Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ путей повышения качества исследований фильтрационных потоков 13
1.1 Современное состояние исследований вытеснения нефти в режиме смешиваемости 13
1.2 Основы планирования экспериментальных исследований смешивающегося вытеснения нефти 26
1.2.1 Анализ применяемых на практике методов планирования и моделирования экспериментов 26
1.2.2 Физическое моделирование процессов 33
1.2.3 Математическое моделирование процессов 45
1.2.4 Моделирование сложных процессов 51
1.2.5 Планирование, управление и оптимизация исследуемых процессов 57
1.2.6 Управление проектированием программного обеспечения цифровой обработки оптических изображений 69
Выводы 86
Глава 2 Теоретическое и экспериментальное исследования смешиваемости жидких и газообразных углеводородов в физических моделях пористых сред продуктивного пласта нефтяного месторождения 88
2.1 Методика планирования и оптимизации исследований путем использования процессного подхода 88
2.2 Анализ физико-химических явлений на контакте жидких и газообразных углеводородов 93
2.2.1 Фазовые превращения в пластовых условиях 109
2.2.2 Поверхностное натяжение на мениске между различными фазами 116
2.2.3 Аналитическое исследование физико-химических параметров переходной зоны 120
2.3 Теоретическое изучение механизма образования переходной зоны: испарение компонентов нефти в газовую фазу 129
2.4 Экспериментальное изучение механизма образования переходной зоны 133
2.4.1 Влияние давления в системе и продолжительности контакта углеводородных фаз на динамику образования переходной зоны 136
2.4.2 Определение давления смешиваемости жидких и газообразных углеводородов на капиллярной установке 143
2.4.3 Разрушение водонефтяной эмульсии на контакте газа с эмульгированной нефтью 147
Выводы 151
Глава 3 Методы улучшения качества обработки результатов экспериментальных исследований в модели единичной поры пласта 155
3.1 Программа 3D Image для построения и статистической обработки трехмерных изображений 155
3.2 Метрологическое обоснование выбранных методик обработки изображения результатов экспериментальных исследований 169
3.3 Статистическая обработка трехмерных изображений экспериментальных исследований фазовых переходов в переходной зоне 181
3.3.1 Процесс диффузии компонентов жидкой фазы в газовую 181
3.3.2 Процесс диффузии компонентов газовой фазы нефти в жидкую 188
3.3.3 Процесс конденсации компонентов газовой фазы нефти в жидкую 192
3.3.4 Процесс диффузии конденсированных компонентов газовой фазы нефти в жидкую 196
3.3.5 Процесс довытеснения нефти сухим газом за счет испарения нефтяных компонентов в вытесняющий газ при давлении насыщения нефти 199
3.3.6 Процесс регулирования ретроградных явлений в пластовых условиях 205
3.3.7 Процесс образования кластеров при вытеснении пластовой нефти углеводородным газом 214
Выводы 222
Глава 4 Экспериментальные исследования факторов, влияющих на эффективность вытеснения нефти смешивающейся фазой 223
4.1 Моделирование процесса вытеснения нефти взаиморастворимым газом 223
4.2 Экспериментальная модель нефтенасыщенной пористой среды 226
4.3 Методика расчета коэффициента диффузии жидких и газообразных углеводородов при осуществлении вытеснения нефти газом 229
4.4 Экспериментальное исследование эффективности вытеснения нефти углеводородными газами в условиях их полной взаиморастворимости 233
4.4.1 Влияние временной задержки вытеснения на установление равновесия в гетерогенных превращениях 233
4.4.2 Влияние давления и концентрации промежуточных компонентов в газе на характеристики вытеснения с учетом характера проявления микропроцессов в пористой среде 237
4.4.3 Исследование влияния неоднородности пористой среды на характеристики вытеснения нефти в смешивающемся режиме 241
4.4.4 Влияние группового состава углеводородных фаз на интенсивность процесса 251
Выводы 264
Глава 5 Экспериментальные исследования режима смешивающегося вытеснения применительно к Туймазинскому нефтяному месторождению 266
5.1 Определение давления смешиваемости нефти Туймазинского месторождения и углеводородных газов 266
