авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Численное моделирование термогидродинамических процессов в подземной гидросфере

-- [ Страница 3 ] --

В пятой главе рассматривается связь полей смещений и деформаций с полями давления и фильтрационных потоков; вариаций тепловых полей с современными вертикальными движениями земной коры; температурные поля в литосфере в условиях существования неоднородных геологических структур.

Раздел 1 посвящен исследованиям деформаций и смещений земной поверхности, вызванных гидродинамическим воздействием на пористые и трещиновато-пористые пласты с использованием аналитических соотношений типа (6). Для расчета смещений выполнены численные расчеты соответствующих интегралов (рис.9). Разработан метод оценки местоположения неоднородностей в пласте, использующий анализ пространственных производных кривых смещений (рис.10).

 Сравнение расчетных и экспериментальных значений деформаций. -36

Рис.9. Сравнение расчетных и экспериментальных значений деформаций.

Рис.10. Производная от смещения по расстоянию в зависимости от местоположения границы неоднородности.

Раздел 2. Рассматривается задача корреляции современных вертикальных движений земной коры с макромасштабными тепловыми потоками в ней (7). В модели земная кора (в связи с неопределенностью параметров глубинных слоев) разбивается на два слоя. В стационарном случае температура верхнего слоя равна

(11)

где определяется из

(12)

Здесь индекс 1 - относится к верхнему, 2 - к нижнему слою, – теплопроводность, a –температуропроводность, V-скорость движения, В –температура на нижней границе z=H, h- толщина верхнего слоя.

На рис.11 приведен пример расчета теплового потока при наличии вертикального движения литосферы (экспериментальные данные теплового потока предоставлены Христофоровой Н.Н.) [8].

Проведено также численное моделирование поля 3-х мерного нестационарного распределения температуры в 2 и 3-слойной моделях литосферы при наличии современных вертикальных движений. Оказалось, что использование средних значений теплофизических параметров не позволяет объяснить современные вертикальные движениями земной коры только вариациями теплового поля. Так, при вертикальных скоростях порядка 2мм/год за 100 тыс. лет достигнуто лишь 6% превышение теплового потока над фоновым.

 Экспериментальное и теоретическое распределение теплового потока при наличии-41

Рис.11. Экспериментальное и теоретическое распределение теплового потока при наличии современного вертикального движения земной коры вдоль профиля Московская синеклиза - Кавказ;

выделены ячейки:

J- Ярославская (a2=8•10-6 м2/с, 2=28 Вт/м К, qфон=68 мВт/м2)

R –Русская (a2=8•10-6 м2/с, 2=20 Вт/м К, qфон=67 мВт/ м2)

P – Предкавказская (a2=4•10-6 м2/с, 2=9 Вт/м К, qфон=40 мВт/ м2)

C – Большого Кавказа (a2=7•10-6 м2/с, 2=9 Вт/м К, qфон=55 мВт/ м2)

В разделе 3 моделируется влияние на распределение температур в литосфере наличия различного вида трехмерных геологических структур с теплофизическими параметрами, отличными от вмещающих пород. Численно решается трехмерное уравнение теплопроводности

(13)

Показано, что влияние неоднородных структур на распределение температуры может достигать единиц градусов, что определяет необходимость учета их вклада в общую картину теплового поля. Анализируется зависимость величины термоградиента от толщины высокотеплопроводного слоя структуры. Установлено, что корреляция температурного градиента соленосных отложений и их толщины может варьироваться значительно в зависимости от вида структуры.

Приводится примеры расчета температурного поля Канчуринского подземного хранилища газов. По геологическому строению Канчуринское ПХГ есть известковый риф, иначе купол с крутыми склонами в массиве соленосных отложений. Область повышенных значений теплового потока (рис.13) оконтуривает риф, демонстрируя изменение направления теплового потока в сторону пород с наибольшей теплопроводностью.

