CC BY
11
НАУКИ О ЗЕМЛЕ / SCIENCE ABOUT THE EARTH
DOI: 10.18454/IRJ.2016.50.050 Бакиев М.Д.1, Петраков Д.Г.2, Орлов М.С.3, Пеньков Г.М.4 1 Студент, 2кандидат технических наук, доцент, 3магистр, 4студент Санкт-Петербургский горный университет ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ВЫТЕСНЕНИЯ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ В ЯЧЕЙКЕ HELE-SHAW ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ЗАКАЧКИ РАСТВОРИТЕЛЯ В МОДЕЛЬ ТРЕЩИННО-ПОРОВОГО КОЛЛЕКТОРА
Аннотация
В статье приведена методология проведения исследования и результаты эксперимента по вытеснению высоковязкой нефти изооктаном из модели трещинно-порового коллектора в ячейке Hele-Shaw. В ходе работы был изучен процесс выпадения асфальтенов в трещинно-поровом пространстве смоделированного пласта. Сделаны выводы о целесообразности применения растворителей способных высаживать асфальтены, при обработке продуктивных пластов, содержащих высоковязкую нефть.
Ключевые слова: ячейка Hele-Shaw, высоковязкая нефть, асфальтены, растворитель, трещинно-поровый коллектор.
Bakiev M.D.1, Petrakov D.G.2, Orlov M.S.3, Penkov G.M.4 1ORCID:0000-0003-3136-8134, Student, 2PhD in Engineering, 3master, 4student Saint Petersburg Mining University INVESTIGATION OF THE REPLACEMENT HIGH VISCOSITY OIL HELE-SHAW CELL IN SIMULATION DOWNLOADS THE SOLVENT IN FRACTURE MODEL-PORE RESERVOIR
Abstract
The article describes the methodology of the study and the results of the displacement of heavy oil from the model experiment isooctane fractured porous reservoir in the Hele-Shaw cell. During the process of deposition of asphaltenes in the fracture-pore space of the modeled reservoir was studied. Conclusions about the feasibility of the use of solvents can be planted asphaltenes in the processing of productive strata containing high-viscosity oil.
Keywords: Hele-Shaw cell, high-viscosity oil, asphaltenes, solvent, fractured-porous reservoir.
Оценка запасов и ресурсов нетрадиционных углеводородов в мире свидетельствует о значительном потенциале таких проектов для разработки. Пока суммарный объем добычи этих видов углеводородов составляет порядка 1%, но наблюдается его неуклонный рост и возможность конкурировать с проектами по добыче нефти из традиционных запасов. По расчетам аналитиков, к 2020-2025 годам на долю нефти, полученной из альтернативных источников, будет приходиться порядка 5% мировой нефтедобычи [3].
На сегодняшний день наибольшее внимание в старых нефтедобывающих провинциях уделяется разработке месторождений с трудноизвлекаемыми и нетрадиционными запасами, например, высоковязких нефтей, природных битумов, нефти сланцевых пород-коллекторов [1,2,7]. Такие объекты характеризуются сложным строением пластов-коллекторов: развитая сеть горизонтальных и вертикальных трещин, наличие глинистых перемычек, кавернозность и т.д. Развитая транспортная инфраструктура, наличие большого объема добываемого попутного газа, высокая степень изученности недр позволяют реализовывать проекты по разработке таких нефтяных месторождений с меньшими рисками [18].
В настоящее время уже не возникают споры о существовании в коллекторах высокопроницаемых зон, нарушений и областей с высокой трещиноватостью. Упоминание о блоковом строении залежей нефти и газа, а также характерных зон высокой трещиноватости (sweetspots) относится к истории создания Ярегской нефтешахты (1943 г.), а одним из создателей современной методологии поиска и разведки месторождений с трещинно-поровыми коллекторами является профессор, д.г.-м.н. А.В. Петухов [5,6,16].