5.2 Расчет некоторых технологических показателей процесса вытеснения нефти углеводородными газами применительно к Туймазинскому нефтяному месторождению 267
5.3 Экспериментальное исследование микропроцессов на капиллярной модели двухслойной пористой среды 269
5.4 Вытеснение туймазинской нефти оторочкой конденсата с последующим проталкиванием сухим газом 272
Выводы 273
Глава 6 Способы освоения трудноизвлекаемых запасов в режиме смешивающегося вытеснения нефти из горных пород ... 277
6.1 Способ разработки нефтяных и нефтегазовых залежей путем подбора группового состава вытесняющего агента 280
6.2 Способ разработки нефтяных и нефтегазовых залежей с подстилающей водой путем закупорки водонефтяного контакта 282
6.3 Повышение эффективности разработки нефтяных и нефтегазовых залежей за счет разрушения водонефтяных эмульсий в пористой среде 285
6.4 Способ разработки неоднородных коллекторов, представленных чередующимися песчаными и глинистыми пропластками 287
6.5 Способ контроля за подходом и продвижением переходной зоны по контролируемому участку 291
Выводы 292
Заключение 296
Библиографический список 305
Приложения 326
- Современное состояние исследований вытеснения нефти в режиме смешиваемости
- Методика планирования и оптимизации исследований путем использования процессного подхода
- Программа 3D Image для построения и статистической обработки трехмерных изображений
- Моделирование процесса вытеснения нефти взаиморастворимым газом
Введение к работе
В диссертационной работе поставлена актуальная научная задача, состоящая в совершенствовании фундаментальных исследований и создании новых научно-технических решений, направленных на интенсификацию добычи нефти и увеличение коэффициента нефтевытеснения объектов с трудноизвлекаемыми запасами. Диссертация посвящена исследованию и разработке научных основ и способов регулирования нефтеизвлечения запасов путем уточнения механизма взаимодействия вытесняемого и вытесняющего агентов.
Исследуемая в представленной работе проблема в какой-то мере решает остро стоящий перед мировым сообществом вопрос обеспечения энергоресурсами в связи с тем, что сегодня имеет место тенденция ухудшения структуры запасов нефти и в балансе увеличивается доля трудноизвлекаемых.
В настоящее время, когда открытие новых крупных нефтяных месторождений связано с возрастающими затратами, а многие разрабатываемые нефтяные месторождения истощены, вопросы повышения нефтеотдачи продуктивных пород приобретают особо важное значение. С учетом того, что немалая часть нефтяных месторождений Российской Федерации характеризуется низкой проницаемостью, неоднородностью и глинистостью коллекторов, актуальным является детальное изучение одного из наиболее эффективных способов освоения трудноизвлекаемых запасов -смешивающегося вытеснения нефти углеводородным газом, основанного на взаиморастворимости вытесняемого и вытесняющего агентов.
Как известно, наиболее эффективное извлечение нефти, газа и конденсата из горных пород достигается при смешивающемся вытеснении с помощью растворителей. Однако такие растворители очень дороги и их ресурсы весьма ограничены. Поэтому автор настоящей работы обратился к углеводородным газам как к агентам растворения и вытеснения нефти из горных пород.
При этом возникают сложные процессы фильтрации с фазовыми переходами и растворением компонентов в различных фазах. Поскольку к настоящему времени они изучены недостаточно, построение математических и физических моделей имеет важное значение для развития теории многофазных многокомпонентных течений в нефтенасыщенных пористых средах.
Опытно-промышленное применение смешивающегося вытеснения в условиях ряда месторождений Российской Федерации, таких, как Озек-Суат Ставропольского края, Гойт-Корт Чеченской Республики, Ключевское Краснодарского края, Озеркинское и Грачевское Башкортостана, Миннибаевское Татарстана и др., а также в зарубежных залежах - Блок-31 (США), Хасси-Мессауд (Алжир), Бразо-Ривер (Канада) и др., подтверждает большую эффективность метода [1,9 -12,35,36,41,61].
