«Моделирование процессов, вызываемых вибрационными воздействиями на нефтегазовые пласты», И.А. Гарагаш
Категория: Материалы заседанийДокладчик: Игорь Александрович Гарагаш
(ИФЗ РАН)
Аннотация
В настоящее время экспериментально доказана возможность повышения нефтеотдачи истощенного пласта с помощью низкочастотного сейсмического воздействия на залежь с поверхности земли. Связано это с тем, что исходная сейсмическая волна в результате нелинейного отклика коллектора трансформируется в ультразвуковые колебания, которые меняют условия мобильности капель нефти. Кроме того вибрации могут вызывать локальное перераспределение напряжений во вмещающей среде, ведущее к повышению давления в продуктивном пласте и, следовательно, к увеличению дебита скважин. Такое поведение пористых коллекторов нефти и газа обусловлено сложными реологическими взаимодействиями зерен, из которых состоят реальные осадочные породы.
Изучено поведение неконсолидированных гранулированных сред, характерных для нефтяных коллекторов, с учетом изменения площадей контакта слагающих их зерен в процессе нагружения. Показано, что поведение отдельного фрагмента среды (блока) подчиняется уравнению Матье. Выведены разностное уравнение движения цепочки блоков и его нелинейный дифференциальный аналог. Показано, что при определенных условиях медленные деформации цепочки являются неустойчивыми в результате дестабилизирующего действия сил вязкого трения. Выполнен феноменологический перенос свойств цепочки блоков на сплошную среду. Разработана механическая модель иерархической цепочки осциллирующих блоков, как бы вложенных один в другой. Численные расчеты показали, что энергия низкочастотных сейсмических колебаний более крупных блоков трансформируется в колебания мелких блоков с частотой, до тысячи раз превышающей частоту воздействия.
Выполнен анализ нелинейного деформирования неконсолидированного песчаного коллектора, представленного в виде системы относительно подвижных и взаимодействующих между собой блоков с капиллярами, заполненными жидкостью, содержащей газовые пузырьки. Показано, что в случае однородной консолидации коллектора с постоянной скоростью возможны осцилляции расхода жидкости, не связанные с силами инерции. Этот результат согласуется с медленными периодическими изменениями расхода жидкости, наблюдавшимися при фильтрации газированного трансформаторного масла в пористой среде.
Изучены приращения деформаций при изменении начальных напряжений в блочной среде, моделируемой микрополярным континуумом. Получено объяснение, наблюдаемого в природе и в экспериментах эффекта образования упорядоченной структуры микровращений блоков. Выполненный анализ показал, каким образом вибрационные воздействия могут привести к изменению напряженного состояния гранулированной среды и стимулировать миграцию нефти.
Об авторе:
Гарагаш Игорь Александрович, заведующий лабораторией, доктор физико-математических наук, профессор, академик РАЕН, член Национального Комитета России по теоретической и прикладной механике и Европейского общества механиков (EUROMECH). Работал в лаборатории прикладной геомеханики (№ 104) с 1991г. в должности главного научного сотрудника. Преподавал в Московском Нефтегазовом Университете Губкина, подготовил пять кандидатов и одного доктора наук. В 2003 и 2004 годах был приглашенным профессором в Universite de Nice-Sophia Antipolis, France, проводил работы под заказ у нефтяных компаний.
И.А. Гарагаш выполнил серию приоритетных работ по расчету напряженного состояния земной коры, которая позволила предложить принципиально новые пути крупномасштабного прогноза нефтегазоносности, рудных ресурсов, поиска мест возможных землетрясений и активных разломов. Разработал теорию формирования куполовидной складчатости в земной коре. Обнаружил новые эффекты внутренней неустойчивости горного массива, приводящей, в частности, к формированию ячеистых структур. Получил обобщение предельного условия Кулона-Мора для фрагментированных геоматериалов в случае асимметрии тензора напряжений. Создал иерархическую модель блочной среды с поверхностями контактов, меняющимися в процессе деформирования. Опубликовал более 150 научных работ.