Исследование процессов двухфазной фильтрации смеси углеводородов в пористой среде с учетом фазовых переходов

Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0
Молчанов Дмитрий Анатольевич
Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Глава 1. Литературный обзор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.1 Особенности фазового состояния газоконденсатных флюидов . . 10
1.2 Практические проблемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3 Моделирование фазового состояния газоконденсатных систем . . 16
1.3.1 Многокоэффициентные уравнения состояния . . . . . . . . 18
1.3.2 Кубические уравнения состояния . . . . . . . . . . . . . . 20
1.3.3 Современные исследования по моделированию фазового
состояния газоконденсатных систем . . . . . . . . . . . . . 24
1.3.4 Выбор способа расчета теплофизических свойств
модельной смеси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.4 Особенности фильтрации газоконденсатных смесей . . . . . . . . 30
1.4.1 Расчетно-теоретические исследования . . . . . . . . . . . . 30
1.4.2 Экспериментальные исследования . . . . . . . . . . . . . . 41
Выводы по главе 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Глава 2. Экспериментальный стенд и методы исследований . . 54
2.1 Описание экспериментальной установки . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.1.1 Экспериментальный участок и
контрольно-измерительная аппаратура . . . . . . . . . . . 54
2.1.2 Насосная установка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.1.3 Разделительный цилиндр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.1.4 Газовая рампа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.2 Методика проведения экспериментов . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.2.1 Подготовка модели пласта . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.2.2 Измерение коэффициента проницаемости засыпки
экспериментального участка . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.2.3 Подготовка экспериментального участка . . . . . . . . . . 75
2.2.4 Приготовление модельной смеси . . . . . . . . . . . . . . . 77
2.2.5 Измерение состава модельной смеси . . . . . . . . . . . . . 81
2.2.6 Методика проведения экспериментальных исследований . 84
Стр.

Выводы по главе 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

Глава 3. Математическое моделирование процесса фильтрации 89
3.1 Система уравнений модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.2 Расчет вязкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.3 Расчет коэффициентов фазовых проницаемостей . . . . . . . . . 94
3.4 Дискретный аналог системы дифференциальных уравнений . . . 96
3.5 Программная реализация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.6 Верификация математической модели и расчетных программ . . 100
3.7 Начальные и граничные условия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.8 Термодинамическая модель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Выводы по главе 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

Глава 4. Результаты расчетов и экспериментов . . . . . . . . . . . 111
4.1 Результаты расчетов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.2 Результаты экспериментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Выводы по главе 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

