Главная » 2014 » Сентябрь » 1 » Скачать Гидродинамические эффекты при двухфазной многокомпонентной фильтрации в пластах сложной структуры. Конюхов, Владимир Михайлович бесплатно
9:59 PM
Скачать Гидродинамические эффекты при двухфазной многокомпонентной фильтрации в пластах сложной структуры. Конюхов, Владимир Михайлович бесплатно
Гидродинамические эффекты при двухфазной многокомпонентной фильтрации в пластах сложной структуры
Диссертация
Автор: Конюхов, Владимир Михайлович
Название: Гидродинамические эффекты при двухфазной многокомпонентной фильтрации в пластах сложной структуры
Справка: Конюхов, Владимир Михайлович. Гидродинамические эффекты при двухфазной многокомпонентной фильтрации в пластах сложной структуры : диссертация доктора физико-математических наук : 01.02.05 Казань, 2004 318 c. : 71 05-1/304
Объем: 318 стр.
Информация: Казань, 2004
Содержание:
Введение
1 Двухфазная многокомпонентная фильтрация в нефтяных пластах сложного строения, вскрытых горизонтальными скважинами
11 Двухкомпонентная фильтрация (вытеснение нефти водой)
111 Математическая модель двухфазной фильтрации
112 Численные методы расчета насыщенности и давления
113 Образование структур в двухфазных потоках
114 Фильтрация при наличии в пласте тонкой высоко- или слабопроницаемой перемычки
115 Влияние расположения ГС на фильтрацию при отсутствии и наличии подошвенной воды в пласте
116 Фильтрация в зонально-неоднородном пласте, вскрытом горизонтальными скважинами
12 Трехкомпонентная фильтрация (полимерное заводнение)
121 Математическое описание процесса полимерного заводнения
122 О численном методе расчета концентрации загустителя
123 Структуры в двухфазных трехкомпонентных потоках
124 Сравнение процессов фильтрации и характеристик разработки пластов слоистой структуры при обычном и полимерном заводнении
125 Полимерное вытеснение в пластах слоистой структуры с применением горизонтальных скважин
13 Пятикомпонентная фильтрация (гидрогелевое заводнение)
131 Модель фильтрации химически реагирующих смесей
132 О разностной схеме и алгоритме расчета концентраций гелеобразующих компонент и гидрогеля
133 Анализ структур в двухфазных пятикомпонентных потоках
134 Влияние подвижных гелевых оторочек на фильтрационные процессы в пластах сложной структуры
135 О подходах к оптимизации методов увеличения нефтеотдачи при гидрогелевом заводнении
136 Сравнение эффективности применения методов обычного, полимерного и гидрогелевого заводнения в пластах сложной структуры
Двухфазная фильтрация при циклическом воздействии на нефтяные трещиновато-пористые пласты
21 Математические модели периодических процессов в трещиновато-пористом пласте
211 Модель двухфазной фильтрации в пластах со структурой //—го типа, образованной небольшими блоками
212 Двухуровневая модель нестационарной фильтрации в трещиновато-пористом пласте
22 Численные модели и алгоритмы расчета периодических процессов в трещиновато-пористом пласте
221 Численная одноуровневая модель фильтрации
222 Численная двухуровневая модель и алгоритм расчета фильтрации в трещиновато-пористом пласте
23 Результаты компьютерного моделирования
231 Анализ периодических фильтрационных процессов на основе одноуровневых моделей
232 Оценка влияния параметров циклического воздействия на процесс вытеснения нефти из блоков в трещины с помощью двухуровневой модели
3 Миграция тяжелых жидких загрязнений в водоносных пластах сложной структуры
31 Фильтрационная модель распространения сильно минерализованных неорганических растворов
311 Объем процесса
312 Уравнения миграции рассола
313 Основные особенности и свойства решения
314 Постановка граничных условий
32 Численная модель миграции рассола и алгоритм расчета
33 Анализ процессов распространения рассола в водоносных пластах на основе фильтрационной модели
331 Апробация модели
332 Квазистационарные эффекты при миграции рассолов в анизотропных водоносных пластах
