Моделирование теплофизических процессов в нефтяном пласте при прогреве в остановленной скважине

Цели. Выявление закономерностей теплофизических процессов в пластах является важной и актуальной задачей нефтедобывающей отрасли. Одним из способов повышения эффективности нефтеотдачи в условиях трудноизвлекаемых запасов является тепловое воздействие на пласт. При нагреве остановленной скважины в пласте формируются нестационарные тепловые потоки, поэтому в вопросах оптимизации добывающих технологий таких процессов широко применяется построение адекватных математических моделей. Цель работы – развитие возможностей применения методов математического моделирования и установление на их основе зависимостей распределения нестационарных полей теплофизических характеристик в пласте при нагревании скважины от ее параметров и свойств сред.
Методы. Использованы теория тепло- и массопереноса, методы математической физики, аналитические и численные методы, алгоритмы, методы компьютерного моделирования и разработки приложений, современные языки программирования и их библиотеки.
Результаты. Проведено теоретическое описание пласта, насыщенного нефтью, водой и парогазовой смесью. Получена замкнутая система уравнений тепло- и массопереноса при учете диффузионно-капельных и тепловых потоков и фазовых превращений. Сформулирована математическая постановка модели, представляющая собой начально-краевую задачу для уравнений, связывающих температуру, насыщенность и давление компонентов насыщающей жидкости в пласте. Разработаны численные алгоритмы решения такой задачи и проведена их программная реализация. Разработано приложение для компьютерной реализации модели с удобной визуализацией результатов расчетов, состоящей из нескольких компонентов (модулей). С использованием разработанного программного обеспечения проведены численные эксперименты для изучения того, как различные факторы, такие как свойства скетча пласта и насыщающей жидкой фазы, характеристики нагревателя, влияют на теплофизические процессы в пласте.
Выводы. Разработанная модель позволяет наглядно описать нестационарные распределения теплофизических характеристик, формируемых тепловым и диффузионно-капельным потоками в пласте в процессе прогрева остановленной скважины. Полученные результаты расширяют представления о закономерностях теплофизических процессов и свойствах насыщающей фазы в пласте при тепловом воздействии.

1. Гильманов А.Я., Ковальчук Т.Н., Скобликов Р.М., Фёдоров А.О., Ходжиев Ё.Н., Шевелёв А.П. Анализ влияния теплофизических параметров пласта и флюида на процесс пароциклического воздействия на нефтяные пласты. Вестник Тюменского государственного университета. Серия: Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2023;9(3–35):6–27. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2023-9-3-6-27

2. Загривный Э.А., Рудаков В.В., Батаев С.Н. Электротермический комплекс для тепловых методов добычи высоковязкой нефти. Записки Горного института. 2004;158:226–229.

3. Аминев Д.А., Кравченко М.Н. Методы теплового воздействия на пласт на этапе прогрева скважины с понижением давления. В сб.: СНК-2020: материалы Юбилейной LXX открытой международной студенческой научной конференции Московского Политеха. Москва. 2020. С. 198–201.

4. Думанский Ю.Г., Хлебников П.А., Мокропуло И.П., Гилаев Г.Г. Добыча высоковязких нефтей методом теплового воздействия на пласты на месторождении Оха. В сб.: Освоение ресурсов трудноизвлекаемых и высоковязких нефтей: сборник трудов конференции. 1997. С. 142–165.

5. Лапатин В.В. Анализ эффективности теплового воздействия на пласт с высоковязкой нефтью с помощью пары одновременно работающих горизонтальных скважин. Актуальные проблемы социально-гуманитарного и научно-технического знания. 2023;4(35):18–20.

6. Усманов А.Р. Тепловые методы воздействия на пласт. Академический журнал Западной Сибири. 2018;14(6–77):141–142.

7. Гиззатуллина А.А. Тепловое воздействие на высоковязкую нефть в пласте с помощью пары горизонтальных скважин работающих одновременно. В сб.: XII Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики: Сборник трудов конференции в 4 томах. Т. 2. 2019. С. 1178–1179. https://www.elibrary.ru/qfwigl

8. Салаватов Т.Ш., Мамедов Ф.Ф. Перспективы использования установок альтернативных источников энергии с целью теплового воздействия на пласт и призабойную зону. Азербайджанское нефтяное хозяйство. 2019;4:37–44.

9. Янгиров Р.Р. Динамика температурного поля в пласте при тепловом воздействии на продуктивный пласт на примере русского месторождения. В сб.: Западно-Сибирский нефтегазовый конгресс: Сборник научных трудов XIII Международного научно-технического конгресса студенческого отделения общества инженеров-нефтяников – Society of Petroleum Engineers (SPE). 2019. С. 181–183. https://www.elibrary.ru/zgqxbb

10. Игтисамова Г.Р., Габдуллина Г.И. Расчет параметров кустовой насосной станции с автономным энерго-обеспечением и тепловым, водогазовым воздействием на пласт. В сб.: Актуальные вопросы высшего образования – 2020: Материалы Всероссийской научно-методической конференции (с международным участием). 2020. С. 230–237. https://www.elibrary.ru/dfeidr

11. Гиззатуллина А.А., Фаткуллин А.А., Абдульманов А.А. Математическое моделирование теплового воздействия на высоковязкую нефть в пласте через горизонтальную скважину. В сб.: Современные технологии в нефтегазовом деле – 2020: сборник трудов международной научно-технической конференции. 2020. С. 45–49. https://www.elibrary.ru/fvllkz

12. Карташов Э.М., Кудинов В.А. Аналитическая теория теплопроводности и прикладной термоупругости. М.: URSS; 2018. 656 с.

