Введение к работе
Актуальность работы. Эффективность принятия решений при управлении процессами разработки месторождений нефти и газа в значительной мере определяется достоверностью гидродинамических расчетов показателей разработки залежей на стадиях анализа и проектирования. Важным условием обеспечения этого является построение математических моделей фильтрации жидкостей и газа, адекватным образом описывающих свойства реальных систем нефтедобычи. При этом, в связи с расширением диапазона изменения термодинамических и геологических характеристик месторождений углеводородов и стремлением к интенсификации нефтегазодобычи, растет потребность в расширении класса рассматриваемых фильтрационных моделей.
Процессы разработки нефтегазовых месторождений связаны с движением многофазных многокомпонентных сред, которые характеризуются неравновесными и нелинейными реологическими свойствами.
Реальное поведение пластовых систем определяется сложностью реологии движущихся жидкостей и морфологического строения пористой среды, а также многообразием процессов взаимодействия между жидкостью и пористой средой.
Учет этих факторов приводит к обогащению физического содержания моделей фильтрации за счет нелинейности, неравновесности и неоднородности, присущих реальным системам. При их рассмотрении выявляются новые синергетические эффекты (потеря устойчивости с возникновением колебаний, образование упорядоченных структур и т.д.), которые подтверждаются специально поставленными экспериментами и
позволяют предложить новые методы контроля и управлення сложными природными системами.
Всё вышеизложенное определяет актуальность темы настоящей диссертационной работы, посвященной вопросам моделирования двухфазных фильтрационных течений с учетом нелинейности, неравновесности и неоднородности флюидов и пористых сред.
Цель работы: Разработка моделей, описывающих движение двухфазных реологически сложных сред и их применение для исследования влияния неравновесности и нелинейности на характеристики фильтрационных потоков.
Основные задачи исследования:
- решение обратной задачи двухфазной неравновесной фильтрации и
создание алгоритма определения неравновесных относительных фазовых
ироницаемостей по данным нестационарных исследований кернов;
экспериментальные исследования относительных фазовых проницаеместей нефти и воды на естественных кернах при различных сменяющих друг друга режимах дренирования и пропитки;
- исследование влияния гистерезиса относительных фазовых
ироницаемостей на двухфазную фильтрацию в средах с двойной
пористостью;
- моделирование фильтрации водо-нефтяной микроэмульсии;
- изучение особенностей фильтрации вязко-пластичной газированной
жидкости при локальном разгазировании нефтяных залежей:
- исследование устойчивости стационарных режимов фильтрации
газированной жидкости при давлении ниже давления насышекия в случае
немонотонной зависимости относительной фазовой проницаемости
жидкой фазы от газонасыщенности.
Методы исследования. Поставленные задачи решались путем аналитических исследований, численных расчетов на ЭВМ и проведения лабораторных экспериментов.
Достоверность научных выводов и рекомендаций проверялась: сопоставлением теоретических результатов с данными лабораторных экспериментов;
- сравнением результатов численных расчетов с аналитическими решениями.
Научная новизна. В диссертации получены следующие новые результаты.
1. Разработан алгоритм решения обратной задачи определения
неравновесных относительных фазовых проницаемостей по данным
нестационарных исследований кернов.
-
Показано, что гистерезис относительных фазовых проницаемостей нефти и воды, проявляющийся при двухфазной фильтрации в средах с двойной пористостью, приводит к возникновению релаксационных колебаний нолей давления и насыщенности.
-
Показано, что фильтрация микроэмульсий может сопровождаться возникновением колебательных режимов фильтрации, которые являются результатом совместного проявления нелинейных реологических свойств микроэмульсии и эффектов запаздывания при установлении фазовых проницаемостей.
4. Предложен и реализован численный алгоритм исследования
осесимметричной фильтрации неныотоновской газированной нефти в
условиях локального разгазирования нефтяных залежей.
5. Построена феноменологическая модель неравновесной
фильтрации газированной жидкости при проявлении немонотонной
зависимости фазовой проницаемости жидкой фазы от газонасыщенности. Показана возможность возникновения детерминированного хаоса через возникновение и разрушение квазипериодических режимов фильтрации газированной жидкости в переходных условиях.
Результаты, представленные к защите.
1. Усовершенствование моделей движения неоднородных жидкостей
с неравновесными и нелинейными свойствами в пористой среде.
-
Методика определения неравновесных относительных фазовых проницаемостей по данным нестационарных исследований кернов.
-
Математические модели автоколебаний насыщенности и давления при двухфазной фильтрации реологически сложных сред.
Научная и практическая ценность работы.
Результаты, полученные в работе, расширяют теоретические представления о неравновесных и нелинейных эффектах в процессах вытеснения нефти водой и фильтрации газированной жидкости. Они позволяют по-новому взглянуть на некоторые гидродинамические явления в пластах и расширяют возможности оптимального управления технологическими процессами добычи нефти и газа.
Алгоритмы решения обратной задачи определения неравновесных фазовых проницаемостей по данным исследования кернов вошли в стандарт предприятия ООО "ЮганскНИПИнефть", регламентирующий методы проведения лабораторных исследований фильтрационных свойств пласта.
Апробация работы. Основные результаты работы представлялись и обсуждались на:
Всесоюзном совещании - семинаре "Краевые задачи теории фильтрации" (Ровно, 1979);
Всесоюзных семинарах по численным методам решения задач фильтрации многофазной несжимаемой жидкости (Баку, 1978; Ташкент, 1980; Фрунзе 1982; Новосибирск, 1986);
- Всесоюзных семинарах по современным проблемам и
математическим методам теории фильтрации (Москва, 1984,1989);
- Международной конференции "Разработка газоконденсатних
месторождений" (Краснодар, 1990);
Международной конференции "Flow through porous media" (Москва, 1992);
- Всероссийской научной конференции "Физика конденсированного
состояния" (Стерлитамак, 1997);
- 1-ом Международном симпозиуме "Наука и технология
углеводородных дисперсных систем" (Москва, 1997);
- Семинаре Института механики УНЦ РАН под руководством
академика Р.И. Нигматулина (Уфа, 1998);
Международной конференции "Проблемы нефтегазового комплекса России" (Уфа, 1998);
- IV-ой Всероссийской школе-семинаре "Аналитические методы и
оптимизация процессов в механике жидкости и газа" (Уфа, 1998);
Международном конгрессе "Нелинейный анализ и его приложения" (Москва, 1998);
Международной конференции "Спектральная теория дифференциальных операторов и смежные вопросы" (Стерлитамак, 1998);
- European Conference on the Mathematics of Oil Recovery -ECMORVI
(Peebles, Scotland, 1998);
- 2-ой Международной конференции "Средства математического
моделирования. MATHTOOLS-99" (Санкт-Петербург, 1999);
Международном нефтегазовом конгрессе "CITOGIK-99" (УфаД999);
- Всероссийской школе-семинаре под руководством академика А.Х.
Мирзаджанзаде (Уфа, 1997-1999).
- Научном семинаре лаборатории подземной гидромеханики НИИ
математики и механики Казанского государственного университета под
руководством профессора А.В. Костерина (Казань,2000).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано более 30 работ.
Структура н объем диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы. Общий объем работы составляет 298 страниц, в том числе 91 рисунок и 8 таблиц. Список литературы содержит 380 наименований.