Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Моделирование движения двухфазной жидкости в неоднородных и слоистых пористых средах Никифоров, Григорий Анатольевич

Моделирование движения двухфазной жидкости в неоднородных и слоистых пористых средах
<
Моделирование движения двухфазной жидкости в неоднородных и слоистых пористых средах Моделирование движения двухфазной жидкости в неоднородных и слоистых пористых средах Моделирование движения двухфазной жидкости в неоднородных и слоистых пористых средах Моделирование движения двухфазной жидкости в неоднородных и слоистых пористых средах Моделирование движения двухфазной жидкости в неоднородных и слоистых пористых средах
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Никифоров, Григорий Анатольевич. Моделирование движения двухфазной жидкости в неоднородных и слоистых пористых средах : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.02.05 / Никифоров Григорий Анатольевич; [Место защиты: Казан. (Приволж.) федер. ун-т].- Казань, 2011.- 100 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-1/158

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Обзор литературных источников. Постановка задачи двухфазной фильтрации в переменных «давление-скорость-насыщенность» и «скорость-насыщенность» 14

1.1 Обзор литературных источников 14

1.2 Система уравнений двухфазной фильтрации 23

1.3 Формулировка задачи двухфазной фильтрации в переменных «давление-скорость-насыщенность» 24

1.4 Формулировка задачи двухфазной фильтрации в переменных «скорость-насыщенность» 26

ГЛАВА 2. Решение задачи двухфазной фильтрации в постановке «давление-скорость-насыщенность» 27

2.1 Метод контрольных объемов для задачи двухфазной фильтрации в постановке «давление-скорость-насыщенность» 27

2.2 Численные результаты 35

2.2.1 Заводнение кусочно-однородного пласта 35

2.2.2 Заводнение слоистого нефтяного пласта 39

ГЛАВА 3. Решение задачи двухфазной фильтрации в постановке «скорость-насыщенность» 43

3.1 Метод контрольных объемов для задачи двухфазной фильтрации в постановке «скорость-насыщенность» 43

3.2 Численные результаты 46

3.2.1 Задача Баклея-Леверетта 46

3.2.2 Заводнение кусочно-однородного пласта 49

3.2.3 Растекание загрязняющей жидкости в пласте 51

3.2.4 Проникновение загрязняющей жидкости в насыщенную пористую среду, содержащую каскад непроницаемых препятствий 54

3.2.5 Сегрегация двухфазной жидкости 58

3.2.6 Капиллярно-противоточная пропитка 60

3.2.7 Вытеснение нефти из составного пористого тела. Сравнение расчетов с результатами эксперимента 62

3.2.8 Гравитационное перераспределение двухфазной жидкости в слоистом нефтяном пласте 65

3.2.9 Заводнение пласта с высокопроницаемыми включениями . 76

3.2.10 Элемент пятиточечной системы заводнения 80

3.2.11 Моделирование последствий глубокой кислотной обработки пласта 87

Основные результаты и выводы 92

Список использованной литературы 93

Введение к работе

Актуальность. В природе практически не встречаются однородные водоносные, нефтяные и газосодержащие пласты. Даже керновый материал одной скважины, отнесенный к одному и тому же геологическому времени, имеет большую амплитуду значений фильтрационно-емкостных свойств. Поэтому изучение влияния неоднородности пористых сред на движение в них жидкостей и газов при разработке залежей углеводородов является актуальной проблемой. При моделировании течений в пористых телах, в которых можно не учитывать влияние давления на свойства жидкостей и пористого скелета, целесообразно использовать постановку задачи в переменных «скорость-насыщенность». Так при моделировании проникновения загрязняющей жидкости в почву при ее разливе на поверхности (например, при разливе нефтепродуктов) нет необходимости в знании поля давления в почве. Обычно нужно знать глубину проникновения загрязнения в почву и ее насыщенность загрязняющей жидкостью, линии тока загрязняющей жидкости. Поле скоростей позволяет лучше понять «устройство» течения жидкости в неоднородных пластах.

Целью диссертационной работы является: разработка эффективных методов решения задач двухфазной фильтрации в переменных «скорость-насыщенность» и «давление-скорость-насыщенность» с учетом капиллярных и гравитационных сил, тестирование методов на задачах путем сравнения с аналитическими решениями, с решениями другими методами и с экспериментальными данными. Исследование с помощью численного эксперимента процессов движения двухфазной жидкости в неоднородных и слоистых пористых телах.

