автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Гидродинамическая теория процессов повышения нефтеотдачи с интенсивным межфазным массообменом

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ НЕФТИ И ГАЗА АН СССР И ГОСОБРАЗОВАНИЯ СССР

На правах рукописи УДК 532.546+622.276.6

ЗАЗОВСКИЙ АЛЕКСАНДР ФЕЛИКСОВИЧ

ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ПРОЦЕССОВ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ С ИНТЕНСИВНЫМ МЕЖФАЗНЫМ МАССООБМЕНОМ

05.15.06 - Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва ВНИИОЭНГ 1990

Работа выполнена в Институте проблем механики АН СССР

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Ю.П.Желтов;

доктор технических наук, профессор А.К.Курганов;

доктор технических наук В.М.Рыжик

Ведущая организация - Всесоюзный нефтегазовый научно-исследовательский институт им. академика А.П.Крылова

Защита со-люится " ^в " 1991 г.

в I $ час„ на заседании специализированного совета Д.053.27.04 при Московском институте нефти и газа им. И.М.Губкина (117917 Москва, Ленинский проспект, 65) в ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Московского института нефти и газа им. И.М.Губкина.

Автореферат разослан " ^ " 199/г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

.Е.Сомоб

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Поиски путей совершенствования разработки нефтяных месторождений, диктуемые запросами топливно-энергетической и химико-технологической отраслей, привели в последние два-три десятилетия к появлению целого ряда новых прогрессивных технологий, позволяющих рассчитывать на существенно более полное извлечение нефти из недр. Эти технологии получили название третичных методов добычи нефти или методов повышения нефтеотдачи. Естественно, что процессы повышения нефтеотдачи стали объектом пристального внимания ученых, специализирующихся в области подземной гидродинамики и теории разработки нефтяных месторождений.

Первоначально исследование этих процессов велось независимо и носило очень конкретный характер: рассматривались такие методы, как закачка в пласт газов высокого давления, вытеснение нефти горячей водой и паром, вытеснение нефти двуокисью углерода, растворами ПАВ, полимерное заводнение и др. При этом очень скоро стало ясно, что возможности экспериментальных методов из-за сложности, трудоемкости и продолжительности экспериментов по вытеснению ограничены, и потому подход, базирующийся на математическом моделировании процессов повышения нефтеотдачи, фактически не имеет альтернативы.

Таким образом, стало складываться новое направление в подземной гидродинамике, составляющей научный фундамент современной технологии разработки нефтяных месторождений, - теория процессов повышения нефтеотдачи. Основные задачи ее заключались в создании гидродинамических моделей методов повышения нефтеотдачи, открывающих возможности для углубленного анализа механизмов вытеснения нефти, позволшощих проводить многовариантные расчеты процессов воздействия на пласт и прогнозировать их возможные последствия.

Лавинообразное увеличение реагентов и методов повышения нефтеотдачи в середине 70-х годов стимулировало развитие подхода, основанного на классификации третичных методов воздействия на пласт и поиске их общих закономерностей. Это привело к разработке обобщенной модели целого ряда различных по своей физической природе процессов повышения нефтеотдачи, получившей название модели вытеснения нефти раствором активной примеси (Г.С.Брагинская, В.М.Ентов, 1978; В.И.Ентов, 1980; С.А.Роре, 1960). Она описывала такие технологии, как вытеснение нефти

- I -

раствором ПАВ, полимерное заводнение, вытеснение нефти горячей водой и их комбинации. Эта модель строилась путем обобщения классической теории двухфазной фильтрации: к воде и нефти добавлялся еще один компонент - растворимая в воде и (или) в нефти и адсорбирующаяся в пористой среде активная примесь, влияющая на гидродинамику двухфазного течения. Для нее была разработана математическая теория, опирающаяся на аппарат классической газовой динамики, с помощью которой в обобщенной форме были исследованы основные закономерности указанных процессов повышения нефтеотдачи.

Принципы, положенные в основу построения этой модели, а также развитый математический аппарат плодотворно эксплуатировались в дальнейшем при обобщении теории на более сложные процессы. Особо здесь следует отметить явный учет при математическом моделировании крупномасштабности процессов фильтрации в нефтяных пластах и автомодельности основных решений, отвечающих наиболее интересным с точки зрения приложений процессам вытеснения (В.М.Ентов, 1980), а также распространение математической теории на неавтомодельные задачи, позволяющее анализировать процессы вытеснения нефти оторочками растворов активной примеси (П.Г.Бедриковецкий, 1982).

Актуальность создания теории, охватывающей более широкий набор методов повышения нефтеотдачи, диктовалась запросами практики. Так, существовала большая группа методов, не укладывающихся в рамки модели вытеснения нефти раствором активной примеси, основанных на увеличении подвижности нефти в пласте за счет интенсивного межфазного массообмена между нефтью и вытесняющими ее агентами. Она включала, например, процессы вытеснения нефти газами высокого давления и растворителями, закачку в пласт двуокиси углерода и карбонизированной воды, мицелляр-ное и мицеллярно-полимерное заводнение, а также варианты теплового воздействия на пласт путем вытеснения нефти горячей водой и паром. При применении этих методов межфазный массообмен возникает из-за нарушения условий фазового равновесия между фазами переменного состава, обладающими разными подвижностями и потому движущимися в пласте с различными скоростями. В результате массообмена происходит выравнивание подвижностей фаз и отдельных компонентов. При этом достижение более высоких коэффициентов вытеснения может быть обусловлено: I) относительным "разжижением" нефти (например, за счет растворения в ней газа); 2) увеличением объема нефтяной фазы (например, "набу-

ханием" нефти при растворении в ней СОз); 3) переходом нефти или ее компонентов из менее подвижной фазы в более подвижную (примеры - сашшшг-процесс и солюбилизация остаточной нефти водными шцеллярными растворами) и, наконец, 4) изменением межфазного натякения на границе нефти и вытесняющего агента.

Учет этих факторов в обобщенной форме, не связанной явно со спецификой физико-химических превращений, которыми они сопровождаются, приводит к универсальному гидродинамическому описанию широкого класса процессов повышения нефтеотдачи в рамках теории многофазной многокомпонентной фильтрации. При этом различные методы повышения нефтеотдачи описываются одинаковыми уравнениями, а особенности механизмов, леяащих в их основе, учитываются при оснащении этих уравнений входящими в них эмпирическими функциями. Создание такой теории актуально с точки зрения разработки теоретических основ процессов повышения нефтеотдачи, совершенствования их технологии, поиска новых реагентов и оптимальных условий их применения.

Цель работы - создание на основе теории многофазной фильтрации многокомпонентных систем гидродинамической теории процессов повышения нефтеотдачи с интенсивным мекфазным массообменом и фазовыми переходами; разработка эффективных методов расчета этих процессов и анализ их основных закономерностей; исследование ряда конкретных процессов повышения нефтеотдачи.

Научная новизна. Впервые в рамках модели многофазной фильтрации трехкомпонентшх систем дано универсальное гидродинамическое описание широкого класса процессов повышения нефтеотдачи, сопровождающихся интенсивным мекфазным массообменом и фазовыми переходами; разработаны графоаналитические методы . расчета одномерных процессов повышения нефтеотдачи, основанные на сочетании аналитических методов газовой динамики и теории нелинейных волн и геометрических методов описания фазового равновесия многокомпонентных систем; выполнен гидродинамический анализ процессов повышения нефтеотдачи с интенсивным межфазным массообменом п установлены их основные закономерности; дана новая трактовка некоторых конкретных механизмов повышения нефтеотдачи.

