Влияние химических взаимодействий на неустойчивость вытеснения вязких жидкостей из пористой средыНИР

Effects of chemical transformations on the unstable displacement of viscous fluids from porou medium

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 13 апреля 2017 г.-31 декабря 2017 г. Влияние химических взаимодействий на неустойчивость вытеснения вязких жидкостей из пористой среды (этап 1, 2017 год)
Результаты этапа: Проектом предусмотрено проведение фундаментальных исследований влияния химических взаимодействий вытесняемой и вытесняющей жидкостей, а также вытесняющей жидкости и пористого скелета на особенности вытеснения вязких жидкостей из пористой среды. Проведены теоретические исследования неустойчивости вытеснения, разработаны математические модели внутрипластового горения при нагнетании окислителя в нефтенасыщенную пористую среду, разработаны модели вытеснения при условии растворения скелета вытесняющей средой, а также проведены вычислительные эксперименты. Исследования проводятся в следующих основных направлениях: 1) анализ устойчивости поверхности раздела жидкостей различной вязкости в пористой среде при фронтальном вытеснении и тангенциальном вымывании, исследованы условия возникновения неустойчивости типа Саффмана – Тейлора и типа Кельвина – Гельмгольца; 2) численное моделирование неустойчивого вытеснения вязких жидкостей будет производиться на основании моделей механики многофазных сред с учетом переменной проницаемости пористого скелета, но при пренебрежении его деформируемостью; 3) исследование взаимовлияния фильтрационных течений и внутрипорового горения или химического разрушения скелета проводится с применением методов механики многокомпонентных сред с учетом рождения и смерти отдельных компонентов при химических реакциях. Для определения скорости реакций использованы методы химической кинетики. Основные результаты, полученные в 2017 году. 1. Разработка физических и математических моделей гетерогенного реагирования с учетом решения микрозадач на уровне модельных пор о вытеснении инертной жидкости химически реагирующей со скелетом. 2. Разработка физических и математических моделей влияния химических реакций со скелетом на процессы течения многофазных вязких жидкостей, позволяющих исследовать эвакуацию вязкой жидкости из пористой среды методами фронтального вытеснения. 3. Разработка физических и математических моделей влияния горения фильтрующихся компонентов на процессы течения многофазных вязких жидкостей, позволяющих исследовать эвакуацию вязкой жидкости из пористой среды методами фронтального вытеснения. 4. С использованием разработанных моделей проведение численного исследования влияния капиллярных сил при взаимодействии несмешивающихся жидкостей со скелетом на процесс вытеснения и возникновение неустойчивости. Также исследовано влияние изменения проницаемости пористого скелета при химических реакциях с вытесняющей жидкостью на развитие неустойчивости при вытеснении вязких жидкостей из пористой среды. Принципиальной новизной использованного в данном проекте подхода в части исследования неустойчивости вытеснения и вымывания вязкой жидкости из пористой среды будет учет влияния гомогенных химических реакций на фронте вытеснения между вытесняемой и вытесняющей жидкостью , а также гетерогенных химических реакций между вытесняющей жидкостью и пористым скелетом. При протекании экзотермических реакций между вытесняемой и вытесняющей жидкостью происходит понижение вязкости вытесняемой жидкости, а при протекании реакций вытесняющей жидкости со скелетом происходит размывание скелета и увеличение проницаемости.
