Исследование физико-химических эффектов в фильтрационных потоках углеводородных систем в высокочастотном электромагнитном поле тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

^ #

«V. На правах рукописи

%

ХИСМАТУЛЛИНА ФАРИДА САБИГИЯРОВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ В ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПОТОКАХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СИСТЕМ В ВЫСОКОЧАСТОТНОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ

01.02.05 Механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

УФА - 1997

Работа выполнена на кафедре прикладной физики и геофизики Башкирского государственного университета.

Научный руководитель: доктор физико-математических

наук, академик РАЕН, член-корр. АН РБ, профессор Саяхов Ф.Л. кандидат технических наук, доцент Ковалева Л.А.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических

наук, член-корр. АН РБ, профессор Шагапов В.Ш. кандидат физико-математических наук, доцент Урманчеев С.Ф.

Ведущая организация: Институт механики многофазных

систем Сибирского Отделения РАН

Защита состоится

-к.-. (ЛЛСЛЗ 1997 г. в 77 0 час на заседании диссертационного совета К. 064.13.06. при Башкирском государственном университете по адресу: 450074, г.Уфа, ул.Фрунзе, 32, ауд. 216.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного университета.

Автореферат разослан " аС " (ХАЮ М Л 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, кандидат технических наук, Ковалева Л.А.

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Одним из перспективных и эффективных методов воздействия на различные среды является использование электромагнитного воздействия. Применение высокочастотного (ВЧ) и сверхвысокочастотного (СВЧ) электромагнитных (ЭМ) полей приводит к усовершенствованию многих технологических процессов и имеет много преимуществ: быстрота, объемность и равномерность прогрева, большая глубина проникновения, н, как следствие, возможность создания новых, экологически "чистых" технологий за счет использования электромагнитной энергии вместо тепловой.

Вопрос о ВЧ ЭМ воздействии на гидродинамические потоки углеводородных систем в насыщенной пористой среде интересен тем, что в прикладном отношении результаты такого исследования можно применить к технологическим задачам нефтяной промышленности, что приведет к совершенствованию технологий добычи полезных ископаемых, к повышению нефтеотдачи пластов к т.д. При исследовании этого вопроса необходимо исследование особенностей физико-химических и термогидродинамических явлений и процессов, протекающих в пористых средах при ВЧ и СВЧ ЭМ влиянии.

Цель работы. Экспериментальное и теоретическое изучение термогидродинамических и физико-химических эффектов в фильтрующихся углеводородных потоках при влиянии на них ВЧ ЭМ поля.

Новизна данной работы заключается в следующем:

1. Проведены численные исследования явления перераспределения давления в насыщенной пористой среде при воздействии ВЧ ЭМ поля. Показано, что наличие затухающей СВЧ ЭМ волны при фильтрации жидкости в пористой среде приводит к изменению перепада давления.

2. Экспериментально изучено влияние высокочастотного электромагнитного поля на конвективно-диффузионные процессы в насыщенной пористой среде. Показано, что при воздействии высокочастотного электромагнитного поля увеличиваются коэффициент конвективной диффузии, скорость движения многокомпонентной углеводородной жидкости, коэффициент нефтевытеснения; уменьшается время фильтрации и отбора высоковязкого флюида.

3. Обнаружен и исследован эффект понижения температуры в пористой среде, насыщенной высоковязкой углеводородной жидкостью с твердыми отложениями парафина, в случае, когда температура плавления твердой фазы зависит от концентрации расплавленного вещества.

4. Экспериментально получена эмпирическая зависимость температуры плавления (размягчения) аморфных твердых веществ (битума) от концентрации их в растворителе.

Практическое значение работы состоит в следующем:

I. Одновременное воздействие мощного ВЧ электромагнитного поля и смешивающегося вытеснения может быть использовано при добыче высоковязких парафинисгых и битумных нефтей.

2. Полученные результаты могут быть полезны при дальнейшей разработке теории высокочастотной электромагнитной гидродинамики многокомпонентных систем.

В работе защищаются следующие положения:

1. Увеличение коэффициента конвективной диффузии, скорости движения многокомпонентной углеводородной смеси и коэффициента нефтевытеснения, уменьшение времени фильтрации и отбора высоковязкого флюида при одновременном воздействии высокочастотного электромагнитного поля и смешивающегося вытеснения.