333 Структурные эффекты в пластах сложного строения с регулярно расположенными слабопроницаемыми включениями
34 Фильтрационно-диффузионная модель распространения высоко- и слабоконцентрированных соляных растворов в водоносных пластах сложного строения
341 Объем и общие уравнения фильтрацион-но-диффузионного процесса
342 Постановка граничных условий
35 Особенности фильтрации рассолов с учетом диффузии
351 Распространение загрязнения при различных его начальных распределениях в пласте
352 Фильтрационно-диффузионное распространение пятна рассола на "медленной" стадии
353 Влияние диффузии на миграцию рассолов в пластах трещиновато-пористой структуры
36 Фильтрационная модель распространения тяжелых органических загрязнений
361 Миграция тяжелого органического загрязнения
362 Об особенностях миграции тяжелых органических жидкостей в водоносных горизонтах сложной структуры
4 Нестационарные гидродинамические процессы при имплози-онной обработке призабойной зоны скважины
41 Математическое описание процессов в системе "скважина
• имплозионная камера - пласт"
411 Объем процесса имплозионной обработки
412 Математическая модель имплозионного воздействия
413 Преобразование общей системы уравнений
42 Численные методы и алгоритмы решения задач
43 Анализ результатов компьютерного моделирования имплози-онных процессов
Введение:
Диссертация посвящена теоретическому исследованию изотермических процессов двухфазной многокомпонентной фильтрации в слоисто-неоднородных и трещиновато-пористых нефтяных пластах, фильтрационно-диф-фузионных процессов при распространении тяжелых жидких загрязнений в водоносных пластах сложного строения и гидродинамических ударно-волновых процессов в системе " скважина - пласт - имплозионная камера" при имплозионной обработке призабойной зоны пласта.
Актуальность темы. Процессы фильтрации и массопереноса в коллекторах сложной структуры составляют сущность многих явлений в природе и разнообразных технологиях разработки нефтяных месторождений, распространения загрязнений в пресноводных горизонтах и т.д.
С истощением в нашей стране запасов большинства выскопродуктивных залежей нефти, находящихся в настоящее время на поздней стадии разработки, в последние десятилетия все более увеличивается доля трудно извлекаемых запасов углеводородного сырья, объем добычи которых за последние 25 лет вырос в три раза [79]. К этой категории относятся запасы нефти в пластах сложной структуры (неоднородных по простиранию и по толщине нефтяных залежах, трещиновато-пористых пластах). Использование традиционных методов нефтеизвлечения (в настоящее время более 90% нефти в России добывается с применением заводнения) не является достаточно эффективным [79], [89]. Так, разработка неоднородных пластов системой скважин ведет к образованию зон слабой выработанности между скважинами, обусловленных гидродинамикой процесса вытеснения, а из-за зональной неоднородности проницаемости продуктивных пластов вода проходит по высокопроницаемым каналам, оставляя не выработанными менее проницаемые зоны и приводя к высокой обводненности добывающих скважин. В трещиновато-пористых коллекторах нефть сосредоточена в блоках, а фильтрация жидкости при разработке происходит по трещинам. Если блоки гидрофобны, то обычное квазистационарное заводнение пласта или нестационарное воздействие с длительным периодом цикла (месяцы) закачки воды по участкам в принципе не могут быть эффективными. В этом случае механизм капиллярной пропитки [8], [41] не работает, и по трещинам фильтруется практически одна вода, что приводит к весьма низкой нефтеотдаче пластов.
Решение этих проблем предполагает совершенствование систем заводнения за счет внедрения методов периодического воздействия на пласт, использования эффективных физико-химических способов заводнения, применения технологии горизонтальных скважин (ГС).