Практическое значение. Развитая гидродинамическая теория процессов повышения нефтеотдачи с интенсивным мепразгплл массо-оомсном является неотъемлемым элементом научного фундамента

- 3 -

проектирования мероприятий по повышению нефтеотдачи при разработке нефтяных месторождений. Она может быть использована для экспресс-оценки сравнительной гидродинамической эффективности процессов повышения нефтеотдачи на стадии выбора объекта и метода воздействия на пласт, а такке для уточнения или сужения диапазона изменения технологических параметров выбранного метода (концентраций реагентов, составов композиций, объемов оторочек) с целью его последующей экспериментальной проработки или более адекватного численного моделирования на ЭШ. Выполненный в рамках этой теории гидродинамический анализ методов повышения нефтеотдачи подсказывает пути их совершенствования, кроме того, он позволяет ответить на вопрос об объеме и качестве эмпирической информации, необходимой для прогнозирования результатов активного воздействия на пласт. Полученные в работе точные решения могут быть положены в основу системы тестирования численных методов расчета широкого класса процессов повышения нефтеотдачи.

Реализация результатов работы. Гидродинамические модели, методы расчетов и результаты анализа некоторых конкретных процессов повышения нефтеотдачи вошли в "Методику первичной гидродинамической оценки эффективности физико-химических методов повышения нефтеотдачи в однородных пластах - РД 39-2699325-204-86", утвержденную заместителем министра нефтяной промышленности СССР "(1986).

Методика и результаты расчетов процессов вытеснения нефти дымовым газом использованы Волго-Уральсккм научно-исследовательским и проектным институтом по добыче и переработке серо-водородсодеряащих газов (Волго-УралНИПИгаз, г.Оренбург) пси проектировании разработки Копанского нефтегазоковдснсатного месторождения с поддержанием пластового давления. В результате проведенных работ были даны оценки коэффициента нефтеотдачи и сроков разработки при вытеснении нейти дымовым газом на различных стадиях истощения месторождения. Показано, что использование дымовых газов в качестве вытесняющих агентов позволяет сократить сроки разработки и достигнуть высоких коэффициентов нефтеотдачи. Проект утвссэдек Г.1шггазпромом СССР (1985).

Результаты теоретических исследований процоссог ния нефти месторождения Тенгиз газовыми агентами и^с-г-т' ••д- 4 -

таном и дымовым газом) использованы институтом "Гипровосток-нефть" (г. Куйбышев) при подготовке Технико-экономических соображений о.разработке месторождения Тенгиз (1988). Исследования включали разработку математической модели процесса, вытеснения нефти месторождения Тенгиз газами высокого давления с учетом меяфазного массообмена и фазовых превращений, гидродинамический анализ структуры зоны вытеснения для указанных газовых агентов, получение зависимостей допрорывного и конечного коэффициентов вытеснения от степени истощения пласта (среднего пластового давления) и объема закачки, детальное сопоставление трех технологий газового воздействия. Ожидаемый экономический эффект от проведенных работ оценивается в 2,2 млн рублей.

Гидродинамические исследования процессов вытеснения нефти объекта Ш месторождения Карачаганак газообразными агентами, проведенные в 1989 г. в рамках договора мевду Институтом проблем нефти и газа АН СССР и Гособразования СССР и ВНИИгазом, использованы в Технологической схеме разработки Карачаганакского месторождения. В результате проведенных исследований была построена математическая модель процесса вытеснения нефти место-ровдения Карачаганак сухим газом, изучены фазовые превращения смесей газа с пластовой нефтью, проведено численное моделирование вытеснения нефти газом из однородного пласта, разработана методика прогнозирования показателей вытеснения из слоистого пласта по схеме жестких трубок тока. При этом объект Ш месторождения Карачаганак схематизировался шестислойным пластом с пропластками различной проницаемости. Было показано, что фактически вытеснение нефти будет происходить только из первых трех пропластков наибольшей проницаемости и при закачке двух поровых объемов сухого газа коэффициент вытеснения углеводородов группы С5+высшие в Ц^ом по пласту составит около 47%.

На защиту выносятся следующие результаты.

1. Созданное в работе новое научное направление - гидродинамическая теория многофазной многокомпонентной фильтрации в условиях интенсивного иезкфазного массообмена в приложении к процессам повышения нефтеотдачи.

2. Универсальное гидродинамическое описание большой группы различных но своей физической природе методов повышения нефтеотдачи.

3. Исследование нелинейных волн для модели многофазной трехкомпонентпой фильтрации.

4. Аналитические методы расчета процессов фронтального вытеснения нефти концентрированными реагентами и реагентами, влияющими на фазовое равновесие.

5. Обоснование правила разделения смешивающегося и несме-шивающегося режимов вытеснения на треугольной диаграмме в условиях аддитивности и неаддитивности парциальных объемов компонентов при их смешении.

6. Описание механизма гидродинамического удерживания оторочек реагентов в пористой среде, плохо смешивающихся с закачиваемыми вслед за оторочками вытесняющими агентами.

7. Метод локальной линеаризации для расчета одномерных процессов повышения нефтеотдачи.

8. Результаты гидродинамического анализа процессов повышения нефтеотдачи с применением газов высокого давления, двуокиси углерода, горячей воды и пара, мицеллярных растворов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на 5-м (Алма-Ата, 1981) и 6-м (Ташкент, 1986) Всесоюзных съездах по теоретической и прикладной механике; на Всесоюзном семинаре "Методы эффективного извлечения нефти и газа" (Новосибирск, 1981); на 6-м (Фрунзе, 1982), 8-м (Новосибирск, 1986) и 9-м (Якутск, 1988) Всесоюзных семинарах "Численные методы решения задач фильтрации многофазной несжимаемой жидкости"; на научно-технической конференции по проблемам дальнейшего совершенствования разработки нефтяных месторождений ТатАССР (Альметьевск, 1983); на Всесоюзном семинаре "Современные проблемы и математические методы теории фильтрации" (Москва, 1984); на Всесоюзной научно-технической конференции "Нефть и газ Западной Сибири. Проблемы добычи и транспортировки" (Тюмень, IS85); на семинарах Института проблем механики АН СССР, Института механики МГУ, Института проблем нефти и газа АН СССР и Гособразования СССР, Московского института нефти и газа игл. И.М.Губкина, Всесоюзного нефтегазового научно-исследовательского института им. академика А.П.Крылова.

Публикации. По теме диссертации опубликована монография (в соавторстве с В.Гл.Битовым) и 28 работ (из них 15 в соавторстве) .

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения и четырех приложений; основное содержание изложено на 275 страницах машинописного текста; работа содержит 105 рисунков, 5 таблиц и список цитированной литературы из 273 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации определяются цели и задачи исследования, формулируются основные результаты работы и кратко излагается ее содержание. При этом особое внимание обращается на место развиваемого подхода в современной системе знаний, объединяющих подземную гидродинамику и теорию разработки нефтяных месторождений.

Дело в том, что в диссертации рассматриваются исключительно одномерные процессы вытеснения. С одной стороны, это - мера вынужденная, так как только в одномерном случае удается развить содержательную теорию, позволяющую анализировать процессы вытеснения, по существу не прибегая к численному моделированию. С другой стороны, существует еще одно серьезное основание рассматривать одномерный подход в качестве обязательного при проработке каждого метода повышения нефтеотдачи.