Список использованной литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

Список рисунков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

Список таблиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

Приложение А. Руководство пользователя программой
PhaseEquilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформу­ лированы цель и задачи работы, излагается научная новизна и практи­ ческая значимость работы, приведены основные положения диссертации, выносимые на защиту.
Первая глава содержит анализ литературы по теме исследований. Рассмотрены особенности процесса фильтрации газоконденсатных смесей и их фазового поведения, в частности, явление ретроградной конденсации. Обсуждается влияние относительных фазовых проницаемостей на процесс конденсации в призабойной области газоконденсатной скважины. Рассмот­ рены методы моделирования фазового состояния углеводородных систем.
Приведено обоснование использования четырехкоэффициентного уравнения состояния ван-дер-ваальсового типа для расчета фазовых равновесий и теплофизических свойств углеводородных смесей при термо­ барических параметрах реальных газоконденсатных пластов. Отмечено, что при определенных условиях возможно существование неустойчивых режимов фильтрации, в т.ч. автоколебательных, природа которых до конца не изучена.
Во второй главе обозначены задачи экспериментальных исследо­ ваний, и дано описание экспериментальной установки. Приведены раз­ работанные методики подготовки насыпной модели пласта, подготовки бинарной гомогенной углеводородной смеси и методика проведения экс­ периментов.
7
Схема экспериментального стенда «Пласт-2» показана на рисун­ ке 1. Оборудование стенда позволяет моделировать процесс фильтрации углеводородных смесей при натурных пластовых условиях — давление до 28 МПа. В процессе модернизации стенда существенно увеличено предельное время одного эксперимента для возможности исследований неустойчивых режимов фильтрации, и обеспечен контроль состава смеси во время эксперимента. Модель пласта представляла собой сварную кон­ струкцию, состоящую из 8 тройников, изготовленных из кубов с ребром 15 мм (рисунок 2).
Рис. 1 — Схема экспериментального стенда «Пласт-2»: H2O — бак с дистил­ лированной водой; CH4 — баллон с метаном; N2 — баллон с азотом; C5H12 — линия подачи н-пентана; WP — насос; SV — предохранительный клапан; NV1, NV2 — игольчатые вентили; F2, F50, F200 — фильтры 2 мкм, 50 мкм, 200 мкм; P1–P8, P’1– P’5 — датчики давления; T1–T4 — термопары; PR — редуктор давления; FM1, FM2 — расходомеры
Тройники были соединены отрезками трубы из нержавеющей ста­ ли марки 12Х18Н10Т внутренним диаметром 6 мм, толщиной стенки
1 мм. Длина экспериментального участка составляла 3000 мм. На каж­ дый тройник был установлен мембранный датчик давления, соединенный с контроллером. Экспериментальный участок заполнялся кварцевым пес­ ком, просеянном на ситах с ячейкой размером 50 мкм на вибростенде. Массовый расход модельной смеси на выходе из экспериментального участ­ ка регистрировался расходомером кориолисова типа.
Рис. 2 — Конфигурация узлового эле­ мента экспериментального участка в разрезе: 1 — тройник; 2 — патрубок, ведущий к датчику давления, 3 — кольцо, на которое крепится сетка; 4 — цилиндрические секции экспери­ ментального участка
Коэффициент прони­ цаемости определялся на основании эксперименталь­ ных данных по расходу рабочего тела (метан и азот) при термобарических условиях, при которых про­ исходила фильтрация газа. Значение коэффициента проницаемости составило (1±0,1) · 10−13 м2.
Данные, поступающие с дат­ чиков давления, расходомера и термопар, выводились на экран персонального компьютера в реаль­ ном времени, одновременно шла запись данных в запоминающее устройство. Принципиальная схема измерений приведена на рисунке 3.
Для анализа состава мо­ дельной смеси использовался предварительно отградуирован­ ный хроматограф типа 490 Micro GC с двумя измерительными кана­ лами, в состав каждого из которых входили регулятор расхода газа, инжектор, аналитическая колонка и детектор по теплопроводности.
В связи с тем, что
процесс взаимной диффу­
зии компонентов протекает
очень медленно, для гомогенизации смеси углеводородов, подаваемых на вход экспериментального участка, было разработано специальное пе­ ремешивающее устройство и методика заполнения цилиндров высокого давления и контроля состава смеси. Время процесса составляло до 2-х суток.
Рис. 3 — Принципиальная схема измерений
Предельно возможная продолжительность эксперимента на модерни­ зированном стенде «Пласт-2» — 6 ч.
В третьей главе представлено описание математической модели процесса фильтрации. За основу принята математическая модель, описы­ вающая одномерное нестационарное течение двухфазной смеси в пористой среде в изотермических условиях в предположении равенства давления в фазах и при условии фазового равновесия и химической нейтральности компонентов [3; 4].
Система уравнений фильтрации состоит из уравнений сохранения массы для каждого компонента, записанных относительно молярных плот­ ностей:
⎛⎞⎛⎞ ∑︁ + ∑︁ =0
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
и уравнения сохранения импульса в приближении закона Дарси:
=− ( ) ,
где — пористость; индекс соответствует компоненту; индекс соответ­ ствует фазе (1 — газ, 2 — жидкость); — мольная доля -го компонента в -й фазе двухфазной смеси; — молярная плотность -й фазы; — объемная доля -й фазы в смеси; — скорость -й фазы; — время; — координата, — коэффициент абсолютной проницаемости; — коэф­ фициент динамической вязкости -й фазы; — давление; — функция относительной фазовой проницаемости -й фазы.
В соответствии с условиями расчетов и экспериментов среднее значе­ ние числа Re для газовой фазы составляет порядка 10−2, что не выходит за верхнюю границу применимости закона Дарси.
