Математическое моделирование двухфазной многокомпонентной фильтрации в гетерогенных пластах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.16, кандидат технических наук Галамай, Ольга Владимировна

• Галамай, Ольга Владимировна
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Галамай, Ольга Владимировна

Введение.

Глава 1. Математическое моделирование физико-химического воздействия на нефтяной пласт.

1.1. Строение нефтегазовых залежей.

1.2. Основные понятия теории фильтрации.

1.3. Крупномасштабные и локальные процессы в пласте

1.4. Методы повышения нефтеотдачи.

1.5. Задача о вытеснении нефти раствором активной примеси с учетом диссипативных эффектов.

1.6. Построение автомодельного решения задачи вытеснения.

1.7. Результаты расчетов и выводы. Роль диссипативных эффектов.

Выводы к первой главе.

Глава 2. Математическое моделирование распространения жидких органических загрязнителей в водоносных пластах.

2.1. Жидкие неводные загрязнители.

2.2. Задачи фильтрации подземных вод.

2.3. Математическое моделирование миграции загрязнителей в водоносных грунтах.

2.4. Математическая модель растекания загрязнителя по границе двух пропластков.

2.5. Аналитическое и численное решения задачи растекания по границе.

2.6. Результаты расчетов и выводы. Прогноз расширения зоны загрязнения.

2.7. Математическая модель распространения ТЖНЗ в водоносных пластах с учетом капиллярных эффектов.

2.8. Численное решение задачи о проникновении ТЖНЗ в водоносный пласт.

2.9. Результаты расчетов и выводы. Оценка влияния капиллярных эффектов.

Выводы ко второй главе.

Глава 3. Математическое моделирование деформации трещиноватого коллектора.

3.1. Свойства трещиноватых горных пород.

3.2. Математическая модель трещины.

3.3. Математическая модель деформации трещиноватой среды.

3.4. Математическая модель течения жидкости в трещине

3.5. Численный расчет закрытия трещины.

3.6. Результаты расчетов. Сравнение с данными лабораторных исследований.

Выводы к третьей главе.

Основные результаты работы.

Список используемых сокращений.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математическое моделирование двухфазной многокомпонентной фильтрации в гетерогенных пластах»

Моделирование - метод научного познания и исследования объектов различной природы с помощью моделей. Под моделью понимается образ, описание объекта исследования, отражение его характеристик.

К моделированию обычно обращаются в тех случаях, когда объект исследования:

- недоступен непосредственному изучению (например, нефтяной коллектор в недрах Земли);

- очень сложен (пример: многофазная многокомпонентная фильтрация в пластах со случайными неоднородностями);

- реально не существует (в частности, различные технологии повышения нефтеотдачи пласта).

Основные этапы моделирования:

• определение целей моделирования;

• предварительное изучение объекта;

• построение моделей;

• собственно моделирование;

• сравнение результатов моделирования с фактическими данными о поведении объекта;

• совершенствование и уточнение моделей.

Применительно к исследованию нефтегазовых месторождений моделирование используется, например, для изучения характеристик пластов, содержащих одиночные скважины или группы скважин, для исследования движения и взаимодействия флюидов в пласте. При этом теоретической основой описания движения (или фильтрации) многокомпонентных систем, возникающих в различных процессах разработки нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений, служит подземная гидромеханика.

Подземная гидромеханика - наука о движении жидкостей, газов и их смесей в пористых и трещиноватых горных породах.

Ее методы также применимы к решению важнейших задач гидрологии, инженерной геологии, гидротехники, химической технологии, в частности для расчета фильтрации воды в связи с сооружением и экплуатацией плотин, понижения уровня грунтовых вод и их загрязнения в результате различной хозяйственной деятельности человека, для изучения режимов естественных источников и подземных потоков.

В подземной гидромеханике используются следующие основные типы моделей [6]:

1) Естественные физические модели.

Естественное физическое моделирование состоит в изучении интересующего природного явления на модели меньшего (или большего) масштаба в специальных лабораторных условиях. На таких моделях изучаются закономерности протекания сложных процессов фильтрации в реальных пластах. Однако, полученные закономерности должны рассматриваться только как качественные - на уровне законов в дифференциальной форме.

Иногда в качестве модели может выступать сам объект, тогда процесс моделирования называется промысловым исследованием. В этом случае возникает ряд трудностей, связанных с тем, что многие параметры оказываются неизвестными и часть из них необратимо меняется после каждого эксперимента. Тем не менее, данные промысловых исследований имеют важное значение, поскольку содержат информацию о фактических процессах, протекающих в реальных пластах, и являются критерием ценности и справедливости выводов, полученных при помощи остальных видов моделирования.

2) Аналоговые модели.

Аналоговое моделирование основано на аналогиях, существующих в описаниях некоторых фильтрационных процессов с другими физическими явлениями (диффузией, процессом переноса тепла, электрического тока). Основой для этого служит однотипность уравнений, описывающих физические процессы различной природы. Благодаря этому решение задачи для некоторого физического процесса осуществляется при помощи аналоговой модели, реализующий другой физический процесс.

3) Графические и текстовые модели.

К ним относятся чертежи, схемы, карты, графики, диаграммы, текстовые документы, описывающие объект. Модели такого рода обладают достаточной простотой и наглядностью, но не решают всех задач моделирования.

4) Математические модели.

Они представляют собой совокупность математических объектов и отношений (уравнений), описывающих изучаемый физический процесс на основе предположений, опирающихся на эксперимент. При моделировании процессов, протекающих в пласте при разработке нефтегазоносных залежей, эти соотношения в общем виде представляют собой сложные (обычно нелинейные) дифференциальные уравнения в частных производных с соответствующими начальными и граничными условиями.

Основными целями математического моделирования в подземной гидромеханике являются расчет движения пластовых жидкостей, учет механического и гидравлического поведения пород-коллекторов при фильтрации и составление на этой основе практических рекомендаций и прогнозов.