Суть его заключается в следующем. Специфика гидродинамической теории процессов повышения нефтеотдачи, как и подземной гидродинамики в целом, обусловлена тем, что большая часть информации о нефтяном пласте становится известной лишь к моменту завершения его разработки. Поэтому важные стратегические решения, касающиеся выбора системы разработки и метода повышения нефтеотдачи, приходится принимать в условиях большой неопределенности. Это обстоятельство приводит к необходимости постадий-ного совершенствования разработки нефтяных месторождений с корректировкой модели объекта и метода воздействия на пласт по мере получения о них новой информации. Для реализации такой идеологии требуется набор моделей возрастающей сложности, степень адекватности которых должна быть согласована с точностью и полнотой накопленной эмпирической информации.

В качестве моделей первого уровня естественно рассматривать модели одномерных процессов. При проектировании мероприятий по повышению нефтеотдачи многовариантвдй анализ одномерных процессов позволяет значительно сузить диапазон технологических параметров, з пределах которого может потребоваться проведение дополнительных детальных исследований, например, экспериментов или численного моделирования с учетом ряда осложняющих факторов, таких как неоднородность пласта, неодномерность течения и др.

Таким образом, одномерный подход ни в коей мере не следует противопоставлять прямому численному моделированию и эксперименту. Так, в целом ряде практически важных случаев в рамках одномерной теории удается провести исчерпывающее исследование основных процессов вытеснения нефти с применением активного воздействия на пласт; в частности, получить детальное представление о структуре зоны вытеснения и динамике основных показателей разработки. Часто уже одного этого достаточно для принятия обоснованного решения о целесообразности применения в конкретных зсловиях той иди иной технологии повышения нефтеотдачи.

Вместе с тем за кадром одномерной теории остается целый ряд интересных эффектов, связанных с неоднородностью пласта, неодномерностью течений и вязкостной неустойчивостью, ведущих к неполному охвату пласта воздействием. Влияние этих факторов на показатели разработки подчас может быть сопоставимо с эффектом увеличения локальной полноты вытеснения нефти за счет применения методов повышения нефтеотдачи. Однако их исчерпывающий анализ возможен лишь с помощью прямого численного моделирования (Б.Н.Леви, Я.М.Зайдель, В.Б.Таранчук, Л.АДудов).

Итак, именно "грубость" одномерных моделей делает их незаменимыми на начальной стадии проектирования мероприятий по повышению нефтеотдачи, когда речь идет о выборе объекта и метода воздействия на пласт. При проведении с их помощью многовариантных расчетов преследуется не столько цель получения каких-то конкретных результатов с точностью до числа, сколько определение сравнительной эффективности различных способов воздействия на пласт либо выявление основных тенденций и закономерностей, знание которых может уменьшить объем дальнейших исследований и будет полезно инженерам-разработчикам при принятии практических трудноформализуешх решений.

В главах с первой по пятую излагается общая теория процессов повышения нефтеотдачи с интенсивным межфазным' массооб-меном в рамках теории многофазной трехкомпонентной фильтрации.

Первая глава посвящена разработке гидродинамических моделей процессов повышения нефтеотдачи с интенсивным межфазшгл массообменом, основанных на уравнениях многофазной трехкомпонентной фильтрации. Роли отдельных компонентов играют основной извлекаемый компонент (нефть), основной вытесняющий компонент (вода или газ) и активный компонент (ПАВ, промежуточные углеводороды, СО2). Отличие этих моделей от модели вытеснения неф- 8 -

ти раствором активной примеси заключается в том, что, с одной стороны, концентрация активного компонента теперь может быть велика (тем самым в рассмотрение включаются процессы вытеснения нефти концентрированными реагентами), а с другой - активный компонент может влиять также на фазовое поведение пластовых смесей (создавая условия взаимной растворимости нефти и вытесняющего агента).

Выделяются две основные группы процессов повышения нефтеотдачи с интенсивным межфазным массообменом. Для одной из них концентрация активного компонента в системе велика, а адсорбция - мала. Примерами являются процессы вытеснения нефти газами высокого давления, растворителями, двуокисью углерода, карбонизированной водой.

Для другой группы методов концентрация активного компонента мала, но его присутствие в системе сильно влияет на условия фазового равновесия, как это имеет место в отдельных вариантах мицеллярного заводнения. В этом случае адсорбцию активного компонента необходимо учитывать.

Для кавдой группы строятся соответствующие гидродинамические модели.

Раотворитель

ПАВ

Вода Нефть Вода Нефть Вода Нефть

Рис. I. Типичные тройные фазовые диаграммы систем, используемых для повышения нефтеотдачи

Специфика процессов повышения нефтеотдачи с интенсивным межфазным массообменом в значительной мере определяется условиями фазового равновесия смесей реагентов с пластовыми жидкостями, а именно-количеством и составами равновесных фаз в зависимости от полного состава системы. Для их описания используется графическая техника треугольных фазовых диаграмм, которая оказывается чрезвычайно полезной и при анализе гидродинамики процессов вытеснения. Типичные треугольные диаграммы, отвечающие процессам вытеснения нефти газами высокого давления (а), композициями мицеллообразующих ПАВ (б), карбонизированной водой (в), двуокисью углерода - растворителем (г), водными (д) и углеводородными (е) мицеллярными растворами, показаны на рис. I. В зависимости от составов системы могут находиться в однофазном (1ф), двухфазном (2ф) и трехфазном (Зф) состояниях.

Вторая глава посвящена детальному анализу непрерывных частных решений специального вида уравнений многофазной трех-компонентной фильтрации - простых волн, описывающих в крупномасштабном приближении процессы повышения нефтеотдачи с интенсивным межфазным массообменом. Рассматриваются случаи одно-, двух- и трехфазной фильтрации. В кавдом из них имеются по два семейства невырожденных простых волн. Находятся условия их реализации. Строятся непрерывные решения, состоящие из комбинаций простых волн; дается их классификация. Здесь используются методы, развитые в классической газовой динамике и теории нелинейных волн.

Простые волны - это частные решения, в которых насыщенности фаз и концентрации компонентов не произвольны, а связаны некоторыми дополнительными соотношениями, т.е. изменяются согласованно. Для уравнений многофазной трехкомпонентной' фильтрации эти соотношения задают на тройных диаграммах траектории простых волн - линии согласованного изменения состава трехкомпонентной системы.

Один из выводов, который следует из проведенного анализа, заключается в том, что траектории простых волн сильно зависят от условий фазового равновесия и, в частности, от фазового состояния системы. Поэтому изменения составов пластовых смесей в результате межфазного массообмена могут приводить к кардинальной перестройке гидродинамики течения.

Другой важный вывод касается свойства непрерывности решений. Непрерывность сохраняется лишь при выполнении специальных условий, называемых обычно условиями неопрокицывания простых волн. Эти условия накладывают ограничения на изменения состава трехкомпонентной системы вдоль траекторий простых волн.

И наконец, устанавливаются условия, при которых непрерывных решений нет, и потому необходимо вводить в рассмотрение разрывы (скачки) насыщенностей фаз и концентраций компонентов. Решения такого типа в газовой динамике называются ударными волнами.