Другой важной проблемой, возникающей в практике нефтедобычи, является ухудшение фильтрационных свойств пласта в окрестности нагнетательных и добывающих скважин, которое может произойти по самым разнообразным причинам (см., например, [3], [29], [77], [80], [111] и подробный анализ [39]) как при бурении и освоении, так и в процессе эксплуатации скважин. Поскольку состояние призабойной зоны пласта определяет эффективность эксплуатации скважин, то на практике большое внимание уделяется методам улучшения фильтрационных характеристик этой окрестности коллектора за счет теплового, гидродинамического, химического, волнового [50], виброволнового [39] и других способов воздействия. Успешно применяются также имплозионные методы [52], [96] - [99], а также новые комбинированные высокорентабельные технологии, которые сочетают имплозию с термическим, термогазобарическим, термогазокислотным или перфорационным способами обработки призабойной зоны пласта [73], [104] - [106], [114], [120].
К сожалению, развитие нефтедобывающей, химической и других отраслей промышленности сопровождается нередкими техногенными авариями, приводящими к загрязнению пресноводных пластов, служащих источниками питьевой воды для населения. Часто такие загрязнения представляют собой либо неорганические высокоминерализованные рассолы, например, попутные воды нефтяных месторождений [119], либо тяжелые углеводородные жидкости, попадающие в подземные воды в результате их утечек при авариях на поверхности земли или нарушении герметичности нефтепромыслового оборудования скважин. Аналогичные экологические проблемы характерны и для большинства приморских регионов, где интенсивный водоотбор проводит к интрузии морской воды в водоносные горизонты [166].
Практическая значимость теоретического изучения процессов, протекающих при всех указанных выше видах воздействия на фоне фильтрации насыщающих пористую среду флюидов и взаимодействия различных физических полей с полями фильтрационных потоков, очевидна. Соответствующие задачи, возникающие при исследовании фильтрационных явлений в нефтяных коллекторах сложного строения и миграции загрязнений в водоносных пластах давно привлекают внимание механиков, математиков, гидрогеологов и многих других специалистов, что проявляется не только в количестве публикаций, но и в проведении научных симпозиумов, регулярных специальных конференций и семинаров (см., например, труды [26], [50], [67], [68], [90], [107], [129], [143]). Такие процессы являются объектом исследования теории многофазной многокомпонентной фильтрации, теории разработки нефтяных месторождений, гидрогеологии и геоэкологии. Именно эти процессы изучаются в настоящей диссертации.
1. Большинство гидродинамических моделей фильтрационных процессов в нефтяных пластах базируется на теории подземной гидрогазодинамики, основы которой были заложены фундаментальными экспериментами Р. Ви-кофа и Г. Ботсета, Д.А. Эфроса, получивших кривые относительных фазовых проницаемостей, и классическими моделями С. Баклея и М. Леве-ретта, М.Маскета и М. Мереса, Л. Рапопорта и В. Лиса, обобщающими закон Дарси на случай совместной фильтрации несмешивающихся флюидов. В дальнейшем модели двухфазной фильтрации развивались в работах М.Г. Алишаева [2], Г.А. Бабаляна [5], К.С. Басниева, Н.М. Дмитриева, И.Н. Кочиной, С.А. Кундина, В.М. Максимова и Г.Д. Розенберга [11],
12], В.Я. Булыгина [18], Г.И. Баренблатта, В.М. Ентова, В.М. Рыжика и А.Ф. Зазовского [7], [8], [41], [43], Ю.П. Желтова [46], В.А. Данилова и P.M. Каца [35], А.Н. Коновалова [53], А.В. Костерина и Э.В. Скворцова [38], [40], M.JI. Сургучева [112], А.Н. Чекалина [126], [128], И.А. Чарного [123] и др.
В силу большого объема публикаций в нашей стране и за рубежом, посвященных конкретизации моделей и решению задач двухфазной многокомпонентной фильтрации, ограничимся далее лишь ссылками на работы, имеющие непосредственное отношение к излагаемому материалу. Отметим, что подробную библиографию по различным темам можно найти в цитированных книгах российских авторов, в книге [149] и в обзорах [116], [117], [133].