2. Эффект изменения температуры в области фазового перехода ниже начальной температуры пористой среды, насыщенной высоковязкой углеводородной жидкостью с твердыми парафиновыми отложениями.

3. Достижение наибольшего эффекта воздействия ВЧ ЭМ поля с одновременным смешивающимся вытеснением в случае низкопроннцаемых коллекторов.

4. Эмпирическая зависимость температуры плавления (размягчения) битума от его концентрации в растворителе.

Апробация работы. Результаты, приведенные в диссертации, докладывались в школе-семинаре в Институте проблем транспорта энергоресурсов под руководством академика А.Х.Мирзаджанзаде в 1989, 1994, 1997 годах, на 1-ой научной конференции молодых ученых-физиков Республики Башкортостан в 1994 году, на 4-ом рабочем семинаре СНГ "Акустика неоднородных сред" в г.Новосибирске в 1996 году, на научной конференции "Физика в Башкортостане" в г. Уфе, в 1996 году, на научном семинаре Института механики многофазных систем СО РАН в г. Тюмени в 1996 г.

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в работах, список которых приведен в конце автореферата.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы. В диссертации содержится 165 страниц, 7 таблиц, 44 иллюстрации, библиография из 125 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, как в научном, так и в прикладном отношениях, сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Первая глава посвящена литературному обзору теоретических и экспериментальных работ, в которых исследуются вопросы воздействия электромагнитных полей на различные среды. Приведена библиография по исследованию влияния ВЧ ЭМ полей на пористые среды, на течение диэлектрических жидкостей, на процессы тепло- и массопсреноса в пористых средах, молекулярной и конвективной диффузии, электрокиметических и электродиффузионных явлений в пористых средах.

Во второй главе теоретически исследуется явление перераспределения давления и температуры в пористой среде при воздействии СВЧ ЭМ поля. Построена математическая модель тсрмогидродинамического процесса, описывающая экспериментальные исследования, проведенные раннее Саяховым Ф.Л.

Теоретические исследования показали, что, во-первых, при воздействии ЭМП возможно увеличение давления в насыщенной пористой среде. Во-вторых, в стоячей электромагнитной волне как температура, так и давление имеют распределение в виде стоячей ЭМ волны с длиной стоячей волны Лст= А/2, т.е. распределения давления и температуры в волноводе в диапазоне реальных параметров имеют идентичный вид.

Согласно теоретическим представлениям, наличие затухающей СВЧ ЭМ волны при фильтрации в насыщенной пористой среде (в динамическом режиме) должно привести к изменению перепада давления. Знак изменения перепада давления зависит от соотношения направлений фильтрации и распространения затухающей электромагнитной волны. В результате проведенного исследования установлено, что изменение давления даже в случае среды с малым поглощением в СВЧ ЭМ поле имеет место и является вполне измеримой величиной. При насыщении пористой среды с низкой проницаемостью флюидом высокой вязкости, эффект увеличивается весьма значительно.

В третьей главе изложены экспериментальные исследования, заключающиеся в определении и оценке влияния ВЧ ЭМ поля на процесс фильтрации высоковязких углеводородных жидкостей. Описывается методика проведения эксперимента. Проведен анализ результатов экспериментальных исследований.

В качестве многокомпонентной углеводородной жидкости, насыщающей пористую среду, использовалась высоковязкая нефть, в качестве вытесняющего агента (растворителя) - осветленный керосин. Исследуемый процесс моделировался как процесс вытеснения первоначально насыщающего пористую среду высоковязкой нефти менее вязким смешивающимся растворителем при одновременном воздействии внешним ВЧ ЭМ полем. Сравнивались экспериментальные данные, полученные при 1/'холодном" смешивающемся вытеснении, без какого-либо внешнего воздействия (за исключением создания дополнительных перепадов давления, связанных с наличием начального градиента сдвига высоковязкой нефти); 2) смешивающемся вытеснении, сопровождающимся внешним тепловым прогревом модели пласта; Замешивающемся вытеснении при одновременном воздействии ВЧ ЭМ поля.

