МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫТЕСНЕНИЯ НЕФТИ ИЗ ПОРИСТОЙ СРЕДЫ С УЧЁТОМ ПОДСЕТОЧНОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ

Автор: Евгения Игоревна Скрылёва

Соавторы: Никитин В.Ф., Манахова А.Н.

Организация: 1) Механико-математический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, 2) Федеральное государственное учреждение "Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований Российской академии наук"

В мире активно развиваются инновационные методы разработки месторождений трудноизвлекаемых углеводородов. Чтобы добыть углеводородные полезные ископаемые используют различные методы, самый распространённый из которых – заводнение. Нефть вытесняется из пористого пласта посредством менее вязкой жидкости, при этом на фронте вытеснения развивается неустойчивость Саффмана-Тейлора[1]. Моделирование таких процессов осложняется тем, что неустойчивость многомасштабна: наиболее быстро развивается мелкомасштабная неустойчивость, которая при моделировании на масштабе нефтяного месторождения оказывается подсеточной. 

В работе предлагается метод учёта подсеточной неустойчивости при моделировании процесса вытеснения на макроуровне. Суть метода заключается в том, что сначала проводится серия расчётов на мелком масштабе, затем проводится осреднение полученных результатов, на основании которых, формируются таблицы значений коэффициентов, позволяющих охарактеризовать размер зоны смешения и учесть мелкомасштабную неустойчивость при перемасштабировании. При моделировании на крупном масштабе используются уравнения с дополнительными корректирующими потоковыми членами. Предложенный метод позволяет учесть неустойчивость даже при одномерном моделировании

Предложенный метод реализован на задаче вытеснения вязкой жидкости из пористой среды с учётом химических взаимодействий между фазами, а именно, рассматривается термогазовый метод нефтедобычи[2]. Рассматривается трехфазный поток в поровом пространстве, учитываются межфазные переходы за счёт химических реакций. Скорость химической реакции зависит от площади контакта фаз, поэтому при моделировании скорости реакции также учитываются коэффициенты связанные с неустойчивостью вытеснения. Химическая реакция подразумевается экзотермической, что приводит к уменьшению вязкости углеводорода. Математическая модель для описания процесса основана на модифицированном уравнении баланса массы, уравнении баланса импульса в форме закона Дарси, уравнениях баланса энергии для неподвижного скелета и фильтрующегося флюида, капиллярное давление не учитывается. В результате проведения серии численных экспериментов показано, что процесс вытеснения протекает быстрее, если учитывать дополнительные факторы, связанные с неустойчивостью и диффузией. Показано, что как при наличии подсеточной неустойчивости, так и без нее процесс вытеснения при экзотермической химической реакции происходит значительно быстрее, что доказывает эффективность использования термогазового метода для повышения нефтеотдачи. 

Работа выполнена при поддержке РНФ (грант № 22-21-00236)

1. Smirnov N.N., Nikitin V.F., Ivashnyov O.E., Legros J.C., Vedernikov A., Scheid B., Istasse E. Instability in viscous fluids displacement from cracks and porous samples // Proc. 53-d IAF Congress, Houston – 2002 – IAC-02-J.2.02. – 11p.

2. С.Г. Вольпин, А.Р. Саитгареев, Н.Н. Смирнов, М.Н. Кравченко, Д.А. Корнаева, Н.Н. Диева. Перспективы применения волновой технологии термогазохимического воздействия для повышения нефтеотдачи пластов. // Нефтяное хозяйство. – 2014. - №1 – с.62-66