1.1. Постановки задач двухфазной двухкомпонентной фильтрации в нефтяных пластах представляют собой весьма сложные системы дифференциальных уравнений относительно искомых функций давления и водонасы-щенности, аналитические решения которой в одномерном случае для однородного пласта дано Баклеем и Левереттом, а для неоднородного одномерного пласта и некоторых частных двумерных задач - в работах [16], [48], [125]. В общем случае решения могут быть получены только численными методами. При этом необходимо учитывать, что особенностью задач вытеснения нефти водой является образование скачка водонасыщенности на фронте вытесняющей жидкости, обусловленного видом зависимостей относительных фазовых проницаемостей и соотношением вязкостей фаз. Возникновение и распространение скачков имеет место при отсутствии [7], [16], [126], [134] и наличии [94], [123], [126] массовых сил, а также в двумерных задачах [122].
Численное решение задач фильтрации в пластах сложного строения дополнительно осложняется тем, что перемещение скачка насыщенности происходит в среде, в которой присутствуют границы разрыва ее физических характеристик (прежде всего, абсолютной проницаемости).
Методы расчетов фильтрационных течений по модели Баклея-Леверетта, предлагаемые различными авторами, детально обсуждаются А.Н. Чекали-ным в [126]. В этой работе с учетом специфики двухфазной фильтрации в нефтяных пластах предложены эффективные методы решения уравнения переноса водонасыщенности и уравнения эллиптического типа относительно давления, учитывающие априорную информацию о свойствах искомых функций. С целью повышения порядка аппроксимации уравнения переноса используется сетка, сдвинутая на полшага относительно сетки для давления. Консервативные разностные схемы строятся с помощью интегро-интерполяционного метода [108] - [110], причем их коэффициенты являются функционалами не только коэффициентов исходных дифференциальных уравнений, но и самого решения. "Уравнение переноса аппроксимируется явной схемой типа "уголок", учитывающей конечность скорости движения фронта вытеснения. Для установления связи между среднеинтегральными по элементарной ячейке величинами водонасыщенности и ее значениями в узлах сетки используется дробно-линейная (для плоских задач в вертикальном разрезе пласта), либо параболическая (для плановых течений) интерполяция. Результаты тестирования разработанных в [126] схем на известных аналитических решениях и численных решениях других авторов показали их высокую точность даже при расчетах на относительно грубых сетках. Поэтому метод А.Н. Чекалина широко применяется в настоящей работе.
Заметим, что проблемы решения гиперболических уравнений на основе конечно-разностных схем и метода конечных элементов продолжают оставаться предметом активных исследований российских и зарубежных ученых, см., например, [30] - [32], [102], [113], [138], [149], [150].
Несмотря на то, что в области двухфазной двухкомпонентной фильтрации накоплен весьма богатый экспериментальный и теоретический опыт, ряд вопросов остается недостаточно изученным. Это касается исследования взаимодействия подвижных скачков насыщенности, перемещающихся в пластах сложного строения, с границами разрыва абсолютной проницаемости и влияния такого взаимодействия на фильтрационные поля потоков и сам процесс вытеснения нефти водой. Новые задачи возникают также в связи с применением в практике нефтедобычи горизонтальных скважин, что требует изучения в этом случае как особенностей процесса заводнения, так и получения оценок влияния длины скважин и их расположения в пласте на характеристики его разработки.
1.2. Методы повышения нефтеотдачи пластов за счет физико-химического воздействия, основанные на создании высоковязких оторочек, можно разделить на два типа в зависимости от того, закачивается ли загуститель в готовом виде, или же он образуется в процессе фильтрации за счет химической реакции между последовательно закачиваемыми в коллектор химреагентами, растворенными в водной фазе.