В связи с высокой актуальностью разработки и эксплуатации месторождений с трудноизвлекаемыми запасами, возникает необходимость проведения большого количества научных (экспериментальных) работ, направленных на повышение эффективности добычи таких запасов углеводородов.
В рамках изучения движения флюидов в трещиноватых коллекторах, содержащих высоковязкие нефти, были проведены работы по конструированию и изготовлению ячейки Hele-Shaw [15]. При этом планировалось проведение экспериментов как в однородном коллекторе без наполнения пустотного пространства фиктивным грунтом, так и с формированием небольшой модели залежи блокового строения. Ячейка Hele-Shaw со специальным оборудованием для данного эксперимента представляет собой сложное техническое устройство. Детальное описание схожих установок приведено в работах [12,13,14,19]. Модель пласта в данном случае представляет собой квадрат со стороной 50 см, в центре располагается порт, моделирующий, в зависимости от вида эксперимента, нагнетательную или добывающую скважину. Между стеклами из органического стекла может быть помещен насыщенный нефтью пористый инертный материал (матрица пласта). На сторонах квадрата располагаются отверстия, имитирующие добывающие скважины или нагнетательные (при обращенной системе). Между блоками матрицы специально оставлено расстояние, выверенное с учетом сжатия пористого материала при сборке модели пласта-коллектора. Ячейка по конструкции Hele-Shaw сконструирована преподавателем кафедры РНГМ Горного университета Рощиным П.В. в 2015 году для изучения процессов вытеснения высоковязких нефтей и природных битумов.
Целью проведения данного эксперимента являлось изучение процесса выпадения асфальтенов как в матрице, так и в трещинах, их влияния на движение высоковязкой нефти в модели пласта-коллектора. В качестве растворителя для закачки был выбран изооктан, который активно способствует процессу выпадения асфальтенов из высоковязкой
нефти. Применение такого вида растворителя помогает моделировать добычу для некоторых систем VAPEX [4,8,10,11].
Для проведения эксперимента была выбрана высоковязкая нефть с высоким содержанием смол и асфальтенов до 75%, вязкостью при 20°С 35200 мПа-с (рисунок 1), отобранная из трещинно-порового пласта-коллектора.
120000
100000
и
Й 80000
|2 60000
0
1 40000 оа
20000
0 '-'--—^—^ # ♦ | ф ^^^ § §—
О 20 40 60 ВО 100
Тем п ер а гур а, еС
Вязкое тьт мПа- с
Рис. 1 - График зависимости динамической вязкости высоковязкой нефти от температуры
На рисунке 2 представлена фотография ячейки Hele-Shaw в ходе эксперимента по вытеснению высоковязкой нефти изооктаном без моделирования участков «матрицы» и трещин.
Рис. 2 - Ячейка Hele-Shaw в процессе вытеснения высоковязкой нефти изооктаном: 1 - трубка для закачки изооктана к «нагнетательной скважине»; 2 - элементы крепежа; 3 - прокладка; 4 - зоны, промытые изооктаном
Закачка изооктана в модель трещинно-порового коллектора проводилась с расходом 5 мл/мин. Фотосъемка осуществлялась при помощи камеры с технологией замедленной съемки time-lapse. На рисунке 3 представлена визуализация процесса выпадения асфальтенов из нефти при ее взаимодействии с изооктаном в трещинно-поровом коллекторе.
Рис.3- Промытые изооктаном каналы фильтрации в модели трещинно-порового коллектора
На рисунке 3 видно, что изооктан двигается только по двум трещинам, вместо движения по четырем трещинам в различных направлениях. Из-за высокой вязкости нефти, изооктан (измеренная динамическая вязкость которого при 20°С составила 0,7 мПа-с) движется исключительно по промытым каналам фильтрации и не оказывает влияния на коэффициент вытеснения высоковязкой нефти. Выпадение асфальтенов происходит по всей длине трещин от места закачки до точек выхода флюидов из установки, находящихся в серединах боковых граней квадратной ячейки. Асфальтены агрегируют в крупные частицы, но не блокируют поток полностью ввиду большой раскрытости трещин. В местах с низкой скоростью потока происходит осаждение частиц.