Многие вопросы, связанные с использованием этого метода при разработке нефтяных месторождений, поставлены и решены в теоретических и экспериментальных работах отечественных и зарубежных ученых [17,18,25-32,46-60,62-68]. В работах [14,15,33] изучено влияние состава жидких углеводородов на взаиморастворимость их с метаном. Изучению отдельных аспектов физико-химического анализа различных нефтей, газов и их смесей посвящены работы ряда авторов [3,6,20-24,37,44,45]. В результате анализа большого объема, как собственных исследований, так и работ других авторов в [38] предлагают более обобщенную зависимость коэффициента перемешивания от концентрации вытесняющего агента в смеси по длине переходной зоны. Наиболее изученным является данный аспект для темпов разработки месторождений, когда молекулярная диффузия пренебрежимо мала [11]. Одним из определяющих параметров условий полной смешиваемости при вытеснении нефти газом является давление их смешиваемости. Вопросу определения давления смешиваемости многокомпонентных углеводородных систем посвящен ряд работ [4,5]. Однако они являются полуэмпирическими с малым
диапазоном изменения параметров или экспериментальными, но сложными и трудоемкими.
В настоящее время при исследовании вытеснения нефти газом требуется одновременное определение достаточно большого количества физико-химических параметров для изучения формирования переходной зоны в каждом конкретном случае.
В связи с возрастающей ролью в увеличении нефтеотдачи пластов пленочной нефти представляет интерес более детальное изучение механизма вытеснения остаточной пленочной нефти.
Известно, что необходимым условием разработки нефтяных месторождений в режиме смешивающегося вытеснения является снижение влияния капиллярных сил на контакте вытесняемого и вытесняющего флюидов. Однако это условие не является достаточным. Поиск путей совершенствования процесса смешивающегося вытеснения нефти требует более систематического изучения механизма образования переходной зоны, образующейся на фронте вытеснения нефти смешивающейся фазой, с использованием широкого набора самых современных инструментальных методов.
Работа выполнялась в рамках Целевой комплексной научно-технической программы АН Республики Башкортостан (РБ) «Познание, освоение и сбережение недр Республики Башкортостан» на 1994 - 1995 годы; государственных научно-технических программ АН РБ №16/4 «Нефть и газ Башкортостана» на 1996 - 1998 годы и «Топливно-энергетический комплекс РБ. Стабилизация. Развитие» на 1999 - 2002 годы, Правительственной Программы Республики Башкортостан «Интенсификация нефтегазоизвлечения трудноизвлекаемых запасов углеводородов, разработка и внедрение обновленных технологий и технических средств в нефтегазовых отраслях» на 2006 - 2008 годы.
Цель настоящей работы - исследование и разработка научных основ и технологий освоения трудноизвлекаемых запасов нефти в режиме
смешивающегося вытеснения путем уточнения механизма взаимодействия вытесняемого и вытесняющего агентов.
Диссертационная работа направлена на создание научных основ эффективных систем разработки нефтяных и газовых месторождений.
Предмет исследования - смешивающееся вытеснение нефти углеводородными газами.
Формулировка научной проблемы
Совершенствование фундаментальных исследований по уточнению механизма взаимодействия вытесняемого и вытесняющего агентов при смешивающемся режиме для разработки научных основ и способов освоения трудноизвлекаемых запасов нефти.
Направления исследований
Теоретические и экспериментальные исследования физико-химических явлений на контакте жидких и газообразных углеводородов в различных условиях эксплуатации месторождений.
Разработка способов и средств исследования явлений на границе раздела жидких и газообразных углеводородов.
Уточнение механизма образования переходной зоны взаимодействия жидких и газообразных углеводородов в пористой среде.
Выявление факторов, влияющих на эффективность процесса вытеснения нефти в смешивающемся режиме.
Разработка методов определения основных параметров процесса смешивающегося вытеснения нефти.
Разработка новых эффективных способов освоения трудноизвлекаемых запасов в режиме смешивающегося вытеснения.