Моделирование фильтрации первого типа (например, полимерного заводнения, которое является одним из наиболее применяемых методов данного типа) может быть выполнено в рамках теории двухфазной трехкомпонент-ной фильтрации готовых смесей [1], [42], [43], [79], [91], [101], [118], [123], [128], [129]. При описании полимерного вытеснения в крупномасштабном приближении без учета капиллярных сил и диффузионных эффектов для характеристики состава смеси достаточно знать концентрацию третьей компоненты - загустителя воды и его сорбционные свойства в пластовых условиях [8], [42], [79], [128]. Как правило, концентрация примеси в воде мала, так что балансовые уравнения воды и нефти дополняются дифференциальным уравнением гиперболического типа для концентрации. Это приводит к значительному усложнению решения соответствующих фильтрационных задач, которое в неодномерном случае может быть получено с помощью метода характеристик [13] и разностными методами [128]. Подробный обзор различных задач, решаемых этими методами, приведен в обзоре В.М. Ентова [42] и в книге А.Н. Чекалина, Г.В. Кудрявцева, В.В. Михайлова [128].
Особенностью задач двухфазной трехкомпонентной фильтрации является то, что наряду со скачком водонасыщенности здесь появляется скачок концентрации загустителя [42], [43], [128]. В этой связи возникает необходимость дополнительного изучения взаимодействия подвижных скачков между собой и с границами разрыва абсолютной проницаемости, их влияния на фильтрационный процесс полимерного заводнения в целом и на динамику полимерной оторочки в пластах сложной структуры, вскрытых горизонтальными скважинами.
1.3. Еще более сложным для изучения является второй метод физико-химического воздействия на пласт, когда фильтрация и образование загустителя происходят одновременно, и оба эти процесса связаны между собой. Здесь можно выделить два способа изменения направления потоков жидкости за счет снижения скорости фильтрации воды в высокопроницаемых областях: 1) создание в них непроницаемых барьеров и 2) формирование подвижных высоковязких оторочек загустителя.
В этой области уже накоплен достаточно большой промысловый опыт (см., например, [78], [79], [118], [153], [155], [159], [169], [175]). Анализ влияния непроницаемых барьеров (расположение которых считается заданным в окрестности скважины) на гидродинамику потоков проводится в [44] в рамках модели двухфазной фильтрации. В работах [49], [47] дан численный анализ формирования высоковязких барьеров в призабойной зоне слоисто-неоднородных пластов за счет взаимодействия двух компонентов в сорбированном состоянии и без учета химической реакции между ними в процессе фильтрации. Однако, как показывает нефтепромысловая практика, неподвижные барьеры, вообще говоря, мало эффективны при наличии гидродинамической связи между слоями пласта, так как в этом случае такие барьеры легко обтекаются потоком. Вследствие этого их влияние на процесс фильтрации ограничивается лишь некоторой близлежащей окрестностью. Поэтому в слоисто-неоднородных пластах целесообразно создавать подвижные оторочки загустителей, такие, как оторочки управляемого гидрогеля.
Поскольку методы физико-химического воздействия второго типа начали развиваться лишь в последние годы, то для исследования происходящих в пласте процессов необходимы построение соответствующей модели двухфазной пятикомпонентной фильтрации и разработка численных методов и алгоритмов ее численной реализации. Математическое описание таких ситуаций применительно к условиям фильтрации в нефтяных пластах может быть выполнено на основе общих принципов, разработанных в гидрогеохимии [172]. Особый интерес представляет собой как теоретическое исследование самого процесса гидрогелевого вытеснения, так и сравнение его эффективности с традиционными методами первого типа и обычным заводнением.