Научная новизна результатов. Разработаны методы решения задач двухфазной фильтрации с учетом гравитационных и капиллярных сил в переменных «скорость-насыщенность» и в переменных «давление-скорость-насыщенность».

Численно смоделированы и показаны особенности течения при проникновении тяжелой загрязняющей жидкости в неоднородную пористую среду и после кислотной обработки или после гидроразрыва нефтяного пласта, изучены особенности перераспределения остаточных запасов нефти под действием гравитационных и капиллярных сил в слоистых пластах по окончании разработки залежи.

Научное и практическое значение работы. Работа носит теоретический и прикладной характер. Численно реализованы математические модели нестационарной двухфазной фильтрации в переменных «скорость-насыщенность» и в переменных «давление-скорость-насыщенность». На основе сделанных расчетов сформулированы выводы, которые могут быть использованы в области проектирования разработки нефтяных месторождений и при оценке последствий проникновения загрязняющей жидкости в почву. Данная работа может быть использована в качестве методического материала для учащихся высших учебных заведений, в котором изложен еще один подход к решению задач двухфазной фильтрации.

Достоверность результатов. Заложенная в основу диссертации математическая модель основана на общих законах и уравнениях механики сплошной среды и хорошо апробирована. Численный алгоритм протестирован на ряде задач. Произведено сравнение численного решения с аналитическим решением, с решением другим методом, выполнено сравнение с известными численными решениями и экспериментальными данными, полученными другими авторами. Сравнение показало удовлетворительное согласование результатов.

\

Основные положения, выносимые на защиту:

Численные модели двухфазной фильтрации с учетом капиллярных и гравитационных сил в переменных «давление-скорость-насыщенность» и «скорость-насыщенность».

Выявленные закономерности и особенности перераспределения остаточных запасов нефти в слоисто-неоднородных пластах.

Результаты оценки влияния неоднородности, возникающей в результате кислотной обработки или гидроразрыва пласта, на разработку нефтяных залежей при их заводнении.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:

на Российской конференции «Многофазные системы: природа, человек, общество, технологии», г. Уфа, июнь 2010;

на Всероссийской научной школе молодых ученых «Механика неоднородных жидкостей в полях внешних сил», г. Москва, декабрь 2010;

на Двенадцатом Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике, г. Казань, апрель 2011;

на V международной научно-технической конференции «Математическое и компьютерное моделирование естественнонаучных и социальных проблем», г. Пенза, май 2011;

на итоговых конференциях ИММ КазНЦ РАН: г. Казань, февраль 2009г., февраль 2011г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь работ, три из которых – в изданиях из перечня ВАК, одна – в трудах, приравненных к публикациям в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, двух разделов, заключения и списка литературы. Работа изложена на 100 страницах, содержит 51 рисунок. Список литературы состоит из 82 наименований.

Формулировка задачи двухфазной фильтрации в переменных «давление-скорость-насыщенность»

В зависимости от задачи решение задачи Римана может быть приближенным или точным. На основе метода Годунова появились и появляются новые вычислительные технологии для решения научных и практических задач, в которых заложены схемы повышенного порядка точности и методы приближенного решения задачи Римана. Методы решения задачи Римана, лежащей в основе методов типа Годунова, достаточно полно изложены в монографиях [19, 79].

В работе [61] обсуждается задача Римана о распаде разрыва применительно к задаче двухфазной фильтрации и методом Годунова решается одномерная задача без учета капиллярных и гравитационных сил (задача Баклея-Леверетта). В работе [68] представлен смешанный метод контрольных объемов для эллиптических задач второго порядка на прямоугольной сетке для случаев двух и трех пространственных переменных. Дан анализ устойчивости и сходимости предложенной аппроксимации. Метод пригоден для неоднородных и анизотропных сред. В работе [53] смешанный метод конечных объемов применен для решения задач диффузии на неструктурированных сетках. Показана сходимость численного решения к непрерывному при измельчении сетки, оценена погрешность и выполнено сравнение предложенного метода со смешанным методом конечных элементов на треугольной и прямоугольной сетках. Среди схем повышенного порядка точности большую популярность получили конечно-объемные схемы WENO (Weighed Essentially Non-Oscillatory) [63, 65, 73, 74, 81, 82]. Основные идеи в построении схем WENO изложены в оригинальной работе [65]. Центральным моментом схемы является реконструкция решения слева и справа от границы конечного (контрольного) объема с последующим вычислением единственного потока через эту границу. Уместно отметить, что впервые идея реконструкции решения на границе контрольного объема предложена А.Н. Чекалиным при решении задач двухфазной фильтрации [35]. Для вычисления водонасыщенности на границах контрольных объемов им предложено использовать параболическую [35] и дробно-линейную [36, 37] интерполяции. Позже параболическая реконструкция была применена в работе [75]. Дальнейшее развитие схемы шло по пути повышения порядка точности по пространственным и по временной координатам. По временной координате аппроксимация обычно выполняется по методу Рунге-Кутта [74, 78, 81]. В работе [82] конечно-объемная схема Titarev и Того [78] третьего порядка модифицирована до схемы WENO пятого порядка по пространственным координатам, что позволило улучшить решение на разрывах. В работах [60, 69, 80] аналитическое решение задачи о капиллярной пропитке смачивающей жидкостью пористого образца, заполненного несмачивающей жидкостью, сравнивается с экспериментальными данными. Оценка влияния капиллярных сил на фильтрационный процесс на основе численного решения выполнена в [39].