При проведении экспериментов определялись основные параметры, характеризующие процесс смешивающегося вытеснения: 1 коэффициент конвективной диффузии; 2)скорость продвижения "фронта" вытеснения; 3) эффективность комбинированного воздействия на среду ВЧ ЭМП и смешивающегося вытеснения, т.е. определение коэффициента нефтевытеснения. Проведение эксперимента включало в себя три этапа: подготовка моделей пористой среды; процесс насыщения моделей нефтью и определение основных параметров (пористость, проницаемость и др.); вытеснение нефти из моделей смешивающимся агентом. Основной характеристикой, которая измерялась в процессе эксперимента, являлась концентрация растворителя на выходе из модели пористой среды. Для нахождения ее в течение всего опыта отбирались пробы фильтрующегося флюида одинакового объема, равного 5*10 ''м3. По этим пробам методами фотокалориметрии определялось изменение концентрации

растворителя в зависимости от времени, по которым вычислялись коэффициенты конвективной диффузии для всех трех случаев. Далее определялись скорость продвижения фронта вытеснения и коэффициенты нефтевытеснения для трех указанных серий экспериментов.

Эксперименты показали, что воздействие ВЧ ЭМ поля оказывает существенное влияние на характер смешивающегося вытеснения высоковязкой нефти, на его качественные и количественные характеристики.

В частности, полученные значения коэффициентов диффузии показывают, что воздействие поля в значительной степени интенсифицирует явление конвективной диффузии в электромагнитном поле. Увеличение значения коэффициента конвективной диффузии в ВЧ ЭМ поле, характеризующего ширину области взаимопроникновения насыщающей углеводородной жидкости и вытесняющего агента, говорит о большей эффективности процесса смешивающегося вытесне-

Ш1Я.

Несмотря на то, что объем проб во всех случаях был одинаков, время отбора первой пробы из моделей при разных воздействиях существенно различается. В опыте с воздействием ВЧ ЭМ поля оно составило чуть более четырех минут для первой серии эксперимента и около двух минут для второй серии, тогда как в случае нагрева модели до той же температуры, что и при ВЧ ЭМ воздействии, - около девяти и пяти минут соответственно, а для модели без какого-либо воздействия - двадцать девять с половиной и пятнадцать минут соответственно.

Воздействие ВЧ ЭМ поля оказало существенное влияние на содержание остаточной нефти в модели. Это утверждение следует из того факта, что коэффициент нефтевытеснения в модели, находившейся под электромагнитным воздействием, достиг 0.87 и 0.92 для первой и второй серии эксперимента соответ-. ственно, тогда как в случае смешивающегося вытеснения из модели без воздействия он равен 0.60 и 0.68.

График распределения концентрации растворителя на выходе модели (рис. 1) отражает картину продвижения фронта вытеснения во всех трех случаях.

Рис.1. График распределения концентрации растворителя на выходе модели.

По графику видно, что скорость этого продвижения в случае теплового прогрева больше, чем в двух других случаях. Это объясняется тем, что при простом тепловом воздействии в движение вовлекаются более легкие фракции нефти, которые, естественно, движутся быстрее, а ВЧ ЭМ поле воздействует в первую очередь на полярные компоненты фильтрующегося флюида (асфальтосмолистые соединения и др.), десорбируя их с поверхности породы и вовлекая в фильтрационный поток, что увеличивает вязкость и фильтрационное сопротивление потока. Поэтому и фронт вытеснения в случае ЭМ воздействия пришел позже фрота вытеснения при тепловом прогреве. При вытеснении без какого-либо воздействия скорость продвижения фронта вытеснения оказалась меньше, чем в двух других случаях, что объясняется большой, практически начальной, вязкостью нефти в модели, незначительно "разжижаемой" в узкой области контакта с растворителем.

Полученные в ходе экспериментальных исследований значения коэффициента конвективной диффузии используются в следующих главах при т'еорети-ческом исследовании процесса нестационарной неизотермической фильтрации многокомпонентных углеводородных систем.

В четвертой главе рассматривается математическая модель процесса фильтрации многокомпонентных углеводородных систем в ВЧ ЭМ поле.

Математическая модель описывает процессы, происходящие при совместном движении двух взаиморастворимых жидкостей разной вязкости и при одновременном воздействии ВЧ ЭМ полем. Рассматривается случай течения многокомпонентной углеводородной жидкости с твердыми отложениями. При повы-шеиии температуры, связанной с ВЧ ЭМ полем, твердые отложения расплавляются.