Математическое моделирование задач подземной гидромеханики включает в себя несколько этапов:

1. Формулировка содержательной постановки задачи.

На данном этапе определяются цели исследования, уточняется состав исходных зависимостей между параметрами объекта на основе физической постановки задачи, оговариваются законы, допущения и предположения о механизме и условиях протекания процессов, конкретизируется список и диапазон изменения исходных параметров.

2. Формулировка математической постановки задачи.

Как правило, в общем случае математическая постановка задач подземной гидромеханики представляется в форме начально-краевой задачи для системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, выражающих законы сохранения массы, импульса и энергии [4, б, 41].

3. Качественное исследование поставленных задач.

Данный этап включает в себя доказательство теорем существования и единственности, выявление сильных и слабых разрывов решений и т.д. [22, 23, 59]. По результатам качественных исследований в первоначальные математические постановки задач могут быть внесены изменения и уточнения.

4. Решение поставленной задачи с помощью математических методов.

Все решения и методы их получения можно разделить на два основных класса: аналитические и численные. Принципиальный интерес представляет получение точных аналитических решений, устанавливающих определенную функциональную зависимость между искомыми величинами и параметрами математической модели.

Однако, получить такие решения удается далеко не всегда. Тогда строятся приближенные решения на основе использования численных методов [56, 61, 68]. В отличие от аналитических, данные методы изначально ориентированы только на получение численных значений искомых величин для конкретных значений входных данных без установления вида их функциональной зависимости.

5. Проверка адекватности математической модели.

Проводится сравнение расчетного и фактического поведений исследуемого объекта в различных ситуациях. Если они согласуются в пределах заданной погрешности, то результаты проверки считаются удовлетворительными. После этого математическую модель можно использовать в практических расчетах.

6. Уточнение математической модели.

Если результаты проверки адекватности математической модели оказываются неудовлетворительными, модель уточняется или строится заново. Модель подвергается уточнению и с учетом опыта ее использования, получения новых данных физического эксперимента, изменения целей исследования.

Однако, всегда надо помнить, что модель - это приближенное описание объекта, отражающее не все, а только определенные его свойства и характеристики. Поэтому результаты как математического, так и любого другого вида моделирования можно использовать только в пределах условий адекватности модели объекту исследования.

Математическое моделирование, использующее для решения поставленных задач численные методы, называется численным моделированием. Широкое распространение численного моделирования в последние годы связано с интенсивным развитием вычислительной техники, постоянным совершенствованием технических характеристик ЭВМ (увеличения их быстродействия, объема оперативной памяти, развитием системы внешних устройств) и их программного обеспечения. Все это позволяет за короткое время выполнять большие объемы расчетов.

Важный фактор эффективного использования численного моделирования - специально разрабатываемые методы вычислений. Наиболее широкое применение для решения краевых задач подземной гидромеханики получили метод конечных разностей и метод конечных элементов (МКЭ).

Данная диссертационная работа посвящена численному моделированию некоторых задач подземной гидромеханики.

Актуальность темы. Создание новых эффективных технологий управления потоками пластовых жидкостей и воздействия на при-забойную зону скважины с целью повышения нефтеотдачи, а также природоохранные мероприятия в настоящее время тесно связаны с внедрением компьютерного моделирования и современных информационных технологий. Они позволяют более детально учитывать реальное строение и свойства пластовых систем в гидродинамических расчетах разработки месторождений и задачах охраны качества подземных вод.

В настоящий момент широко распространены пакеты программ, предназначенные для расчетов технологических процессов в крупномасштабном приближении, когда в пласте происходит вытеснение одной жидкости другой под действием гидродинамического перепада давления. Однако, в некоторых ситуациях (в окрестности скважин, на границах пористых сред различной проницаемости, при наличии трещин в пласте) на движение жидкостей в пласте существенное влияние оказывают локальные процессы (капиллярная пропитка и конвективная диффузия).

Учет в математических моделях и программах взаимодействия процессов двух типов (крупномасштабных и локальных) является одним из наиболее сложных аспектов их усовершенствования.

Целью работы является математическое моделирование двухфазной многокомпонентной фильтрации в природных гетерогенных пластах и изучение на основе численного эксперимента влияния взаимодействия локальных и крупномасштабных процессов, наличия неоднородностей в пласте и его деформации на течение пластовых жидкостей.

Основные задачи исследования:

• совершенствование математической модели вытеснения нефти раствором активной примеси в призабойной зоне нагнетательной скважины с учетом диссипативных эффектов (капиллярного давления и конвективной диффузии);

• создание математической модели растекания тяжелого жидкого неводного (органического) загрязнителя в водоносном грунте по границе раздела двух сред различной проницаемости;

• создание математической модели распространения тяжелого жидкого неводного (органического) загрязнителя под действием силы тяжести в неоднородных водоносных пластах с учетом капиллярных эффектов;

• создание математической модели деформации трещиноватых пластов под действием нормальной нагрузки;

• исследование влияния локальных процессов на фильтрацию в крупномасштабном приближении на основе усовершенствования имеющихся алгоритмов и математических методов, позволяющего одновременно учесть процессы обоих типов;

• изучение влияния имеющихся неоднородностей в пласте на расширение потока загрязнителя, проникающего в водоносный грунт;

• исследование изменения гидродинамических характеристик трещиноватой среды при ее деформации под действием нормальной нагрузки.

Методика исследований. Для поставленных задач созданы численные модели и разработаны программные продукты, позволившие провести серии численных экспериментов.

Научная новизна.

1. Усовершенствована математическая модель вытеснения нефти раствором активной примеси. Полученная модель позволяет одновременно учитывать и локальные, и крупномасштабные процессы. На модельных задачах показано, что в некоторых ситуациях локальные процессы способны оказывать существенное влияние на глобальное (крупномасштабное) поведение, и пренебрегать ими нельзя даже при формальной малости величин коэффициентов переноса.