Исследованию влияния силы тяжести на фильтрационные процессы в нефтяных залежах и на величину коэффициента извлечения нефти немного. Среди отечественных работ следует отметить ранние работы [8, 7, 18]. В работе [8] система уравнений двухфазной фильтрации в одномерном случае приведена к одному обыкновенному дифференциальному уравнению относительно насыщенности. В работе А.В. Королева с соавторами рассмотрен случай многослойного пласта. Для этого случая построен алгоритм численного решения задачи, отмечается наличие «висячих» скачков насыщенности на границах разрыва проницаемости. В работе [3] изучен процесс сегрегации двух жидкостей с различной плотностью в пласте большой мощности. Капиллярным давлением пренебрегается. Выполнено полное аналитическое исследование с качественным анализом процесса на основе точных решений. Авторами работы [31] исследовано влияние капиллярных сил в слоисто-неоднородных пластах. На примере двухслойного пласта показано, что капиллярные силы приводят к выравниванию фронта вытеснения в неоднородном пласте и являются причиной интенсификации перетоков между пропластками разной проницаемости.

Систематическому исследованию двухфазной фильтрации в слоистых пластах с учетом гравитационных эффектов посвящена кандидатская диссертация P.P. Гайфуллина [7], где показано, что при характерных для месторождений Татарстана параметрах в процессе разработки нефть и вода успевают расслоиться.

В работе [14] обсуждается проблема постановки граничных условий при моделировании капиллярно-гравитационной сегрегации двух жидкостей в пористой среде. Показано, что во входном сечении образца граничные условия могут быть поставлены из физически обоснованного предположения о максимуме суммарной скорости фильтрации. Отмечается, что в классической задаче Баклея-Леверетта условие равенства нулю расхода вытесняемой фазы равноценно требованию максимума расхода вытесняющей фазы.

Авторами работы [77] решена одномерная задача о капиллярно-противоточной пропитке водой пористого образца, заполненного нефтью. В случае преобладания капиллярных сил полученное приближенное решение хорошо кореллируется с экспериментальными данными на всем промежутке времени.

В работе [22] построена и исследована математическая модель двухфазной фильтрации, учитывающая движение углеводородных загрязнителей и воздуха в пористом грунте. Изучено пространственно-временное распределение нефтепродуктов в почве при их проникновении с поверхности земли.

Заводнение кусочно-однородного пласта

Две другие границы непроницаемые наполовину. У нижней границы проницаемая левая половина, а у верхней - правая. Через проницаемую часть нижней границы в пласт поступает вода со скоростью 10" м/с и с такой же скоростью жидкость вытекает из пласта через верхнюю проницаемую часть границы. Рассчитывается процесс заводнения пласта, без учета капиллярных и гравитационных сил. Проницаемость включения в 10 раз меньше, чем в остальной части пласта: к\ = 0.5 мкм , к2 = 0.05 мкм . Вязкость нефти 10 мПас, вязкость воды 1 мПах. Начальная нефтенасыщенность пласта 0.7. Относительные фазовые проницаемостей вычислялись по формуле (39) с Aw - 0.3, А0 -1.0, Sm[n - 0.3, 5"max = 0.7, N0=NW=4. Расчеты выполнялись на сетке размерами 40x42 ячеек.

На рис. 5 приведены рассчитанные поля скоростей на первом шаге по времени. На рис. 5 показано давление в вытесняемой жидкости и насыщенность пласта вытесняющей фазой. Фрагменты рисунка соответствуют моментам времени t\=0.5 сут, t2=l сут, /3=2 сут, /4=5 сут, t5=S сут, t6=20 сут. По полю скоростей видно, что наличие в пласте включения с пониженной проницаемостью приводит к снижению скоростей фильтрации не только в самом включении, но и к появлению зон пониженных скоростей под и над включением, где проницаемость высокая.