Дана постановка задачи при постоянной температуре плавления твердых включений.

Постановка задачи. Пусть в начальный момент времени в пористом пространстве фильтруется жидкая фаза углеводородного флюида с твердыми отложениями, занимающие соответственно объем пор т и т0. При нагнетании в такую среду растворителя с одновременным воздействием электромагнитного излучения, приводящем к прогреву пласта за счет поглощения энергии поля, происходит плавление твердой фазы на некоторой подвижной границе, т.е. происходит фазовый переход 1-го рода.

При решении данной задачи приняты следующие допущения. Предполагается, что образуется подвижный фронт фазового перехода - геометрическая поверхность нулевой толщины, положение которого определяется соотношениями фазового равновесия. Вообще говоря, процесс плавления твердой фазы происходит в некоторой области пористого пласта. Если же в первом приближении предположить, что фазовый переход происходит при определенной постоянной температуре, не зависящей от других параметров, а также учитывая, что толщина области фазового перехода, как правило, намного меньше характерных размеров задачи, то область фазового перехода можно рассматривать как поверхность нулевой толщины. Полагается, что нет деформаций скелета пористой среды, а движение жидкой фазы подчиняется закону Дарси, т.е. безинерционное.

Рассматриваются две области фильтрации: слева от подвижной границы, в пористом пространстве т + т„, и справа от нее, в пористом пространстве in, фильтруются жидкая фаза, расплав твердой фазы и нагнетаемый агент. При нагреве выше температуры плавления твердая фаза начинает плавится. Для процесса плавления предполагаем, что расплав твердой фазы, смешиваясь с другими компонентами, не затвердевает.

На основании вышеизложенного распределения давления, температуры и концентрации компонент в случае плоско-параллельного потока определяются системой уравнений, включающей уравнение пьезопровод-ностн, теплопроводности с объемными источниками тепла и диффузии:

1 ¿L ^дЪ

Hi д*

(2)

££=у . 1 д {хп Щ W3,- дГ, Q!

1Й

at хп ах\ ах J ai ox af

W'expf^^), (4)

oiriixllXx) ■ -K L )

iSlL= 11.

dl ~XDixn3x

' nfSiL

dx

x'

dx '

(5)

•pi~ \t n ' _ • %Di

MiMiPi a,- Mj

j = 1,2,3; M, = m+m0 ; M2 = m. Здесь i = 1,2 - номер области соответственно слева и справа от подвижной границы, у = 1,2,3 - индексы фазы соответственно для растворителя, расплава твердых отложений и насыщающей жидкости, Р - давление, Т

- температура, Су - концентрация компонент, %р1 - коэффициент пьезопро-водности, Д - коэффициент сжимаемости, а, - коэффициент объемной теплоемкости, к - проницаемость, д - коэффициент динамической вязкости, М,

- коэффициент пористости, Л,. - коэффициент теплопроводности, cf - теплоемкость, р, - плотность, v, - средняя скорость фильтрации, Dy - коэффициент конвективной диффузии, N - мощность излучателя ЭМВ , t] - показатель степени, (при т}-0 - плоская задача, /7=1 - радиальная, а(0-) = '5•

Решение находится относительно Су для j — 1,2, так как из трех уравнений (5) лишь два являются независимыми.

Начальные и граничные условия в этом случае приняты в виде:

Р(х, 0) = PQ, Т(х, 0) = Т0, С j (х,0) = 0,7=1,2; С3 (*.0) = 1; (6)

P{xb,t) = Pb, T(xb,t) = Т„, С, (xhj) = I, С j (*А,/) = 0,7 = 2,3; (7)

Р(со,/) = Р0, T(co,t) = Г0) Су (со,/) = 0,7=1,2; С3 (со,/) = 1; (8)

где Ть и Рь - температура и давление в точке воздействия на среду; Т0 и Ро - начальные температура и давление; дг4 - точка воздействия на среду.