2. В рамках упрощенной модели взаимодействия потока распространяющегося органического загрязнителя с границей низкопроницаемого пропластка с помощью численных методов найдено автомодельное решение задачи о боковом растекании загрязнителя вдоль наклонной границы, позволяющее оценить скорость расширения загрязненной зоны на поверхности раздела двух сред.

3. Проведено исследование специфических сценариев формирования зоны загрязнения водоносных грунтов несмешивающимися с водой органическими жидкостями. Показано, что форма и скорость увеличения зоны первичного загрязнения сильно зависят от капиллярных эффектов и наличия в почве низкопроницаемых пропласт-ков, на границе которых происходит существенное расширение сечения проникающего в почву потока загрязнителя.

4. Предложена трехмерная численная модель трещиноватой среды со случайной шероховатостью стенок трещины. В ходе численного эксперимента исследовано изменение проницаемости такой среды, возникающее в результате ее деформации под действием нормальной нагрузки. Полученные результаты математического моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными лабораторных исследований.

Практическая ценность работы. Предлагаемые математические методы и полученные результаты численного моделирования могут быть использованы при совершенствовании математических моделей и стандартных программных комплексов для расчета:

- проектов разработки нефтегазоносных залежей;

- распространения органических загрязнений (в частности, продуктов добычи и переработки нефтегазовой отрасли) в почвах и грунтовых водах.

Отдельные модели и программы могут быть непосредственно применены для практических расчетов и оценок или включены как отдельные блоки в программные комплексы и экпертные системы. Полученные результаты также могут быть использованы при оценке зоны локализованного загрязнения грунтовых вод органическими жидкостями и принятии решений по предотвращению нежелательных последствий хозяйствования.

Данная работа состоит из введения, трех глав, заключения с основными результатами работы, списка литературы и приложений.

Нефть, газ и подземные воды в природных условиях содержатся в порах и трещинах осадочных горных пород - пористой среде. В первой главе даются определения основных свойств пористой среды и теории многофазной фильтрации ( пористости и проницаемости грунта, вязкости, фазовых проницаемостей, насыщенности и скорости фильтрации ), обосновывается необходимость исследования локальных процессов - капиллярных эффектов и конвективной диффузии, оказывающих существенное влияние на фильтрационные процессы крупномасштабного приближения в окрестности призабой-ной зоны скважины, в слоисто-неоднородных пластах и при наличии трещин.

Когда внешние силы велики (т.е. когда перепад давления в пласте, под действием которого нефть вытесняется водой, достаточно высокий) фронт может передвигаться настолько быстро, что процессы капиллярного впитывания на фронте вытеснения затухают или исчезают совсем. Однако, в большинстве случаев при закачке поверхностных пресных вод в пласт эти процессы на фронте вытеснения нефти водой проявляются в той или иной степени, т.к. реальные скорости продвижения водо-нефтяного контакта редко превышают 1-2 м в сутки.

К локальным процессам, протекающим в пласте, относится также конвективная диффузия. В общем случае явление диффузии заключается в том, что происходит самопроизвольное проникновение и перемешивание частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей и даже твердых тел. Диффузия возникает и продолжается, пока существует градиент концентрации растворенного вещества. В условиях фильтрации возникает некоторый анизотропный аналог процесса диффузии, называемый конвективной диффузией (или дисперсией), обусловленный существованием выделенного направления переноса - скорости фильтрации. Нужно отметить, что эффективные коэффициенты дисперсии значительно превосходят коэффициент молекулярной диффузии.

За последние годы добыча нефти резко снизилась, что связано непосредственно с ухудшением сырьевой базы отрасли из-за значительной выработки высокопродуктивных месторождений, длительно находящихся в эксплуатации, и ввода в разработку большого числа месторождений с низкопроницаемыми коллекторами, нефтегазовыми залежами с обширными подгазовыми зонами, высоковязкими неф-тями, пластами, залегающими на больших глубинах и аномальными свойствами нефтей. С длительной эксплуатацией месторождений связано интенсивное возрастание обводненности скважин. В таких условиях необходимы новые технологии добычи трудноизвлекаемых запасов нефти.

Данная глава посвящена усовершенствованию базовой модели методов повышения нефтеотдачи - вытеснения нефти водой в призабойной зоне скважины при наличии в потоке активной примеси (химреагента, способного изменять гидродинамические характеристики двухфазного течения), с учетом локальных процессов, протекающих в пласте.

Существенный прогресс в гидродинамической теории процессов повышения нефтеотдачи пласта физико-химическими методами связан с работами [4, 5, 8, 12, 13, 14, 28, 29, 34, 46, 53, 67]. Однако, вопрос о роли диффузионного и капиллярного переноса на гидродинамику химического заводнения остается невыясненным. В существующих системах моделирования такими процессами обычно пренебрегают, аргументируя малостью соответствующих параметров.

Рассматривается одномерная задача вытеснения нефти раствором активной примеси в радиальной геометрии с учетом диссипативных эффектов - капиллярной пропитки и конвективной диффузии. Построена численная модель и найдено автомодельное решение поставленной задачи с помощью метода установления для трех случаев: полезной, вредной и амбивалентной примесей. Рассмотренный случай вытеснения амбивалентной примесью моделирует особые случаи, когда "амбивалентная ситуация" возникает вследствие сложных физико-химических процессов, протекающих в пласте. Наиболее близкий пример - щелочное заводнение, когда активная примесь генерируется в пласте при взаимодействии щелочи с жирными кислотами нефти, и имеется ярко выраженный оптимум концентрации щелочи.

Для решения задач физико-химической подземной гидромеханики показана эффективность использования метода вложения, суть которого сводится к получению автомодельного решения гиперболической задачи крупномасштабного приближения как предела параболической задачи с диссипативными членами, эффективные коэффициенты которых стремятся к нулю.

Используемые математические методы и полученные результаты могут найти применение не только в теории методов повышения нефтеотдачи пласта, но и в задачах экологии грунтовых вод.