Предполагаемые методы исследования
Решение поставленных задач осуществлялось путем теоретических и экспериментальных исследований разработки нефтяных и нефтегазовых месторождений в режиме смешивающегося вытеснения нефти на
математических и физических моделях нефтяного пласта. Для повышения качества обработки результатов экспериментальных исследований на модели единичной поры пласта использовалась технология цифровой обработки оптических изображений зоны контакта между фазами.
Аннотация диссертационной работы по главам
В первой главе диссертационной работы приведены анализ современного состояния исследований вытеснения нефти в режиме смешиваемости и основы планирования экспериментальных исследований для разработки научных основ и способов освоения трудноизвлекаемых запасов.
Вторая глава посвящена анализу физико-химических явлений на контакте жидких и газообразных углеводородов, разработке математической модели процесса довытеснения нефти углеводородным газом за счет испарения компонентов нефти в газообразную фазу, а также результатам экспериментального изучения механизма образования переходной зоны. Путем сопоставления теоретических исследований, аналитических расчетов и результатов экспериментов подтверждается достоверность выводов о механизме образования переходной зоны при смешивающемся вытеснении.
В третьей главе рассмотрена технология компьютерной микроскопии для обработки экспериментальных оптических изображений, полученных на капиллярной установке, поставлена и решена задача создания новых или использования известных методов цифровой обработки оптических изображений.
В четвертой главе с учетом выявленных на капиллярной модели особенностей и закономерностей исследования проводили на физических моделях пласта с соблюдением всех критериев моделирования, использованием кернового материала для воспроизведения свойств породы нефтяного месторождения, применением пластовой нефти и реального вытесняющего агента.
В пятой главе впервые комплексно изучен и рассмотрен режим смешивающегося вытеснения применительно к конкретному нефтяному месторождению.
В шестой главе на основе комплексных теоретических и экспериментальных исследований, изложенных в данной работе, предложены новые способы освоения трудноизвлекаемых запасов нефти в режиме смешивающегося вытеснения с учетом литологических особенностей и предыстории выработки каждого пропластка и способ контроля за подходом и продвижением переходной зоны по контролируемому участку.
В заключении работы приведена общая характеристика работы и основные выводы по результатам исследований.
На защиту выносятся
Создание методики и экспериментальной установки визуального наблюдения и исследования процессов вытеснения нефти различными агентами на физической модели единичной поры нефтенасыщенного пласта.
Технология компьютерной микроскопии для обработки результатов экспериментальных исследований механизма и установления закономерностей образования переходной зоны при смешивающемся вытеснении нефти.
Экспресс-метод определения давления смешиваемости жидких и газообразных углеводородов на капиллярной установке, моделирующей единичную пору пласта.
Методика расчета коэффициента диффузии жидких и газообразных углеводородов в процессе вытеснения с использованием детерминированных моментов.
Решение задачи молекулярной диффузии жидкой фазы углеводородов в газообразную в области скоростей с преобладающей ролью в механизме перемешивания молекулярной диффузии.
6. Установленные на физических моделях пористых сред основные
особенности и закономерности смешивающегося вытеснения нефти газом для
широкого класса жидких и газообразных углеводородов применительно к конкретным нефтяным месторождениям.
Способ контроля за процессом смешивающегося вытеснения нефти газом высокого давления по продвижению переходной зоны в контролируемом участке.
Новые технологии освоения трудноизвлекаемых запасов нефти в режиме смешивающегося вытеснения, разработанные на основе комплексных теоретических и экспериментальных исследований автора.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту академику АН РБ, проф. Р.Н. Гимаеву, член-корр. АН РБ, академику РАЕН, проф. Г.А. Халикову, член-корр. РАН, академику АН РБ, проф. М.А. Ильгамову, проф. С.С.Гоцу за плодотворные идеи, внимание и поддержку в процессе работы над диссертацией.
Автор благодарит соавторов совместных работ и коллег за плодотворное сотрудничество и внимание к работе.