Для расчета свойств паровой и жидкой фаз использовалось обоб­ щенное кубическое четырехкоэффициентное уравнение состояния ван­ дер-ваальсового типа для коэффициентов сжимаемости, разработанное специально для природных нефтегазоконденсатных смесей [5]. В связи с малостью капиллярного давления по сравнению с рабочим давлением поправка на капиллярное давление не учитывалась. Концентрации компо­ нентов в равновесных фазах рассчитывались исходя из фундаментального положения термодинамики о равенстве летучестей компонентов смеси в сосуществующих фазах. Оценки показали, что скорость газовой фазы ме­ няется от 10−3 м/с в начале режима до 10−6 м/с в установившемся режиме. При том, что порядок скорости капиллярной пропитки составляет 10−3 – 10−4 м/с, можно считать процессы фазовых переходов равновесными. Динамическая вязкость фаз модельной смеси рассчитывалась с помощью
метода Лоренца-Брея-Кларка. Для моделирование функций относитель­ ной фазовой проницаемости использованы известные соотношения Чэнь Чжун-сяна [6]:
{︃0, ≤ 1
1 = (( − 1)/(1− 1)) 1(4−3 ), > 1
{︃0, ≥ 2
2 = (( 2 − )/( 2)) 2, < 2 где 1 — газонасыщенность, ниже которой проницаемость газовой фазы становится равной нулю; 2 — газонасыщенность, выше которой проницае­ мость жидкой фазы становится равной нулю; 1, 2 — показатели степени, определяющие вид функций фазовых проницаемостей газовой и жидкой фаз, соответственно. Зависимость функций относительной фазовой проницаемости от га­ зонасыщенности приведена на рисунке 4. Рис. 4 — Графики зависимости относительных проницаемостей от га­ зонасыщенности [6] Программа расчета фазовых равновесий многокомпонентной углеводородной смеси с вклю­ чениями азота, сероводорода и диоксида углерода реализована в среде программирования C#. Для численного решения системы обыкновенных дифференциаль­ ных уравнений использован метод конечных разностей Адамса, реали­ зованный в программном модуле DIFSUB. Программные модули разработаны в среде програм­ мирования FORTRAN (Fortran PowerStation 4). Разработанная модель была верифицирована по результатам расчет­ ных и экспериментальных исследований, выполненных в Стэнфордском университете (США) на бинарной смеси «метан–н-бутан» [7]. Результаты сравнительных расчетов распределения мольной доли н-бутана в газовой фазе и влагонасыщенности по длине модели в установившемся режиме представлены на рисунке 5. В четвертой главе приведены результаты численного моде­ лирования и экспериментальных исследований процесса двухфазной изотермической фильтрации бинарной углеводородной смеси «ме­ тан–н-пентан». Численные эксперименты проводились с целью расчета параметров (состава смеси, перепада давления на участке, вида функ­ ции относительной фазовой проницаемости), определяющих область неустойчивого течения смеси, при условиях, соответствующих услови­ ям экспериментов на фильтрационном стенде «Пласт-2». Кроме того, рассчитывались характеристики течения (состав фаз, распределение давления, газонасыщенность, локальная концентрация смеси), позволя­ ющие объяснить физическую картину поведения углеводородной смеси в процессе депрессии давления и при термодинамических параметрах, соответствующих нахождению двухфазной смеси в ретроградной области фазовой диаграммы. а Рис. 5 — Результаты сравнительных расчетов распределения мольной доли б н-бутана в газовой фазе (а) и влагонасыщенности (б) по длине модели: 1 — результаты работы [7], 2 — результаты моделирования Численные эксперименты проводились при трех значениях мольной концентрации метана в исходной смеси: 0,9, 0,85 и 0,75. Первые два значе­ ния соответствовали ретроградной области фазовой диаграммы, последнее — области прямого испарения. Моделирование осуществлялось при по­ стоянном давлении на выходе из участка, обеспечиваемым идеальным регулятором давления «до себя», и с регулирующим вентилем на выхо­ де из модели. На рисунке 6 представлены результаты расчетов массового расхода отдельных фаз и смеси при неустойчивых режимах фильтрации. Здесь и далее обозначает массовый расход газовой фазы, — массовый расход жидкой фазы, + — суммарный массовый расход фаз. При значении мольной концентрации метана в исходной смеси 0,9 по­ сле того, как влагонасыщенность превысила порог текучести ( ≈ 190 с), возникли колебания массового расхода фаз с периодом колебаний около 80 с, которые затухали через 500 – 600 с (рисунок 6а). При значении мольной концентрации метана 0,85 после превышения порога текучести жидкости ( ≈ 170 с) возникли устойчивые периодические колебания, пе­ риод которых составил около 80 с. При мольной концентрации метана 0,75, при которой смесь «ме­ тан—н-пентан» находится вне области ретроградной концентрации, наблю­ дался устойчивый режим, колебания расхода отсутствовали (рисунок 7). аб Рис. 6 — Нестационарные режимы фильтрации: а — затухающие колебания массового расхода; б — автоколебания массового расхода Рис. 7 — Зависимость массового расхода от времени при составе угле­ водородной смеси, соответствующей области прямого испарения Характер изменения давления во времени при автоколебательном режиме фильтрации иллюстрирует рисунок 8а. Сечения, в которых показано изменение давления, со­ ответствуют расположению датчи­ ков давления на экспериментальном участке стенда «Пласт-2». На характер течения двух­ фазной смеси большое влияние оказывает вид функций фазовой проницаемости. Результаты расчета режима с пределом текучести жид­ кой фазы 2 = 0,6 и концентрацией метана в смеси на входе в участок 0,85 представлены на рисунке 8б. Давление на входе в участок составляло 20 МПа, на выходе — 6 МПа. Так же, как и в режиме с преде­ лом текучести жидкой фазы 2 = 0,8 (рисунок 6), до момента времени 1500 с режим течения носил автоколебательный характер, но с суще­ ственно меньшей амплитудой колебаний расхода и меньшим периодом колебаний (рисунок 8б). Далее характер режима кардинально изменился