Анализу разрывов в многофазной трехкомпонентной фильтрации посвящена третья глава. В ней дается полная классификация скачков по двум параметрам - количеству фаз и их составам по обе стороны разрыва. Так, например, имеются скачки насыщенности, не сопровождающиеся изменениями количества и составов фаз; сопряженные скачки насыщенностей и концентраций компонентов в фазах, а также скачки, сопровождающиеся изменениями не только составов фаз, но и количества их в потоке при переходе через линию разрыва. Для каждого типа скачков анализируются условия на разрыве и дается их геометрическая интерпретация.

В качестве условий допустимости скачков принимаются условия существования у них структуры, обусловленной диссипативны-ми процессами - диффузией, капиллярным переносом, неравновесностью, которыми в крупномасштабном приближении пренебрегает-ся, так как они описываются членами с малыш параметрами перед старшими производными (как, например, получается уравнение Баклея-Леверетта из уравнения Рапопорта-Лиса). Установлены условия, при которых существование структуры разрыва эквивалентно условиям эволюционности скачка. В то же время показано, что возможны скачки со структурой и не удовлетворяющие условиям эволюционности. Такие ситуации указывают на возможность сильной зависимости глобальной структуры решений в крупномасштабном приближении от малых параметров, характеризующих дисси-пативные процессы. Они не типичны для классической газовой динамики, однако встречаются в целом ряде разделов механики и физики, например в теории горения.

Исследованию разрывных решений, состоящих из комбинаций простых волн и скачков, посвящена четвертая глава. В ней детально изучены автомодельные решения, отвечающие процессам вы- II -

теснения нефти при непрерывном нагнетании реагентов. Техника построения решений в принципе совпадает с развитой в теории нелинейных волн, однако для целого ряда стандартных процедур найдены графоаналитические аналоги, делающие очень наглядными все построения.

Набор решений в данном случае оказывается значительно шире, чем для модели вытеснения нефти раствором активной примеси. Кроме того, имеется целый ряд специфических гидродинамических эффектов, присущих только процессам повышения нефтеотдачи с интенсивным межфазным массообменом. Они обусловлены изменением фазового состояния трехкомпонентных систем при изменении их состава.

Одним из таких эффектов является существование двух режимов вытеснения - смешивающегося или поршневого и несмешивающе-гося или вытеснения с образованием двухфазной зоны.

Смешивающееся вытеснение внешне напоминает вытеснение двух взаимно растворимых жидкостей, однако в силу гидродинамических причин оно реализуется как в случае полной, так и неполной взаимной растворимости нефти и вытесняющего агента.

При несмешивающемся вытеснении мекфазный массообмен приводит к образованию в структуре фронта вытеснения протяженной, линейно растущей со временем двухфазной зоны. В результате показатели вытеснения оказываются хуже, чем при поршневом режиме.

Факт существования двух режимов вытеснения и правило их разделения на тройной диаграмме были установлены экспериментально еще в 1961 г. Хатчинсоном и Брауном. Так, смешивающееся вытеснение двухфазной смеси имеет место лишь в том случае, когда состав вытесняющего агента на треугольной диаграмме изображается точкой, находящейся над критической прямой - касательной к бинодали в критической точке (рис. 2). В работе дается строгое обоснование этого и других эффектов, базирующееся на тонком гидродинамическом анализе структуры зоны вытеснения. В частности, показано, что изменение состава смеси в переходной зоне, отвечающей фронту смешивающегося вытеснения, происходит в однофазной зоне - вдоль прямолинейных отрезков на тройной диаграмме, а в двухфазной зоне - либо вдоль ветвей АС и ВС бинодальной кривой, либо вдоль линии равных подвшшос-тей фаз СЕ. Типичные траектории изменения состава, отвечающие

Рио. 2. Изменения ооотавов при омешиващемоя (а,б) и несмешивающемся (в) вытеснении С - критическая точка, С В - линия равных подвижноотей фаз

смешивающемуся вытеснению двухфазной ( ИоСЗ^ ) и однофазной (1)аЬ4_Б21)г) жидкостей, показаны на рис. 2. Примечательно, что прямолинейные отрезки КвЬ1 и В23)2 касаются бинодальной кривой, а участок бинодали В1Ва не может содержать критическую точку С.

Интересные эффекты имеют место при вытеснении нефти оторочками реагентов (мицеллярных растворов, растворителей), продвигаемых по пласту дешевыми вытесняющими агентами - водой или газом. Установлено, что поведение оторочек в ходе вытеснения сильно зависит от условий фазового равновесия и их составов. Обнаружен и детально исследован эффект дезактивации оторочек за счет механизма "гидродинамического удерживания", проявляющегося, в частности, в образовании остаточной нефти при вытеснении ее водой. Суть его заключается в резком снижении подвижности оторочки в пласте после прорыва через нее проталкивающего агента. Этот эффект тлеет место, например, при использовании оторочек углеводородных мицеллярных растворов и оторочек двуокиси углерода - растворителя, продвигаемых по пласту водой, а также в других случаях, когда реагент оторочки плохо смешивается с проталкивающим агентом.

Перечисленные результаты получены для модели, в которой мекфазный массообмен не сопровождается изменениями суммарного

объема фаз. Это допущение с достаточной точностью выполняется для смесей жидкостей и может заметно нарушаться при контакте жидкостей с растворимыми в них газами. В частности, так обстоит дело при вытеснении нефти газами высокого давления из-за того, что при растворении газа в нефти суммарный объем фаз уменьшается. Учет этого эффекта приводит к новой модели, в которой межфазный массообмен вызывает изменения расхода суммарного потока. В результате темп отбора не совпадает с темпом закачки. Для анализа этих процессов предложена специальная пространственная тройная диаграмма относительно удельных массовых содержаний или кажущихся объемных концентраций компонентов, объединяющая в себе информацию о фазовом поведении системы и уравнении состояния (рис. 3). С помощью этой диаграммы

Растворитель

Газ Д

Рио. 3. Проотранотвенная тройная фазовая диаграмма

удается обобщить графоаналитическую технику, развитую для трех-компонентных систем, не изменяющих своего объема при межфазном массообмене. В частности, дается обобщение правила разделения смешивающегося и несмешивающегося режимов вытеснения. Роль критической линии теперь играет линия пересечения плоскости, проходящей через начало координат и касающейся образа бинодальней кривой, с криволинейной поверхностью, отвечающей однофазным состояниям системы. .

В этой же главе рассматривается влияние межфазного массо-обмена на устойчивость фронтального вытеснения в линейном приближении. Здесь показано, что критерий устойчивости в форме неубывания градиента давления в направлении вытеснения, установленный ранее для случаев поршневого вытеснения и вытеснения несмешивающихся жидкостей, остается справедливым и при наличии

межфазного массообмена. При этом увеличение объемного расхода суммарного потока в направлении вытеснения играет роль дестабилизирующего фактора, а его уменьшение - наоборот, приводит к стабилизации плоского фронта вытеснения. Отсюда следует вывод, что для повышения устойчивости вытеснения, сопровождающегося выделением газа из нефти, следует повышать скорость фильтрации, а при растворении газа в нефти - наоборот, стремиться к снижению темпов вытеснения.

