Введение к работе
Актуальность проблемы. Моделирование стационарных режимов в гидродинамике реофизически сложных сред базируется на феноменологических теориях неныотоновских жидкостей и вязкоупру-гости, основы которых были заложены в исследованиях Г. Генки, Больцмана, Г.В. Виноградова, Вольтерра, А.А. Ильюшина, 10.Н. Ра-ботнова, П.А. Ребиндера, Е.С. Bingham, J.M. Burgers, II. Green, J. Maxwell, Т. Schwedoff, B.M. Ентова, М.Г. Бернадинера, Ю.М. Моло-ковича, Э.В. Скворцова, А.Х. Мирзаджанзаде, В.В. Девликамова, З.А. Хабибуллина, К.С. Басниева, И.Н. Кочиной и др. В Ііастоящее время, в связи с интенсификацией многих технологических процессов, потребности науки возросли настолько, что стало актуальным построение моделей, которые уточняли бы те или иные феноменологические законы, и выявляли бы внутренние механизмы и характерные особенности поведения реологически сложных систем.
Повышение эффективности разработки и эксплуатации нефтяных и нефтегазовых месторождений связано с расширением и углублением представлений о свойствах таких систем, с особенностями их фильтрации в продуктивных пластах, с изучением физико-химических процессов, сопровождающих движение нефтяных и нефтегазовых систем в пористых средах. Наличие начального градиента давления при фильтрации нефти существенно влияет на поля давления, температуры, и, наконец, на нефтегазоотдачу.
Поэтому непосредственный интерес представляют изучение проявления начального градиента давления в различных условиях и количественная оценка его влияния на поля давления и температуры. Построение математических моделей и получение аналитических решений может способствовать лучшему пониманию исследуемых процессов и на их основе более качественному осуществлению контроля за состоянием пласта.
Физические процессы в пористых средах с аномальными жидкостями отличаются высокой сложностью. В настоящее время хорошо разработана гидродинамика аномальных жидкостей, однако вопросы термодинамики практически не рассматривались, например, не получены уравнения термодинамики. Это привело к тому, что в ходе выполнения работы потребовалось уточнить уравнение, описывающее распределение температуры в пласте; произвести расчеты пространственно-временных распределений полей температуры; создать методические основы определения начального градиента сдвига на основе измерения температуры, выяснить новые возможности тсхнологиче-
ского использования температурных полей в аномальных жидкостях.
Цель работы. Исследование температурных полей при фильт рации аномальных жидкостей на базе простейших моделей и изуче ние возможности практического использования температурных эф фектов в аномальных жидкостях.
Основные задачи. Анализ основных уравнений сплошной средь для неньютоновской жидкости и получение на этой основе уточнен ного уравнения энергии; теоретическое исследование аналитически? решений при стационарной и нестационарной фильтрации жидкости построение конечно-разностных схем для уравнения термодинамик! аномальной жидкости; проведение расчетов пространственно временных распределений температуры; создание методических ос нов определения начального градиента сдвига на основе измерение температуры, практическое определение начального градиента сдвиге нефти в пластах новым способом по результатам измерения температуры, изучение возможности повышения температуры призабойно? зоны за счет колебательного движения жидкости.
Научная новизна. В настоящее время хорошо разработана гидродинамика аномальных жидкостей, однако вопросы термодинамикг практически не рассматривались. В работе впервые осуществлен* постановка новых задач на основе уточненного уравнения термодинамики для вязкопластичнои жидкости. Рассчитаны распределепш температур при заданных полях давления и скоростей в пластах впервые исследован баротермнческий эффект для простейших случаев движения аномальных жидкостей, созданы теоретические основь нового способа воздействия на призабойную зону пластов с различающимися коллекторскими свойствами, насыщенных аномальным! нефтями. На основе разработанной теории создан и впервые реализован термодинамический метод определения начального градиенте давления пластовой нефти.
Практическая ценность. Для различных геометрий теченш аномальных жидкостей, изучены температурные поля которые имеют большое значение для практической разработки нефтяных месторождений и решения некоторых геолого-геофизических и технологических задач. Представленный новый способ определения начального градиента давления имеет важное значение для создания оптимального режима эксплуатации пластов на нефтяных месторождениях с высокой вязкостью. Есть основания полагать, что этот способ найдет широкое применение в промысловой геофизике. Созданная теория может быть использована для совершенствования методики очисткг
фильтров в магистральных нефтепроводах.
Достоверность полученных результатов подтверждается использованием апробированных исходных моделей, в основу которых положены хорошо исследованные законы сохранения, согласованием с современными физическими представлениями, удовлетворительным сопоставлением численных результатов расчетов на основе предложенных в работе моделей с результатами других исследователей, согласованием в предельных ситуациях новых уравнений и формул с ранее известными.
На защиту выносятся:
-
Аналитические решения задач для температурных полей в аномальных жидкостях на основе уточненного уравнения энергии для случаев линейного, цилиндрического и сферического течений в стационарных и нестационарных полях давления и новые конечно-разностные программы расчетов термогидродинамических полей.
-
Оценка вклада начального градиента сдвига в температурные поля при различных дебитах и геометриях течения.
-
Теоретическое обоснование нового способа воздействия на природные пласты с аномальными нефтямн и новый термодинамический способ определения начального градиента сдвига и его практическая реализация.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на 1-й научной конференции молодых ученых-физиков Республики Башкортостан (г. Уфа, 1994 г.); на межвузовской научно-практической конференции, посвященной 40-летию Салаватского филиала Уфимского государственного нефтяного технического университета "Совершенствование образования и использование научного потенциала вузов для науки и производства" (г. Салават, 1996 г.); на межвузовской научно-практической конференции "Экономический рост: проблемы развития науки, техники, и совершенствования производства" (г. Стерлитамак, 1996 г.); на Всероссийской научной конференции "Физика конденсированного состояния" (г. Стерлитамак, 1997 г.); на II Уральской региональной межвузовской научно-практической конференции "Проблемы физико-математического образования в педагогических вузах России на современном этапе" (г. Уфа, 1997 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 научных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, содержит 123 страницы машинописного текста, в том числе 2 таблицы и 23 рисунка, список литературы включает 150 названий.