Современное состояние исследований вытеснения нефти в режиме смешиваемости
Опыт разработки систем управления качеством продукции нефтяной и газовой промышленности показал, что в направлениях деятельности отрасли основной упор необходимо делать на управление качеством процессов. Стандартизация типовых технологических процессов способствует повышению качества и эффективности их осуществления.
В настоящее время, когда открытие новых крупных нефтяных месторождений связано с возрастающими трудностями, а многие разрабатываемые нефтяные месторождения истощены, вопросы повышения нефтеотдачи продуктивных пород приобретают особо важное значение. С учетом того, что немалая часть нефтяных месторождений Российской Федерации характеризуется низкой проницаемостью, неоднородностью и глинистостью коллекторов, актуальным является детальное изучение одного из наиболее эффективных способов разработки подобных месторождений -способа вытеснения нефти сжатым углеводородным газом, основанного на полной взаиморастворимости вытесняемого и вытесняющего агентов [1].
Как известно, наиболее эффективное извлечение нефти, газа и конденсата из горных пород достигается при смешивающемся вытеснении с помощью растворителей. Однако такие растворители очень дороги и весьма ограничены. Поэтому в настоящей работе мы обратились к углеводородным газам как к агентам растворения и вытеснения нефти из горных пород.
Опытно-промышленное применение смешивающегося вытеснения в условиях ряда месторождений Российской Федерации, таких, как Озек-Суат Ставропольского края, Гойт-Корт Чеченской Республики, Ключевское Краснодарского края, Озеркинское и Грачевское Башкортостана, Минибаевское
Татарстана и др., а также в зарубежных залежах - Блок-31 (США), Хасси-Мессауд (Алжир), Бразо-Ривер (Канада) и другие, подтверждает большую эффективность метода.
Многие вопросы, связанные с использованием этого метода при разработке нефтяных месторождений, поставлены и решены в теоретических и экспериментальных работах отечественных и зарубежных ученых. Наиболее значительный вклад внесли: И.И.Абызбаев, Р.Х.Алмаев, В.Е.Андреев, Р.Г.Абдулмазитов, Р.А.Багов, К.С.Басниев, A.L.Benham, R.J.Blackwell, А.А.Боксерман, О.И.Буторин, Г.Г.Вахитов, А.С.Великовский, Р.Н.Гимаев, В.К.Горбанец, А.Т.Горбунов, Н.М.Дегтярев, Р.Н.Дияшев, Ю.В.Желтов, Ю.П.Желтов, В.И.Забродин, С.Н.Закиров, С.Л.Закс, Ю.А.Котенев, H.A.Koch, В.И.Кудинов, С.А.Кундин, Е.В.Лозин, И.Л.Мархасин, В.И.Мархасин, А.Х.Мирзаджанзаде, М.И.Миркин, Э.Д.Мухарский, Р.И.Нигматуллин, В.Н.Николаевский, Р.Я.Нугаев, В.Г.Оганджанянц, Г.Н.Пияков, Н.Л.Раковский, А.Г.Резванов, М.Д.Розенберг, Х.Ш.Сабиров, М.М.Саттаров, R.L.Slobod, Э.В.Соколовский, Г.С.Степанова, М.Л.Сургучев, А.Г.Телин, В.И.Терзи, М.А.Токарев, Р.Н.Фахретдинов, К.М.Федоров, Р.Х.Хазипов, Н.Ш.Хайрединов, Г.А.Халиков, Э.М.Халимов, Н.И.Хисамутдинов, Д.М.Шейх-Али, В.Н.Щелкачев, Э.М.Юлбарисов и др.
Известно, что необходимым условием разработки нефтяных месторождений в режиме смешивающегося вытеснения является устранение влияния капиллярных сил на контакте вытесняемого и вытесняющего флюидов. Однако это условие не является достаточным. Поиск путей совершенствования процесса смешивающегося вытеснения нефти требует более систематического изучения механизма образования переходной зоны, образующейся на фронте вытеснения нефти смешивающейся фазой, с использованием широкого набора самых современных инструментальных методов [2].
