ультразвукового излучателя, элементы которой равномерно расположены по всей толщине пласта. В таком случае 10 - интенсивность излучателя на стенке скважины определяется выражением: /=/(г)= . (2.44) 0 vo/ 2w0h
Существование минимального значения мощности акустических волн Naomi», при котором увеличивается теплопроводность пласта, следует из того, что существует минимальное значение интенсивности акустического поля 1тт=Ш Вт/м2, при котором увеличивается теплопроводность пласта. По выражению (2.44) при минимальном значении интенсивности акустического поля Ітіп получается минимальное значение мощности излучателя акустических волн: N =1 2 . (2.45) Для расчетов использованы следующие значения г0=0,05 и 0,1 м; /7=4, 8 и 12 м. По формуле (2.45), получаем: 1. г0=0,05 м; /7=4 м - Na0rmn = 1,056 кВт. 2. г0=0,05 м; /7=8 м - Na0mn =2,111 кВт. 3. г0=0,05 м; /7=12 м - Na0rmn =3,167 кВт. 4. г0=0,1 м; /7=4 м - Na0rmn =2,11 кВт. 5. г0=0,1 м; /7=8 м - Na0mn =4,22 кВт. 6.7-0=0,1 м; /7=12 м - Na0rmn =6,33 кВт. Т.е., полученные значения мощности генератора акустических волн для данных h и r0 – минимальные, при которых происходит увеличение теплопроводности пласта.
Упомянутый выше генератор акустических волн мощностью Nа0=1,5 кВт может быть использован только в 1-м случае: r0=0,05 м; h=4 м. Но при такой толщине пласта при частоте ЭМ поля fэ=13,56 МГц не будет соблюдаться условие волноводного эффекта, при котором ЭМ волны будут распространяться преимущественно в пласте, не проникая в окружающие пласт породы – кровлю и подошву. В таком случае целесообразно использование генераторов с большей частотой ЭМ поля, например, fэ=27,62; 40,68; 81,36 МГц.
Распределения интенсивности акустического поля I(r) при Nа0=10 кВт; fа=22 кГц и fа=6 кГц, приведены на рис. 2.5. На рисунках горизонтальной пунктирной линий указано минимальное значение интенсивности акустического поля, при котором происходит увеличение теплопроводности среды. По этой линии можно определить, до какой глубины увеличивается теплопроводности среды.
Зависимость воздействия от температурного коэффициента вязкости нефти
В распределениях давления наблюдаются некоторые различия при Nа0=0 и 10 кВт (пунктирные и сплошные кривые на рис. 3.10). В распределениях концентрации растворителя в пласте различия практически нет. Кривые сливаются (рис. 3.11). То же самое наблюдалось при Рb=15 МПа.
Динамика изменения температуры на забое скважины на обоих этапах воздействия на пласт и расхода закачиваемого растворителя при Рb=13 МПа; Nа0=0 и 10 кВт показана на рис. 3.12 – 3.13. Как видно из рис. 3.12, здесь также при Nа0=0 закачка нагретого в трубах скважины растворителя приводит вначале к быстрому росту температуры на забое скважины. Затем, по мере удаления нагретого вблизи забоя скважины растворителя вглубь пласта и поступления сравнительно холодного растворителя, температура на забое скважины постепенно снижается. т,с
При #а0=10 кВт также забой скважины более нагрет после 1-го этапа воздействия на пласт. После начала закачки сравнительно холодного растворителя температура на забое скважины уменьшается, но не так резко, как при Р=15 МПа. Затем через некоторое время, температура на забое скважины повышается, потом снова плавно понижается. Пунктирная кривая на рис.3.12 на втором этапе проходит выше сплошной, потому что приток холодного закачиваемого растворителя в пласт больше после акустического воздействия на 1-м этапе воздействия, и забой скважины сильнее охлаждается. При Рь=13 МПа расход gк значительно меньше, чем при Р=15 МПа, как видно из сравнения рис. 3.8 и 3.13.
Зависимость воздействия от первоначальной вязкости нефти Рассматривалась и другая ситуация, когда Рь=15 МПа, но первоначальная вязкость нефти /402=0,4 Пас, т.е. в два раза выше рассмотренных случаев. Распределения температуры, давления и концентрации закачиваемого растворителя в различные моменты времени на 2-м этапе воздействия на пласт при Nа0=0 и 10 кВт приведены на рис. 3.14 - 3.16. Т, С 130 50 r, м 4 8 12 16
Как видно из полученных рисунков, при Р=15 МПа; /J02=0,4 Па-с, как и в случае Рь=13 МПа; А02=0,2 Па-с, получается менее глубокий прогрев пласта, менее глубокое проникновение растворителя в пласт и более высокие температуры на забое скважины. Т.о., увеличение первоначальной вязкости нефти в пласте аналогично уменьшению разности давлений между забоем скважины и пластом. Об этом же свидетельствуют рисунки динамики изменения температуры на забое скважины при Рь=15 МПа; М02=0,4 Па-с (рис. 3.17). т, 0с 150 -120 90 60 t, сут 30 0 -і . 1 . 1 . 1 . 1 0 10 20 30 40 Рис. 3.17. Динамика изменения температуры на забое скважины. #э0=40 кВт; #а0=10 кВт (сплошные кривые) и =0 (пунктир); Рь=\5 МПа; А02=0,4 Па-с; ;к2=0,042 К-1.
Распределения температуры, давления и концентрации закачиваемого растворителя в различные моменты времени на 2-м этапе воздействия на пласт при Nэ0=20 кВт; Nа0=0 и 10 кВт приведены на рис. 3.18 - 3.20.
Сравнение рис. 3.18 с рис. 3.4 показывает, что при Nэ0=20 кВт температура в ПЗП заметно меньше приблизительно при той же глубине прогрева пласта. Распределения давления и концентрации закачиваемого растворителя также показывают, что при Л э 0=20 кВт получается такая же глубина проникновения растворителя в пласт, как при Л 0=40 кВт (рис. 3.5, 3.6 и рис. 3.19, 3.20).
Динамика изменения температуры на забое скважины при уменьшении мощности излучателя ЭМ волн сильно меняется (рис. 3.21). Если к тому же отключен излучатель акустических волн, температура на забое скважины значительно меньше, чем при #э0=40 кВт (рис. 3.7 и 3.21). Если излучатель акустических волн не отключен, с началом 2-го этапа воздействия температура на забое скважины ещё более резко уменьшается, чем при Л э 0=40 кВт.
Увеличение вязкости нефти сильно замедляет движение растворителя в пласт (рис. 3.24), распределение давления становится пологим (рис. 3.23). Из-за этого смесь растворителя с нефтью в пласте по мере их продвижения вглубь гораздо сильнее прогревается (рис. 3.22). Динамика изменения температуры на забое скважины при первоначальной вязкости нефти Д02=0,8 Паc становится значительно более плавной, чем при Д02=0,2 Пас (рис. 3.25 и рис. 3.21). Одновременное с ЭМ акустическое воздействие на пласт на 1-м этапе значительно снижает вязкость смеси нефти и растворителя на 2-м этапе (рис. 3.26).