с автоколебательного на режим с полной периодической блокировкой рас­ хода (образование «конденсатных пробок»). При этом период колебаний массового расхода составил 250 с в начале режима и увеличился до 500 с в установившемся режиме. а б Рис. 8 — Нестационарные режимы фильтрации: а — характер изменения давления во времени в различных сечениях модели пласта; б — характер изменения массового расхода при пределе текучести жидкой фазы 0,6 Результаты численных исследований легли в основу эксперимен­ тов на стенде «Пласт-2». Целью экспериментальных исследований было изучение особенностей изотермической фильтрации бинарной смеси «ме­ тан–н-пентан» при параметрах (состав, перепад давления, температура), обеспечивающих нахождение смеси в области ретроградной конденсации исследуемого флюида, и определение условий возникновения неустойчи­ вых режимов фильтрации. Условия экспериментов представлены в таблице 1. Результаты экспериментов приведены на рисунках 9–11 . В серии режимов 1, представленной на рисунке 9, наблюдались быстро затухающие колебания массового расхода, амплитуда и продолжи­ тельность которых увеличивались по мере увеличения перепада давления на экспериментальном участке. Серии 2 и 3 (рисунки 10 и 11 соответственно) характеризуются прак­ тически идентичными параметрами смеси на входе в экспериментальный участок, но различным давлением на выходе. При относительно малом перепаде давления (6,5 МПа, режим 2-1, таблица 1) колебаний не про­ исходило. При больших перепадах (режимы 2-2, 2-3) после возмущений, вызванных скачкообразным изменением давления на выходе из участ­ ка, наблюдались затухающие колебания, причем с увеличением перепада 14 давления время релаксации увеличивалось. При достижении перепада дав­ ления 10,0 МПа и более (серия 3) течение смеси переходило в неустойчивый режим автоколебаний с периодом порядка 100 с. Таблица 1 — Условия экспериментов Номер режима 4 1-1 0,9 1-2 0,9 1-3 0,9 2-1 0,85 2-2 0,85 2-3 0,85 3-1 0,85 3-2 0,85 4-1 0,7 4-2 0,7 4-3 0,7 4-4 0,7 , К 294 294 294 294 294 294 293 293 294 294 294 294 , МПа 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 21,0 20,5 20,0 20,0 20,0 20,0 , МПа 13,0 12,0 8,5 13,5 12,5 11,5 10,0 7,5 9,5 6,2 16,5 10,5 б Рис. 9 — Серия режимов фильтрации 1: а — массовый расход модельной смеси; б — распределение давления по длине экспериментального участка Максимальное изменение давления наблюдалось в области макси­ мальных градиентов давления на последней трети длины эксперименталь­ ного участка и составило порядка 1,0 МПа. В результате Фурье-анализа осцилляций расхода смеси в серии 3 период колебаний первой гармоники для эксперимента 3-1 (∆ =11,0 МПа) составил 91 с, для эксперимента 3-2 (∆ =13,0 МПа) — 111,2 с. а б Рис. 10 — Серия режимов фильтрации 2: а — массовый расход модельной смеси; б — распределение давления по длине экспериментального участка б Рис. 11 — Серия режимов фильтрации 3: а — массовый расход модельной смеси; б — распределение давления по длине экспериментального участка Как видно из рисунка 12 в серии 4 при составе смеси на входе в экспериментальный участок, соответствующим области прямого испаре­ ния фазовой диаграммы, процесс течения носит монотонный характер и пульсаций расхода и давления не наблюдается. В процессе эксперимента на выходе из модели пласта было отобрано четыре пробы в моменты времени 1 = 800 с, 2 = 1225 с, 3 = 1270 с и 4 = 1315 с (рисунок 13). Время 1 соответствует стационарному режиму фильтрации, время 2 — минимальному значению расхода при нестационар­ ном режиме, время 3 — максимальному значению расхода, 4 — среднему значению расхода. а а Полученные результаты показывают, что при стационарном режиме течения интегральный состав модельной смеси не изменяется после филь­ трации через пористую засыпку. Однако в случае нестационарного режима изменение состава углеводородного флюида может быть существенным. Минимальное значение расхода модельной смеси соответствует максималь­ ному содержанию метана, то есть в пористой засыпке происходит процесс накопления жидкости. После того, как фронт жидкости дойдет до выхода из модели пласта, доля пентана в смеси резко возрастает, расход достигает максимального значения, и опять начинается процесс накопления конден­ сата, вызывающий уменьшение интегрального расхода. б а Рис. 12 — Серия режимов фильтрации 4: а — массовый расход модельной смеси; б — распределение давления по длине экспериментального участка Состав модельной смеси при среднем значении расхода соответ­ ствует составу исходной смеси. При достаточно большом перепаде дав­ ления и при условии, что состав исходной смеси обеспечивает на­ хождение флюида в ретроградной области фазовой диаграммы на значительном протяжении экспери­ ментального участка, циклическое изменение состояния смеси в экспе­ риментальном участке приводит к незатухающим колебаниям расхода и давления. Сравнение результатов расче­ тов и экспериментов показывает, Рис. 13 — Графики зависимости изме­ нения давления и расхода во времени в течение эксперимента что имеется удовлетворительное качественное соответствие поведения расчетных и экспериментальных кривых давления и массового расхода смеси «метан–н-пентан» при сходных условиях фильтрации. При мольной концентрации метана, соответствующей ретроградной области фазовой диаграммы, и значительной разнице между давлением максимальной кон­ денсации и давлением на выходе из модели пласта, и в экспериментах, и в численных расчетах наблюдаются автоколебательные режимы течения со значениями периода колебаний массового расхода 85 – 100 с. Результаты численных и физических экспериментов показали, что если состав смеси на входе в модель пласта соответствует области прямого испарения фазо­ вой диаграммы, в достаточно широком диапазоне изменения давления на выходе из модели пласта характер течения устойчивый.