Нужно отметить, что нефтегазовая отрасль является одной из самых экологически опасных. Бурение скважин и разработка нефтяных месторождений, а также транспорт добываемых углеводородов часто сопровождается химическим загрязнением почвы и грунтовых вод из-за аварийных утечек при эксплуатации изношенного оборудования, в результате разрывов трубопроводов. Большинство химических реагентов, применяемых при бурении скважин, добыче и переработке нефти, а также сами добываемые углеводороды и их производные являются веществами, вредными как для растительного и животного мира, так и для человека.

В связи с этим вторая глава посвящена прогнозированию формирования и оценке величины зоны, загрязненной тяжелыми неводными жидкостями ( например, органическими растворителями), в водоносном пласте.

Тяжелые органические загрязнители проникают внутрь насыщенной зоны, в которой поровое пространство грунта полностью заполнено водой, и опускаются до тех пор, пока не достигают непроницаемой нижней границы водоносного пласта - водоупора. Дальнейшее формирование зоны загрязнения сильно зависит от топографии пластов.

Проникшая в почву загрязняющая жидкость остается в ней в виде неподвижных отдельных капель или связанных групп капель (ганглий) и становится длительно действующим источником загрязнения грунтовых вод.

Имеется много общего между описанными явлениями и процессами в нефтяных и газовых месторождениях. Однако, существуют и отличия, связанные с пространственными и временными масштабами явлений.

В данной главе рассматриваются две модели, описывающие распространение тяжелого жидкого неводного загрязнителя (ТЖНЗ) в слоисто-неоднородном водоносном пласте под действием силы тяжести.

Загрязнитель непрерывно поступает с поверхности земли в почву. При попадании загрязняющей жидкости в водоносный пласт наблюдается совместная фильтрация двух несмешивающихся фаз (органического загрязнителя и воды). В зависимости от наличия малопроницаемых пропластков в водоносном пласте меняется характер распространения загрязнителя. Решаются две задачи:

- о растекании проникающего загрязнителя по границе двух сред различной проницаемости;

- о распространении ТЖНЗ в водоносных грунтах под действием силы тяжести с учетом капиллярных сил в одномерной постановке.

Первая задача решена с использованием аналитического математического аппаратта и численного моделирования. С помощью метода пристрелки получено автомодельное решение задачи о боковом растекании загрязнителя вдоль наклонной границы двух сред различной проницаемости.

Полученное автомодельное решение для полубесконечного участка поступления загрязнителя дает верхнюю оценку размера области его растекания на границе раздела двух сред различной проницаемости. Показано, что именно на таких границах происходит существенное расширение проникающего в почву потока.

Этот анализ является непосредственным обобщением известного результата Г.И.Баренблатта о существовании простейшего линейного по координате решения задачи о безнапорной фильтрации в сухой грунт при линейном по времени изменении уровня жидкости на границе [3].

Также были рассмотрены специфические сценарии распространения загрязнителя в водоносном грунте. Для второй задачи была построена численная модель и проведены серии численных экспериментов, позволивших установить зависимость характера распространения ТЖНЗ в водоносном грунте от капиллярных эффектов и от наличия малопроницаемых пропластков. В конечном счете эти факторы определяют размеры и форму зоны остаточного загрязнения.

Полученные результаты можно использовать для практических оценок зоны локализованного загрязнения грунтовых вод и принятия решений с целью проведения очистительных мероприятий.

Для описанных трех моделей численные эксперименты проводились на персональных компьютерах типа Pentium с использованием программ, реализованных на языке программирования С.

Третья глава посвящена математическому моделированию трещиноватого коллектора со случайной шероховатостью стенок трещины и исследованию изменения его гидравлической проводимости в результате деформации под действием приложенной внешней нормальной нагрузки.

Крупные нефтяные месторождения, приуроченные к трещиноватым карбонатным коллекторам, открыты на территории России, на Ближнем Востоке, в Северной Америке и в Европе. Дебиты нефтяных скважин, вскрывших такие породы, достаточно велики несмотря на низкую пористость коллекторов.

Фильтрация в малопроницаемых средах также представляет немалый интерес для исследований в области гидрогеологии и экологии при прогнозировании возможного загрязнения грунтовых вод различными жидкими углеводородами вследствие их утечек с бензоколонок, станций техобслуживания, военных складов хранения горючего.

В данной главе с помощью методов численного моделирования строится количественное описание малоисследованной зависимости гидравлической проводимости трещины от различных стадий нагру-жения трещиноватого блока. Проведенный численный эксперимент позволил сравнить результаты численного моделирования с известными экспериментальными данными, поскольку именно такая последовательность гидромеханических экспериментов обычно имеет место в лабораторных исследованиях.

В данной работе трещиноватая среда моделируется с помощью двух полубесконечных образцов горной породы, соприкасающихся своими поверхностями. Трещина - пустой объем между двумя твердыми полупространствами; через трещину течет жидкость. Рассматриваемая трещиноватая среда предполагается пространственно периодичной.

Поверхности трещин описываются случайными функциями; рассматриваются два типа трещин - с гауссовской и самоафинной статистиками.

Матрица твердого тела, в котором заключена трещина, предполагается идеально упругой. Для описания механического поведения трещиноватой среды, связанного с ее деформацией в результате приложенной нормальной нагрузки Р, используются классические уравнения теории упругости. Деформация твердого тела определяется в соответствии с линейной теорией упругости, в которой рассматриваются только малые деформации d. При возрастании Р значения смещений d также увеличиваются линейно.

В рассматриваемой модели предполагается, что через трещину течет несжимаемая вязкая жидкость, в общем случае движение которой описывается уравнениями Навье-Стокса. Однако, в трещиноватых средах характерные размеры области, в которой движется жидкость, и скорость потока достаточно малы. Поэтому в пренебрежении инерционными членами, движение жидкости в трещине описывается уравнениями Стокса.

