Применение инструмента «Цифровой керн» для карбонатных коллекторов Харьягинского месторождения

Цель. Статья представляет результаты применения инструмента «Цифровой керн».
Материалы и методы. В качестве пилотного проекта были происследованы образцы керна карбонатного пласта D3-III Харьягинского месторождения с применением вышеуказанного инструмента. Одним из главных преимуществ использования данного инструмента является меньшее затрачиваемое время на проведение лабораторных исследований. Это еще более очевидно, когда керн имеет проницаемость 1мД или еще меньше. В лаборатории может уйти от 1 до 3 месяцев для определения относительных фазовых проницаемостей и коэффициента вытеснения в сравнении расчетами на ПК, где в зависимости от мощности процессора может уйти от 1 до 10 дней. Другое возможное преимущество инструмента — это низкая стоимость на 1 эксперимент. Основной подход в применении инструмента состоит из двух шагов: первый — проведение томографии на образцах керна, второй — проведение расчета ОФП и Квыт.
Результаты. Данная статья показывает выполненные расчеты/схемы закачки: закачку композиции ПАВ/полимер в нефтенасыщенный образец, закачку аналога композиции ПАВ/полимер в нефтенасыщенный образец, закачку газа в нефтенасыщенный образец. Была проведена попытка сравнить полученные результаты с лабораторными данными, хотя есть определенные ограничения для этого.
Заключение. Следующим шагом в развитии данной технологии будет включение дополнительных опций, таких как задание связанной воды, одновременный расчет для трех фаз — воздуха, нефти и воды, смешивающееся вытеснение (СО2).

1. Ju Y. Characterization of immiscible phase displacement in heterogeneous pore structures: Parallel multicomponent lattice Boltzmann simulation and experimental validation using three-dimensional printing technology [Text] / Y. Ju, W. Gong, J. Zheng // International Journal of Multiphase Flow. — 2019. — Vol. 114. — Pp. 50–65.

2. Al-Shalabi E. W. Effect of Pore-Scale Heterogeneity and Capillary-Viscous Fingering on Commingled Waterflood Oil Recovery in Stratified Porous Media [Text] / E. W. Al-Shalabi, B. Ghosh // Journal of Petroleum Engineering. — 2016. — Vol. 2016. — 1708929.

3. Chen Y.-F. Experimental study on two-phase flow in rough fracture: Phase diagram and localized flow channel [Text] / Y.-F. Chen, D.-S. Wu, Sh. Fang, R. Hu // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2018. — Vol. 122. — Pp. 1298–1307.

4. Kazemifar F. Quantifying the flow dynamics of supercritical CO2–water displacement in a 2D porous micromodel using fluorescent microscopy and microscopic PIV [Text] / F. Kazemifar, G. Blois, D. C. Kyritsis, K. Christensen // Advances in Water Resources. — 2016. — Vol. 95. — Pp. 352–368.

5. Aursjø O. A Direct Comparison Between a Slow Pore Scale Drainage Experiment and a 2D Lattice Boltzmann Simulation [Text] / O. Aursjø, G. Løvoll, H. A. Knudsen, E. G. Flekkøy, K. J. Måløy // Transport in Porous Media. — 2011. — Vol. 86. — Pp. 125–134.

6. Chen Y. Christensen. Lattice Boltzmann simulations of liquid CO2 displacing water in a 2D heterogeneous micromodel at reservoir pressure conditions [Text] / Y. Chen, Y. Lib, A. J. Valocchi, K. T. // Journal of Contaminant Hydrology. — 2018. — Vol. 212. — Pp. 14-27.

7. Fakhari A. Christensen. A phase-field lattice Boltzmann model for simulating multiphase flows in porous media: Application and comparison to experiments of CO2 sequestration at pore scale [Text] / A. Fakhari, Y. Li, D. Bolster, K. T. // Advances in Water Resources. — 2018. — Vol. 114. — Pp. 119–134.

8. Berg S. Multiphase flow in porous rock imaged under dynamic flow conditions with fast x-ray computed microtomography [Text] / S. Berg, R. T. Armstrong, H. Ott, A. Georgiadis, S. A. Klapp, A. Schwing, R. Neiteler, N. Brussee, A. Makurat, L. Leu, F. Enzmann, F.-O. Schwarz, M. Wolf, F. Khan, M. Kersten, S. Irvine, M. Stampanoni // International Symposium of the Society of Core Analysts held in Napa Valley, California, USA. — 16–19 September, 2013.

9. Berg S. Real-time 3D imaging of Haines jumps in porous media flow [Text] / S. Berg, H. Ott, S. Klapp, A. Schwing, R. Neiteler, N. Brussee, A. Makurat, L. Leu, F. Enzmann, J.-O. Schwarz, M. Kersten, S. Irvine, M. Stampanoni // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2013. — Vol. 10. — Pp. 3755–3759.

10. Leu L. Fast X-ray Micro-Tomography of Multiphase Flow in Berea Sandstone: A Sensitivity Study on Image Processing [Text] / L. Leu, S. Berg, F. Enzmann, R. T. Armstrong, M. Kersten // Transport in Porous Media. — 2014. — Vol. 105. — Pp. 451–469.

11. Mokso R. Following dynamic processes by X-ray tomographic microscopy, with sub-second temporal resolution [Text] / R. Mokso, F. Marone, D. Haberthür, J.C. Schittny, G. Mikuljan, A. Isenegger, M. Stampanoni // In: AIP Conference Proceedings. — 2011. — No. 1365. — Pp. 38–41.

12. Andrew M. The Imaging of Dynamic Multiphase Fluid Flow Using Synchrotron-Based X-ray Microtomography at Reservoir Conditions [Text] / M. Andrew, H. Menke, M. Blunt, B. Bijeljic // Transp. Porous. Med. — 2015. — Vol. 110. — Pp. 1–24.

13. Mehravaran M. Simulation of incompressible two-phase flows with large density differences employing lattice Boltzmann and level set methods [Text] / M. Mehravaran, S.K. Hannani // Comput. Methods Appl. Mech. Engrg. — 2008. — No. 198. — Pp. 223–233.

14. Sheu Tony W.H. Development of level set method with good area preservation to predict interface in two-phase flows [Text] / W.H. Sheu Tony, C.H. Yu, P.H. Chiu // Int. J. Numer. Meth. Fluids. — 2011. — Vol. 67. — Pp. 109–34.

15. Olsson E. A conservative level set method for two phase flow [Text] / E. Olsson, G. Kreiss // Journal of Computational Physics. — 2005. — No. 210. — Pp. 225–246.

16. Ferrari A. Direct numerical simulations of interface dynamics to link capillary pressure and total surface energy [Text] / A. Ferrari, I. Lunati // Advances in Water Resources. — 2013. — Vol. 57. — Pp. 19–31.

17. Raeini A. Q. Modelling two-phase flow in porous media at the pore scale using the volume-of-fluid method [Text] / A. Q. Raeini, M. Blunt, B. Bijeljic // Journal of Computational Physics. — 2012. — No. 231. — Pp. 5653–5668.

18. Badalassi V.E. Computation of multiphase systems with phase field models [Text] / V.E. Badalassi, H.D. Ceniceros, S. Banerjee // Journal of Computational Physics. — 2003. — No. 190. — Pp. 371–397.

19. Wolf-Gladrow D.A. Lattice-gas cellular automata and lattice Boltzmann models — an introduction [Text] / D.A. WolfGladrow. — Berlin: Springer-Verlag, 2005. — 311 p.

20. Succi S. The Lattice Boltzmann equation for fluid dynamics and beyond [Text] / S. Succi — Oxford: Oxford Clarendon, 2001. — 304 p.

21. Chen S. Lattice Boltzmann method for fluid flows [Text] / S. Chen, G.D. Doolen // Annual Review of Fluid Mechanics. — 1998. — Vol. 30. — Pp. 329–364.

22. Liu H. Lattice Boltzmann simulation of immiscible fluid displacement in porous media: Homogeneous versus heterogeneous pore network [Text] / H. Liu, Y. Zhang, A. J. Valocchi // Physics of Fluids. — 2015. — Vol. 27, Issue 5. — 052103.

23. Li H. Pore-Scale Simulations of Gas Displacing Liquid in a Homogeneous Pore Network Using the Lattice Boltzmann Method [Text] / H. Liu, A. J. Valocchi, Q. Kang, C. Werth // Transport in Porous Media. — 2013. — Vol. 99. — Pp. 555–580.

24. Huang H. Study of immiscible displacements in porous media using a color-gradient-based multiphase lattice Boltzmann method [Text] / H. Huang, J.-J. Huang, X.-Y. Lu // Computers & Fluids. — 2014. — Vol. 93. — Pp. 164–172.

25. Yamabe H. Lattice Boltzmann Simulations of Supercritical CO2-Water Drainage Displacement in Porous Media: CO2 Saturation and Displacement Mechanism [Text] / H. Yamabe, T. Tsuji, Y. Liang, T. Matsuoka // Environmental Science and Technology. — 2015. — Vol. 49. — Pp. 537-543.

26. Jiang F. Elucidating the Role of Interfacial Tension for Hydrological Properties of Two-Phase Flow in Natural Sandstone by an Improved Lattice Boltzmann Method [Text] / F. Jiang, T. Tsuji, C. Hu // Transport in Porous Media. — 2014. — Vol. 104. — Pp. 205-229.

27. Leclaire S. Generalized three-dimensional lattice Boltzmann color-gradient method for immiscible two-phase porescale imbibition and drainage in porous media [Text] / S. Leclaire, A. Parmigiani, O. Malaspinas, B. Chopard, J. Latt // Physical Review E. — 2017. — Vol. 95. — 033306.

28. Куперштох А. Л. Моделирование тепломассопереноса в среде с фазовыми переходами методом решеточных уравнений Больцмана [Текст] / А. Л. Куперштох, Д. А. Медведев, И. И. Грибанов // Вычислительные методы и программирование. — 2014. — Т. 15. — C. 317–328.

29. Mohamad A. A critical evaluation of force term in lattice Boltzmann method, natural convection problem [Text] / A.A. Mohamad, A. Kuzmin // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2010. — Vol. 53. — Pp. 990–996.

30. Baa Y. Three-dimensional lattice Boltzmann simulations of microdroplets including contact angle hysteresis on topologically structured surfaces [Text] / Y. Baa, Q. Kang, H. Liua, J. Suna, C. Wang // Journal of Computational Science. — 2016. — Vol. 17. — Pp. 418–430.

31. Blunt M. J. Pore-scale imaging and modeling [Text] / M. J. Blunt, B. Bijeljic, H. Dong, O. Gharbi, S. Iglauer, P. Mostaghimi, A. Paluszny, C. Pentland // Advances in Water Resources. — 2013. — Vol. 51. — Pp. 197–216.

32. Hazlett R.D. Simulation of capilary-dominated displacements in microtomographic images of reservoir rocks [Text] / R.D. Hazlett // Transport in Porous Media. — 1995. — Vol. 20. — Pp. 21–35.

33. Hilpert M. Pore-morphology-based simulation of drainage in totally wetting porous media [Text] / M. Hilpert, C.T. Miller // Advances in Water Resources. — 2001. — Vol. 24. — Pp. 243–55.

34. Borujeni A. T. Effects of image resolution and numerical resolution on computed permeability of consolidated packing using LB and FEM pore-scale simulations [Text] / A. T. Borujeni, N.M. Lane, K. Thompson, M. Tyagi // Computers & Fluids. — 2013. — Vol. 88. — Pp. 753–763.

35. Aslan E. Investigation of the Lattice Boltzmann SRT and MRT Stability for Lid Driven Cavity Flow [Text] / E. Aslan, I. Taymaz, A. C. Benim // International Journal of Materials, Mechanics and Manufacturing. — 2014. — Vol. 2. — No. 4. — Pp. 317-324.

36. Niu X. An investigation of water-gas transport processes in the gas-diffusion-layer of a PEM fuel cell by a multiphase multiple-relaxation-time lattice Boltzmann model [Text] / X. Niu, T. Munekata, Sh. Hyodoa, K. Suga // Journal of Power Sources. — 2007. — Vol. 172. — Pp. 542–552

37. Hua Y. A multiple-relaxation-time lattice Boltzmann model for the flow and heat transfer in a hydrodynamically and thermally anisotropic porous medium [Text] / Y. Hua, D. Li, S. Shu, N. Xiaodong // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2017. — Vol. 104. — Pp. 544–558.

38. Luo L.-S. Zhang Numerics of the lattice Boltzmann method: Effects of collision models on the lattice Boltzmann simulations [Text] / L.-S. Luo, W. Liao, X. Chen, Y. Peng, W. Zhang // Physical Review E. — 2011. — Vol. 83. — 056710.

39. Lallemand P. Theory of the lattice Boltzmann method: Dispersion, dissipation, isotropy, Galilean invariance, and stability [Text] / P. Lallemand, L.-S. Luo // Physical Review E. — 2000. — Vol. 60. — No. 6. — Pp. 6546–6562.