На границе фазового перехода x/l) приняты условия непрерывности давле- ' ния, температуры и концентрации

P,(xf,t)=P2(xf,t/\ T,(xf,t)=T2 (Xf,t)=Tf, CrfxjiO-CrfxjitJiJ-1,2; где Tf - температура на границе фазового перехода, в нашем предположении Т/= const, а также коэффициенты теплопроводности xti и Хт2 в областях 1 и 2 равны, Te-Zri=Zn=Zr ■

На границе x/t) также должны выполняться соотношения баланса тепла и массы:

. дТх . дТ2 dxf

Pi

дС

щ Си - А. ^ = Рг (ЧгС21 -я21 ^J; (Ю)

^ дС ^ с1 х ( дС ^

«1 С12 - Д2 + ЩРз = Рг С22 -£>22 ; (11)

¿X г

рхщ +т0р1-^- = р2ы2; (12)

dxf dxf

где Щ = V, и2^

р, - плотность твердой фазы, I - удельная теплота плавления, /?у и р2 - плотности смеси, осредненные соответственно в областях 1 и 2.

Сформулированная задача (1) -(5) с начальными и граничными условиями (6)-(8) и балансовыми соотношениями на границе фазового перехода (9)-(12) решалась численно конечно-разностным методом по явной схеме. При этом использовалась схема с фиксированным шагом по времени и дробными пространственными шагами при нахождении границы фазового перехода.

Расчеты проводились при следующих параметрах среды: Р0 = 10 МПа, Рь = 15 МПа, '/'„= 303 К, Ть =369 К, 7} =328 К, м=0.3, т0 =0.06, ¿=5*10"'4 м2, /=1.67* Ю-5 Дж/кг, *4=0.1 м, с=1200 Дж/(кг*К), Рр =2,5*10"' Па', />,=950 кг/м3, р, =850 кг/м\ //=0.2 Па*с, I) 1.17* Ю5 м2/с, а= 2*106 Дж/(м3*К), Я=2 Вт/(м*К).

Проведенный анализ результатов решения задачи при постоянной температуре плавления твердой фазы показало, что наличие ВЧ ЭМП влияет на распределение давления и температуры в среде. При воздействии ВЧ ЭМП на насыщенную пористую среду в несколько раз увеличивается количество расплавленного вещества, а также граница фазового перехода движется интенсивнее.

Р1

Для выяснения вопроса о влиянии пористости среды на распределение основных параметров процесса были проведены расчеты при разных значениях пористости: ш=0.3 и т 0.4. Обнаружилось, что чем больше пористость пласта, тем меньше концентрация расплава твердой фазы. Это объясняется меньшим относительным содержанием расплава в фильтрующейся жидкости, т.к. значение то остается неизменным.

Задача решена также автомодельно. Некоторые результаты автомодельного решения для плоско-параллельной задачи без воздействия ВЧ ЭМ поля представлены на рнс.2.а,б в виде графиков распределения температуры по длине пористой среды , где кривые 1,2 соответствуют моментам времени 2, 40 суток, и динамики движения границы фазового перехода х/1).

Рис. 2. а) Распределение температуры по длине пористой среды при постоянной температуре плавления твердых отложений, б) динамика движения границы фазового перехода х/1).

Автомодельные решения позволяют выявить некоторые закономерности процессов и использованы для тестирования численных расчетов. При сопоставлении численного и автомодельного решений для плоско-параллельного случая без ВЧ ЭМ воздействия получена хорошая согласованность результатов (см.рие:2, где сплошные линии - автомодельное решение, пунктирные - численное).

В пятой главе численно исследуются процессы тепло- и массопереноса при фильтрации высоковязкой углеводородной смеси в пористой среде и температуре плавления, зависящей от концентрации расплава твердой фазы.

Рассматривается математическая модель процесса, происходящего при совместном движении взаиморастворимых жидкостей разной вязкости и при одновременном воздействии ВЧ ЭМ полем, приведены постановка задачи, конечно-разностная схема, алгоритм счета. При этом рассматривается два случая: когда плавление твердой фазы может происходить как с поглощением тепла (фазовый переход 1-го рода), так и без поглощения тепла на фазовый переход.