Гидравлические свойства трещин характеризуются двумя параметрами - проницаемостью Стокса Bs и гидравлическим раскрытием трещины bs. В силу приложенного внешнего давления Р матрица твердого тела подвергается деформации, в процессе которой меняется форма трещины. Новая геометрия влияет на проницаемость трещины и на течение жидкости в ней.

Механическое и гидравлическое поведения трещины рассматривались раздельно. Это означает, что смещения твердого тела под действием приложенной нагрузки Р были посчитаны без учета давления жидкости в трещине.

Был разработан численный алгоритм и реализована программа для расчетов трехмерной модели упругой деформации блока, содержащего трещину с неоднородными выступами на поверхности. На втором этапе оценивались гидравлические параметры модели на основе решения уравнений Стокса в зависимости от приложенной внешней нормальной нагрузки. Для решения уравнений использовался метод искусственной сжимаемости в сочетании с алгоритмом вложенных сеток.

Также была проанализирована зависимость жесткости трещины к от размеров зон смыкания Sc противоположных поверхностей трещины. Экспериментально полученные значения жесткости для реальных образцов были меньше полученных в результате численного счета, однако, качественно эти зависимости совпадали.

Численные расчеты проводились на IBM RISK Station 560 в Лаборатории Явлений Переноса в Смесях (CNRS, г. Пуатье, Франция); комплекс программ был реализован на FORTRAN.

Заключение диссертации по теме «Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (по отраслям наук)», Галамай, Ольга Владимировна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложена математическая модель вытеснения нефти раствором активной примеси для плоского осесимметричного случая с учетом диссипативных эффектов (диффузии и капиллярной пропитки). Исследовано влияние диссипативных эффектов на вытеснение нефти в окрестности нагнетательной скважины. Показано, что в особых случаях влияние локальных процессов сохраняется даже при формальном преобладании конвективного переноса.

2. Показана эффективность применения метода вложения для построения автомодельных решений задач физико-химической подземной гидромеханики.

3. Предложена математическая модель растекания загрязнителя на границе раздела пропластков различной проницаемости. С помощью численных методов найдено точное автомодельное решение задачи о боковом растекании загрязнителя вдоль наклонной границы двух сред различной проницаемости. Получены оценки размеров и скорости образования зоны первичного загрязнения на границе неоднородных пропластков.

4. Предложена математическая модель распространения тяжелого жидкого неводного (органического) загрязнителя под действием силы тяжести в неоднородных водоносных пластах с учетом капиллярных эффектов. Рассмотрены специфические сценарии распространения загрязнителя. Оценена роль капиллярных эффектов в формировании зоны загрязнения.

5. Предложена численная трехмерная модель упругой деформации блока, содержащего трещину с неоднородными шероховатыми стенками. Для различных стадий нагружения определена гидравлическая проводимость трещиноватой среды. Полученные результаты численного моделирования хорошо согласуются с известными экспериментальными данными лабораторных исследований.

Список используемых сокращений

ОЖ - органические жидкости

ТОЖ - тяжелые органические жидкости

ЛОЖ - легкие органические жидкости

ЛЖНЗ - легкие жидкие неводные загрязнители

ТЖНЗ - тяжелые жидкие неводные загрязнители

МКЭ - метод конечных элементов

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Галамай, Ольга Владимировна, 2000 год

1. Балакин В.В., Власов С.А. Моделирование полимерного заводнения слоисто-неоднородного пласта. // Нефтяное хозяйство. 1998. - N1. - С.47-48

2. Баранов Ю.В., Нигматуллин И.Г., Низамов Р.Х., Марданов А.Ф., Шпуров И.В., Рамазанов Р.Г., Касимов PC. Применение технологии на основе древесной муки для повышения нефтеотдачи и изоляции притока воды.// Нефтяное хозяйство. 1998. - N2. - С.24-28

3. Баренблатт Г.И. О некоторых неустановившихся движениях жидкости и газа в пористой среде // ПММ. 1952. - т.16. - С. 6778

4. Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. М.: Недра, 1984. - 208 с.

5. Басниев К.С., Бедриковецкий П.Г. Многофазное вытеснение смешивающихся жидкостей из пористых сред// Итоги науки и техники. Сер.: Комплексные и специальные разделы механики. ВИНИТИ. - 1988. - т.З.- С.81-163

6. Басниев К.С., Кочина И.Н., Максимов В.М. Подземная гидромеханика. М.: Недра, 1993. - 416 с.

7. Бахвалов Н.С., Богачев К.Ю., Эглит М.Э. Вычисление эффективных упругих модулей для несжимаемого пористого материала. // Механика композитных материалов. 1996. - т. 32. - N 5.- С. 579-587

8. Бедриковецкий П.Г., Каневская Р.Д., Лурье М.В. Влияние кинетики процессов сорбции, растворения и теплообмена на вытеснение нефти растворами активных примесей // Изв. АН СССР. МЖГ. -1985. N 6. - С. 60-71

9. Богданов И.И., Галамай О.В., Ентов В.М. Моделирование проникновения жидких неводных загрязнителей в водоносные пласты.// Труды XIV-ой сессии Международной Школы по моделям механики сплошной среды. М.: 1998. - С. 8-14

10. Богданов И.И., Галамай О.В., Ентов В.М. О проникновении жидких загрязнителей в водоносные пласты.// Известия РАН. МЖГ.- 1998. N 5. - С.119-129

11. Брагинская Г.С., Ентов В.М. О неизотермическом вытеснении нефти раствором активной примеси: Препринт N 112. М.: ИПМ АН СССР, 1978. 60 с.