2 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Влияние химических взаимодействий на неустойчивость вытеснения вязких жидкостей из пористой среды (этап 2, 2018 год)
Результаты этапа: В рамках решения основной задачи проекта - моделирования неустойчивого вытеснения углеводородов из пористой среды с учетом протекающих химических взаимодействий с вытесняющим реагентом - в 2018 году были получены следующие результаты: 1. Результаты теоретических исследований развития неустойчивости поверхности раздела фаз в пористой среде при вытеснении менее вязкой жидкостью более вязкой жидкости при наличии внутрипластового диффузионного горения, модифицирующего вязкость и проницаемость среды. 2. Результаты численного моделирования в рамках двумерной нестационарной постановки. 3. Результаты трехмерного численного моделирования процессов вытеснения вязких жидкостей из пористой среды с учетом химических взаимодействий между жидкостями и гетерогенных реакций со скелетом. 4. Результаты сравнения двумерных исследований при одинаковых начальных и граничных условиях. 5. Условия, при которых развитие трехмерной и двумерной неустойчивости существенно различается, а при каких двумерная модель удовлетворительно аппроксимирует процессы. 6. Условия, при которых капиллярные силы и угол смачивания не влияют на процессы вытеснения жидкостей из пористой среды, но влияют на остаточную насыщенность. Разработана модель влияния капиллярных и конвективных эффектов на остаточную насыщенность при вытеснении жидкости из пористой среды. Изучение процессов фильтрации жидкости в пористой среде является крайне актуальным. Одним из наиболее важных применений теории фильтрации являются задачи связанные с нефтедобычей. Один из методов добычи углеводородов – вытеснение их из нефтеносного пористого пласта с помощью менее вязкой жидкости. При этом на фронте вытеснения развивается неустойчивость, что существенно влияют на коэффициент извлечения нефти. Одной из задач, рассмотренных в рамках проекта, является неустойчивое вытеснение нефти с учётом химического воздействия на пористый скелет. Часть скелета составляет кероген, который переходит в нефть под действием агента содержащегося в воде. Плотность агента не выявляется отдельно от плотности воды; агент расходуется, теряя активность, его масса при этом остается в массе воды. За счёт растворения керогена увеличивается пористость среды, что ведёт к изменению абсолютной проницаемости. Для оценки этого изменения используется модель Кармана-Козени. Процесс вытеснения моделируется на основе модели Дарси, учитываются капиллярные эффекты. Численно моделируется процесс вытеснения из области содержащей добывающую и нагнетательную скважины. При этом с нагнетательной скважины подаётся вода, которая может содержать или не содержать агент растворяющий кероген. Исследуется влияние химических взаимодействий на неустойчивость вытеснения, на качество и количество добытой нефти. Метод термогазового воздействия, рассмотренный в данном проекте, также используется для интенсификации нефтеотдачи пласта. Он заключается в том, что в нагнетательную скважину подается нагретая смесь воды и газа. Газ --- это смесь азота и кислорода, в частности, воздух. Нагретый кислород вступает в реакцию с углеводородом, в результате чего происходит его окисление с выделением тепла; образуются углекислый газ и водяной пар. Температура флюида повышается, а вязкость падает, в результате чего ускоряется процесс вытеснения нефти из пласта. Для описания процесса вытеснения используется трехфазная модель флюида в пористой среде. Три фазы: вода, нефть и газ -- не смешиваются, имеют единую температуру и различное давление; разность давлений фаз характеризуется капиллярными давлениями. Движение флюида в пористой среде называется фильтрационным и описывается уравнениями Дарси. Скелет имеет отличную от флюида температуру, и тем самым модель пористой среды является двухтемпературной. Математическая модель задачи состоит из десяти уравнений баланса: три уравнения баланса массы фаз, четыре уравнения баланса массы компонент в газовой фазе, уравнение для давления (следствие суммарного баланса массы флюида, в который подставлены уравнения Дарси), уравнения баланса энергии для флюида и скелета. Остальные уравнения -- это сами уравнения Дарси, определяющие скорости фаз, а также алгебраические соотношения, определяющие относительные проницаемости фаз, капиллярное давление, вязкость, теплопроводность флюида и его компонент, плотность фаз, а также кинетику химических реакций. Было проведено численное моделирование термогазового воздействия при вытеснении нефти из пласта. В результате чего были рассчитаны следующие процессы: межфазный переход массы за счёт химической реакции, выделение энергии в ходе химической реакции, теплопроводность, теплообмен между скелетом и флюидом, конвективный приток тепла, динамика вытеснения фаз. Получены поля искомых величин (насыщенность флюида водой, насыщенность флюида нефтью, насыщенность флюида газом, концентрация азота в газовой фазе, концентрация кислорода в газовой фазе, концентрация углекислого газа в газовой фазе, концентрация водяного пара в газовой фазе, давление, температура флюида, температура скелета) во всех узлах расчётной области во все моменты времени, а также график интенсивности вытеснения нефти в добывающие скважины и график дебита добывающих скважин.
3 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Влияние химических взаимодействий на неустойчивость вытеснения вязких жидкостей из пористой среды (этап 3, 2019 год)
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".