Численное моделирование возникновения и распространения очага внутрипластового горения

• Автор: Богданов, Игорь Иванович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 c. : ил

Глава I. Литературные данные экспериментальных и

теоретических исследований процесса внутри-пластового горения

Глава 2. Физическая постановка задач исследования и

математическая модель процесса

2.1. Система уравнений для расчета ВГ в линейном пласте

2.2. Система уравнений для расчета начального этапа ВГ, протекающего в прискважинной зоне

2.3. Граничные и начальные условия для системы уравнений ВГ

Глава 3. Численная модель для расчета распространения очага горения в пористой среде

3.1. Численное моделирование процесса ВГ ...■

3.2. Расчет внутрипластового горения в случае обратного тока

3.3. Методические численные эксперименты

Глава 4. Исследование закономерностей возникновения и распространения очага внутрипластового горения
4.1. Линейная модель пористой среды
4.2. Начальная стадия ВГ. Прискважинная зона
4.3. О возникновении пульсаций и обратных токов при ВГ
Выводы
Литература

Наверное, нет необходимости определять огромную роль нефти в мировом экономическом хозяйстве. Наглядным тощу свидетельством гложет служить мировой энергетический кризис, разразившийся в экономике капиталистических стран с первой половины 70-х годов.Добыча этого важнейшего сырья накладывает отчетливый отпечаток на международные отношения, способна определять политику стран целых регионов и даже почти целиком обеспечивать экономическое благосостояние крупных современных государств.
В нашей стране нефти принадлежит ведущее место среди различных видов энергетических ресурсов. Более трети общего топливного баланса страны приходится на ее долю. Основное свое применение она находит в качестве топлива различного вида машин, механизированных установок, средств транспорта. Однако из года в год растет потребность в ней как в сырье для химической, микробиологической и других отраслей промышленности. В решениях ХХУ и ХХУ1 съездов КПСС значительное место занимают установки нашей партии, направленные на сохранение и развитие достигнутого в нефтедобывающей отрасли советского народного хозяйства.
В условиях, когда основные разведанные запасы нефти приходятся на такие регионы, как север Западной Сибири, Восточная Сибирь, Заполярье, требующие при освоении больших экономических усилий, особое место и значение приобретают методы, позволяющие увеличить долю извлеченных из недр запасов ископаемого сырья. Рациональный метод законтурной закачки воды, практикуемый в нашей стране со второй половины 40-х годов и сегодня дающий львиную долю добытого, с изменением реальных условий добычи постепенно становится все менее эффективным. При вязкости нефти в 25-30 сп применение этого метода дает менее 15-20$! нефтеотдачи.
В основе тепловых методов воздействия на нефтеносный пласт лежит ясная физическая идея: с повышением температуры вязкость углеводородов значительно уменьшается. Теплоноситель можно закачивать с поверхности путем циклического или постоянного нагнетания различного рода теплоносителей, чаще всего, горячей воды или водяного пара.
Внутрипластовое горение - один из перспективных способов тепловой обработки пласта при добыче нефти. Интерес к методу движущегося внутри пласта очага горения или внутрипластового горения (ВГ)вызван, во-первых, тем, что использование этого метода позволяет довести нефтеотдачу до примерно 50-80$!, поскольку при этом происходит комбинированное воздействие на пласт водой при пластовой температуре, вытеснение горячей водой и паром, раствором углекислоты и пр., во-вторых, огромное количество тепла, необходимое для прогрева пласта, не закачивается с поверхности через нагнетательные скважины с помощью того или иного рода теплоносителя, а генерируется внутри пористой среды за счет сгорания самых тяжелых, практически неизвлекаемых фракций нефти.
Численному исследованию этого процесса посвящена настоящая работа.
Диссертация состоит из четырех глав, введения, выводов и списка литературы.
В первой главе приводится обзор литературных данных, относящихся к изучению процесса ВГ и формулируется цель проводимых исследований.
Во второй главе формулируются математические постановки задач, включая задание граничных условий, которые приняты для численного исследования, обосновывается формализация основных особенностей процесса.

проверялись балансные соотношения, которые составлялись на основе исходной системы уравнений.
Методические расчеты позволили оценить количественные и качественные характеристики воспроизведения на построенной сетке таких особенностей решения, как распространение скачков насыщенностей малоподвижных фаз, зоны интенсивного химического взаимодействия кислорода и топлива, тепломассообмен при фазовом переходе воды. Кроме того, были опробованы различные варианты разностных аппроксимаций с целью отбора оптимальных соотношений с точки зрения качества расчета и затрат машинного времени /92/.
Ключевую роль при построения численной модели играет аппроксимация уравнения для давления. Методические расчеты показали, что аппроксимация данного уравнения по схеме (3.1.1) неудовлетворительно воспроизводит решение на начальном этапе вытеснения. Центрально-разностная аппроксимация по давлению дает большую погрешность при вычислении трехфазного потока в области его сильного изменения. В некоторых вариантах это приводило к неправильному качественному поведению давления, насыщенностей и массовых долей компонент газовой фазы вблизи границы нагнетания.
Аппроксимация уравнения (2.1.8) по четырехточечной неявной дивергентной схеме приводила к возникновению колебаний насыщенностей в области переднего фронта нефтяного вала и скачка насыщенности воды, движущегося вслед за зоной горения при влажном режиме протекания процесса - рис.З.
Лишь согласованные аппроксимации потокое движущихся фаз в (3.1.3) и (3.1.4) обеспечивали отсутствие подобных недостатков

рис.4. Анализ показал, что собственные числа Л* матрицы перехода V/ между вариациями неизвестных -V/ ^ёЛ ,где