Начальные и граничные условия, а также балансовые соотношения на подвижной границе аналогичны приведенным в гл.4. В отличие от постановки, приведенной в гл.4, рассматривается случай, когда Т/=Т(С%), т.е. температура на границе фазового перехода Т/- зависит от концентрации расплава твердой фазы С:/. Как и ранее, решение ищется относительно Су для 1,2. При решении задачи в случае, когда в пористой среде с твердыми отложениями парафина (процесс плавления происходит с поглощением тепла на фазовый переход) фильтруется высоковязкая углеводородная жидкость, использовалась зависимость температуры фазового перехода твердой фазы от концентрации расплава: \&(ТХ - а) = 1ёЬ + 1дС/, (18)

где коэффициенты а и Ь равны соответственно 293.6 К и 33.4 К. Обнаружено, что в этом случае при начальной температуре пласта, равной 303 К, температура в среде падает ниже начальной температуры То пласта, а затем поднимается лишь до Т0, т.е. в распределении температуры по длине пласта в различные моменты времени появляется температурная "яма", нижняя точка которой соответствует границе фазового перехода (рис.3.а). Температурные "ямы" не исчезают и при наличии ВЧ электромагнитного поля, его влияние выражается лишь в увеличении температуры в первой зоне (рис.3.б).

Рис.3. Распределение температуры по длине пористой среды при температуре плав пения твердых отложений 7/ =Т(С.2/), а) без воздействия, б) при ВЧ ЭМ воздействии.

Из расчетов получено, в частности, что, максимальное значение концентрации расплава С'™ах а 0. 1 (рис.4). Для плавления такого количества вещества необходима температура 7"у= 296.94 К, что следует из преобразованной формулы^) вида:

тг = 33.4С7 + 293.6, С/>0. ' (19)

Если начальная температура пористой среды равна 293 К, то до достижения заданного значения температуры Т^ требуется некоторое время, то есть процесс плавления идет медленнее, чем при начальной температуре пористой среды, равной 303 К. В этом случае в среде уже имеется достаточная температура для плавления твердых отложений. А так как процесс плавления парафина идет с поглощением тепла, то необходимое для плавления его тепло расходуется из самой системы, что и приводит к образованию температурных "ям".

Сопоставление численных расчетов с автомодельным приведено на рис. 5, из которого видно, что и в случае автомодельного решения имеется температурная "яма".

т. к

Г | I I I I М I I I | I I I 1 I I

1 2 Г, М

Рис.4. Распределение концентрации Рис.5. Сопоставление числешгых рас-

расплава твердой фазы по длине по- четов с автомодельным! сплошные

ристой среды при 7/ =Т(Су) при ВЧ линии - численное решение, пунктир-

ЭМ воздействии (парафинистые отло- ная - автомодельное, жения).

Для выявления зависимости появления температурных "ям" от проницаемости пласта были проведены численные расчеты данной задачи при проницае-мостях, равных А=10"Ь м2, /ЫО'13 м2 и А=5*10"и м2 . При *=10'12 м2 и при /Ь=10"'3 м2 в первый момент времени температурной "ямы" нет. Она появляется в последующие моменты времени, возрастая по мере увеличения времени закачки растворителя. Очевидно, что при большей проницаемости скорость фильтрации жидкости больше, чем при меньшей проницаемости. Поэтому за одинаковое время растворитель проникает на большее расстояние от границы среды, и указанные выше процессы происходят в глубине пористой среды.

Наличие ВЧ ЭМ источника тепла влияет на распределение температуры в среде таким образом, что уменьшается ширина температурных "ям", и после границы фазового перехода температура поднимается выше начальной температуры пласта, т.е. имеет место нагрев второй зоны. Однако, при меньшей проницаемости тепло сосредоточено в призабойной зоне, что приводит к существенно

более высоким температурам. При большей проницаемости тепло из-за конвекции распространяется по пористой среде, и температура в призабойной зоне значительно ниже. Поэтому в первых двух случаях идет более интенсивный процесс фазового перехода преимущественно за счет тепла ВЧ ЭМ воздействия (практически нет температурных "ям"), или, во всяком случае, ширина их значительно меньше, чем в случае с большой проницаемостью. Это, очевидно, и приводит к тому, что при в среднем меньшей скорости фильтрации, граница перехода движется быстрее, чем при большей скорости фильтрации. Установлено, что при разных проницаемостях и одинаковых мощностях ВЧ ЭМ источника граница фазового перехода движется быстрее при меньшей проницаемости пористой среды.