По распределению насыщенности пласта вытесняющей фазой также видно, что, несмотря на охват заводнением практически всего пласта, наличие включения приводит к появлению зоны повышенной остаточной нефтенасыщенности не только в самом включении, но и в высокопроницаемой части залежи у правой границы, и к замедлению выработки запасов нефти. Под включением образуется зона, в которой поток ориентируется не на выход из пласта, а в сторону основного потока (к центру области). При этом существенно удлиняется траектория движения части жидкости от входа в пласт к выходу из него. Пласт длиной 50м состоит из двух пропластков, разделенных непроницаемой перемычкой. Мощность каждого пропластка составляет 5м. Перемычка толщиной 1 м расположена вдоль горизонтальной оси пласта и имеет два литологических «окна» размерами 5м, которые расположены на расстоянии 10м и 35м от левой границы пласта. Кровля и подошва пласта считаются непроницаемыми. Схематично пласт изображен на рис. 7 (верхний фрагмент). Коэффициент пористости пласта т=0А. Коэффициент проницаемости верхнего пропластка - кх =1мкм , нижнего - к2 =0.05мкм . Через левую границу пласта осуществляется закачка воды, причем скорость фильтрации закачиваемой воды распределена в соответствии с проницаемостью пропластков: в верхнем пропластке /7 = 1-10" м/с, а в нижнем - С/= -5-10 м/с. На правой границе задано условие для скорости UУ = 0. После достижения обводненности продукции на выходе из пласта 98% расчеты прекращаются. Использовались функции относительных фазовых проницаемостей (39) с параметрами: Я = 2, Smin =0.3, Smax =0.7. Вязкость нефти ц0=Ю мПа-с, вязкость воды JJ.W=1 мПа-с. Плотность воды pw = 1160 кг/м , нефти р0 = 800 кг/м . Начальное распределение насыщенности и динамика изменения насыщенности после начала разработки пласта показана на рис. 7. Задача решалась на сетке 101 узел по оси X и 34 узла по оси Y. Из рисунка видно, что вода быстро прорывается по хорошо проницаемому пропластку (момент времени t=11.6 суток). По нижнему пропластку, который является плохо проницаемым, фронт вытеснения нефти водой движется гораздо медленнее. После того, как фронт по нижнему пропластку достигает первого литологического «окна», скорость его продвижения резко падает, поскольку происходит перераспределение потоков, и часть жидкости из нижнего пропластка перетекает в верхний, хорошо проницаемый. С падением суммарной скорости фильтрации в нижнем пропластке увеличивается вклад гравитационных сил в формирование потока, что сказывается на геометрии фронта вытеснения. Можно видеть, что фронт вытеснения в нижнем пропластке продвигается быстрее вдоль подошвы пласта, чем вдоль перемычки между двумя пропластками. В результате перераспределения потоков между хорошо проницаемым и плохо проницаемым пропластками нефть вымывается из плохо проницаемой зоны в хорошо проницаемою. Нефть, поступившую из плохо проницаемого пропластка в высоко проницаемый, на рисунке можно видеть в виде шлейфа (зоны повышенного нефтесодержания), протянувшегося от левого «окна» до выходного сечения пласта. Такой же шлейф наблюдается и у второго литологического «окна». Образование шлейфа обусловлено двумя основными причинами: прямыми перетоками жидкости из нижнего в верхний пропласток и перетоками в результате капиллярно-гравитационной сегрегации нефти и воды. О влиянии гравитационных сил на перетоки нефти можно судить по зоне повышенного водосодержания в нижнем пропластке в окрестности второго «окна» под непроницаемой перемычкой.

После того как фронт вытеснения в нижнем пропластке достигает второго литологического «окна», наблюдается падение обводненности продукции на выходе из пласта (см. фрагмент на рис. 8), что связано с интенсивным перетоком нефти из нижнего пропластка в верхний. Однако, как только фронт вытеснения проходит второе литологическое «окно», вновь наблюдается рост обводненности продукции. Разработка пласта была прекращена при обводненности продукции 98% на выходе из пласта.

Заводнение кусочно-однородного пласта

На рис. 17 приведены рассчитанные поля скоростей на первом шаге по времени: слева - при наличии каскада непроницаемых включений, справа -для сравнения без включений.