Таким образом, вытеснение высоковязкой нефти растворителями, обладающими низкой вязкостью и способствующими выпадению асфальтенов, неэффективно в трещинно-поровых коллекторах. Для более успешного вытеснения высоковязкой нефти в таких коллекторах, необходимо применять потокоотклоняющие технологии или использовать растворители с повышенной или высокой вязкостью, которые не будут стремительно прорываться по трещинам к добывающим скважинам. Особенно это заметно при проведении экспериментов по вытеснению высоковязкой нефти из трещинно-поровых карбонатных коллекторов [9,17].
По результатам эксперимента были сделаны следующие выводы:
1. Ячейка Hele-Shaw позволяет производить моделирование вытеснения высоковязкой нефти растворителем в трещинно-поровом коллекторе. При этом достигается высокое качество визуализации выпадения асфальтенов, их коагуляции в крупные частицы и дальнейшее движение по трещинам в пласте.
2. Установлено, что изооктан, вязкость которого в 50 000 раз меньше вязкости применяемой в эксперименте нефти, быстро прорывается по высокопроницаемым каналам фильтрации и практически не оказывает влияния на дальнейший коэффициент вытеснения в моделируемом трещинно-поровом коллекторе.
3. При визуализации процесса движения высоковязких нефтей, определены условия кристаллизации асфальтенов в местах снижения скорости потока, а также на фланцах установки при выходе жидкости (смесь изооктана и высоковязкой нефти) в мерные стаканы.
4. Ячейка Hele-Shaw, описанная в этой и других работах, может успешно применяться как в учебных, так и научных целях в лабораториях образовательных учреждений.
Литература
1. Зиновьев А.М., Ковалев А.А., Максимкина Н.М., Ольховская В.А., Рощин П.В., Мардашов Д.В. Обоснование режима разработки залежи аномально вязкой нефти на основе комплексирования исходной геолого-промысловой информации. Вестник ЦКР Роснедра. 2014. № 3. С. 15-23.
2. Литвин В.Т., Рязанов А.А., Фарманзаде А.Р. Теоретические аспекты и опыт проведения работ по интенсификации притока нефти на коллекторах баженовской свиты. Нефтепромысловое дело. 2015. № 5. С. 24 -29.
3. Литвин В.Т., Стрижнев К.В., Рощин П.В. Особенности строения и интенсификации притоков нефти в сложных коллекторах баженовской свиты Пальяновского месторождения. Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2015. Т. 10. № 3. С. 12.
4. Орлов М.С., Кищенко М.А., Коновалов К.И., Пеньков Г.М., Бакиев М.Д. Изучение свойств растворителей, применяемых в нефтяной промышленности. Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 2-4 (33). С. 80-83.
5. Петухов А. В. Теория и методология изучения структурно-пространственной зональности трещинных коллекторов нефти и газа. Ухта: Ухтинский государственный технический университет (2002): 276 с.
6. Петухов А. В., Шелепов И. В., Петухов А. А., Куклин А.И. Степенной закон и принцип самоподобия при изучении трещиноватых нефтегазоносных коллекторов и гидродинамическом моделировании процесса разработки. Нефтегазовая геология. Теория и практика. ВНИГРИ. Том 7. №2. 2012 г.
7. Рогачев М.К., Колонских А.В. Исследование вязкоупругих и тиксотропных свойств нефти Усинского месторождения. Нефтегазовое дело. 2009. Т. 7. № 1. С. 37-42.
8. Рощин П.В. Обоснование комплексной технологии обработки призабойной зоны пласта на залежах высоковязких нефтей с трещинно-поровыми коллекторами: дис. канд. техн. наук. -СПб., 2014. -112 с.