 Зависимость геотермического градиента от толщины солей для модели «выпуклая-44

 Зависимость геотермического градиента от толщины солей для модели «выпуклая-45

Рис. 12. Зависимость геотермического градиента от толщины солей для модели «выпуклая линза».

Рис.13 Расчетная карта тепловых потоков (Вт/ м2) Канчуринского ПХГ на срезе 1300 м (дискретизация 30 м х 20 м).

В разделе 4 рассматривается влияние конвекционных течений в верхней мантии на тепловое поле приповерхностных толщ Земли. Приведен пример моделирования Предкавказской ячейки. Для обеспечения корреляции с геотермическими данными потребовались значительные перепады температур на нижней границе литосферы порядка 1000°С.

В Приложении приводятся математические алгоритмы, использованные при составлении расчетных программ.

Заключение.

В диссертационной работе методами вычислительного эксперимента исследованы флюидодинамические процессы в подземной гидросфере, по данным натурных исследований разработаны модели для расчетов физических величин, характеризующих эти процессы: полей давлений, температур и деформаций в пористых и трещиновато-пористых пластах верхней литосферы. Полученные результаты связывают воедино тепловые, фильтрационные и деформационные процессы, что является важным шагом на пути создания комплексных динамических моделей эволюции верхней литосферы, происходящей под воздействием совокупности природных и антропогенных факторов различной интенсивности и длительности. В практическом плане все это является основой для построения постоянно действующих моделей разработки ресурсов гидросферы, а также для создания систем экологического мониторинга приповерхностных вод.

В соответствии с задачами исследования:

  1. Построена модель, адекватно описывающая неравновесную фильтрацию жидкости в трещиновато-пористой среде на переходных и периодических режимах. Выполнены исследования фильтрации на переходном режиме с учетом неоднородностей пласта, послепритока, нелинейных зависимостей проницаемости от давления и с учетом композиций этих факторов, определена роль временных параметров, разработаны методы их оценки. Показано, что для рассмотренных примеров из сопоставления с экспериментальными кривыми порядок значений временного параметра 2, пропорционального упругоемкости блоков и феноменологического параметра p, определяющего релаксацию давления при изменении скорости потока может быть оценен как 103 -104 с; на временах наблюдения t<p релаксационный параметр p, в основном, определяет вид кривой восстановления давления, а на больших временах основную роль играет соотношение упругоемкостей трещин и блоков. Разработан способ верификации фильтрационных моделей, основанный на комплексном анализе амплитудо- и фазо-частотных характеристик периодических процессов в пластах и кривой восстановления давления. Полученные результаты были применены для расчетов полей давления в натурных условиях.
  2. Обоснована зависимость между частотами периодических воздействий на трещиновато-пористый пласт, обеспечивающими максимальный обмен между блоками и трещинами, и значениями упругоемкостей трещин и блоков (параметрами ’ и 2). Показано, что нестационарный массообмен в системе блоки-трещины на переходных режимах для нелокальных фильтрационных моделей к моменту времени t=2 составляет значительную величину от первоначального и темп его падения уменьшается с удалением от скважины. По результатам численного моделирования размеров блоков сделан вывод о значительности их линейных размеров (10-1-101 м) в рассмотренных ситуациях. Результаты были использованы для оптимизации разработки трещиноватых коллекторов с использованием нестационарных гидродинамических методов.
  3. Разработан метод оценки неоднородностей в распределениях гидродинамических параметров по результатам совместного анализа кривых восстановления давления (область зондирования, как правило, от 10 м от скважины), температуры (до 10 м) и временной зависимости значений эффективного коэффициента Джоуля-Томсона, основанный на вычислении текущих значений гидропроводности (динамической гидропроводности).
  4. Разработана неизотермическая модель внедрения в коллектор флюида с температурой, отличной от первоначальной температуры пород, позволившая определить набор времен измерений минимально достаточных для идентификации интервалов внедрения. Обоснованы способы интерпретации термограмм, зарегистрированных в процессе восстановления температуры в толщах, включающих интервалы возможных техногенных скоплений флюидов при наличии слоев с различными теплофизическими свойствами.
    Оценены характерные времена температурных изменений в прискважинной зоне при малых объемах поглощаемой жидкости. Разработанный метод для обнаружения мест вторичного скопления жидкостей в коллекторах по данным температурных исследований был использован для контроля состояния надпродуктивных толщ месторождений углеводородов и подземных хранилищ газа
  5. На основе разработанных алгоритмов и анализа результатов расчетов полей деформаций горных пород в условиях нестационарной фильтрации предложено использовать исследования пространственной производной от смещений для определения местоположений неоднородностей в пласте.