Механизм процесса перемешивания взаиморастворимых фаз в пористой среде описывается уравнением конвективной диффузии. Наиболее изученным является данный аспект для установления оптимальных темпов разработки месторождений, когда молекулярная диффузия пренебрежимо мала. В связи с возрастающей ролью в увеличении нефтеотдачи пластов пленочной нефти представляет интерес определение коэффициента молекулярной диффузии [3]. В настоящей работе поставлена цель решить задачи молекулярной диффузии жидкой фазы в газовую и конденсации газовой фазы в жидкую.
Значительное внимание намечено уделить изучению процессов, происходящих на контакте жидких и газообразных углеводородов в единичной поре пласта.
Определяющим параметром условий полной смешиваемости при вытеснении нефти газом является давление их смешиваемости. Вопросу определения давления смешиваемости многокомпонентных углеводородных систем посвящен ряд работ [4-6]. Однако они являются полуэмпирическими с малым диапазоном изменения параметров или экспериментальными, но сложными и трудоемкими. В настоящей работе поставлена задача разработать новый экспресс-метод определения давления смешиваемости жидких и газообразных углеводородов при пластовых условиях на капиллярной установке.
Для составления технологической схемы разработки залежи, кроме давления смешиваемости пластовой нефти и нагнетаемого газа, необходимо определение эффективности процесса вытеснения нефти газом при давлении смешиваемости и значения коэффициента диффузии нагнетаемого агента, которое, как правило, рассчитывается по результатам распределения концентрации газа на выходе из модели пласта [7-9].
Методика планирования и оптимизации исследований путем использования процессного подхода
Одним из решающих моментов в оптимизации экспериментальных исследований смешивающегося вытеснения является физическое и математическое моделирование явлений [72], происходящих в переходной зоне между вытесняемым и вытесняющим агентами. На рисунке 2.1 приводится алгоритм комплексного исследования геолого-физических условий залежей до выбора способа разработки месторождения.
К смешивающемуся вытеснению относятся процессы, при которых создаются критические условия между нефтью и вытесняющим агентом. Обычно процессы характеризуются закачкой одного из следующих агентов: сухого углеводородного газа под высоким давлением, обогащенного углеводородного газа, жидкого растворителя, СОг, азота или их смесей. Из вышеперечисленных агентов в работе рассматриваются процессы смешивающегося вытеснения нефти сухим углеводородным газом под высоким давлением, обогащенным углеводородным газом или жидкими углеводородными растворителями.
Для оптимизации экспериментальных исследований необходимо использовать процессный подход (рис.2.2), в котором пространство отклика является функцией входных параметров процесса [100].
Предварительная оценка качества экспериментальных исследований показывает распределение конкретных свойств по нескольким уровням в иерархическом древе. Комплексная оценка качества экспериментальных исследований применительно к нефтяным залежам, как показано на рисунке 2.3, разделяется на 2 этапа: оценка простых свойств - первый этап и оценка сложных свойств - второй этап.
В связи с тем, что основным требованием при организации эксперимента является минимизация времени и числа испытаний при сохранении требуемой достоверности результатов, на предварительном этапе отсеивающих исследований в первой главе путем изучения современного состояния смешивающегося вытеснения и в соответствии с причинно-следственной диаграммой и алгоритмом процесса планирования, организации и управления исследованиями выявлены и исследованы следующие факторы: ji - вязкость вытесняемого(-ющего) агентов к - проницаемость пористой среды т - пористость р - структурный коэффициент д - толщина пленочной нефти Do- коэффициент молекулярной диффузии V- скорость движения агентов р - плотность вытесняемого(-ющего) агентов о - поверхностное натяжение Рсм - давление смешиваемости в - угол смачивания породы / - размер переходной зоны / - время.