В пятой главе излагается специальный численно-аналитический метод, предназначенный для расчета одномерных процессов двухфазной фильтрации и процессов повышения нефтеотдачи,- метод локальной линеаризации. Суть метода заключается в замене непрерывных волн участками кусочно-постоянного изменения насы-щенностей и концентраций компонентов. В случае двухфазной фильтрации это достигается путем кусочно-линейной аппроксимации функции Баклея-Леверетта; для процессов повышения нефтеотдачи - путем кусочно-линейной аппроксимации еще и изотерм адсорбции и распределения компонентов мевду фазами. Особенно удобен этот метод при анализе многоволновых решений, содержащих большое число взаимодействующих волн и скачков. В этом случае взаимодействие волн с разрывами заменяется последовательным расчетом взаимодействия скачков, движущихся с постоянными скоростями и разделяющих зоны постоянства параметров решения; при этом результат каждого взаимодействия скачков находится из решения локально автомодельной задачи о распаде разрыва. В итоге расчет сводится к отслеживанию перемещающихся с постоянными скоростями скачков и корректировке структуры зоны вытеснения после каждого их взаимодействия. Метод легко алго-ритмизуется, обладает высокой точностью и быстродействием; он обеспечивает автоматическое выделение фронтов и свободен от логических сложностей, возникающих при аналитическом построении решений. Он обобщается также на случай неодномерного вытеснения в рамках схемы жестких трубок тока. И наконец, ему присуща высокая точность воспроизведения показателей вытеснения даже при грубой дискретизации.

В главах с шестой по девятую излагаются приложения развитой теории к гидродинамическому анализу и расчету конкретных процессов повышения нефтеотдачи с интенсивным межфазным массо-обменом. При этом, как правило, рассматриваются прбцессы, тре-

оующие усложнений модели многофазной трехкомпонентной фильтрации, детально исследованной в предшествующих главах.

Анализ конкретных процессов повышения нефтеотдачи преследовал несколько целей. С одной стороны, это - иллюстрация возможностей теории для углубленного понимания гидродинамических механизмов вытеснения, лежащих в основе принципов повышения нефтеотдачи, поиск тонких эффектов, в отдельных случаях - сравнение теории с экспериментами; с другой стороны, ряд расчетов проводился в связи с практическими запросами и их результаты использовались в реальном проектировании.

В шестой главе рассматриваются процессы вытеснения нефти с применением двуокиси углерода. Интерес к ним обусловлен их хорошей экспериментальной изученностью и наличием данных как по фазовому равновесию, так и по фазовым проницаемостям и вязкостям, которые необходимы для проведения расчетов. Исследовались процессы вытеснения нефти оторочками карбонизированной воды и двуокиси углерода, неограниченно смешивающейся с нефтью. В качестве данных для расчетов использовались результаты экспериментов в БашНИПИнефти. Все полученные выводы базируются на точных аналитических решениях.

Установлено, что вытеснение нефти оторочкой карбонизированной воды вдет эффективно лишь до тех пор, пока оторочка не выйдет полностью из пласта. После выхода оторочки, независимо от ее объема, извлечение нефти из пласта практически прекращается.

При вытеснении нефти оторочкой двуокиси углерода - растворителя, как это и предсказывалось общей теорией, обнаружен эффект гидродинамического- удерживания двуокиси углерода в пласте, проявляющийся в резком снижении подвижности СС^ после прорыва через оторочку проталкивающей воды. Удается найти объем оторочки, необходимый для полного вытеснения нефти из пласта. Он равен доле порового объема пласта, совпадающей численно с величиной остаточной насыщенности пористой среды двуокисью углерода при вытеснении ее карбонизированной водой.

Еще один интересный эффект возникает в связи с зависимостью константы распределения С02 между водой и нефтью от минерализации воды. Он был установлен при исследовании влияния минерализации пластовых вод и обменной емкости пласта на вытеснение нефти оторочками карбонизированной воды. Показано, что повышенная минерализация пластовых вод приводит к переходу боль- 16 -

шего количества С0£ из воды в нефть и к заметному улучшению показателей вытеснения. Максимальный эффект достигается при предельном насыщении закачиваемой в пласт карбонизированной воды двуокисью углерода. В этом случае часть С0£, выделяющаяся из воды, не "успевает" раствориться в нефти и образует третью фазу. Трехфазность течения в структуре зоны вытеснения приводит к резкому увеличению коэффициента вытеснения и темпов извлечения нефти.

Наконец, специальное усовершенствование теории сделано для процессов вытеснения нефти тонкими оторочками карбонизированной воды. Необходимость в этом возникает из-за того, что в рамках крупномасштабного приближения при стремлении объема оторочки к нулю коэффициент вытеснения не стремится к коэффициенту вытеснения при обычном заводнении. Устранение несовершенства теории достигается путем включения в модель эффекта размыва оторочки за счет диссипативных процессов - в частности, за счет конвективной диффузии. При этом модификация модели носит локальный характер и распространяется на узкую в крупномасштабном приближении зону, в которой находится оторочка. В результате удается построить непротиворечивую теорию, пригодную для всех объемов оторочек. Кроме того, находится минимальный объем оторочки в зависимости от величины коэффициента конвективной диффузии (или степени неоднородности пласта), ограничивающий область применимости исходной модели крупномасштабного приближения.

Седьмая глава является центральной с точки зрения приложений. В ней содержатся методика и результаты расчетов большого числа вариантов газового воздействия применительно к условиям месторождения Тенгиз, которые были использованы Институтом "Гипровостокн е фть" при подготовке ТЭС по разработке этого месторождения. Исследования проводились для процессов вытеснения нефти тремя газовыми агентами - азотом, метаном и дымовым газом (смесью Ш% мол. азота и 12$ мол. двуокиси углерода).

Основные трудности анализа таких процессов связаны с тем, что реальные системы являются многокомпонентным, а эффективная гидродинамическая теория разработана только для трехкомпо-пентных систем. Поэтому для того, чтобы воспользоваться ею, на каком-то -этапе необходимо свести реальную многокомпонентную систему к некоторой гипотетической трехкоглпонентной. С другой

стороны, качественное описание реальных фазовых превращений, происходящих при контакте нефти с вытесняющим газом, возможно только в терминах точного компонентного состава.

Один из возможных подходов в этом случае заключается в следующем: многокомпонентная система сразу сводится к модельной трехкомпонентной, ее компоненты наделяются некоторыми осред-ненными характеристиками, после чего проводятся термодинамические и гидродинамические расчеты. Погрешности, к которым может приводить такой подход, часто оказываются неконтролируемыми, так как неизбежные ошибки, вносимые на стадии расчета фазовых равновесий, существенно искажают гидродинамику вытеснения и конечные показатели.

Альтернативный более строгий и точный подход заключается в использовании на всех стадиях многокомпонентных (композиционных) моделей. Однако его реализация обычно сопряжена с серьезными вычислительными трудностями, ограничивающими диапазон его применения.

Поэтому была предпринята попытка создания некоторого гибридного метода, в котором точный расчет фазовых превращений сочетался бы с упрощенной гидродинамикой. Эта идея оказалась плодотворной. Суть ее сводилась к разделению взаимосвязанных процессов фазовых превращений и переноса компонентов к потоке.

Возможность такого разделения обосновывалась следующим образом. Сначала анализировались процессы межфазного массооб-мена, происходящие на фронте вытеснения. Их - два: это - изменение на переднем фронте вытеснения состава закачиваемого газа, являющегося наиболее подвижной фазой в зоне вытеснения, и изменение состава наименее подвижной, остающейся за фронтом пластовой нефти. Состав газа меняется из-за его многоконтактного смешивания с пластовой нефтью исходного состава; состав "остаточной" нефти формируется за счет ее многоконтактного смешивания с закачиваемым в пласт газом. Было установлено, что оба эти процесса практически не зависят от гидродинамики многокомпонентного фильтрационного течения в зоне вытеснения.

