Научно-технический журнал

«Нефтепро-
мысловое дело»

ISSN 0207-2351

Нефтепромысловое дело
Физический механизм и математическая модель нелинейной фильтрации высоковязкой нефти через горные породы с низким коэффициентом проницаемости

УДК: 622.276.2
DOI: 10.33285/0207-2351-2022-6(642)-41-46

Авторы:

ЛЕСИН ВИКТОР ИВАНОВИЧ1
1 Институт проблем нефти и газа РАН, Москва, Россия

Ключевые слова: высоковязкая нефть, нелинейная фильтрация, низкая проницаемость, математическая модель, физическая модель, фрактальная теория вязкости, коллоидные частицы нефти

Аннотация:

При разработке месторождений высоковязкой нефти (неньютоновской жидкости) в коллекторах с низкой (≈10–3 мкм2) проницаемостью актуальным является проведение гидродинамических расчетов, поскольку в таких случаях скорость фильтрации нелинейно зависит от градиента давления. Для решения этой задачи используются полученные эмпирическим путем аналитические уравнения, в которых зависимость вязкости от градиента скорости имеет степенной вид, с учетом начальной скорости сдвига, при превышении которой начинается течение флюида.

В данной статье фрактальная теория вязкости неньютоновской жидкости, описывающая зависимость вязкости коллоидных растворов нефти от скорости сдвига, применена к фильтрации. Предложена новая физическая модель учета специфики движения коллоидного раствора через поровое пространство низкопроницаемых горных пород. Предложено уравнение, которое описывает аналитическую зависимость скорости фильтрации от градиента давления. Показано подобие зависимостей напряжения сдвига от скорости сдвига, получаемых на ротационных вискозиметрах, и зависимостей скорости фильтрации от градиента давления, полученных экспериментально для горных пород с низкой проницаемостью при течении высоковязкой нефти. Подобные зависимости позволяют использовать измерения с помощью ротационных вискозиметров для оценки параметров фильтрации в низкопроницаемых коллекторах.

Список литературы:

1. Основные результаты исследований нелинейной фильтрации в низкопроницаемых коллекторах / А.В. Ханов, И.Р. Якупова, Е.С. Туманова, Д.Ю. Бунин // Нефтепромысловое дело. – 2021. – № 2(626). – С. 25–29. – DOI: 10.33285/0207-2351-2021-2(626)-25-29

2. Нелинейная фильтрация в низкопроницаемых коллекторах. Анализ и интерпретация результатов лабораторных исследований керна Приобского месторождения / В.В. Байков, Р.Р. Галеев, А.В. Колонских [и др.] // Науч.-техн. вестн. ОАО "НК "Роснефть". – 2013. – № 2(31). – С. 8–12

3. Нелинейная фильтрация в низкопроницаемых коллекторах. Лабораторные фильтрационные исследования керна Приобского месторождения / В.В. Байков, А.В. Колонских, А.К. Макатров [и др.] // Науч.-техн. вестн. ОАО "НК "Роснефть". – 2013. – № 2(31). – С. 4–7.

4. Михайлов Н.Н., Туманова Е.С., Зайцев М.В. Степенной закон фильтрации и его следствия для низкопроницаемых коллекторов // Нефт. хоз-во. – 2020. – № 4. – С. 34–37. – DOI: 10.24887/0028-2448-2020-4-34-37

5. Борщук О.С., Житников В.П. Нелинейная фильтрация в низкопроницаемых коллекторах. Численная схема, анализ устойчивости и сходимости // Науч.-техн. вест. ОАО "НК "Роснефть". – 2013. – № 2(31). – С. 13–16.

6. Ширяев Е.С., Зиновьев А.М. Влияние разрушения структуры высоковязкой нефти на эффективность процесса заводнения // Нефтепромысловое дело. – 2022. – № 1(637). – С. 10–14. – DOI: 10.33285/0207-2351-2022-1(637)-10-14

7. Влияние образования надмолекулярных структур на фильтрацию нефти в пористой среде / В.Е. Гальцев, И.М. Аметов, Е.М. Дзюбенко [и др.] // Коллоидный журнал. – 1995. – T. 57, № 5. – С. 660–665.

8. Galtsev V.E., Ametov I.M., Grinberg O.Y. Asphaltene association in crude oil as studied by ENDOR // Fuel. – 1995. – Vol. 74, No. 5. – P. 670–673. – DOI: doi.org/10.1016/0016-2361(94)00009-G

9. Исследование термореологических свойств высоковязкой нефти месторождений Пермского края на установке WAXFLOW LOOP / П.Ю. Илюшин, К.А. Вяткин, А.В. Козлов, Н.А. Шишкин // Нефтепромысловое дело. – 2022. – № 1(637). – С. 49–54. – DOI: 10.33285/0207-2351-2022-1(637)-49-54

10. Сулейманов Б.А. Особенности фильтрации гетерогенных систем. – М.–Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2006. – 356 с.

11. Barnes H.A. A Handbook of Non-Newtonian Fluid Mechanics. – Institute of Non-Newtonian Fluid Mechanics University of Wales, 2000. – 201 p.

12. Lesin V.I., Koksharov Yu.A., Khomutov G.B. Viscosity of liquid suspensions with fractal aggregates: Magnetic nanoparticles in petroleum colloidal structures // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. – 2011. – Vol. 392. – P. 88–94.

13. Лесин В.И. Математическая модель вязкости тяжелой нефти, содержащей примеси коллоидных наночастиц оксидов металлов // Электронный науч. журнал Нефтегазовое дело. – 2019. – № 2. – C. 200–216. – DOI: 10.17122/ogbus- 2019-2-199-216

14. Bossis G., Grasselli Y., Volkova O. Capillary flow of a suspension in the presence of discontinuous shear thickening // Rheologica Acta. – 2022. – Vol. 61. – P. 1–12. – doi.org.10.1007/s00397-021-01305-0

15. Лесин В.И. Физический механизм возникновения "аномальной вязкости", осложняющий добычу и транспортировку нефти // Электронный науч. журнал Нефтегазовое дело. – 2020. – № 5. – P. 74–92. – DOI: 10.17122/ogbus-2020-5-74-92

16. Ролдугин В.И. Свойства фрактальных систем // Успехи химии. – 2003. – Т. 72, № 11. – C. 1027–1054.

17. Лесин В.И., Алексеева Ю.В. Исследование режимов воздействия сдвиговыми напряжениями с целью снижения вязкости нефти // Экспозиция. Нефть. Газ. – 2020. – № 2. – С. 56–60. – DOI: 10/24411/2076-6785-2020-10080

18. Лесин В.И., Лесин С.В. Влияние колебаний давления на вязкость нефти, содержащей коллоидные частицы // Актуальные проблемы нефти и газа. – 2019. – Вып. 1(24). – DOI: 29222/ipng.2078-5712.2019-24.art11

19. Tao R., Tang H. Reducing viscosity of paraffin based crude oil with electric field for oil production and transportation // Fuel. – 2014. – Vol. 118. – P. 69–72.

20. Лоскутова Ю.В., Юдина Н.В. Влияние постоянного магнитного поля на реологические свойства высокопарафинистых нефтей // Коллоидный журнал. – 2003. – Т. 65, № 4. – С. 510–515.