Таким образом, можно полагать, что с точки зрения практического использования более эффективно одновременное воздействие растворителя и ВЧ ЭМ поля окажется для низкопроницаемых коллекторов. Более того, сопоставление результатов расчета при разных проницаемостях показывает, что чем меньше проницаемость коллектора, тем при меньшей мощности ВЧ ЭМ источника достигается почти равноценный эффект.

Далее рассматривается процесс плавления твердых отложений, происходящий без поглощения тепла на границе фазового перехода. Изучается влияние ВЧ ЭМ поля на многокомпонентную углеводородную жидкость с битумными твердыми отложениями при условии, что температура плавления твердой фазы зависит от концентрации ее в жидкой фазе. Проведены специальные эксперименты по определению зависимости температуры плавления (размягчения) битума от концентрации его в растворителе методом "кольца и шара", где в качестве растворителя использовался керосин.

В результате проведешюго эксперимента была получена кривая зависимости температуры плавления от концентрации битума в керосине, которая описывается следующей эмпирической зависимостью:

где Тер - температура среды в рассматриваемой точке.

Обнаружено, что зависимость температуры плавления битума от концентрации в растворе керосина имеет логарифмический характер. Но при концентрации битума в керосине ниже 0.56 раствор не застывает, поэтому эта зависимость имеет смысл только при концентрации выше 0.56.

Результаты численного расчета для этого случая, показали, что распределения давления, концентрации растворителя и расплава, подобны тем, что получены при постоянной температуре плавления твердых отложений, с той лишь разницей, что количество расплава в случае без ВЧ ЭМ воздействия, и при наличии ВЧ ЭМ поля меньше, чем в при постоянной температуре плавления твердой фазы. При сравнении результатов численных расчетов для случая с постоянной температурой плавления и температурой плавления, связанной с концентрацией эмпирической зависимостью (20), установлено, что во втором случае граница фазового перехода движется медленнее, что говорит о том, что растворитель,

(20)

проникая в пористую среду, без дополнительного тепла или воздействия плохо растворяет битумные отложения. При влиянии ВЧ ЭМ поля процесс плавления этих отложений происходит быстрее, 1раница фазового перехода движется интенсивнее, и количество расплавленного вещества существенно увеличивается (рис.6.а,б).

Рис.6. Распределение концентрации расплава твердой фазы по длине пористой среды при Т/ =Т(С2/) а) без воздействия, б) при ВЧ ЭМ воздействии (битумные отложения).

При исследованиях вязкость фильтрующейся смеси fie постоянна, а зависит от температуры и концентраций компонент в пористой среде:

Мс »= (Мои ехр(-г„ДГ))с" -(рак схр(-укА7'))с*, где Ск С„ - концентрации, a Yн, ук - температурные коэффициенты нефти и керосина соответственно.

Проведешше исследования позволяют сделать вывод, что воздействие на пласт ВЧ ЭМП с одновременным смешивающимся вытеснением интенсифицирует процессы тепло- и массопереноса в насыщенной пористой среде при фильтрации многокомпонентных углеводородных систем.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Проведены численные исследования перераспределения давления в насыщенной пористой среде при воздействии стоячей СВЧ ЭМ волны. Результаты исследования показали, что воздействие СВЧ поля волновода приводит к заметному перераспределению давления^температуры в пористой среде, причем картина носит волнообразный характер.

2. Проведены экспериментальные исследования процессов тепло- и массопереноса при фильтрации высоковязкой углеводородной смеси в пористой среде. Установлено, что воздействие ВЧ ЭМ поля выражается в

1)ннтенсифнкацин явления конвективной диффузии; 2) увеличении скорости продвижения фронта вытеснения; 3) уменьшении содержания остаточной высоковязкой жидкости, т.е. в увеличении коэффициента нефтевытеснения.

3. Построена математическая модель, описывающая процессы, происходящие при совместном движении двух взаиморастворимых жидкостей разной вязкости при постоянной температуре плавления твердой фазы. Получены автомодельное и численное решения поставленной задачи. Показано, что прн влиянии ВЧ ЭМП на процесс фильтрации многокомпонентных углеводородных систем в насыщенной пористой среде интенсифицируются процессы тепло- и мас-сопереноса, что способствует увеличению скорости движения границы фазового перехода и количества расплавленных твердых отложений.