9. Рощин П.В., Рогачев М.К., Васкес Карденас Л.К., Кузьмин М.И., Литвин В.Т., Зиновьев А.М. Исследование кернового материала Печерского месторождения природного битума с помощью рентгеновского компьютерного микротомографа SkyScan 1174V2. Международный научно-исследовательский журнал. 2013. № 8-2 (15). С. 45-48.
10. Фарманзаде А.Р., Литвин В.Т., Рощин П.В. Подбор основы кислотного состава и специальных добавок для обработки призабойной зоны пласта баженовской свиты. Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 3-4 (34). С. 68-72.
11. Butler R., Mokrys I. J. A new process (VAPEX) for recovering heavy oils using hot water and hydrocarbon vapour //Journal of Canadian Petroleum Technology. - 1991. - Т. 30. - №. 1. pp. 97-106.2. Das S. K. et al. Effect of asphaltene deposition on the Vapex process: A preliminary investigation using a Hele-Shaw cell //Journal of Canadian Petroleum Technology. - 1994. - Т. 33. - №. 06.
12. Das S. K. et al. Effect of asphaltene deposition on the Vapex process: A preliminary investigation using a Hele-Shaw cell //Journal of Canadian Petroleum Technology. - 1994. - Т. 33. - №. 06.
13. Das S. K., Butler R. M. Mechanism of the vapor extraction process for heavy oil and bitumen //Journal of Petroleum Science and Engineering. - 1998. - Т. 21. - №. 1. - С. 43-59.
14. Kong X., Haghighi M., Yortsos Y. C. Visualization of steam displacement of heavy oils in a Hele-Shaw cell //Fuel. -1992. - Т. 71. - №. 12. - С. 1465-1471.
15. Pons M.N., Weisser E.M., Vivier H., Boger D.V. Characterization of viscous fingering in a radial Hele-Shaw cell by image analysis. Experiments in Fluids. 1999. Т. 26. № 1-2. С. 153-160.
16. Petukhov A.V., Kuklin A.I., Petukhov A.A., Vasquez Cardenas, L.C., Roschin P. V. Origins and Integrated Exploration of Sweet Spots in Carbonate and Shale Oil-Gas Bearing Reservoirs of the Timan-Pechora Basin //SPE/EAGE European Unconventional Resources Conference and Exhibition. - Society of Petroleum Engineers, 2014.
17. Roschin P.V., Vasquez Cardenas L.C., Petukhov A.V., Mikheyev A.I. Experimental investigation of heavy oil recovery from fractured-porous carbonate core samples by secondary surfactant-added injection. В сборнике: Society of Petroleum Engineers - SPE Heavy Oil Conference Canada 2013 2013. С. 1649-1654.
18. Roschin P.V., Zinoviev A.M., Struchkov I.A., Kalinin E.S., Dziwornu C.K. Solvent selection based on the study of the rheological properties of oil. Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 6-1 (37). С. 120-122.
19. Saffman P. G., Taylor G. The penetration of a fluid into a porous medium or Hele-Shaw cell containing a more viscous liquid //Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. - 1958. - Т. 245. - №. 1242. - С. 312-329.
References
1. Zinovev A.M., Kovalev A.A., Maksimkina N.M., Olhovskaya V.A., Roschin P.V., Mardashov D.V. Obosnovanie rezhima razrabotki zalezhi anomalno vyazkoy nefti na osnove kompleksirovaniya ishodnoy geologo-promyislovoy informatsii. Vestnik TsKR Rosnedra. 2014. # 3. S. 15-23.
2. Litvin V.T., Ryazanov A.A., Farmanzade A.R. Teoreticheskie aspektyi i opyit provedeniya rabot po intensifikatsii pritoka nefti na kollektorah bazhenovskoy svityi. Neftepromyislovoe delo. 2015. # 5. S. 24-29.
3. Litvin V.T., Strizhnev K.V., Roschin P.V. Osobennosti stroeniya i intensifikatsii pritokov nefti v slozhnyih kollektorah bazhenovskoy svityi Palyanovskogo mestorozhdeniya. Neftegazovaya geologiya. Teoriya i praktika. 2015. T. 10. # 3. S.
