Доля нетрадиционных и трудноизвлекаемых запасов нефти (в том числе высоковязких нефтей из газогидратных и газоконденсатных месторождений) неуклонно растет. Применение тепловых методов позволяет вовлечь в разработку большие объемы высоковязкой нефти. К этим методам относятся паротепловое воздействие, парогравитационный дренаж, пароциклическое воздействие, внутрипластовое горение, нагрев пласта электромагнитным излучением. При этом пароциклическое воздействие обладает наибольшим коэффициентом использования закачанного в пласт тепла.
Пароциклическое воздействие нашло широкое распространение как в России, таки в мире за счет быстрого отклика добывающей скважины на закачку наибольшего количества теплоты в пласт с теплоносителем, отсутствия дополнительных буровых работ.
Пароциклическое воздействие имеет большой промысловый потенциал. В последнее время активно развивается технология пароциклической обработки (ПЦО) горизонтальных стволов добывающих скважин. Однако без физико-математического моделирования оценить эффективность указанной технологии не представляется возможным.
Существует апробированный подход к изучению пароциклического воздействия с помощью интегральных моделей. В основе подхода лежит идея Маркса–Лангенхейма о равномерном распределении температуры в прогретой зоне.
Однако интегральные модели хороши для оценочных расчетов, но для более точного описания и понимания процессов, происходящих внутри пласта с учетом конвективного теплообмена, необходимо применять программное средство, позволяющее проводить вычисления в рамках фильтрационной гидродинамики— гидродинамический симулятор. Симулятор базируется на классической системе уравнений механики многофазных сред, включающей законы сохранения массы фаз, импульса и энергии.
Гидродинамические симуляторы хорошо зарекомендовали себя при решении крупномасштабных задач вытеснения нефти водой из неоднородного нефтенесущего пласта через большое число скважин. Однако нерешенным остается вопрос возможности моделирования с использованием симуляторов локальных задач, в том числе при пароциклическом воздействии.
Статья «Анализ возможности моделирования локальных задач в гидродинамических симуляторах при пароциклическом воздействии» физиков Антона Федорова, Александра Гильманова, Александра Шевелева вышла в журнале «Вычислительная механика сплошных сред».
Тюменские ученые в своей работе проанализировали решения локальных задач, возникающих при разработке месторождений высковязкой нефти с применением технологии пароциклического воздействия, полученных с помощью гидродинамических симуляторов. В работе впервые проводится оптимизация параметров пароциклического воздействия с учетом движения теплового фронта.
Для оценки применимости симулятора «тНавигатор к решению локальных задач» построено 17 вариантов гидродинамической модели с различными технологическими параметрами. В рамках каждого варианта проведено по три вычислительных эксперимента, направленных на выявление физической непротиворечивости результатов расчетов с использованием симулятора тНавигатор, а также степени влияния изменения длительности этапов закачки пароводяной смеси в пласт и паротепловой пропитки на динамику накопленной добычи нефти.
Показано, что графики, построенные по результатам расчета с использованием гидродинамического симулятора тНавигатор качественно повторяют зависимости прироста накопленной добычи от времени закачки пароводяной смеси в пласт, полученные с помощью интегральной модели, которая хорошо зарекомендовала себя при моделировании задач фильтрации с учетом пароциклического воздействия.
Установлено, что при вычислениях в рамках рассмотренных гидродинамических моделей наибольший вклад в прирост накопленной добычи нефти при пароциклическом воздействии вносит закачка в пласт смеси, состоящей из пара и воды.
При этом прирост накопленной добычи возрастает с увеличением времени закачки теплоносителя в пласт. Паротепловая пропитка вызывает скорее негативный эффект: с увеличением длительности паротепловой пропитки пароциклического воздействия прирост накопленной добычи нефти снижается, что связано с увеличением времени простоя добывающей скважины, а также с тем, что фазовые переходы описываются по упрощенной схеме.
Проведена верификация модели пароциклического воздействия, встроенной в программный комплекс тНавигатор, путем сопоставления расчетной обводненности с промысловыми данными по реальному месторождению Sho-Vel-Tum (США). Верификация показала, что гидродинамический симулятор тНавигатор достоверно воспроизводит обводненность добытой продукции при моделировании процессов разработки месторождений высоковязкой нефти с применением пароциклической обработки призабойной зоны пласта.