На рис. 18 показаны поля насыщенности загрязняющей жидкости на четыре момента времени: слева - при наличии каскада непроницаемых включений, справа - без включений. Как и в предыдущей задаче о проникновении загрязняющей жидкости в пласт с одним неоднородным включением, после прохождения первого препятствия каскада образуются две симметричные каплеобразные структуры с образованием «застойной зоны» под первым препятствием. После прохождения двух препятствий второго яруса снова наблюдается деление потоков и образование новых каплеобразных структур. При этом происходит слияние двух потоков загрязняющей жидкости между препятствиями второго яруса, и образующаяся структура начинает опережать поток загрязняющей жидкости, обтекающий препятствия с дальних от центра краев. С каждым новым ярусом препятствий каплеобразные структуры, расположенные ближе к центру, все сильнее опережают, аналогичные структуры, расположенные на периферии.

Следует отметить, что «застойные зоны» образуются не только под непроницаемыми включениями, но и над включениями в окрестности точек ветвления потока, где суммарная скорость фильтрации близка к нулю. Однако эти зоны относительно быстро заполняются загрязняющей жидкостью, что является следствием влияния гравитационных сил. Вода, находящаяся в застойной зоне, как более легкая фаза, начинает всплывать, скапливаясь под неоднородными включениями (можно наблюдать на третьем и четвертом фрагментах рис. 18, на непроницаемом включении четвертого каскада в центре).

Описанную выше картину течения можно наблюдать и для других моментов времени под каждым препятствием, которое обтекается с дух сторон.

На этом же рисунке справа изображены результаты расчетов для однородного пласта. По распределению насыщенности видно, что загрязняющая жидкость проникает в однородное пористое тело в виде одной каплеобразной структуры. Сравнение левых и правых фрагментов рисунка показывает, что загрязняющая жидкость, не встречающая препятствий, быстрее распространяется в сторону нижней границы. Разница в глубине проникновения фронта загрязняющей жидкости в этих двух случаях увеличивается с каждым новым ярусом непроницаемых включений.

По рис. 17 видно, что в случае отсутствия непроницаемых включений скорости примерно одинаковы как по величине, так и по ориентации во всей области течения, за исключением верхней её части. Для неоднородного фрагмента пласта поле суммарной скорости фильтрации имеет более сложный характер, присутствуют застойные зоны, как над неоднородными включениями, так и под ними. Кроме того, скорость потока резко увеличивается на участке между препятствиями одной полосы каскада.

Таким образом, непроницаемые включения замедляют время проникновения загрязняющей жидкости вглубь пористого тела, но увеличивают зону охвата загрязнением. В пористом теле толщиной 1м и проницаемостью ІМКМ с непроницаемыми границами приведены в соприкосновение две несмешивающиеся несжимаемые жидкости. Тяжёлая жидкость (вода) находится сверху, легкая (нефть) - находится внизу. Плотность тяжёлой жидкости /7W =1160 кг/м , вязкость juw =1мПа-с, плотность легкой жидкости - р0 - 800 кг/м, вязкость juw =10мПа-с. Полагалось, что до момента времени t = 0 пласт находился в покое, а начиная с этого момента в пласте под действием капиллярных и гравитационных сил происходит перераспределение жидкостей. В расчетах использовались функции относительных фазовых проницаемостей (39) с параметрами: Л = 2, min = 0 max = 1. Параметры в функции капиллярного давления принимались следующие: А=0.25, 5=0.05617. На рис. 19 приведены результаты расчетов, которые показывают характерное решение данной задачи для нескольких моментов времени. Так как в начальный момент времени вода занимает верхнюю половину пласта, то начальная водонасыщенность меняется скачкообразно (рис. 19, t=0), и необходимо решать задачу об эволюции этого разрыва. Решение представляет собой две расходящиеся волны (рис.19, а). Одна характеризует продвижение воды под действием силы тяжести к подошве пласта, другая -миграцию нефти к кровле пласта. По достижению подошвы пласта вода начинает там скапливаться, тем самым образуя «отраженную волну» (рис.19, б). При этом вторая волна еще не достигает кровли пласта. Далее, по достижению кровли пласта, нефть начинает там собираться, образуя вторую отраженную волну (рис.19, в). «Отраженные волны» движутся навстречу друг другу, формируя окончательное решение с единственным скачком водонасыщенности (рис.19, г). Далее происходит перераспределение нефти и воды, пока «система» не достигнет капиллярно-гравитационного равновесия. В итоге, по истечению достаточно большого промежутка времени распределение водонасыщенности принимает вид, зеркальный по отношению к начальному распределению, но с более широкой «переходной» зоной капиллярно-гравитационного равновесия.