Исследования процессов течения двухфазных смесей в пористых средах
представляют интерес как с точки зрения развития теории фильтрации, так и
для решения прикладных задач подземной гидродинамики. Физическое и ма­
тематическое моделирование подобных процессов необходимо для понимания
механизмов массообмена и прогнозирования динамики поведения геотермаль­
ных скважин, нефтяных, газовых и газоконденсатных пластовых систем. В
случае газоконденсатных пластов задача усложняется наличием фазовых пе­
реходов и значительными различиями в подвижности фаз в пористой среде.
Кроме того, газоконденсатные смеси в определенной области термобариче­
ских параметров, характерных для реальных пластов, проявляют ретроградные
свойства, в результате чего при снижении давления ниже давления «точки ро­
сы» происходят процессы обратной конденсации и насыщения пористой среды
малоподвижным ретроградным конденсатом [1]. В результате такого поведения
газоконденсатной смеси значительно снижается дебит скважины вплоть до пол­
ной блокировки расхода смеси и возникают неустойчивые режимы фильтрации.
В последние годы наметился повышенный интерес к исследованиям гид­
родинамики течений углеводородных смесей в пористой среде, что вызвано
эксплуатацией большинства газоконденсатных месторождений в режиме «ис­
тощения» и необходимостью разработки эффективных методов воздействия на
газоконденсатные системы с целью увеличения дебита скважин. В большинстве
известных работ рассматриваются отдельные задачи фильтрации углеводоро­
дов: динамика изменения структуры пористого коллектора, оценка и учет
степени термодинамической неравновесности фазовых переходов, определение
вида функций относительных фазовых проницаемостей. Что касается модели­
рования гидродинамики процесса фильтрации, то основные работы посвящены
разработке математических моделей и численным экспериментам. Крайне ма­
лое количество экспериментальных работ связано, по всей видимости, с высокой
трудоемкостью и сложностью фильтрационных экспериментов при термоба­
рических условиях реальных пластов. Что касается исследований условий
возникновения неустойчивых режимов фильтрации, то таких работ практиче­
ски нет.
В связи с этим экспериментальные и численные исследования режимов
фильтрации смеси «метан–н-пентан», моделирующей свойства реального газо­
конденсатного флюида, результаты которых представлены в диссертационной
работе, представляются актуальными и будут способствовать разработке эф­
фективных физических методов повышения продуктивности газоконденсатных
скважин.
Целью диссертационной работы является исследование особенностей
изотермической двухфазной фильтрации газоконденсатных углеводородных
смесей и определение условий возникновения неустойчивых режимов течения
на примере бинарной модельной смеси «метан–н-пентан».
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие
задачи:
1. Разработать программу расчета фазового состояния многокомпонент­
ных углеводородных систем.
2. Доработать математическую модель процесса изотермической филь­
трации углеводородной системы с учетом фазовых переходов и прове­
сти численные эксперименты для определения условий возникновения
неустойчивых режимов фильтрации.
3. Разработать установку и методику приготовления и контроля полной
гомогенизации модельной смеси.
4. Разработать методику изготовления насыпной модели пласта.
5. Разработать и создать на базе фильтрационного стенда «Пласт» стенд
«Пласт-2» для физического моделирования неустойчивых режимов изо­
термической фильтрации модельного газоконденсатного флюида.
6. Выполнить экспериментальные исследования на стенде «Пласт-2» с
целью определения условий возникновения неустойчивых, в т.ч. ав­
токолебательных режимов фильтрации бинарной модельной смеси
«метан–н-пентан».
Научная новизна:
1. Экспериментально показано, что необходимым условием возникнове­
ния неустойчивых, в т.ч. автоколебательных режимов фильтрации
модельной смеси «метан–н-пентан» является комбинация параметров
состояния (температура, давление, концентрация смеси), соответству­
ющих области обратной конденсации фазовой диаграммы состояния.
2. Экспериментально определены диапазоны давлений и концентраций
смеси «метан–н-пентан», при которых реализуются автоколебательные
режимы течения.
3. Методом численного моделирования определены условия возникнове­
ния режимов фильтрации с периодической блокировкой расхода смеси
(образование «конденсатных пробок»).
Практическая значимость:
1. Созданный в процессе работы стенд «Пласт-2» позволяет проводить
исследования особенностей фильтрации газоконденсатных смесей, в
т.ч. флюидов реальных газоконденсатных месторождений в широком
диапазоне термобарических параметров и моделировать физические
методы воздействия на пластовые системы с целью предотвращения
неустойчивых режимов фильтрации.
2. Разработанный пакет программ расчета фазовых равновесий многоком­
понентных углеводородных смесей и процессов фильтрации углеводо­
родного флюида дает возможность моделировать реальные процессы,
происходящие в призабойной зоне газоконденсатных месторождений
(режимы «на истощение», режимы с периодической блокировкой расхо­
да флюида, автоколебательные режимы), и моделировать физические
методы воздействия на газоконденсатную систему.
Результаты экспериментальных и численных исследований, представлен­
ные в диссертационной работе, были получены в рамках работы по проекту
РНФ № 14-50-00124, Программы фундаментальных исследований государствен­
ных академий наук на 2013 – 2020 годы, грантов РФФИ № 17-08-01270 и №
19-08-00280.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Конструкция фильтрационного стенда «Пласт-2», предназначенного