В самом деле, гидродинамикой определяется лишь, в каких пропорциях происходит последовательное многоконтактное смешивание нефти и газа. Поэтому, меняя эти пропорции, т.е. выбирая различные "пути смешения", можно моделировать всевозможные влияния гидродинамики на межфазный массообмен. Это и было

сделано. Термодинамические расчеты проводились в терминах точного компонентного состава нефти и газа (все они были выполнены А.И.Брусиловским). Пути смешения выбирались следующим образом: при определении состава газа - вдоль газовой ветви поверхности, ограничивающей область двухфазных состояний, а при определении состава остаточной нефти - вдоль нефтяной ветви этой поверхности. В случае трехкомпонентной системы, для которой результат не зависит от пути смешения, это соответствует "движению" вдоль газовой и нефтяной ветвей бинодальной кривой. По результатам этих расчетов строились диаграммы изменения равновесных составов фаз на переднем фронте и тыле зоны вытеснения. Оказалось, что у этих диаграмм, отвечающих по сути дела двум наиболее "удаленным" друг от друга путям смешения, газовые ветви практически совпадают, а нефтяные ветви различаются очень слабо. Таким образом была доказана правомерность расщепления сопряженной задачи межфазного массообмена и гидродинамики на две, которые можно решать последовательно.

Изложенный подход оказался продуктивным еще и в том отношении, что позволял в терминах точного компонентного состава установить диапазоны реализации смешивающегося и несмешивающе-гося режимов вытеснения и, в частности, минимального давления смешивающегося вытеснения. Это - чрезвычайно важный с практической точки зрения результат, который для многокомпонентных систем не был известен ранее.

После исследования фазовых превращений на фронте вытеснения многокомпонентная система заменялась трехкомпонентной и проводились гидродинамические расчеты. Для повышения надежности результатов одновременно рассматривались несколько способов группирования реальных компонентов в псевдокомпоненты - от вполне разумных до не очень естественных. Было установлено, что фактор выбора условных компонентов не оказывает существенного влияния на результаты гидродинамических расчетов.

Всего было рассчитано 37 вариантов, отвечающих изменениям среднего пластового давления от 20 МПа до минимального давления смешивающегося вытеснения, ¡значения последнего для трех типов газового воздействия оказались близки - от 34 до 37 МПа. Ьависимости допрорывного и конечного коэффициентов вытеснения углеводородов группы С5+ от среднего пластового давления показаны на рис. 4. Вся методика расчетов была автоматизирована.

Рио. 4. Зависимости конечного (^ ) и допрорывного С?],) коэффициентов вытеснения углеводородов от среднего пластового давления

При этом ос5щие затраты расчетного времени на ЭВМ были несопоставимо малы по сравнению с временем расчета хотя бы одного варианта в рамках композиционной модели, а результаты, как это удалось установить по единичному сопоставлению, фактически не различаются.

Сходные исследования были проведены для условий Копанско-го нефтегазоконденсатного месторождения и месторождения Кара-чаганак.

Восьмая глава посвящена анализу некоторых тонких эффектов при вытеснении высоковязкой нефти паром (без экстракции углеводородов в газовую фазу). Они связаны с тем, что вытесняющие свойства теплоносителя (воды и пара) немонотонно зависят от его удельного теплосодержания. Наилучшей вытесняющей способностью обладает горячая вода при температуре насыщенного пара. С уменьшением температуры вытесняющие свойства воды ухудшаются из-за опережающего роста вязкости нефти, а при переходе воды в пар они падают за счет резкого (на 1-2 порядка) уменьшения вязкости теплоносителя. Это приводит к зависимости эффек-

тивности вытеснения нефти паром от тонкой структуры фронта конденсации пара. Б частности, остаточная нештенасыщенность оказывается значительно меньше, чем предельная нефтенасыщен-ность при вытеснении нефти паром в изотермических условиях. С учетом этого оостоятельства строится гидродинамическая модель процесса. В крупномасштабном приближении исследуется глобальная структура распространяющейся в пласте тепловой волны. Показано, в частности, что в отсутствие теплопотерь при вытеснении нефти перегретым паром за фронтом конденсации движется медленный фронт охлаждения пара до температуры фазового перехода, а перед фронтом конденсации температура равна начальной пластовой. Исследована тонкая структура фронта конденсации с учетом эффектов теплопроводности и неравновесности фазового перехода; в результате найдено дополнительное соотношение между насыщенностями фаз на этом фронте.

Таким образом, вытеснение нефти паром является примером процесса, для которого глобальная структура зоны вытеснения, а значит,и конечные результаты, формируются под действием дисси-пативных механизмов (теплопроводности, неравновесности), локализованных в узкой по сравнению с масштабом всего пласта зоне резкого изменения температуры и насыщенностей фаз. Эта зона отсутствует в крупномасштабном приближении, она заменяется разрывом -фронтом конденсации пара. Однако физически осмысленное решение не может быть построено без учета ее тонкой структуры.

В девятой главе возможности теории иллюстрируются на примере одного из самых сложных методов повышения нефтеотдачи -мицеллярного заводнения. Этот метод за 25 лет существования выдержал целую серию переоценок, связанных сначала с обнаружением уникальных вытесняющих свойств мицеллярных растворов в лабораторных условиях, а затем с многочисленными неудачными попытками реализации технологии на практике.

Специфика метода мицеллярного заводнения обусловлена сильно;': зависимостью фазового поведения и вытесняющей способности мицеллярных растворов от таких факторов, как минерализация пластовых вод, температура, состав нефти; причем оптимальные условия вытеснения обычно реализуются в очень узком диапазоне изменения ^тих параметров. Поэтому даже при идеальной "настройке" технологии в лабораторном эксперименте на пластовые условия, при практической реализации метода из-за неконтролируемых из- 21 -

менений указанных параметров, как правило, редко удается избежать осложнений. При значительной дороговизне мицеллярных растворов все это привело к тому, что их в настоящее время относят к чрезвычайно "ненадежным" реагентам.

Существует, однако, оригинальное отечественное направление совершенствования технологии мицеллярного заводнения, весьма успешно развиваемое в Гипровостокнефти В.П.Городновым. Главная идея, положенная в его основу и получившая экспериментальное подтверждение еще в 1978 г., заключалась в создании такой технологии мицеллярного заводнения, при которой оптимальные условия вытеснения реализовывалисъ бы в пластовых условиях устойчиво и автоматически Поясним ее на примере. Хорошо известны трудности, возникающие при мицеллярном заводнении пластов с высокоминерализованными пластовыми водами. Они связаны с сильной зависимостью фазового состояния, вязкостей фаз и межфазного натяжения между водной и нефтяной фазами от малых изменений концентрации минеральных солей в системе. По стандартной технологии перед закачкой оторочки мицеллярного раствора производится "промывание" пласта пресной водой (рге-гЕМизЬ ). Однако и такие меры обычно не приводят к значительному повышению надежности мицеллярного заводнения. Поэтому было предложено: I) отказаться от рге-:С1из11 и попыток ювелирной настройки состава мицеллярного раствора на пластовые условия и 2) закачиваемый в пласт мицеллярный раствор готовить на пресной воде, а состав его подбирать таким образом, чтобы максимальная вытесняющая способность или минимальное межфазное натяжение достигались при некоторой промежуточной минерализации. В этом случае за счет конвективной диффузии в пласте возникает переходная зона с переменной концентрацией солей в водной фазе, внутри которой автоматически обеспечивается достижение оптимальных условий вытеснения.