2. Важное значение для теории и практики имеют гидродинамические методы воздействия на трещиновато-пористые пласты. Как говорилось ранее, методы стационарного заводнения и циклического воздействия с большим периодом (месяцы) на такие пласты малоэффективны. Однако специальные промысловые эксперименты и теоретические исследования свидетельствуют о том (см., например, [85] - [90]), что циклическое воздействие с коротким периодом (часы, дни) на трещиновато-пористые пласты приводит к значительному снижению обводненности добывающих скважин. Поэтому такие гидродинамические методы в настоящее время считаются наиболее перспективными с точки зрения их эффективности и экономичности, и они широко применяются на практике [89] .
По-видимому, одной из первых работ, в которой рассматривалась задача циклического воздействия на пласт, была работа Г.Г. Тумашева и В.М.Фомина [115].
Для описания процессов движения однородной жидкости в трещиновато-пористых пластах первая модель неустановившейся фильтрации в " средах с двойной пористостью" была предложена Г.И. Баренблаттом, Ю.П. Желто-вым и И.Н. Кочиной [7], [10]. Она построена в предположении о том, что макроскопическим потоком в блоках можно пренебречь, а переток между блоками и трещинами пропорционален разнице давлений в порах и трещинах. В дальнейшем этот подход был применен A.A. Боксерманом, Ю.П. Желтовым, A.A. Кочешковым и Б.В. Шалимовым к исследованию процесса капиллярной пропитки [14], [51] и для описания циклического вытеснения нефти водой [15]. Для получения и обработки кривых восстановления давления на скважинах, вскрывающих трещиновато-пористые пласты, Ю.М. Молокович [87] построил усовершенствованную модель Баренблатта-Уоррена-Рута, учитывающую неравновесность фильтрационного потока по давлению и скорости фильтрации.
Однако эффект снижения обводненности при циклическом воздействии достаточно долго не имел своего должного объяснения в рамках теории двухфазной фильтрации. Так, в работе О.Э. Цинковой [121], установлено, что в рамках обычных предположений теории двухфазной фильтрации " периодические упругие колебания жидкостей в неоднородном пласте не приводят .к изменению технологических показателей разработки" (стр. 58). Автор [121] предлагает описать механизм "выравнивания насыщенности при циклическом воздействии" с помощью гистерезиса фазовых проницаемостей. Однако при таком подходе "количественные рамки проявления рассматриваемого эффекта выравнивания насыщенностей весьма узки" (стр. 66).
В силу противоречия между имеющимися экспериментальными данными [85], [88] - [90] и выводами, полученными в [121], вопрос об адекватном описании процессов в трещиновато-пористых коллекторах при циклическом воздействии остается открытым и требует проведения соответствующих исследований.
3. Проблемы загрязнения водоносных пластов рассолами и тяжелыми органическими жидкостями являются в настоящее время объектом интенсивного экспериментального и теоретического изучения, о чем свидетельствует огромное количество публикаций и конференций (см., например, работы Н.Н. Веригина [20], B.C. Голубева [33], обзор [37], труды П.Я. Полубарино-вой-Кочиной [95], работы В.А. Мироненко, В.Г. Румынина и их коллег [54], [76], [81], [84], [103], публикации зарубежных авторов [136], [151], [152], [154], [160] - [168], [173], труды конференций [145], [147]). Типичным для фильтрации тяжелых жидкостей является неустойчивый струйный характер течения с образованием "пальцев" или "языков" ("fingering"), математическое описание которого представляет собой весьма сложную задачу.
Существует несколько способов моделирования переноса рассолов фильтрационным потоком. При наиболее простом подходе предполагается, что рассол и пресная вода являются несмешивающимися жидкостями, и на границе их контакта выполняются известные гидростатические условия Гибена-Герцберга (Ghyben - Herzberg). В этом случае не учитывается диффузионный перенос между рассолом и водой в пористой среде и неустойчивость миграции разноплотностных жидкостей. Такой подход позволяет значительно упростить решение задач миграции рассолов и дать оценки перемещения основного ядра загрязнения.