Исследованы процессы, описывающие функции зависимости Рем =f(d, к, т, ср), 0 =у(//, Р, t, состав нефти, природа нефти, состав газа), /=Ди, Р, t, состав нефти, природа нефти, состав газа), S=J{p, Р, t, состав нефти, природа нефти, состав газа), также рассматриваются зависимости результатов планирования и исследований от: - критериев продольного перемешивания агентов; - критериев поперечного перемешивания агентов; - параметра продольного рассеивания; - параметра поперечного рассеивания; - содержания асфальто-смолистых веществ в нефти; - содержание водо-нефтяной эмульсии.
Таким образом, на примере использования процессного подхода в экспериментальных исследованиях смешивающегося вытеснения нефти показали методику планирования и оптимизации исследований МУН и комплексную оценку качества экспериментов.
Программа 3D Image для построения и статистической обработки трехмерных изображений
Оптическое изображение процессов взаимодействия нефти и различных агентов в капиллярах, получаемое с помощью оптической микроскопии и цифровой фото-киносъемки, как правило, не отличается высоким качеством и высокой контрастностью. В связи с этим возникает задача создания новых или использования известных методов цифровой обработки оптических изображений.
Совместно с коллегами в Башгосуниверситете разработана программа 3D Image, предназначенная для построения и обработки трехмерных изображений, получаемых, в свою очередь, на основе цветных двумерных изображений, снятых через оптический микроскоп на капиллярной установке. В качестве первичной информации используются двумерные цветные графические изображения, представленные в виде файлов точечного формата bmp. Первичное двумерное изображение трансформируется в трехмерное следующим образом. Две координаты и количественная информация о яркости (о коэффициенте отражения) цветовых компонент каждого пикселя первичного двумерного изображения определяют три координаты соответствующего четырехугольного элемента вторичного трехмерного изображения. Первичная информация может быть получена с помощью цифровых фотоаппаратов, видеокамер, сканеров. В данной монографии первичное изображение снималась через аналоговую видеокамеру с последующим преобразованием телевизионного изображения в цифровую форму через специальную компьютерную видеокарту. Применение разработанной программы 3D Image позволило существенно улучшить детализацию и структуризацию отдельных фрагментов первичного изображения.
При разработке методики цифровой обработки изображений нами было учтено то обстоятельство, что при кодировании первичной информации о яркости и цвете каждого пикселя используется стандартное разложение на три цветовые компоненты: красную, зеленую и синюю. Для кодирования уровня каждой из трех основных цветовых компонент используется 8-битный двоичный код. Таким образом, для полного кодирования цвета и яркости каждого пикселя изображения используется 24-битный код. Особенностью разработанной нами методики обработки изображений является возможность как совместной, так и независимой обработки основных цветовых компонент первичного изображения [82,84,112,113].
Цель адаптирования и использования в данной работе программы 3D Image - количественная обработка результатов экспериментальных исследований: цветных оптических изображений границы между жидкостью и газом [114,115].
Для достижения поставленной цели нами решались следующие задачи: - обработка результатов экспериментальных исследований в модели единичной поры пласта с использованием различных статистических, спектральных и корреляционных методов; - использование программы 3D Image для обработки экспериментальных цифровых изображений и, конкретно, изображений в оптической микроскопии; - автоматизация обработки результатов экспериментальных исследований.
В программе 3D Image первичное двумерное изображение трансформируется в трехмерное следующим образом (рис. 3.1). Две координаты и количественная информация о яркости цветовых компонент каждого пикселя первичного двумерного изображения определяют три координаты соответствующего четырехугольного элемента (полигона) вторичного трехмерного изображения. Первичная информация может быть получена с помощью цифровых фотоаппаратов, видеокамер, сканеров. Применение данной программы позволяет существенно улучшить детализацию и структуризацию отдельных фрагментов первичного изображения.
При кодировании первичной информации о яркости и цвете каждого пикселя используется стандартное разложение на три цветовые компоненты: красную, зеленую и синюю. Для кодирования уровня каждой из трех основных цветовых компонент используется 8-битный двоичный код. Таким образом, для полного кодирования цвета и яркости каждого пикселя изображения используется 24-битный код. Особенностью данной программы является возможность как совместной, так и независимой обработки основных цветовых компонент первичного изображения.