13. Карташов Э.М. Модельные представления теплового удара в динамической термоупругости. Russ. Technol. J. 2020;8(2):85–108. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-2-85-108

14. Саяхов Ф.Л., Фатыхов М.А., Дыбленко В.М., Симкин Э.М. Расчет основных показателей процесса высокочастотного нагрева призабойной зоны нефтяных скважин. Изв. вузов. Серия Нефть и газ.1977;6:15–21. https://elibrary.ru/nzemgp

15. Сургучев М.Л., Симкин Э.М., Жданов С.А. Влияние методов теплофизического воздействия на призабойные зоны на увеличение нефтеотдачи пласта. Нефтяное хозяйство. 1977;10:48–50.

16. Вахитов Г.Г., Симкин Э.М. Использование физических полей для извлечения нефти из пластов. М.: Недра; 1985. 231 с.

17. Дуркин С.М., Меньшикова И.Н. Оценка влияния способа учета пород-неколлекторов на процесс теплового воздействия на пласт при численном моделировании. Инженер-нефтяник. 2017;3:38–41. https://elibrary.ru/zhneuf

18. Диева Н.Н., Кравченко М.Н., Набиуллина А.А. Обоснование на основе численного моделирования выбора методов теплового воздействия на керогеносодержащие пласты. В сб.: Актуальные проблемы геологии нефти и газа Сибири: Материалы 2-й Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов, посвященной 85-летию академика А.Э. Конторовича. 2019. С. 37–39. https://elibrary.ru/mukjjh

19. Тупысев М.К. Динамика гидратообразования в призабойной зоне скважин при разработке низкотемпературных газовых залежей. Георесурсы, геоэнергетика, геополитика. 2010;2(2):20. https://elibrary.ru/sikwul

20. Шарафутдинов Р.Ф., Канафин И.В., Хабиров Т.Р. Численное исследование температурного поля в скважине с многопластовой системой при движении газированной нефти. Прикладная механика и техническая физика. 2019;60(5–357): 125–135. https://doi.org/10.15372/PMTF20190512

21. Рамазанов А.Ш., Паршин А.В. Температурное поле в нефте-водонасыщенном пласте с учетом разгазирования нефти. Нефтегазовое дело. 2006;1:22. https://elibrary.ru/twwnpx

22. Рамазанов А.Ш., Паршин А.В. Аналитическая модель температурных изменений при фильтрации газированной нефти. Теплофизика высоких температур. 2012;50(4):606–608. https://elibrary.ru/kovvto

23. Шагапов В.Ш., Тазетдинов Б.И. Моделирование динамики образования и разложения газогидратных частиц при их всплытии в воде. Вестник Самарского государственного университета. Естественнонаучная серия. 2013;9-2(110): 133–139. https://elibrary.ru/rxwiiv

24. Рамазанова Э.Н., Аливердиев А.А., Григорьев Е.Б., Заричняк Ю.П., Алиев Р.М., Бейбалаев В.Д. Температурное поле нефятного паста с учетом влияния тепловых методов воздействия и теплопроводности горных пород. Вести газовой науки. 2023;2(54):68–73. https://elibrary.ru/wrwewp

25. Гильманов А.Я., Шевелёв А.П., Лагунов П.С., Гуляев П.Н., Петухов А.С., Лютоев П.А. Влияние теплофизических свойств пласта и флюида на технологические параметры пароциклического воздействия. Инженерно-физический журнал. 2023;96(5):1323.

26. Ефимцев С.В., Нустров B.C., Охезин С.П., Подоплелов В.В. Некоторые задачи фильтрации в деформируемых средах. Известия УрГУ. Серия Математика и механика.2003;5(26):66–76. https://elibrary.ru/vlomwf

27. Макарычев С.В., Мазиров М.А. Теплофизика почв: методы и свойства. Суздаль; 1996. Т. 1. 231 с.

28. Лаптев А.Г., Николаев Н.А., Башаров М.М. Методы интенсификации и моделирования тепломассообменных процессов. М.: Теплотехник; 2011. 287 с.

29. Голдобин Д.С., Краузин П.В. Насыщение затопленных почв двухкомпонентной смесью газов. Вестник ПНИПУ. Механика. 2013;4:33–41.

30. Goldobin D.S., Krauzin P.V. Formation of bubbly horizon in liquid-saturated porous medium by surface temperature oscillation. Phys. Rev. E. 2015;92(6):063032(1–8). http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevE.92.063032