4. Orlov M.S., Kischenko M.A., Konovalov K.I., Penkov G.M., Bakiev M.D. Izuchenie svoystv rastvoriteley, primenyaemyih v neftyanoy promyishlennosti. Mezhdunarodnyiy nauchno-issledovatelskiy zhurnal. 2015. # 2-4 (33). S. 8083.
5. Petuhov A. V. Teoriya i metodologiya izucheniya strukturno-prostranstvennoy zonalnosti treschinnyih kollektorov nefti i gaza. Uhta: Uhtinskiy gosudarstvennyiy tehnicheskiy universitet (2002): 276 s.
6. Petuhov A. V., Shelepov I. V., Petuhov A. A., Kuklin A.I. Stepennoy zakon i printsip samopodobiya pri izuchenii treschinovatyih neftegazonosnyih kollektorov i gidrodinamicheskom modelirovanii protsessa razrabotki. Neftegazovaya geologiya. Teoriya i praktika. VNIGRI. Tom 7. #2. 2012 g.
7. Rogachev M.K., Kolonskih A.V. Issledovanie vyazkouprugih i tiksotropnyih svoystv nefti Usinskogo mestorozhdeniya. Neftegazovoe delo. 2009. T. 7. # 1. S. 37-42.
8. Roschin P.V. Obosnovanie kompleksnoy tehnologii obrabotki prizaboynoy zonyi plasta na zalezhah vyisokovyazkih neftey s treschinno-porovyimi kollektorami: dis. kand. tehn. nauk. -SPb., 2014. -112 s.
9. Roschin P.V., Rogachev M.K., Vaskes Kardenas L.K., Kuzmin M.I., Litvin V.T., Zinovev A.M. Issledovanie kernovogo materiala Pecherskogo mestorozhdeniya prirodnogo bituma s pomoschyu rentgenovskogo kompyuternogo mikrotomografa SkyScan 1174V2. Mezhdunarodnyiy nauchno-issledovatelskiy zhurnal. 2013. # 8-2 (15). S. 45-48.
10. Farmanzade A.R., Litvin V.T., Roschin P.V. Podbor osnovyi kislotnogo sostava i spetsialnyih dobavok dlya obrabotki prizaboynoy zonyi plasta bazhenovskoy svityi. Mezhdunarodnyiy nauchno-issledovatelskiy zhurnal. 2015. # 3-4 (34). S. 68-72.
11. Butler R., Mokrys I. J. A new process (VAPEX) for recovering heavy oils using hot water and hydrocarbon vapour // Journal of Canadian Petroleum Technology. - 1991. - Т. 30. - №. 1. pp. 97-106.2. Das S. K. et al. Effect of asphaltene deposition on the Vapex process: A preliminary investigation using a Hele-Shaw cell //Journal of Canadian Petroleum Technology. - 1994. -Т. 33. - №. 06.
12. Das S. K. et al. Effect of asphaltene deposition on the Vapex process: A preliminary investigation using a Hele-Shaw cell // Journal of Canadian Petroleum Technology. - 1994. - Т. 33. - №. 06.
13. Das S. K., Butler R. M. Mechanism of the vapor extraction process for heavy oil and bitumen //Journal of Petroleum Science and Engineering. - 1998. - Т. 21. - №. 1. - С. 43-59.
14. Kong X., Haghighi M., Yortsos Y. C. Visualization of steam displacement of heavy oils in a Hele-Shaw cell //Fuel. -1992. - Т. 71. - №. 12. - С. 1465-1471.
15. Pons M.N., Weisser E.M., Vivier H., Boger D.V. Characterization of viscous fingering in a radial Hele-Shaw cell by image analysis. Experiments in Fluids. 1999. Т. 26. № 1-2. С. 153-160.