По результатам исследования вклада современных вертикальных движений земной коры в вариации теплового поля верхних толщ литосферы при ее многослойном трехмерном представлении установлено, что величина теплового потока пропорциональна скорости движения, но использование предполагаемых значений теплофизических параметров не позволяет объяснить вариации теплового поля только указанным фактором.

Путем исследования вариаций температурных полей при наличии макромасштабных геологических структур типа «линза», «купол», «склон» и т.п., показано, что влияние неоднородных структур на распределение температуры в области структуры может достигать единиц градусов, что определило необходимость учета их вклада в общую картину теплового поля.

Установлено, что корреляция температурного градиента соленосных отложений и их толщины может варьироваться в значительных пределах в зависимости от вида структуры, причем для профилей с монотонным изменением толщины зависимость линейна.

Рассмотрение конкретных примеров расчетов влияния конвективных течений верхней мантии на тепловое поле приповерхностной толщи показало, что только при значительных температурных неоднородностях (103 °С) на нижней границе литосферы возможно их обнаружение по температурным наблюдениям в приповерхностной толще земной коры.

Автор благодарен своему первому учителю профессору М.А. Пудовкину, профессорам Непримерову Н.Н., Молоковичу Ю.М., А.Н.Саламатину и В.А. Чугунову, доц. Маркову А.И, доц. В.Д.Глушенкову, сотрудникам нефте - и газодобывающих предприятий Фархуллину Р.Г., Хисамову Р.С., Сулейманову Э.И., Никашеву О.А., Смыкову Р.С. и многим другим, сотрудникам кафедры радиоэлектроники, сотрудникам группы Молоковича Ю.М., Маркова А.И. за многолетние экспериментальные измерения и сотрудничество.

Общая литература.

I. Darcy A. Les fontaines publicues de la ville de Dyon / A.Darcy.- Paris: Victor Dalmont, 1856.

П. Чекалюк Э.Б. Термодинамика нефтяного пласта / Э.Б. Чекалюк. - М.: Недра, 1965.-238 с.

Ш. Баренблатт Г.И. Движение жидкостей и газов в природных пластах / Г.И. Баренблатт, В.М. Ентов, В.М. Рыжик. - М.: Недра, 1984. - 211с.

IV. Николаевский В.Н. Геомеханика и флюидодинамика / В.Н. Николаевский. - М.: Недра. – 1996. - 447 с.

V. Jou D. Extended irreversible thermodynamics revisited (1988-98) / D. Jou, J. Casas-Vasquez, G. Lebon// Rep. Prog. Phys. -1999.-V.62.-P.1035-1142.

