Моделирование влияния акустического воздействия на подвижность флюида в пористой среде для интенсификации добычи нефти

Об авторе:

Марфин Евгений Александрович, кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, лаборатория теплофизики и волновых технологий, Институт энергетики и перспективных технологий, Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр РАН», Казань, Россия; доцент, кафедра радиоэлектроники, Институт физики, Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия; marfin_ea@mail.ru , https://orcid.org/0000-0001-8248-806X , https://www.webofscience.com/wos/author/record/C-3010-2015 , https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=12038897200 , https://elibrary.ru/author_profile.asp?authorid=42348

Аннотация:

В условиях роста доли трудноизвлекаемых запасов нефти акустическое воздействие предлагается как экологичная альтернатива традиционным методам повышения нефтеотдачи. В работе разработана математическая модель, связывающая параметры акустического поля (частота, амплитуда) с подвижностью флюида в пористой среде. На основе энергетического подхода выведено уравнение для приращения подвижности, учитывающее поглощение звуковой энергии, амплитуду колебаний и градиент давления. Экспериментальная верификация на образцах с проницаемостью 0,1–7 мД подтвердила зависимость эффективности от начальной проницаемости через коэффициент η, имеющий логнормальное распределение. Установлено, что максимальный прирост дебита достигается в низкопроницаемых коллекторах (до 30 мД) при амплитудах ~1 атм и частотах килогерцового диапазона. На примере Ромашкинского месторождения модель прогнозирует кратное увеличение дебита нефти. Полученные результаты формируют научную основу для оптимизации акустических методов воздействия на нефтяные пласты.

Список литературы:

Алтунина Л. К., Кувшинов В. А. 2025. Фундаментальные и прикладные аспекты физико-химических методов увеличения нефтеотдачи, созданных в ИХН СО РАН. Композиции на основе ПАВ для увеличения нефтеотдачи пластов // Химия в интересах устойчивого развития. Том 33. № 1. С. 99–129. https://doi.org/10.15372/KhUR2025635

Бажалук Я. М., Карпаш О. М., Климишин Я. Д., [и др.]. 2012. Способы увеличения отбора нефти путем воздействия на пласты полями упругих колебаний разных частот // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И. М. Губкина. № 4(269). С. 28–40.

Ведменский А. М., Стрекалов А. В. 2020. Классификация технологий акустического воздействия на нефтяной пласт с целью повышения нефтеотдачи // Естественные и технические науки. № 2(140). С. 124–126.

Велиев Э. Ф. 2020. Обзор современных методов увеличения нефтеотдачи пласта с применением потокоотклоняющих технологий // SOCAR Proceedings. № 2. С. 50–66. https://doi.org/10.5510/OGP20200200432

Ганиев Р. Ф., Украинский Л. Е., Ганиев О. Р. 2007. Резонансные фильтрационные потоки в пористой среде, насыщенной жидкостью // Доклады Академии наук. Том 412. № 1. С. 48–51.

Гасанов Р. А., Гасымова Д. Р. 2021. Способы улучшения фильтрационных свойств призабойной зоны скважины // Горный журнал. № 10. С. 76–80. https://doi.org/ 10.17580/gzh.2021.10.09

Гатауллин Р. Н. 2021. Технические средства волнового воздействия на продуктивные пласты // Технологии нефти и газа. № 2(133). С. 34–41. https://doi.org/10.32935/1815-2600-2021-133-2-34-41

Гатауллин Р. Н., Галимзянова А. Р., Марфин Е. А. 2022. Влияние акустического воздействия на проницаемость пористых сред (обзор) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. Том 333. № 10. С. 186–202. https://doi.org/10.18799/24131830/2022/10/3750

Гильманов А. Я., Ковальчук Т. Н., Скобликов Р. М., [и др.] 2023. Анализ влияния теплофизических параметров пласта и флюида на процесс пароциклического воздействия на нефтяные пласты // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. Том 9. № 3(35). С. 6–27. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2023-9-3-6-27

Гильманов А. Я., Федоров К. М., Шевелев А. П. 2021. Анализ тепловых полей на первичной стадии процесса парогравитационного дренажа // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. Том 7. № 2(26). С. 27–42. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2021-7-2-27-42