Второй подход, используемый в дисперсионной модели [135], [136], [154], [161], [167], основывается на уравнениях конвективной диффузии в пористой среде, в которых дисперсионный массовый поток описывается линейным законом Фика. Данная теория справедлива для слабоконцентрированных растворов. Для обобщения ее на случай фильтрационного переноса рассолов в [84], [135], [151], [170] предлагается использовать нелинейный закон Фика с полуэмпирическими зависимостями дисперсионного потока от градиента концентрации, в том числе и с учетом молекулярной диффузии. Тем не менее, и эта нелинейная дисперсионно-диффузионная модель справедлива лишь для анализа устойчивых ситуаций, когда процесс пальцеобразования, обусловленный гравитационной неустойчивостью, отсутствует или им можно пренебречь.
Третий подход, начавший развиваться с появлением многопроцессорных ЭВМ, позволяющих распараллеливать вычислительный процесс, базируется на попытках построения "универсальной" трехмерной модели в рамках уравнений многофазной фильтрации с учетом всех действующих факторов [137], [148], [158], [162], [163], [174]. Однако это требует адекватного и полного задания исходных данных для проведения расчетов, что в каждом отдельном случае сопряжено с огромными трудностями. Как подчеркивается в [37], "анализ полученных на этом пути результатов поражает явным их несоответствием затраченным усилиям" (стр. 26). Целесообразным является принцип разделения полной задачи по процессам на несколько более простых подзадач, отражающих ключевые моменты явления.
Что касается математического моделирования миграции жидких неводных составов (NAPL), то оно находится сейчас в стадии становления [37], [160].
Таким образом, проблемы описания неустойчивого процесса фильтрации тяжелых загрязнений далеко не решены, а связанные с ними задачи внедрения рассолов и тяжелых углеводородных жидкостей, процессы массоперено-са, возникающие при их миграции в полях напорного и инфильтрационного течений и осложненные сложной структурой водоносных пластов, требуют проведения соответствующих исследований.
4. Опытно-промышленное внедрение технологий имплозионного и комбинированного типов подтверждает их потенциальную перспективность [96] - [99], [104] - [107], [114], [120]. Однако, как отмечается в [120], успешность применения имплозионных методов воздействия может быть существенно повышена при более глубокой проработке их теоретических основ, так как пока технология проведения соответствующих работ опирается в основном лишь на эмпирические знания и правила.
Первые шаги в направлении разработки расчетных методов имплозионных процессов на фоне анализа результатов одного из первых промышленных применений обработок призабойной зоны пластов в Коми АССР были предприняты в работах А.А.Попова, А.И. Шнирельмана [96] - [99]. Они основаны на теории гидравлического удара в скважине, и совершенно не учитывают как массообменные перетоки между пластом и скважиной, так и взаимосвязь процессов во всей имплозионной системе "скважина - имплози-онная камера - пласт". Некоторые постановки задач, связанных с расчетом температуры и давления в скважине при обработке пороховым газогенериру-ющим устройством и возникновением при этом колебаний столба жидкости в скважине (также без взаимосвязи с пластом), рассматриваются в [6], [75].
Представляет интерес оценка возможности образования трещин гидроразрыва при имплозии по формуле Ю.П. Желтова [45], [46]. Для этого необходимо знать забойное давление и объем закачиваемой в пласт жидкости. Они должны определяться из решения задачи о согласованном движении жидкости в скважине и пласте. Такая задача Ю.П. Желтовым [45], [46] не рассматривается, поэтому принятые в этих работах значения указанных величин представляются спорными.
Поскольку для выявления условий, при которых обеспечивалось бы с большей вероятностью успешность имплозионных методов, необходимо в деталях выяснить механизм имплозионного воздействия на призабойную зону скважины, необходима разработка соответствующей математической модели, позволяющей анализировать весь процесс, происходящий в системе "скважина - имплозионная камера - пласт ".