для моделирования термодинамических и гидродинамических процес­
сов в реальных газоконденсатных пластах, и методики подготовки и
проведения экспериментов.
2. Результаты экспериментальных исследований процессов изотермиче­
ской фильтрации углеводородной смеси «метан–н-пентан», в т.ч. усло­
вия возникновения автоколебательных режимов.
3. Программа расчета фазового равновесия многокомпонентной углеводо­
родной системы с включениями азота, сероводорода и диоксида серы.
4. Результаты численного моделирования режимов фильтрации с перио­
дической блокировкой расхода флюида.
Достоверность. В основу физических моделей и математических
алгоритмов, использованных при проведении исследований, положены об­
щепринятые методики описания фундаментальных законов фильтрации и
термодинамики фазовых превращений в многокомпонентных системах. Экс­
периментальные исследования проводились с использованием современного
оборудования, обеспечивающего повторяемость полученных результатов. Для
проверки корректности результатов было проведено тестирование компью­
терных кодов, реализующих выбранную математическую модель процессов
фильтрации, и принятых допущений.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докла­
дывались и обсуждались на следующих научных конференциях:
1. XXVII International Conference on Interaction of Intense Energy Fluxes
with Matter, п. Эльбрус, Кабардино-Балкарская республика, 01.03.2013
– 06.03.2013.
2. Двадцатая ежегодная международная научно-технической конферен­
ция студентов и аспирантов «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРО­
ТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА», г. Москва, 27.02.2014 – 28.02.2014.
3. XXIX International Conference on Equations of State for Matter, п. Эль­
брус, Кабардино-Балкарская республика, 01.03.2014 – 06.03.2014.
4. 6-я Межрегиональная конференция «Нефть и газ Юга России», г. Крас­
нодар, 02.09.2014 – 04.09.2014.
5. VII Школа молодых ученых им. Э.Э. Шпильрайна «Актуальные
проблемы освоения возобновляемых энергоресурсов», г. Махачкала,
Республика Дагестан, 06.10.2014 – 08.10.2014.
6. International Congress on Energy Efficiency and Energy Related Materials
(ENEFM2014), Oludeniz, Fethiye/Mugla, Turkey, 16.10.2014 – 19.10.2014.
7. XXX International Conference on Interaction of Intense Energy Fluxes
with Matter, п. Эльбрус, Кабардино-Балкарская республика, 01.03.2015
– 06.03.2015.
8. IV Международная конференция «Возобновляемая энергетика: Пробле­
мы и перспективы», г. Махачкала, Республика Дагестан, 21.09.2015 –
24.09.2015.
9. XXXI International Conference on Equations of State for Matter, п. Эль­
брус, Кабардино-Балкарская республика, 01.03.2016 – 06.03.2016.
10. I международная научно-практическая конференция «Актуальные во­
просы исследования нефтегазовых пластовых систем» SPRS-2016, Мос­
ковская обл., Ленинский р-н, пос. Развилка, 12.09.2016 – 14.09.2016.
11. XXXII International Conference on Interaction of Intense Energy Fluxes
with Matter, 2017.
12. XI Школа молодых ученых «Актуальные проблемы освоения возобнов­
ляемых энергоресурсов» имени Э.Э. Шпильрайна, 2018.
13. XXXIII International Conference on Equations of State for Matter, п. Эль­
брус, Кабардино-Балкарская республика, 01.03.2018 – 06.03.2018.
14. XXXIV International Conference on Interaction of Intense Energy Fluxes
with Matter, п. Эльбрус, Кабардино-Балкарская республика, 01.03.2019
– 06.03.2019.
15. Международная научно-практическая конференция «ЭКОЛО­
ГИЧЕСКАЯ, ПРОМЫШЛЕННАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ — 2020», г. Севастополь, 21.09.2020 – 24.09.2020.
16. Международная научно-практическая конференция «ЭКОЛО­
ГИЧЕСКАЯ, ПРОМЫШЛЕННАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ — 2021», г. Севастополь, 20.09.2021 – 23.09.2021.
17. I Международный научно-практический семинар «ЭКСПЕРИМЕН­
ТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАСТОВЫХ СИСТЕМ:
ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ», п. Развилка, Московская область,
01.07.2021 – 02.07.2021.
Личный вклад. Автором лично разработаны программные коды для
расчета фазового состояния многокомпонентных углеводородных смесей и ви­
зуализации полученных в результате физического моделирования данных,
методики подготовки модельных смесей и проведения экспериментальных
исследований. Автор принимал непосредственное участие в модернизации экс­
периментальной установки, в анализе и интерпретации полученных данных, а
также в формулировке выводов и в обосновании моделей. Все публикации под­
готовлены лично автором или в соавторстве.
Публикации. Основные результаты по теме диссертации изложены в 25
печатных изданиях, в т.ч. 4 — в журналах из перечня ВАК, 5 — в изданиях,
индексируемых в библиографической базе данных Scopus, 16 — в тезисах до­
кладов и сборниках трудов конференций. В процессе работы над диссертацией
получено 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав,
заключения и 1 приложения. Объём диссертации составляет 151 страницу,
включая 85 рисунков и 13 таблиц. Список литературы содержит 95 наимено­
ваний.
Благодарности. В первую очередь я хочу поблагодарить моего науч­
ного руководителя доктора технических наук В.М. Зайченко за его терпение и
доверие на протяжении нашего сотрудничества. Также хочу выразить благодар­
ность ведущему инженеру В.А. Суслову и технику В.В. Пронину за неоценимую
помощь в проектировании и создании экспериментального стенда «Пласт-2»
и в проведении экспериментов; доктору технических наук Л.Б. Директору за
помощь в планировании экспериментов, в доработке математической модели
процесса фильтрации, за обсуждение полученных результатов и поддержку на
протяжении всей работы над диссертацией.
Глава 1. Литературный обзор