16. Petukhov A.V., Kuklin A.I., Petukhov A.A., Vasquez Cardenas, L.C., Roschin P. V. Origins and Integrated Exploration of Sweet Spots in Carbonate and Shale Oil-Gas Bearing Reservoirs of the Timan-Pechora Basin //SPE/EAGE European Unconventional Resources Conference and Exhibition. - Society of Petroleum Engineers, 2014.
17. Roschin P.V., Vasquez Cardenas L.C., Petukhov A.V., Mikheyev A.I. Experimental investigation of heavy oil recovery from fractured-porous carbonate core samples by secondary surfactant-added injection. В сборнике: Society of Petroleum Engineers - SPE Heavy Oil Conference Canada 2013 2013. С. 1649-1654.
18. Roschin P.V., Zinoviev A.M., Struchkov I.A., Kalinin E.S., Dziwornu C.K. Solvent selection based on the study of the rheological properties of oil. Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 6-1 (37). С. 120-122.
19. Saffman P. G., Taylor G. The penetration of a fluid into a porous medium or Hele-Shaw cell containing a more viscous liquid //Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. - 1958. - Т. 245. - №. 1242. - С. 312-329.
DOI: 10.18454/IRJ.2016.50.207 Загинаев В.В.
Аспирант,
Институт водных проблем и гидроэнергетики Национальной Академии наук Кыргызской Республики, г.Бишкек РАСЧЕТ ЗОНЫ СЕЛЕВОГО ПОРАЖЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ДОЛИНЫ АКСАЙ-ТОН (СЕВЕРНЫЙ СКЛОН ТЕРСКЕЙ-АЛАТАУ)
Аннотация
В данном исследовании приводится методика расчета зоны поражения селевым потоком на примере горных долин Аксай-Тон (Северный Тянь-Шань, хребет Терскей-Алатау). Для защиты от разрушительного действия селевых потоков и формируемых ими паводков создается система защиты, которая строится на основе информации, характеризующей как селепаводковый поток, так и его воздействие на горную долину. Важнейшей составной частью этой информации является карта зоны селевого поражения горной долины и прилегающей к ней подгорной равнины.
Ключевые слова: селевой поток; зона поражения; Терскей-Алатау; расход селевого потока.
Zaginaev V.V.
Postgraduate student, Institute of water problems and hydropower, National Academy of Science, Bishkek, Kyrgyzstan CALCULATION OF A ZONE OF DEBRIS-FLOW DEFEAT ON THE EXAMPLE OF THE AKSAY-TONE VALLEY (NORTHERN SLOPE OF THE TERSKEY ALATAU)
Abstract
For protection against destructive action of debris-flows and the floods formed by them the system ofprotection which is under construction on the basis of information characterizing as debris-flow, and his impact on the mountain valley is created. The most important component of this information is the map of a zone of debris-flow defeat of the mountain valley and the piedmont plain adjoining. In this study, the technique of calculating the debris-flow affected area on the example of mountain valleys Aksay-Ton (Northern Tien Shan, Terskey Alatau range).
Keywords: debris-flow; affecting zone; Terskey-Alatau; debris-flow discharge.
Порядок определения зон паводкового и селевого поражения основан на подходе, где процессы прорыва, с елеобразования и движения селевых потоков находятся в тесной взаимосвязи.
Прорывной поток при движении вниз по ущелью охватывает либо все днище речной долины, либо какую-то его часть в зависимости от морфологии долины, ее строения и гидрологического характера потока. Поэтому, для определения границ зон паводкового и селевого поражения учитываются гидрологический, литологический и морфологический факторы. Оцениваются факторы соответствующими параметрами: гидрологический - расходом потока - Q; литологический (селевой или паводковый характер потока) - плотностью потока р; морфологический -шириной В днища долины.
Для определения параметров необходимых для расчета зоны паводкого и селевого поражения разбиваются продольные и поперечные профили долины, где отражаются морфология ее днища и прилегающих к нему бортовых участков. По каждому поперечному профилю рассчитываются параметры, характеризующие прорывной поток: расход Q, высота прорывного потока Н, ширина прорывного потока - В (зона поражения).