Технология, основанная на этом принципе, успешно прошла опытно-промышленную апробацию и широко внедряется в настоящее время. При ее реализации возникает целый ряд принципиальных вопросов: каков должен быть перепад концентраций солей в пластовых водах и в закачиваемом мицеллярном растворе? Каков оптимальный объем оторочки? Каких следует ожидать при этом коэффициентов вытеснения?

Для проверки экспериментальных представлений о механизме вытеснения и исследования его основных закономерностей была

построена гидродинамическая модель процесса. Использовались уравнения двухфазной четырехкомпонентной фильтрации (в отдельные компоненты наряду с водой, нефтью и ПАВ выделялись минеральные соли). Мне одним специфическим элементом модели был учет перехода мицеллярного раствора в трехфазное состояние при внедрении оторочки в зону с повышенной минерализацией. Как было известно из экспериментов, третья фаза образуется за счет "высаливания" ПАВ из водной фазы и представляет собой микрокапельки среднефазного мицеллярного раствора в водной фазе. Концентрация ПАВ в капельках велика (20—3055), однако их объемная концентрация относительно мала и потому механизм коалесцен-ции не успевает сработать. В результате микрокапельки переносятся потоком водной фазы и постепенно улавливаются в зонах с пониженной интенсивностью течений. Обладая большим сродством к нефтяной фазе, они "прилипают" в остаточной нефти и переходят в неподвижное состояние. Тем самым предотвращается полный прорыв оторочки мицеллярного раствора в зону с повышенной минерализацией. Одновременно при этом снижаются адсорбционные потери ПАВ, так как большая часть ПАВ аккумулируется в микрокапельках, не контактирующих с поверхностью породы. Таким образом, фазовый переход приводит к образованию слабоконцентрированной эмульсии среднефазного мицеллярного раствора в водной фазе (термодинамически нестабильной, но существующей достаточно длительное время, значительно большее характерного времени "свободного пробега" капелек эмульсии в пористой среде до их застревания), а фильтрационное течение остается эффективно двухфазным. С другой стороны, на заднем фронте оторочки неподвижные капельки настигаются закачиваемой в пласт пресной водой. При этом происходит инверсия мицеллярного раствора ("растворение" капелек средней фазы в водной фазе) и ПАВ возвращаются в вытесняющую фазу. Эффект инверсии препятствует отставанию оторочки мицеллярного раствора от фронта минерализации. В итоге за счет двух механизмов - высаливания и инверсии, оторочка мицеллярного раствора локализуется в переходной зоне фронта минерализации. Другими словами, зависимость фазового состояния мицеллярного раствора от минерализации порождает специфический механизм стабилизации оторочки в ходе вытеснения.

Для расчета данных процессов вытеснения нефти был разработан специальный численно-аналитический метод, в котором явно учитывались тонкость оторочки и тонкая структура течения в пе-

реходной зоне, отвечающей фронту минерализации. В результате расчетов были установлены экстремальные зависимости показателей вытеснения от степени минерализации пластовых вод и объема оторочки, качественно согласующиеся с экспериментальными данными.

В этой же главе приведен пример обработки данных лабораторных экспериментов по вытеснению нефти водными мицеллярными растворами трех составов в широком диапазоне изменения скоростей фильтрации ( 11.11.Неа1у ей а1., 1975). Получено хорошее соответствие результатов расчетов с экспериментальными данными.

В приложения вынесены некоторые подробности вычислений, классификация автомодельных решений задач фронтального вытеснения с интенсивным межфазным массообменом, а также исследования структуры скачков с учетом неравновесности обменных процессов и при фильтрации с переменным суммарным потоком.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработан общий гидродинамический подход к моделированию процессов повышения нефтеотдачи с интенсивным межфазным массообменом, приводящий к универсальному математическому описанию широкого класса методов повышения нефтеотдачи в рамках теории многофазной фильтрации трехкомпонентных систем.

2. Исследованы нелинейные волны для модели многофазной трехкомпонентной фильтрации, описывающей процессы вытеснения нефти концентрированными реагентами и реагентами, влияющими на фазовое равновесие. Найдены условия неопрокидывания простых волн. Установлена структура скачков, обусловленная капиллярными и диффузионными эффектами. Разработаны аналитические методы расчета процессов фронтального вытеснения в крупномасштабном приближении.

3. Изучены закономерности процессов повышения нефтеотдачи с интенсивным межфазным массообменом: установлены основные тенденции изменения структуры зоны вытеснения в зависимости от составов пластовой системы и вытесняющего агента, а также фазового поведения их смесей; обосновано правило разделения смешивающегося и несмешивающегося режимов вытеснения, на тройной фазовой диаграмме; обнаружен и объяснен механизм гидродинамического удерживания оторочек реагентов в пористой среде, продвигаемых по пласту плохо смешивающимися с ними вытесняющими агентами.

4. Дано обобщение гидродинамической теории на процессы повышения нефтеотдачи, сопровождающиеся изменением суммарного потока при межразном массообмене; в частности, получено обобщение правила разделения смешивающегося и несмешивающегося режимов вытеснения на специальной пространственной тройной фазовой диаграмме, объединяющей в себе информацию об условиях фазового равновесия и уравнениях состояния.

5. Показана универсальность известного критерия устойчивости фронтального вытеснения в линейном приближении (в терминах неубывания градиента давления в направлении вытеснения) для процессов многофазной фильтрации с интенсивным меяфазным массо-обменом. Установлены эффекты стабилизации и дестабилизации плоского фронта вытеснения при изменении объемного расхода суммарного потока в результате межфазного массообмена.

6. Разработан эффективный численно-аналитический метод расчета одномерных процессов повышения нефтеотдачи с произвольным количеством взаимодействующих волн и скачков, основанный на локальной линеаризации уравнений и явном выделении фронтов, отличающийся высокой точностью и быстродействием при реализации на ЭШ.

7. Исследованы закономерности процессов вытеснения нефти

с применением двуокиси углерода. Установлены зависимости коэффициентов вытеснения от объемов оторочек карбонизированной воды и двуокиси углерода - растворителя. Дана количественная оценка влияния диффузионного размыва оторочки карбонизированной воды на показатели вытеснения. Показано, что при повышенной минерализации пластовых вод резко возрастают темпы и показатели вытеснения нефти карбонизированной водой за счет перераспределения СС>2 между водой и нефтью и выделения С02 з самостоятельную третью фазу. Найден объем оторочки С0£ - растворителя, необходимый для полного вытеснения нефти из пласта (в одномерном приближении) .

8. Разработаны методы расчета процессов вытеснения нефти газами высокого давления, основанные на расщеплении задач межфазного массообмена и гидродинамики, первая из которых решается в терминах точного компонентного состава, а вторая - путем сведения многокомпонентной системы к трехкомпонентной. Развита методика определения минимального давления смешивающегося вытеснения нефти газовыми агентами в терминах точного компонентного состава, базирующаяся на моделировании массообменных про- 25 -

дессов на фронте вытеснения. Выполнено исследование процессов вытеснения нефти месторождения Тенгиз азотом, метаном и дымовым газом для различных стадий истощения месторождения. Получены зависимости допрорывного и конечного коэффициентов вытеснения от среднего пластового давления.