Гравитационное перераспределение двухфазной жидкости в слоистом нефтяном пласте

Задача о гравитацинном перераспределении жидкости в слоистом нефтяном пласте при заводнении решалась в три этапа. Первый этап: в пласт через левую границу нагнетается вода, до общей обводненности продукции на выходе из пласта 98%. Второй этап: после достижения обводненности 98% считается, что и левая и правая границы не проницаемы и решается задача о гравитационном перераспределении жидкости в слоистом нефтяном пласте. Третий этап: после длительного простоя пласт вновь пускается в разработку с начальными граничными условиями и отключается при достижении обводненности продукции 98%).

Пласт длиной 50м состоит из двух пропластков, разделенных непроницаемой перемычкой. Пористость пласта . Мощность каждого пропластка составляет 5м. Перемычка толщиной 1 м имеет два литологических «окна» размерами 5м. Проницаемость верхнего пропластка равна &] =1мкм , а нижнего - к2 =0.05мкм . Схематически пласт изображен на рис. 28. Кровля и подошва пласта считаются непроницаемыми.

На левой границе суммарная скорость фильтрации распределена в соответствии с проницаемостью пропластков: в верхнем пропластке U = 1 10 м/с, а в нижнем - " м/с. На правой границе задано условие для скорости = 0. Использовались функции относительных фазовых проницаемостей (39) с параметрами: /1 = 2, Smin =0.3, 5max =0.7. Вязкость нефти /ио=\0 мПа-с, вязкость воды JUW=\ мПас Плотность воды pw = 1160 кг/м3 , нефти ро=800 кг/м . Начальное распределение насыщенности показано на рис. 29. Задача решалась на сетке 101 узел по оси X и 34 узла по оси . На рис. 29 изображена динамика изменения насыщенности после начала разработки пласта. Вода поступает в пласт через левую границу, а через правую границу осуществляется отбор жидкости. Из рисунка видно, что вода быстро прорывается по хорошо проницаемому пропластку (момент времени t=11.6 суток). По нижнему пропластку, который является плохо проницаемым, фронт вытеснения нефти водой движется гораздо медленнее. После того, как фронт по нижнему пропластку достигает первого литологического «окна», скорость его продвижения резко падает, поскольку происходит перераспределение потоков, и часть жидкости из нижнего пропластка перетекает в верхний, хорошо проницаемый. С падением суммарной скорости фильтрации в нижнем пропластке увеличивается вклад гравитационных сил в формирование потока, что сказывается на геометрии пропластками. В результате перераспределения потоков между хорошо проницаемым и плохо проницаемым пропластками нефть вымывается из плохо проницаемой зоны в хорошо проницаемою. Нефть, поступившую из плохо проницаемого пропластка в высоко проницаемый, в верхнем пропластке можно видеть на рисунке в виде шлейфа (зоны повышенного нефтесодержания), протянувшегося от первого «окна» до выходного сечения пласта. Такой же шлейф наблюдается и у второго литологического «окна». Образование шлейфа обусловлено двумя основными причинами: прямыми перетоками жидкости из нижнего в верхний пропласток и перетоками в результате капиллярно-гравитационной сегрегации нефти и воды. О влиянии гравитационных сил можно судить по зоне повышенного водосодержания в нижнем пропластке в окрестности второго «окна» под непроницаемой перемычкой.

После того как фронт вытеснения в нижнем пропластке достигает второго литологического «окна», наблюдается падение обводненности продукции на выходе из пласта, что связано с интенсивным перетоком нефти из нижнего пропластка в верхний. Однако, как только фронт вытеснения проходит второе литологическое «окно», вновь наблюдается рост обводненности продукции.

При достижении обводненности продукции 98% разработку пласта была остановлена на 15лет. В этот период происходит процесс сегрегации нефти и воды (рис. 30). Из рисунка видно, что за первые три года практически вся нефть в хорошо проницаемом пропластке собралась у кровли пласта. В плохо проницаемом пропластке нефть также скапливается у непроницаемой перемычки. Кроме того, через литологические «окна» нефть покидает плохо проницаемый пропласток и всплывает к кровле пласта, образуя над каждым из литологических «окон» вертикальный шлейф из небольшого количества нефти. Со временем этот процесс замедляется.

Похожие диссертации на Моделирование движения двухфазной жидкости в неоднородных и слоистых пористых средах