Таким образом, проведенный анализ степени разработанности проблем показывает, что в силу значительной сложности изучаемых объектов имеющиеся результаты являются далеко не полными. Они не снимают как проблемы адекватных рассматриваемым процессам математических постановок сложных сопряженных задач механики пористых сред, так и необходимости создания новых и развития известных методов их решения. Все это в конечном итоге определяет актуальность тематики диссертации и позволяет сформулировать цель работы: математическое описание двухфазных многокомпонентных фильтрационных течений в пластах сложной структуры, разработка численных методов решения конкретных задач и анализ на их основе особенностей процессов фильтрации и гидродинамических эффектов при различных способах воздействия на пласт.
Основные задачи исследования:
1. Изучить гидродинамические эффекты при двухфазной многокомпонентной фильтрации, обусловленные взаимодействием скачков водонасы-щенности и концентрации высоковязких загустителей с границами разрыва абсолютной проницаемости; оценить влияние такого взаимодействия на поля фильтрационных потоков и на ход фильтрационного процесса.
2. Дать оценку основных характеристик разработки слоисто-неоднородных пластов при отсутствии и наличии подошвенной воды в зависимости от способа размещения горизонтальных скважин, и изучить влияние длины горизонтальных скважин на нефтеотдачу зонально-неоднородных нефтяных коллекторов.
3. Построить математическую модель процесса пятикомпонентной фильтрации при вытеснении нефти водой с образованием подвижных высоковязких оторочек гидрогеля за счет химической реакции между двумя гелеобразующими компонентами в слоисто-неоднородном пласте; разработать эффективные методы численного решения двумерных задач вытеснения нефти водой и оценить эффективность физико-химического воздействия на пласт по сравнению с обычным заводнением.
4. Разработать математические и численные модели процесса циклического заводнения трещиновато-пористых пластов с учетом упругоемкости фаз, пористой среды, трещин и различия фазовых проницаемостей при движении флюидов в пористых блоках и трещинах для случаев малых блоков и блоков произвольного размера; изучить механизм циклического вытеснения нефти водой и влияние периода, амплитуды и сдвига фаз на нефтеотдачу трещиновато-пористых пластов.
5. Построить математическую модель распространения тяжелых неорганических и углеводородных загрязнений в водоносных пластах сложной структуры; провести анализ общих свойств решения; с учетом полученной априорной информации разработать эффективные численные методы решения двумерных задач миграции пятна в вертикальном разрезе пласта; исследовать гидродинамические эффекты, возникающие в поле фильтрационного потока из-за совместного влияния гравитации, инфильтрации, напорного течения и структуры пласта на быстрой и медленной стадиях интрузии морской воды и внедрения тяжелых загрязнений через зеркало грунтовых вод.
6. Разработать феноменологическую математическую фильтрационно -диффузионную модель распространения высоко- и слабоминерализованных растворов в неоднородных водоносных пластах; на основе вычислительных экспериментов исследовать особенности фильтрационно-диффузионного процесса на быстрой и медленной стадиях распространения загрязнения.
7. Разработать общую математическую модель взаимосвязанных гидродинамических и массообменных процессов в системе "скважина - пласт -имплозионная камера" при имплозионной обработке призабойной зоны пласта с учетом перемещения камеры при упругом растяжении кабель-троса; на основе компьютерного моделирования исследовать механизм гидроударного воздействия на призабойную зону и дать оценку влияния технологических параметров имплозионного устройства на амплитуду, частоту и продолжительность ударных волн.
Диссертационная работа построена так, чтобы решению каждой из сформулированных задач посвящался либо раздел соответствующей главы, либо отдельная глава.
Методика исследования. В ходе решения задач, возникающих при выполнении диссертационной работы, широко использовался метод вычислительного эксперимента на ПЭВМ. С этой целью разработаны и уточнены численные методы теории разностных схем, решения интегральных й обыкновенных дифференциальных уравнений, и проведены многовариантные многопараметрические расчеты.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и списка использованных источников, содержит 318 страниц сквозной нумерации, в том числе 15 таблиц, 76 рисунков; список литературы насчитывает 175 наименований.