Моделирование процесса вытеснения нефти взаиморастворимым газом
Разработка и использование новых методов повышения нефтегазоотдачи требуют более детального изучения и глубокого проникновения в механизмы процесса вытеснения нефти теми или иными агентами в различных геолого -физических условиях. Использование физического моделирования позволяет достигнуть не только точности результата для переноса в натуру, но и раскрыть качественную картину механизма вытеснения [124].
При исследовании фильтрации взаиморастворимых жидкостей и газа сталкиваются с необходимостью постановки сложных экспериментов для изучения физико-химических явлений, происходящих в пористой среде. Применение теории подобия позволяет существенно упростить исследования и освобождает от значительных технических трудностей. Отклонение от теории подобия может привести к противоречивости и несопоставимости ряда результатов, получаемых при исследовании процессов вытеснения нефти смешивающимися агентами.
В то же время полное моделирование процесса фильтрации взаиморастворимых жидкостей и газов зачастую невозможно в связи с трудностью и сложностью исследований. Поэтому при постановке исследований требуется определить те критерии подобия, соблюдение которых обязательно, и те, несоблюдение которых существенно не влияет на течение процесса.
Условия подобия вытеснения нефти взаиморастворимыми агентами могут быть получены из системы дифференциальных уравнений и граничных условий, описывающих процесс в пористой среде и методом анализа размерностей. Принципы моделирования достаточно хорошо разработаны и описаны в теории подобия и размерностей [13,124]. Применительно к способам разработки нефтяных залежей они описаны в работах [81, 124]. В [125-127] приводятся и анализируются математические модели смешивающегося вытеснения нефти, которые могли бы выявить основные критерии моделирования течения взаиморастворимых агентов.
Из критериев подобия, полученных Д.А.Эфросом для общего случая движения водо-газо-нефтяной системы с учетом фильтрации жидкостей и газов в пористой среде, течения жидкостей и газов в единичной поре пласта, капиллярных явлений, проявляющихся на границах жидкостей и газов, а также диффузии между различными фазами, выпишем те, которые на наш взгляд реализуют приближенное гидродинамическое подобие смешивающегося вытеснения нефти на горизонтальных моделях пласта углеводородными газами:
Кроме того, добавим полученные Д.А.Эфросом же равенства соответствующих безразмерных характеристик S(P)M=S(P)H, Z(P)M= Z(P)H (4.6) (Мі Ми)м=( Ми)н (4-7) (Pr/pihr(PrJpihh (4-8) где S(P) - насыщенность; Z(P) - коэффициент сверхсжимаемости газа; //-вязкость агента; р - плотность агента.
В работах [127, 128] отмечается необходимость обращения внимания в исследованиях на поперечную диффузию, так как даже незначительное перемешивание в поперечном направлении может существенно повлиять на результаты экспериментов на модели, потому что в реальных условиях молекулярная диффузия играет существенную роль.
В работах [31, 58, 129] авторы исследовали влияние неоднородности пласта по проницаемости на процесс вытеснения нефти смешивающейся фазой и сделали заключение, что проницаемость не влияет на конечные показатели смешивающегося вытеснения. Поэтому большинство экспериментальных исследований проведено на насыпных моделях пористой среды с использованием песка широкой фракции.
Обычно при вытеснении нефти при смешивающемся режиме не обращали внимания на критерий пс. Однако, как показали результаты изучения механизма процесса в модели единичной поры пласта, до достижения условий полной смешиваемости, т.е. до исчезновения мениска на границе смешивающихся фаз, величина поверхностного натяжения между контактируемыми фазами имеет существенное влияние на течение процесса.
Как отмечено в [31], результаты, полученные на коротких моделях, дают заниженные значения коэффициента нефтевытеснения и увеличенные значения объема закачки, необходимого для полного вытеснения. С учетом высказанных в данных работах замечаний исследования процессов смешивающегося вытеснения проведены на длинных моделях пористой среды, длиной 9.7 м. Для реализации приближенного гидродинамического моделирования в наших исследованиях выполнялись условия (4.1) - (4.3), (4.5).