Губайдуллин А. А., Болдырева О. Ю., Дудко Д. Н. 2022. Методика численного моделирования волновых процессов в неоднородной гидратосодержащей пористой среде // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. Том 8. № 3(31). С. 59–71. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2022-8-3-59-71

Гурбанов Р. С., Мамедова М. А. 2022. О возможных путях повышения коэффициента нефтеотдачи пластов // Нефтегазовое дело. Том 20. № 6. С. 59–63. https://doi.org/10.17122/ngdelo-2022-6-59-63

Дмитриева А. Ю., Батурин Н. И., Лутфуллин А. А., [и др.]. 2024. Исследование оптимальных вариантов термопенокислотной обработки карбонатных коллекторов // Нефтяное хозяйство. № 7. С. 39–43. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2024-7-39-43

Жилин А. А. 2024. Экспериментальное исследование параметров газодинамического течения в канале АКСУ с глубоким цилиндрическим резонатором в присутствии и без исследуемого образца // Челябинский физико-математический журнал. Том 9. № 2. С. 222–231. https://doi.org/10.47475/2500-0101-2024-9-2-222-231

Зайченко В. М., Майков И. Л., Торчинский В. М. 2010. Определение параметров волнового воздействия на газоконденсатную систему // Тепловые процессы в технике. Том 2. № 5. С. 227–229.

Иванов А. Н., Велиев М. М., Владимиров И. В., [и др.]. 2021. Сравнение эффективности применения потокоотклоняюших технологий и гидродинамических методов увеличения нефтеотдачи // Нефтяное хозяйство. № 4. С. 67–70. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2021-4-67-70

Кравцов Я. И., Марфин Е. А., Абдрашитов А. А. 2016. Повышение эффективности метода парогравитационного дренажа за счет волнового воздействия на пласт // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. № 5. С. 35–39.

Куленцан А. Л., Марчук Н. А. 2022. Анализ добычи нефти из пластов в Российской Федерации // Российский химический журнал. Том 66. № 1. С. 71–75.

Магадова Л. А., Давлетов З. Р., Вагапова Ю. Ж. 2023. Обзор и анализ технологий, повышающих эффективность нефтеизвлечения из пластов баженовской свиты // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. Том 334. № 2. С. 206–216. https://doi.org/10.18799/24131830/2023/2/3854

Максимов Г. А., Радченко А. В. 2005. Моделирование интенсификации нефтедобычи при акустическом воздействии на пласт из скважины // Акустический журнал. Том 51, № S. С. 118–131.

Манжай В. Н., Ульянюк М. П., Рождественский Е. А. 2021. Перспективная технология для увеличения нефтеотдачи на месторождениях с разной проницаемостью пластов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. Том 332. № 9. С. 92–99. https://doi.org/10.18799/24131830/2021/9/3356

Марфин Е. А. 2025. Эффекты ультразвукового воздействия на высоковязкую нефть // ТРУДЫ МФТИ. Труды Московского физико-технического института (национального исследовательского университета). Том 17. № 1(65). С. 161–172.

Муллакаев М. С., Салтыков А. А., Салтыков Ю. А., [и др.]. 2019. Анализ существующего акустического оборудования и технологий его применения для повышения нефтеотдачи // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. № 10. С. 60–70. https://doi.org/10.30713/2413-5011-2019-10(334)-60-70

Николаевский В. Н. 1996. Геомеханика и флюидодинамика. М.: Недра. 447 с.

Нуриев И. А., Хайртдинов Р. К., Саттаров А. И., Фаррахов И. М. 2023. Промысловый опыт теплового воздействия на карбонатный резервуар с сверхвязкой нефтью // Георесурсы. Том 25. № 3. С. 140–145. https://doi.org/10.18599/grs.2023.3.17

Поплыгин В. В., Уирсигроч М. 2020. Исследование эффективности комплексного нестационарного воздействия на залежь с высоковязкой нефтью // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. Том 331. № 1. С. 7–12. https://doi.org/10.18799/24131830/2020/1/2442

Рожкова В. В., Гуляев В. Н. 2022. Анализ взаимовлияния нестационарного воздействия на пласт и физико-химических методов // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И. М. Губкина. № 3(308). С. 77–81. https://doi.org/10.33285/2073-9028-2022-3(308)-77-81