9. Дана новая трактовка гидродинамического механизма вытеснения тяжелой нефти паром. Показано, что для пара как теплоносителя характерна немонотонная зависимость вытесняющей способности от его удельного теплосодержания. При этом показатели вытеснения формируются под действием фильтрационных и тепломассообменных процессов в узкой зоне, отвечающей фронту конденсации пара. Разработана приближенная методика расчета фронтального вытеснения нефти паром с учетом тонкой структуры фронта конденсации.

10. Разработана математическая мод«"7^. и выполнено гидродинамическое исследование процесса вытеснении нефти тонкими оторочками водных мицеллярных растворов в условиях повышенной минерализации пластовых вод, сопровождающегося Енутрипластовым образованием эмульсии среднефазного мицеллярного раствора в водной фазе. Установлен эффект локализации оторочки в окрестности фронта минерализации. Получены экстремальные зависимости показателей вытеснения от степени минерализации пластовых вод

и объема оторочки.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

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

2. Зазовский А.Ф. 0 вытеснении нефти растворителями л со-любилизирующими растворами ПАВ: Препринт £ 195-М: ИГО,! АН СССР.

1982.-65 с.

3. Зазовский А.Ф. О влиянии солей пластовых вод на вытеснение нефти карбонизированной водой// Изв. АН СССР. 1ЖГ.-1983.-й 2-С. 81-92.

4. Зазовский А.Ф. 0 вытеснении нефти горячей водой с учетом теплопотерь // Динамика многофазных сред -Новосибирск,

1983.-С. 150-155.

5. Зазовский А.Ф. 0 неизотермическом вытеснении нефти водой из нетеплоизолированных пластов // Изв. АН СССР. ¡.ЬТг 1983.-й 5-С. 91-98.

6. Вазовский А.Ф. Вытеснение нефти оторочками двуокиси углерода при ее неограниченной смесимости с нефтью.-М., 1983. 27 с. - Деп. в ВИНИТИ 17.01.84, JS 339.

7. Вазовский А.Ф. О тепловом заводнении нефтяных пластов в условиях взаимной растворимости воды и нефти // Инж.-физ. журн.-1985.-Т. 49-tö 2.~С. 214-221.

8. Зазовский А.Ф. К расчету технологических показателей процесса вытеснения нефти карбонизированной водой // Изв.

АН СССР. МЕГ.-1985.—№ 2.-С. 65-72.

9. Зазовский А.Ф. Двухфазная трехкоштонентная фильтрация

с переменным сушарным потоком // Изв. АН СССР. МЖГ.-1985 — Зг С. II3-I20.

10. Зазовский А.Ф. Структура скачков в задачах вытеснения нефти химреагентами, влияющими на фазовое равновесие // Изв. АН СССР. MET.-I985.-Js 5.-С. II6-I26.

11. Зазовский А.Ф. Вытеснение нефти из пластов химреагентами, влияющими на фазовое равновесие // Динамика многофазных сред .-Новосибирск, 1985 .-С. 71-78.

12. Зазовский А.Ф. Об устойчивости фронтального вытеснения жидкостей в пористой среде при наличии межфазного массо-обмена и фазовых переходов // Изв. АН СССР. ГШ?.—1986,—№ 2.— С. 98-103.

13. Зазовский А.Ф. Математическое моделирование одномерных процессов вытеснения нефти раствором активной примеси//Изв. АН СССР. ШГг I987.-J6 2.-С. I08-II8.

14. Зазовский А.Ф. О вытеснении нефти горячей водой и паром // ШТФ.-1987 -JA 6.-С. 97-107.

15. Зазовский А.Ф., Гуревич Г.Р. Вытеснение нефти азотсодержащим газом // Нефт. хоз-во.-1988.-]г I.-C. 34-38.

16. Зазовский А.Ф., Мусинов И.В. Метод локальной линеаризации для расчета одномерных процессов двухфазной фильтрации// Изв. АН СССР. MZr.-I988.-J5 1.~С. 55-62.

17. Зазовский А.Ф., Федоров K.M. О мицеляярно-полимерном заводнении нефтяных пластов // Динамика шогофазных сред.—Новосибирск, 1983 г С. 156-160.

18. Зазовский А.Ф., Федоров K.M. О вытеснении нефти водными и углеводородными мицеллярными растворами // Нефт. хоз-во— 1984.—JE 4.-С. 39-43.

19. Зазовский А.Ф., Федоров K.M. О вытеснении нефти паром: Препринт Js 267.-М.; ИПМ АН СССР, 1986Г64 с.

20. Алишаева О.Ы., Ентов В.М., Зазовский А.Ф. 0 структуре сопряженных скачков насыщенности и концентрации в задачах вытеснения нефти раствором активной примеси 1! ПМТФ.—1982-й 5.— С. 93-102.

21. Брусиловский А.И., Зазовский А.Ф., Закиров С.Н. Па-тематическое моделирование процессов вытеснения нефти газами высокого давления: Препринт Уг 3,-М.: 1ШНГ АН СССР, 1989~44 с.

22. Варченко А.Н., Зазовский А.Ф., Федоров K.M., Этин-гоф П.И. Нелинейные волны в одномерных задачах трехфазной фильтрации несмешивающихся жидкостей- М., I989.-78 с. - Деп. в ВИНИТИ 05.05.89, й 2963-В89.

23. Городнов В.П., Зазовский А.Ф. Математическое моделирование мицеллярного заводнения при внутрипластовом образовании эглульсии // Численные методы решения задач фильтрации многофазной несжимаемой жидкости-Новосибирск, 1987,-С. I09-II4.

24. Городнов В.П., Зазовский А.Ф., Керимов З.А. Вытеснение нефти водными мицеллярными растворами с внутрипластовым образованием эмульсии: Препринт Is 363.-М.: ИПМ АН СССР, I988.-37 с.

25. Гуревич Г.Р., Зазовский А.Ф. Математическое моделирование процесса вытеснения нефти дымовым газом // Изв. вузов. Нефть и газ.-Т987.-№ З.-С. 49-54.

26. Ентов В.М., Зазовский А.Ф. О динамике вытеснения нефти тонкой оторочкой раствора активной примеси // Труды МИНХиГП игл. И.М.Губкина-1985 .-Вып. 181 г С. 32-52.

27. Ентов В.М., Зазовский А.Ф., Леви Б.И. идэ. Методы расчета процесса одномерного вытеснения нефти оторочками растворителя (GOg) и карбонизированной водой.-Уфа: БашНИПИнефть, 1985г 55 с.

28. Таранчук В.Б., Зазовский А.Ф., Ганкин М.Б. Комплекс программ расчета аналитических решений плоских одномерных задач вытеснения в пористой среде нефти водой или водным раствором с добавками примесей // ГосФАЛ СССР (РФАЛ БССР), инв. номер Центр, информ. фовда ГосФАП - 5080000450, инв. номер РФАП БССР - 00260.

29. Ентов В.М., Зазовский А.Ф., Бедриковецкий П.Г., Поли-щук A.M. Методика первичной гидродинамической оценки эффективности физико-химических методов повышения нефтеотдачи в однородных пластах. РД 39-2699325-204-86 ,-М., 1986.-144 с.