12. Брагинская Г.С., Ентов В.М. О неизотермическом вытеснении нефти раствором активной примеси// Изв. АН СССР. МЖГ. 1980.- N 6. С. 99-107

13. Брагинская Г.С. О структуре фронта довытеснения нефти раствором активной примеси в неизотермических условиях // Известия АН СССР. МЖГ. 1982. - N 1. - С. 176-180

14. Булыгин Д.В., Лебедев Н.А., Некрасов В.И., Рамазанов Р.Г. Планирование применения методов воздействия на пласт на основе геолого-гидродинамических моделей.// Нефтяное хозяйство. 1998.- N2. С. 6-8

15. Гавич И.К. Теория и практика применения моделирования в гидрогеологии. М.: Недра, 1980. - 358 с.

16. Галамай О.В. Моделирование формирования зоны загрязнения в водоносных грунтах.// Тез. докл. 3-ей научно-техн. конф. "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России". М.: РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 1999. - С.8

17. Газизов А.Ш., Галактионова J1.A., Адыгамов B.C., Газизов А.А. Применение полимердисперных систем и их модификация для повышения нефтеотдачи. //Нефтяное хозяйство. 1998. - N2. - С.12-14

18. Гарейшина А.З., Ахметшина С.М. Комплексная технология ликвидации нефтяных загрязнений с дальнейшей рекультивацией почвы.// Нефтяное хозяйство. 1998. - N 2. - С.69-70

19. Гарейшина А.З., Кузнецова Т.А. Технология повышения нефтеотдачи путем внутрипластового синтеза нефтевытесняющих агентов.// Нефтяное хозяйство. 1998. - N 2. - С.17-18

20. Годунов С.К. О понятии обобщенного решения. // ДАН СССР. 1960. - т. 134. - N 6. - С. 1279 - 1282

21. Гельфанд И.М. Некоторые задачи теории квазилинейных уравнений. // УМН. 1959. - т.XIV, вып.2 (86). - С.87-158

22. Гиматудинов Ш.К. Физика нефтяного и газового пласта. М.: Недра, 1971. - 312 с.

23. Дияшев Р.Н., Костерин А.В., Скворцов Э.В. Фильтрация жидкости в деформируемых нефтяных пластах. Казань: Издательство Казанского математического общества, 1999. - 238 с.

24. Добрынин В.М. Деформации изменения физических свойств коллекторов нефти и газа. М.: Недра, 1970. - 239 с.

25. Ентов В.М. Микромеханика течений в пористых средах // Изв. РАН. МЖГ. 1992. - N 6. - С.90-102

26. Ентов В.М., Зазовский А.Ф. Гидродинамика процессов повышения нефтеотдачи. М.: Недра, 1989. - 232 с.

27. Ентов В.М., Керимов З.А. О вытеснении нефти раствором активной примеси, немонотонно влияющей на функцию распределения потоков// Изв. АН СССР. МЖГ. 1986. - N 1. - С.76-82

28. Желтов Ю.П. Деформации горных пород. М.: Недра, 1966. -197 с.

29. Желтов Ю.П. Механика нефтегазоносного пласта. М.: Недра, 1975. - 216 с.

30. Жернов И.Е., Шестаков В.М. Моделирование фильтрации подземных вод. М.: Недра, 1971. - 224 с.

31. Иванов Н.В. Новые экологические проблемы и их решения на нефтепромыслах.// Нефтяное хозяйство. 1998. - N2. - С.66-68

32. Керимов З.А. Диссипативные эффекты при вытеснении нефти растворами активных примесей: Дисс. канд. физ.-мат. наук. М., 1989. - 179с.

33. Коллинз Р. Течения жидкостей через пористые материалы. -Пер. с англ. М.: Мир, 1964. 350 с.

34. Козориз М.Д., Лесковец О.В. Источники загрязнения и возможные виды воздействия на природные компоненты при обустройстве и эксплуатации месторождений. // Нефтяное хозяйство. 1998. - N1. - С.69-70

35. Кочина П.Я. Гидродинамика и теория фильтрации. М.: Наука, 1991. - 658 с.

36. Кочина П.Я., Кочина Н.Н. Гидромеханика подземных вод и вопросы орошения. М.: Наука, 1994.

37. Кричлоу Г.Б. Современная разработка нефтяных месторождений проблемы моделирования. М.: Недра, 1979. - 303с.

38. Куликовский А.Г., Свешникова Е.И. Нелинейные волны в упругих средах. М.: Московский Лицей, 1998. - 412 с.

39. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. Гидродинамика и теория упругости. М.-Л.: ОГИЗ, 1944. - 624 с.

40. Лебедев Н.А. Резервы химических и биологических технологий увеличения нефтеотдачи. // Нефтяное хозяйство. 1997. N 7. - С. 1618

41. Лебединец Н.П. Изучение и разработка нефтяных месторождений с трещиноватыми коллекторами. М.: Наука, 1997. - 397с.

42. Леви Б.И., Улановский Э.И. Гидродинамические расчеты, связанные с применением карбонизированной воды для заводнения нефтяных пластов // Теория и практика добычи нефти. М.: Недра, 1971. - С.49-56

43. Леви Б.И. Численное моделирование технологических процессов повышения нефтеотдачи пластов // Проблемы теории фильтрации и механика процессов повышения нефтеотдачи: Сб. науч. тр./ Отв. ред. П.Я.Кочина, В.М.Ентов. М.: Наука, 1987. - С. 125-132

44. Ломакин Е.А., Мироненко В.А., Шестаков В.М. Численное моделирование геофильтрации. М.: Недра, 1988. - 228 с.

45. Лукнер Л., Шестаков В.М. Моделирование геофильтрации. -М.: Недра, 1976. 407 с.

46. Малахова Т. А. Исследование фильтрации в слоисто-неоднородных пластах: Дис. канд. техн. наук. М., 1977.

47. Маскет М. Физические основы технологии добычи нефти. М.-Л., Гостоптехиздат, 1953. - 606 с.

48. Монин А.С., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика. Механика турбулентности. Часть II. М: Наука, 1967. - 720 с.

49. Мусин P.M. Стохастическое моделирование процессов нелинейной фильтрации: Автореф. дис. канд. физ.- мат. наук. М., 1997.- 20 с.

50. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987. т. II. - 359 с.

51. Николаевский В.Н. Механика пористых и трещиноватых сред.- М.: Недра, 1984. 232 с.

52. Николаевский В.Н. Геомеханика и флюидодинамика. М.: Недра, 1996. - 447 с.

53. Пасконов В.М., Полежаев В.М., Чудов Л.А. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1984. - 288 с.

54. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод.- М.: Наука, 1977. 664 с.

55. Пирвердян A.M. Физика и гидравлика нефтяного пласта. М.: Недра, 1982. - 192с.

56. Рождественский Б.Л., Яненко Н.Н. Системы квазилинейных уравнений и их приложения к газовой динамике. М.: Наука. 1978.- 687с.

57. Ромм Е.С. Фильтрационные свойства трещиноватых горныхпород. М.: Недра, 1966. - 283 с.

58. Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977. -657 с.

59. Ситников А.А. Математическое моделирование микробиологических методов воздействия на трещинно-поровый пласт: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1997. - 21 с.

60. Сафонов Е.Н. Повышение нефтеотдачи важнейшая задача научно-технического прогресса в добыче нефти. // Нефтяное хозяйство. - 1997. - N 7. - С.2-5

61. Собанова О.Б., Фридман Г.Б., Брагина Н.Н., Федорова И.Д., Любимцева О.Г. Применение углеводородных композиций ПАВ для интенсификации добычи нефти и повышения нефтеотдачи.// Нефтяное хозяйство. 1998. - N2. - С.35-38

62. Сургучев М. Л., Желтов Ю.П., Симкин Э.М. Физико-химические микропроцессы в нефтегазоносных пластах. М.: Недра, 1984. - 215с.

63. Телегин Л.Г., Ким Б.И., Зоненко В.И. Охрана окружающей среды при сооружении и эксплуатации газонефтепроводов. М.: Недра, 1988. - 188 с.

64. Халимов Э.М., Леви Б.И., Дзюба В.И., Пономарев С.А. Технология повышения нефтеотдачи пластов. М.: Недра, 1984. - 271 с.

65. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1972. - 735 с.

66. Федоренко Р.П. Введение в вычислительную физику. М.: МФТИ, 1994. - 526с.

67. Фридман Г.Б., Собанова О.Б., Федорова И.Л., Николаев В.И. Применение водных композиций ПАВ с высоким моющим действием для увеличения приемистости скважин и нефтеотдачи пластов.// Нефтяное хозяйство. 1998. N2. - С.31-34

68. Хавкин А.Я., Хисамов Р.С. Влияние глинистости коллектора на изменение напряженно-деформированного состояния в призабой-ной зоне // Нефтяное хозяйство. 1998. - N 4. - С. 47-49

69. Хавкин А.Я. Модель вытеснения нефти в пористых средах // Докл. РАН. 1998. - т. 358. - N 2. - С. 193-195

70. Чарный И.А. Подземная гидрогазодинамика. М.: Гостопте-хиздат, 1963. - 396 с.

71. Швидлер М.И., Леви Б.И. Одномерная фильтрация несмеши-вающихся жидкостей. М.: Недра, 1970. - 156 с.

72. Abriola L.M. Multiphase Migration of Organic Compounds in a Porous Medium. Springer-Verlag, Berlin. - 1984.

73. Abriola, L.M., and G.F.Pinder. A Multiphase Approach to the Modeling of Porous Media Contamination by Organic Compounds-2. Numerical Simulation // Water Resour.Res. 1985b. - 21(1). - PP. 19-26

74. Adler P.M. Porous Media: Geometry and Transports. Butterworth/ Heinemann, Stoneham, MA, 1992. - 544 p.

75. Adler P.M., Thovert J.F. Fracture and fracture networks. London: Kluwer Academic Publishers, 1999. - 429 p.

76. Aziz K., Settari A. Petroleum reservoir simulation. Appl. Sci. Publ., London, 1979.

77. Baehr, A.L., and M.Y. Corapcioglu. A Compositional Multiphase

78. Model for Groundwater Contamination by Petroleum Products-2. Numerical Solution // Water Resour.Res. 1987. - 23(1). - PP. 201-213

79. Bear J. Dynamics of Fluids in Porous Media. N.Y.: Elsevier, 1972. - 764p.

80. Bear J. Hydraulics of Groundwater. McGraw, N.Y., 1979.

81. Bear J., Ryzhik V., Braester C., Entov V. On the Movement of an LNAPL Lens on the Water Table. // Kluwer Academic Publishers: Transport in Porous Media. 1996. - N 25. - PP. 283-311

82. Bear J., Verruijt A. Modeling Groundwater Flow and Pollution. -Dordrecht: Reidel, 1987. 414 p.

83. Blunt M. Groundwater Pollution & Oil Spills: Environmental Problems in Petroleum Industry: Lecture Notes, Dept. Petr. Engineering, Stanford University, Stanford, CA, USA. 1994.

84. Buckley I. and Leverett M.C. Mechanism of Fluid Displacement in Sands. Trans. AIME. - 1942. - vol.146.

85. Bogdanov I.I. On dynamics of NAPL flow interaction with property interface in subsurface // Proc. of the Int. Conf. "Modern approaches to flows in porous media". M.: Inst, for Problems in Mechanics of Rus. Acad, of Sci. - 1999. - PP. 159-161

86. Corapcioglu,M.Y. and A.L.Baehr. A Compositional Multiphase Model for Groundwater Contamination by Petroleum Products-1. Theoretical Considerations // Water Resour.Res. 1987. - 23(1). - PP. 191-200

87. Cvetkovic V., Dagan G., Cheng H. Contaminant transport in aquifers with spatially variable hydraulic and sorption properties // Proc. R. Soc. Lond. A. 1998. - 454. - PP. 2173-2207