4. Обнаружен и исследован эффект изменения температуры в области границы фазового перехода, при фильтрации углеводородной жидкости с парафиновыми отложениями в пористой среде, когда температура плавления твердого вещества зависит от концентрации его в растворителе. Установлено, что' температура в пористой среде падает ниже начальной температуры среды, т.е. в распределении температуры появляется "яма". Наличие ВЧ ЭМ источника тепла влияет на распределение температуры в среде таким образом, что уменьшается .ширина температурных "ям".

6. На основании проведенных численных расчетов установлено, что с точки зрения практического использования одновременное ВЧ ЭМ воздействие и смешивающееся вытеснение более эффективно для низкопроницаемых коллекторов.

7. Получена экспериментальная зависимость температуры плавления (размягчения) битума от концентрации его в растворителе. Установлено, что эта зависимость имеет логарифмический характер.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А., Фатыхов М.А., Хнсматуллина Ф.С. Изучение влияния поля на диффузионные процессы в насыщенных пористых средах. -Кишинев: Электронная обработка материалов, 1995. №1. С.59-61.

2. Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А., Хнсматуллина Ф.С. Исследование распределения дапления в насыщенной пористой среде в СВЧ электромагнитном поле. -Межвуз.сб. Физико-химическая гидродинамика. Уфа. 1995. С.93-101.

3. Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А., Насыров Н.М., Хнсматуллина Ф.С. Математическое моделирование нензотермической многокомпонентной фильтрации с фазовым переходом в электромагнитном поле. - Сб.науч.тр. ИПТЭР, Уфа. 1995. С. 73-80.

4. Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А., Хнсматуллина Ф.С. Экспериментальное исследование нестационарной неизотермической фильтрации многокомпонентных систем в высокочастотном электромагнитном поле. - Итоги исследований ИММС СО РАН. Тюмень, 1997. С. 122-128.

5. F.L. Sayakhov, L.A. Kovaleva, F.S. Khismatullina. The investigation of influence of electromagnetic field on processes of non-isothermal multicomponent filtration.// Transactions of TIMMS/ - Tyumen. 1997,- N 7,- P. 117-123.

6. Ишмурзина Н.М., Ковалева Л.А., Искандарова Ф.С. О распределении поверхностно-активных компонентов нефти по длине пласта в процессе фильтрации. - Тезисы 12 шк.-сем. по проблемам трубопроводного транспорта. Уфа, ИПТЭР. 1989. С.45.

7. Хисматуллина Ф.С. Экспериментальные исследования влияния внешних теплового и электромагнитного поля на конвективно-диффузионные процессы при движении взаиморастворимых углеводородных жидкостей. - Тезисы 1 науч.конфер. молодых ученых - физиков РБ. Уфа. 1994. С.ЗЗ.

8. Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А., Хисматуллина Ф.С. Изучение воздействия электромагнитного поля на фильтрацию многокомпонентных систем с фазовым переходом. - Тезисы 20 шк.-сем. по проблемам трубопроводного транспорта. Уфа, ИПТЭР. 1997. С. 34

9. Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А., Насыров Н.М., Хисматуллина Ф.С. Расчетные исследования движения многокомпонентных систем с фазовым переходом в электромагнитном поле. - Сб.науч.тр. ИПТЭР, Уфа. 1997. С.

10. Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А., Хисматуллина Ф.С. Об одном автомодельном решении задачи неизотермическон многокомпонентной фильтрации с фазовым переходом. - Проблемы механики и управления. Сб.науч.тр. ИМ РАН, Уфа. 1996. С. 255-261.

11. Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А., Насыров Н.М., Хисматуллина Ф.С. Некоторые особенности неизотермической многокомпонентной фильтрации с фазовым переходом в электромагнитном поле. Сб.науч.тр. "Нефть и газ", Уфа, УГНТУ. 1997. С.

12. Саяхов Ф.Л., Ковалева Л.А., Хисматуллина Ф.С., Серегин К.Н. Нестационарная неизотермическая фильтрация многокомпонентных систем в электромагнитном поле. - Динамика сплошных сред. Новосибирск: Су-ран. вып. 112. Акустика неоднородных сред. 1997. С.