VI. Николаев С.А. Теплофизика горных пород/ С.А.Николаев, Н.Г. Николаева, А.Н. Саламатин. - Казань: изд-во Казан. ун-та, 1987. - 130с.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

  1. Пьезометрия окрестности скважин. Теоретические основы./ Молокович Ю.М., Марков А.И., Давлетшин А.А., Куштанова Г.Г. – Казань: изд-во ДАС, 2000.- 203 с.
  2. Выработка трещиновато-пористого коллектора нестационарным дренированием / Молокович Ю.М., Марков А.И., Сулейманов Э.И., Фархуллин Р.Г., Куштанова Г.Г [и др.]. -Казань: изд-во Регентъ, 2000 -156 с.
  3. Куштанова Г.Г. Температурный контроль разработки месторождений нефти и газа/ Г.Г. Куштанова. - Казань: Новое знание, 2003-178с.
  4. Глушенков В.Д. Термогидрогазодинамическое изучение эксплуатационных скважин / В.Д. Глушенков, Г.Г. Куштанова [и др.] // Газовая промышленность.-1984.- № 11.- С.22-24.
  5. Neprimerov N.N. Correlation of heat flow with tectonics (convective cells) and hydrogeological fields/ N.N. Neprimerov, N.N. Khristoforova, G.G. Kushtanova //Revista Brasileira de Geofisica, -1989.-vol. 7(2).-P.129-139.
  6. Исследование особенностей фильтрации жидкости в карбонатных кол­лекторах/ А.А. Давлетшин, Г.Г. Куштанова [и др.] // Нефтяное хозяйство.-1998.-N 7.-С.30-32.
  7. Молокович Ю.М. Исследование карбонатных пластов на перспективность методом нестационарного дренирования/ Ю.М. Молокович, А.И. Марков, А.А. Давлетшин, Г.Г. Куштанова [и др.]// Нефтяное хозяйство.-2002.- № 2.- С.50-52.
  8. Христофорова Н.Н. Связь теплового потока с динамикой литосферы / Н.Н. Христофорова, Г.Г. Куштанова, В.А. Чугунов // Георесурсы.-2001. -№1(5).-С.43-45
  9. Kushtanova G.G. Variation of Heat Flow Produced by the Local Geological Structures / G.G. Kushtanova // Georesources. - 2000-N 3 –Р.34-35.
  10. Овчинников М.Н. Особенности применения периодических гидродинамических режимов при разработке трещиновато-пористых коллекторов/ М.Н. Овчинников, А.Г. Гаврилов, Г.Г. Куштанова [и др.] // Георесурсы.-2007.-№3(22).
  11. Куштанова Г.Г. Восстановление давления при неравновесном законе фильтрации жидкости в пласте / Г.Г. Куштанова//Труды межд. Форума по проблемам науки, техники и образования. - Москва, 5-9 сент. 2005.-т.3.-С.99-100.
  12. Глушенков В.Д. Особенности термограмм в скважине с продуктивным горизонтом, перекрытым насосно-компрессорными трубами/ В.Д.Глушенков, В.К. Десятков, Г.Г. Куштанова [и др.]// Физико-химическая гидродинамика, Баш. ун-т.-1987.-С.59-66.
  13. Марков А.И.. Температурные аномалии, вызванные падением пластового давления в газовой залежи и их практическое использование/ А.И. Марков, В.Д. Глушенков, Г.Г. Куштанова, В.Ф.Шулаев//Реф. сб. Разработка и эксплуатация газовых и морских нефтяных месторождений.- 1981.-№ 8.-С.27-37.
  14. Khodyreva E.Ja. Vertical and lateral variations of geotermal parameters within local geological structures / E.Ja. Khodyreva, G.G. Kushtanova// Proceedings of int. conf. The earth’s thermal field and related research methods, Moscow, may 19-21, 1998.-P.119-122.
  15. Kushtanova G.G. Variations of a thermal flow produced by the local geological structures/ G.G. Kushtanova// Paper of IC Geometrization of Physics IV, Kazan, october 4-8, 1999.-P.176-178.