Основные результаты работы заключаются в следующем.
1. Созданный на базе стенда «Пласт» экспериментальный стенд
«Пласт-2» позволил значительно увеличить ресурс времени одного
эксперимента (до 6 ч), обеспечена возможность исследования неустой­
чивых режимов фильтрации и контроля состава смеси в процессе
эксперимента. Разработано программное обеспечение для архивации и
визуализации основных параметров эксперимента в режиме реального
времени.
2. Разработана и опробирована методика гомогенизации модельной би­
нарной углеводородной системы с использование перемешивающего
устройства, позволяющая за разумное время (1–2 суток) приготовить
гомогенную бинарную смесь углеводородов в цилиндрах высокого дав­
ления (более 20 МПа).
3. Получены результаты экспериментальных исследований процессов
фильтрации модельной смеси «метан–н-пентан» в насыпной модели
газоконденсатного пласта. Определены условия возникновения автоко­
лебательных режимов течения и получены хроматограммы смеси на
выходе из экспериментального участка в различные фазы колебаний
массового расхода.
4. На основе четырехкоэффициентного уравнения состояния ван-дер­
ваальсового типа разработана программа расчета фазового состояния
и теплофизических свойств многокомпонентной углеводородной смеси
с включениями азота, сероводорода и диоксида углерода.
5. Доработаны математическая модель и программа расчета процесса изо­
термической двухфазной фильтрации бинарной углеводородной смеси
с фазовыми переходами; в численных экспериментах определены усло­
вия возникновения неустойчивых режимов течения, в т.ч. режимов
с периодической блокировкой расхода модельной смеси «метан–н-пен­
тан».

