GRAVITY FLOW OF GAS-LIQUID MIXTURES IN POROUS MEDIA
Authors: Катанов Ю.Е. , Ягафаров А.К. , Аристов А.И. , Шлеин Г.А. 
Published: May 2023

Актуальность. При изменении давления насыщения горных пород происходит перераспределение фильтрационных характеристик газожидкостных смесей вследствие уменьшения капиллярного сопротивления в матрице коллектора. Данный процесс влияет на остаточную нефтенасыщенность над новой зоной фильтрационного удержания, а вязкость нефти увеличивается. В результате нефть «прилипает» к матрице породы (первичные и вторичные поры). Рассматривая текстуру матрицы породы-коллектора в виде отдельных блоков, возникает необходимость исследования снижения межфазного натяжения на границе «газожидкостная смесь – порода» при соответствующем уменьшении капиллярного давления между фазами. Для этой цели авторами изучено влияние гравитационного поля на остаточную нефтенасыщенность при различных типах смачиваемости матрицы породы-коллектора. Суть данного методического подхода состоит в оценке эффективности извлечения высоковязкой нефти из матричных блоков породы-коллектора, как функции от остаточной нефтенасыщенности и смачиваемости геологической среды, в границах которой происходит стабилизации газожидкостного фронта вытеснения. Цель: разработка базовой концепции гравитационного течения углеводородов в трещиновато-пористых средах. Объекты: полимиктовые песчаники сеноманских отложений Западной Сибири. Методы: Исследованы особенности физико-химических характеристик газожидкостных смесей в породах-коллекторах на базе теории гравитационно-капиллярного равновесия. Выполнено первичное математическое моделирование гравитационного течения двухфазного потока (нефть, вода). Разработана нейросетевая модель фильтрации двухфазного потока с учетом гравитационного эффекта (с привлечением методов искусственного интеллекта). Результаты. Сформирована концептуальная схема оценки вторичного/третичного воздействия на продуктивные отложения нефти посредством гравитационного поля. Получены гидродинамические модели вытеснения фронта двухфазного потока (нефть, вода); проанализировано влияние гравитации на фильтрационный поток с учетом текстурных особенностей коллектора (полимиктовый песчаник).

Relevance. When rock saturation pressure changes, redistribution of filtration characteristics of gas-liquid mixtures occurs due to reduction of capillary resistance in the reservoir matrix. This process affects residual oil saturation above the new filtration retention zone, and oil viscosity increases. As a result, the oil «sticks» to the rock matrix (primary and secondary pores). Considering the reservoir-rock matrix texture as separate blocks, there is a need to study the decrease in interfacial tension at the «gas-liquid mixture-rock» boundary with the corresponding decrease in capillary pressure between the phases. For this purpose, the authors studied the influence of gravity field on residual oil saturation at different types of reservoir rock matrix wettability. The essence of this methodological approach is to estimate the efficiency of extraction of high-viscosity oil from reservoir-rock matrix blocks as a function of residual oil saturation and wettability of the geological medium, in the boundaries of which gas-liquid displacement front stabilization occurs. Objective: to develop a basic concept of gravity flow of hydrocarbons in fractured-porous media. Objects: polymictic sandstones of the Cenomanian deposits of Western Siberia. Methods: The features of physical and chemical characteristics of gas-liquid mixtures in reservoir rocks based on the theory of gravity-capillary equilibrium are investigated. The primary mathematical modeling of gravity flow of two-phase flow (oil, water) was performed. A neural network model of two-phase flow filtration taking into account the gravity effect has been developed (using artificial intelligence methods). Results. A conceptual scheme for assessing the secondary/tertiary impact on productive oil deposits by means of the gravity field has been formed. The hydrodynamic models of displacement of the two-phase flow front (oil, water) were obtained; the effect of gravity on the filtration flow was analyzed, taking into account the textural features of the reservoir (polymictic sandstone).