  16. Куштанова Г.Г. Обработка кривой восстановления давления с учетом притока [электронный ресурс] / Г.Г.Куштанова // Нефтегазовое дело. - 2006. – Режим доступа: http://www.ogbus.ru/authors/Kushtanova/Kushtanova_1.pdf , свободный.
  17. Куштанова Г.Г. Некоторые особенности нестационарной фильтрации в трещиновато-пористых коллекторах [электронный ресурс] / Г.Г.Куштанова // Нефтегазовое дело.-июнь, 2007.- Режим доступа: http://www.ogbus.ru/authors/Kushtanova/Kushtanova_2.pdf , свободный
  18. А.С.1184929 СССР, МКИЗ Е 21 В 47/00. Способ определения параметров пластов с различными пластовыми давлениями, вскрытых единым фильтром/Десятков В.К., Марков А.И., Куштанова Г.Г. (СССР)-№ 3675659/22-03; заяв. 21.12.83; опубл.15.10.85; Бюл.№ 38.- 5с.: ил.
  19. А.С.1357558 СССР, МКИЗ Е 21 В 47/06. Способ определения пластового давления в пласте многопластовой залежи/Десятков В.К., Марков А.И., Куштанова Г.Г. (СССР).-№ 3996831/22-03; заяв. 25.12.87; опубл.07.12.87. Бюл. № 45-4с.: ил.
  20. А.С. 1511378 СССР, МКИЗ Е 21 В 47/10. Способ определения параметров низкопро­ницаемого газового пласта /Десятков В.К., Куштанова Г.Г., Марков А.И. (СССР) -№ 4304003; заяв.23.06.87; опубл.30.09.89. Бюл.N 36.-4 с. ил.
  21. Патент 2013533 РФ, МПК Е 21 В 47/00. Способ обнаружения техногенных скоплений флюидов в геологических объектах, вскрытых скважиной» / Давлетшин А.А., Даминов Н.Г., Куштанова Г.Г., Марков А.И., Шулаев В.Ф.-№ 4942572/03; заяв. 05.06.91; опубл.30.05. 94. Бюл. № 10.-12с.: ил.
  22. Патент 2109130 РФ, МПК Е 21 В 43/16."Способ извлечения нефти из трещиновато-пористого пласта-коллектора /.А.Давлетшин, Г.Г.Куштанова, А.И.Марков, Ю.М.Молокович, Р.Х.Муслимов, О.А.Никашев, Э.И.Сулейманов, Р.Г.Фархуллин.-№ 96111794/03; заяв.4.06.96; опубл.20.04. 98. Бюл.№ 11.- 18 с.: ил.
  23. Патент 2166069 РФ, МПК Е 21 В 43/20. Способ разработки нефтяных месторождений в условиях заводнения/ Овчинников М.Н., Куштанова Г.Г.- № 2000110967/03; заяв. 28.04.2000; опубл.27.04.2001. Бюл. № 12.- 10с.
  24. Патент 2188320 РФ, МПК Е 21 В 49/00, 47/06. Способ определения распределения давления и границ неоднородностей пласта / Овчинников М.Н., Завидонов А.Ю., Куштанова Г.Г. - № 2001102010/03; заяв. 22.01.2001; опубл. 27.08.2002. Бюл. № 24.-12с.: ил.
  25. Свидетельство РОСАПО об официальной регистрации программы для ЭВМ 990960. Программа моделирования нестационарных фильтрационных потоков в нефтяных пластах (программа для ЭВМ)/ М.Н. Овчинников, Г.Г. Куштанова. Официальный Бюллетень РОСАПО (программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральных микросхем).-2000.-№1(30).-С.171.
  26. Свидетельство РОСАПО об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612368. Моделирование нестационарной фильтрации в трещиновато-пористом пласте по неравновесному закону (РЕЛФИЛ)/ Г.Г. Куштанова. Официальный Бюллетень РОСАПО (программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральных микросхем).-2006.-№4(57).-С.24
  27. Свидетельство РОСАПО об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612347 Моделирование фильтрационных волн давления при неравновесной фильтрации (ФВД)/М.Н. Овчинников, Г.Г. Куштанова. Официальный Бюллетень РОСАПО (программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральных микросхем).-2006.-№4(57).-С.19.


Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.