Степанов А. В., Зубарева И. А., Волгин Е. Р. 2022. Гидродинамическое моделирование лабораторных экспериментов по вытеснению нефти термополимерным раствором // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. Том 8. № 2(30). С. 77–100. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2022-8-2-77-100

Хабибуллин М. Я. 2020. Совершенствование оборудования и технологии избирательной кислотной обработки скважин // Нефтегазовое дело. Том 18. № 5. С. 114–121. https://doi.org/10.17122/ngdelo-2020-5-114-121

Черемисин Н. А., Черемисин А. Н. 2009. Резонансное поглощение акустических волн и его использование для мониторинга процесса разработки пористых коллекторов // Нефтяное хозяйство. № 7. С. 87–89.

Шарафутдинов Р. Ф., Валиуллин Р. А., Бабаназаров Д. И., Канафин И. В. 2024. Моделирование теплового поля пласта при фильтрации газированной нефти и воды с учетом теплоты разгазирования и термодинамических эффектов // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. Том 10. № 1(37). С. 6–18. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2024-10-1-6-18

Шиканов А. Е., Жуйков Ю. Ф., Ильинский А. В., Шиканов Е. А. 2019. Исследование увеличения проницаемости нефтяного пласта при ультразвуковом воздействии с использованием методов нейтронного каротажа // SOCAR Proceedings. № 2. С. 53–58. https://doi.org/10.5510/OGP20190200389

Яркеева Н. Р., Бахтегареев А. И., Павлова А. А. 2023. Технология применения полимерного заводнения, как метода увеличения нефтеотдачи пластов // Нефтегазовое дело. Том 21. № 2. С. 92–98.

Abdrashitov A. A., Marfin E. A. 2021. Nozzle length effect on the performance of the jet-driven Helmholtz oscillator // Fluid Dynamics. Vol. 56. No. 1. Pp. 142–151. https://doi.org/10.1134/S0015462821010018

Beresnev I. A., Deng W. 2010. Viscosity effects in vibratory mobilization of residual oil // Geophysics. Vol. 75. No. 4. Pp. 79–85. https://doi.org/10.1190/1.3429999

Beresnev I. A., Johnson P. A. 1994. Elastic-wave stimulation of oil production: A review of methods and results // Geophysics. Vol. 59. Pp. 1000–1017. https://doi.org/10.1190/1.1443645

Elkhoury J. E., Niemeijer A., Brodsky E. E., Marone C. 2011. Laboratory observations of permeability enhancement by fluid pressure oscillation of in situ fractured rock // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. Vol. 116(2). B02311. https://doi.org/10.1029/2010JB007759

Galimzyanova A. R., Gataullin R. N., Stepanova Yu. S. [et al.] 2024. Elucidating the impact of ultrasonic treatment on bituminous oil properties: A comprehensive study of viscosity modification // Geoenergy Science and Engineering. Vol. 233. 212487. https://doi.org/10.1016/j.geoen.2023.212487

Kozhevnikov E. V., Turbakov M. S., Riabokon E. P., Poplygin V. V. 2021. Effect of effective pressure on the permeability of rocks based on well testing results // Energies. Vol. 14. No. 8. 2306. https://doi.org/10.3390/en14082306

Kravchenko A. S., Zhilin A. A. 2019. Mathematical modeling of the generation of acoustic waves in a two-channel system // Journal of Physics: Conference Series. Vol. 1268. 012037. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1268/1/012037

Marfin E. A., Gataullin R. N., Abdrashitov A. A. 2022. Acoustic stimulation of oil production by a downhole emitter based on a jet-driven Helmholtz oscillator // Journal of Petroleum Science and Engineering. Vol. 215. 110705. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2022.110705

Volkova G. I., Morozova A. V. 2023. Effects of petroleum resins and ultrasonic treatment on the properties of petroleum paraffin solutions in n-Decane and on the structural-group composition of precipitated resins // Petroleum Chemistry. Vol. 63. No. 1. Pp. 111–119. https://doi.org/10.1134/s096554412302010x

Zhilin A. A., Golubev E. A. 2018. Experimental study of the amplitude-frequency characteristics in a two-channel system // AIP Conference Proceedings. Vol. 1939. 020016. https://doi.org/10.1063/1.5027328