88. Dagan G., Cvetkovic V. Reactive transport and immiscible flow in geological media. I. General theory // Proc. R. Soc. Lond. A. 1996. -452. - PP. 285-301

89. Dagan G., Cvetkovic V. Reactive transport and immiscible flow in geological media. II. Applications // Proc. R. Soc. Lond. A. 1996. - 452.- PP. 303-328

90. Driaev A. A. On the problem of the capillary gravitation imbibition of oil into soil // Proc. of the Int. Conf. "Modern approaches to flows in porous media". - M.: Inst, for Problems in Mechanics of Rus. Acad, of Sci. - 1999. - PP. (11-11) - (II-13)

91. Entov V.M. Dissipative effects in chemical flooding. Proc. of the Int. Conf. "Flow through porous media: fundamentals and reservoir engineering applications". M.: Inst, for Problems in Mechanics of Rus. Acad, of Sci. 1992. - PP.22-25

92. Fetter C.W. Contaminant Hydrogeology. Macmillan, New York.- 1993.

93. Gentier S. Morphologie et comportement hydromecanique d'une fracture naturelle dans le granit sous contrainte normale. // These de Doctorat d'Etat, Universite d'Orleans, France. 1986. - 597 p.

94. Helmig R., Huber R. Comparison of Galerkin type discretization techniques for two-phase flow in heterogeneous porous media // Advances in Water Resources. - 1998. - N 8. - vol. 21. - PP. 697-711

95. Huang Ya., Ringrose P.S., Sorbie K.S., Heriot-Watt U. Capillary Trapping Mechanisms in Water-Wet Laminated Rocks // SPE Reservoir Engineering. 1995. - N 11. - PP. 287-292

96. Huykorn P.S., Pinder G.F. Computational methoda in subsurfaceflow. Acad. Press, NY, 1983. - 473p.

97. Kulikovsky A.G. On the discontinuous solutions in mechanics of continuous media. Theoretical and Applied Mechanics // Proc. 14-th IUTAM Congress, Delft. North-Holland Publ.Co., Amsterdam - N.-Y., Oxford. - 1976.

98. Lake L.W. Enhanced oil recovery. Prentice Hall, New Jersey, 1989. - 550p.

99. Moritis G. EOR oil production up slightly // Oil&Gas Journal. -PennWell Publishing Co, USA. 1998 - vol.96. - N 16. - PP. 49-65

100. Mourzenko V.V., Thovert J.F., Adler P.M. Permeability of a Single Fracture; Validity of the Reynolds Equation. //J. Phys. II (France).- 1995. N 5. - PP. 465 - 482

101. Mourzenko V.V., Galamay O., Thovert J.F., Adler P.M. Fracture deformation and influence on permeability // Physical Review E. 1997.- vol. 56. N 3. - PP. 3167 - 3184

102. Mourzenko V.V., Galamay O., Thovert J.F., Adler P.M. Deformation et permeabilite de fractures sous charge normale ou tangentielle // Actes du 13eme Congres Francais de Mecanique. Poitiers, Futuroscope, France. - 1997. - PP. 221-224

103. PinderG.F. and L.M.Abriola. On the Simulation of Nonaqueous Phase Organic Compounds in the Subsurface // Water Resour. Res. -1986. 22(9). - PP. 109S-119S

104. Pistiner A., Rubin H., Shapiro M. Radial fuel-well transport in aquifer near an injection well // Adv.Water Resources. Elsevier Science Publ. Ltd. - 1991. - vol. 14 - PP. 323-328

105. Pistiner A., Shapiro M., Rubin H. Gravitational migration of fuel in porous media // Kluwer academic publishers. Transport in porous media. 1992. - N 9. - PP. 187-205

106. Pistiner A., Shapiro M. Contamination pattern in groundwater resulting from an underground source// Kluwer academic publishers. Journal of engineering mathematics. 1998. - N 33. PP. 15-30

107. Poutet J., Manzoni D., Hage-Chehade F., Jacquin C.G., Bouteca M.J., Thovert J.-F., Adler P.M. The Effective Mechanical Properties of Reconstructed Porous Media. // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. 1996. - vol. 33. - N4. - PP. 409 - 415

108. Rapoport L.A. and Leas W.I. Properties of Linear Waterfloods. // Trans. AIME. 1953. - vol. 198.

109. Royer P., Auriault J.L., Boutin C. Contribution de l'homogeneisation a l'etude de la filtration d'un fluide en milieu poreux fracture // Revue de l'Institut Francais du Petrole. 1995. - N3. - vol.50. - PP. 337 - 352

110. Rudin J., Wasan D.T. Mechanisms for lowering of interfacial tension in alkali/acidic oil systems. Part I.Experimental studies // Colloids and surfaces, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam. 1992. - N 68. - PP.67-79

111. Rudin J., Wasan D.T. Mechanisms for lowering of interfacial tension in alkali/acidic oil systems. Part II. Theoretical studies //Colloids and surfaces, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam. 1992. - N 68. - PP.81-94

112. Tsang Y.W., and Tsang C.F. // Wat. Res. Res. 1989. -N 25. -P. 2076

113. Voskov D.V., Entov V.M., Galamay O.V. On dissipative effects in chemical flooding.// Conf. Proc. of "The 27th Israel Conference on Mechanical Engineering". Technion, Haifa, Izrael. - 1998. PP.284-2861. УТ

114. Начальник Э Министерства обор01» февраля 2000 .улёминиспользования результатов диссертационной работы Галамай О.В. «Математическое моделирование двухфазной многокомпонентной фильтрации в гетерогенных пластах»

115. Заместитель начальника Центра по1. АКТиспользования результатов диссертационной работы Галамай О.В. "Математическое моделирование двухфазной многокомпонентной фильтрации в гетерогенных пластах"

116. Технический директор- первый заместитель1. Генерального директора

117. ОАО "НИИ Вычислительных комплексовим. М.А.Карцева'1. Баранов Л.Д.