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Читать

    Читать «Исследование процессов двухфазной фильтрации смеси углеводородов в пористой среде с учетом фазовых переходов»

    Публикации автора в научных журналах

    Газоконденсатная залежь как колебательная система осцилляторного типа.
    В. В. Качалов, И. Л. Майков, Д. А. Молчанов, В. М. Торчинский // Вести газовой науки. — 2— Т. 18, No — С. 106–Kachalov, V. V. Features of saturates mixture filtration in porous medium. [Текст] / V. V. Kachalov, I. L. Maikov, D. A. Molchanov, V. M. Torchinsky, V. M. Zaichenko // Journal of Physics: Conference Series. — 2— Vol. — P. 012
    Моделирование воздействия детонационных волн на имитатор газоконденсатного пласта.
    В. М. Зайченко, Д. А. Молчанов, В. М. Торчинский // Бурение и Нефть. — 2— Т. — С. 26–Zaichenko, V. M. Experimental study of two-phase filtration regimes of methane–n-pentane mixture. [Текст] / V. M. Zaichenko, D. A. Molchanov, V. M. Torchinskiy // Journal of Physics: Conference Series. — 2— Vol. — P. 012
    Mathematical modeling of gas-condensate mixture filtration in porous media taking into account non-equilibrium of phase transition.
    V. V. Kachalov, D. A. Molchanov, V. N. Sokotushchenko, V. M. Zaichenko // Journal of Physics: Conference Series. — 2— Vol. — P. 012Григорьев, Б. А. Математическое моделирование процессов изо­ термической фильтрации газоконденсатной смеси при различных режимах течения. [Текст] / Б. А. Григорьев, В. М. Зайченко, Д. А. Молчанов, В. Н. Сокотущенко // Вести газовой науки. — 2— Т. 28, No — С. 37
    Двухфазная фильтрация многокомпонентных смесей с ретроградной областью фазовой диаграммы.
    В. М. Батенин, В. М. Зайченко, Д. А. Молчанов, В. М. Торчинский // Доклады Академии Наук. — 2— Т. 472, No — С. 1–Molchanov, D. A. The calculation of the phase equilibrium of the multicomponent hydrocarbon systems. [Текст] / D. A. Molchanov // Journal of Physics: Conference Series. — 2— Vol. — P. 012
    Simulation of the filtration process of hydrocarbon binary fluid with retrograde properties.
    D. A. Molchanov // Journal of Physics: Conference Series. — 2— Vol. 1— P. 012 19Список использованной литературы
    Особенности фильтрации углеводородных смесей в пористых средах.
    В. М. Зайченко, И. Л. Майков, В. М. Тор­ чинский // Теплофизика высоких температур. — 2— Т. 51, No — С. 855—Zaichenko, V. M. Experimental study of two-phase filtration regimes of methane–n-pentane mixture. [Текст] / V. M. Zaichenko, D. A. Molchanov, V. M. Torchinskiy // Journal of Physics: Conference Series. — 2— Vol. — P. 012
    Experimental Study of Composition Variation During Flow of Gas-Condensate
    H. X. Vo, R. N. Horne // SPE Annual Technical Conference and Exhibition held in Houston, Texas, USA, 28–30 September 2— 2— SPE-175011—MS. — P. 1—

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Шиленок В. КГМУ 2017, Лечебный , выпускник
    5 (20 отзывов)
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертационной работ. Помогу в медицинских науках и прикладных (хим,био,эколог)
    #Кандидатские #Магистерские
    13 Выполненных работ
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ
    Катерина М. кандидат наук, доцент
    4.9 (522 отзыва)
    Кандидат технических наук. Специализируюсь на выполнении работ по метрологии и стандартизации
    Кандидат технических наук. Специализируюсь на выполнении работ по метрологии и стандартизации
    #Кандидатские #Магистерские
    836 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ
    Андрей С. Тверской государственный университет 2011, математический...
    4.7 (82 отзыва)
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на... Читать все
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на продолжение диссертационной работы... Всегда готов помочь! ;)
    #Кандидатские #Магистерские
    164 Выполненных работы

    Последние выполненные заказы

    Другие учебные работы по предмету

    Численное и экспериментальное исследование процессов, протекающих в ротационном биореакторе при выращивании костной ткани
    📅 2021 год
    🏢 ФГБУН Институт теоретической и прикладной механики им. С. А.Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук
    Конвективное движение и термодиффузионное разделение многокомпонентных смесей в цилиндрической колонне
    📅 2021 год
    🏢 ФГБУН Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук
    Модели гранулированных микрополярных жидкостей
    📅 2021 год
    🏢 ФГБУН Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук
    Бигармонические аттракторы внутренних волн
    📅 2021 год
    🏢 ФГУ «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук»