Keywords
thermal gas displacement
displacement instability
How to Cite
Abstract
the paper studies the unstable displacement of a viscous fluid from a porous medium while taking into account the inter-phase chemical interactions. As a viscous fluid is displaced by a less viscous fluid, the Saffman-Taylor instability occurs at the interface: the less viscous fluid breaks through the layer of the more viscous fluid being displaced, forming so-called “viscous fingers” (channels). The instability leads to the bending of the initially flat interface and the contact area between the phases increases. This phenomenon should be considered when modeling the displacement process taking into account the inter-phase chemical reactions because as the interface area between the phases grows, the chemical reaction rate also increases. This paper presents a simulation model describing the thermal gas oil displacement process when oil is displaced by a mixture of hot water and gas. The gas and oil produce an exothermic chemical reaction resulting in the oil viscosity decrease, which leads to a better displacement. The reaction rate simulation model can consider the instability effects. The paper also presents a method for estimating the phase-to-phase boundary area used for 3D modeling of unstable viscous fluid displacement from a porous substance.
References
M. Abdul Mujeebu, M. Zulkifly Abdullah, A. A. Mohamad, M. Z. Abu Bakar. Trends in modeling of porous media combustion. Progress in Energy and Combustion Science. 2010;36:627–650.
Вольпин С. Г., Смирнов Н. Н., Кравченко М. Н., Диева Н. Н. Моделирование импульсно-волновой обработки нефтяных пластов методом термогазохимического воздействия. Сборник научных трудов ОАО «Всероссийский нефтегазовый научно-исследовательский институт им. акад. А.П. Крылова». 2013;149:127–137.
Вольпин С. Г., Саитгареев А. Р., Смирнов Н. Н., Кравченко М. Н., Корнаева Д. А., Диева Н. Н. Перспективы применения волновой технологии термогазохимического воздействия для повышения нефтеотдачи пластов. Нефтяное хозяйство. 2014;1:62–66.
Kravchenko M. N., Dieva N. N., Lishchuk A. N., Muradov A. V., Vershinin V. E. Hydrodynamic Modeling of Thermochemical Treatment of Low Permeable Kerogen-Containing Reservoirs. Georesources. 2018;20(3),Part 1:178–185. DOI: https://doi.org/10.18599/grs.2018.3.178-185.
Боронин С. А., Осипцов А. А. Влияние миграции частиц на течение суспензии в трещине гидроразрыва. Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2014;2:80–94.
Боронин С. А., Осипцов А. A., Толмачева К. И. Многоконтинуальная модель фильтрации суспензии в пористой среде. Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2015;6:50–62.
Dushin V. R., Smirnov N. N., Nikitin V. F., Skryleva E. I., Weisman Yu. G. Multiple Capillary-Driven Imbibition of a Porous Medium under Microgravity Conditions: Experimental Investigation and Mathematical Modeling. Acta Astronautica. 2022;193:572-578. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.06.054.
Bing Bai, Dengyu Rao, Tao Chang, Zhiguang Guo. A Nonlinear Attachment-Detachment Model with Adsorption Hysteresis for Suspension-Colloidal Transport in Porous Media. Journal of Hydrology. 2019:124080.
Junhua Wu, Haishan Li, Fuchang Wang. Experimental Study of Seawater Seepage and Heat Transfer in a Laboratory Vertical Beach Well. Applied Thermal Engineering. 2018;129:403–409.
Romanova D. I., Dushin V. R., Nikitin V. F. Oil Displacement by Water-Gas Mixtures with Heat Release. Moscow University Mechanics Bulletin. 2019;74:147–152.
Dushin V. R., Nikitin V. F., Phylippov Yu. G., Legros J. C. Two-Component Fluid Convective Flow in Thin Gaps. Acta Astronautica. 2010;66:742–747.
Логвинов О. А., Скрылева Е. И. Вытеснение вязкой жидкости из кольцеобразной ячейки Хеле-Шоу со стоком. Вестник Московского университета. Серия 1: Математика. Механика. 2016;4:39–43.
Meijuan Yun, Boming Yu, Jianchao Cai. Analysis of Seepage Characters in Fractal Porous Media. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2009;52(13–14).
Xu Yang, Yingjie Liang, Wen Chen. A Spatial Fractional Seepage Model for the Flow of Non-Newtonian Fluid in Fractal Porous Medium. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. 2018;65:70–78.
Yibin Huang, Yanjun Zhang, Ziwang Yu, Yueqiang Ma, Chi Zhang. Experimental Investigation of Seepage and Heat Transfer in Rough Fractures for Enhanced Geothermal Systems. Renewable Energy. 2019;135:846–855.
Dongxing Du, Dexi Wang, Ninghong Jia, Weifeng Lyu, Jishun Qin, Chengcheng Wang, Shengbin Sun, Yingge Li. Experiments on CO2 Foam Seepage Characteristics in Porous Media. Petroleum Exploration and Development. 2016;43(3):499–505.
Бетелин В. Б., Боксерман А. А., Костюков В. Е., Савельев В. А. Проблемы управления процессами повышения нефтеотдачи на основе моделирования на супер-ЭВМ. НефтеГазоПромысловый инжиниринг. 2010;3:20–24.
Бетелин В. Б., Кушниренко А. Г., Смирнов Н. Н. Технологии супервычислений эксафлопного класса и обеспечение конкурентоспособности энергетики России. НефтеГазоПромысловый инжиниринг. 2011;3:10–13.
Романова Д. И., Душин В. Р., Никитин В. Ф. Вытеснение нефти смесью газов и воды с тепловыделением. Вестник Московского университета. Серия 1: Математика. Механика. 2019;6:38–44.
Душин В. Р., Логвинов О. А., Скрылева Е. И., Шамина А. А. Моделирование неустойчивого вытеснения жидкостей из пористых сред с учетом внешних воздействий, направленных на повышение нефтеотдачи. НИР № 20-07-00378. Режим доступа: https://istina.msu.ru/projects/341406269/.
Smirnov N. N., Nikitin V. F., Maximenko A., Thiercelin M., Legros J. C. Instability and Mixing Flux in Frontal Displacement of Viscous Fluids from Porous Media. Physics of Fluids. 2005;17:84–102.
Козлов И. В., Скрылева Е. И. Математическое моделирование и обработка эксперимента по вытеснению нефти водой из неокомских песчаников. Вестник кибернетики. 2016;2:139–146.
Smirnov N. N., Nikitin V. F., Kolenkina E. I., Gazizova D. R. Evolution of a Phase Interface in the Displacement of Viscous Fluids from a Porous Medium. Fluid Dynamics. 2021;56(1):79–92. DOI: http://dx.doi.org/10.1134/S0015462821010122.