Развитие комплексных термогазохимических методов воздействия на сложнопостроенные нефтяные месторождения с применением новых инструментов математического моделирования, учитывающих трансформацию матрицы коллектора и изменения физико-химических свойств флюидов, для анализа, контроля и регулирования разработки

Уточнено описание динамики изменения физических свойств флюидов: замыкающих соотношений в части определения коэффициентов двухпараметрических уравнений состояния для давления и внутренней энергии пластовых флюидов (жидкостей и газов, в том числе в сверхкритичеком состоянии) с учетом упругой и тепловой составляющих, кинетики фазовых переходов и химических реакций с учетом энтальпии перехода, в том числе с учетом влияния пористой матрицы при физико-химическом воздействии на пласты; разработан алгоритм расчета изменения реологических характеристик свойств за счет изменения структуры пластового флюида (с учетом зависимости «кажущейся» вязкости от скорости деформации, а также от концентрации растворенного агента во флюиде) на основе анализа реальных лабораторных динамических экспериментов; изучена динамика структурного разрушения нефтяных эмульсий с учетом диспергирования и осаждения тяжелых фракций. Проведен анализ особенностей структурной трансформации фаз на базе реализации комплексной математической модели, учитывающей многофазность и многокомпонентность среды, нестационарность и неизотермичность процесса, химическое взаимодействие фаз, влияние процессов растворения закачиваемого компонента на изменение реологических свойств фаз, в том числе учитывающей разделение нефти на легкую и тяжелую фракции, дипергирование тяжелых компонент и их осаждение, приводящее к кольматации (механической, химической и др.), иизменения структуры пористой матрицы. Разработаны оригинальные программные продукты, в том числе базирующиеся на современных подходах физически обоснованных алгоритмах искусственного интеллекта (идеологии PINN (физически обоснованных нейронных сетей)), позволяющие обрабатывать результаты лабораторных экспериментов (на реальных кернах) и промысловых исследований (на скважинах нефтяных и газовых месторождений). Предложенный новый подход к решению прямых и обратных задач теории фильтрации основан на рассмотрении математической постановки процесса нестационарной фильтрации флюидов в пористой среде в условиях трансформации матрицы коллектора и изменения физико- химических свойств флюида в формате параметризованной задачи, где нахождение решения системы дифференциальных уравнений в частных производных (ДУЧП) сводится к минимизации функции ошибки, вычисляемой с применением PINN. Сформулированная авторская функция ошибки учитывает физические уравнения сохранения, начальные и граничные условия, а также данные лабораторных и/или промысловых экспериментов. Проведенные численные исследования течения псевдопластической жидкости в пористой среде подтвердили возможность успешного описания с использованием подхода PINN специфики процесса неустановившейся фильтрации неньютоновской жидкости в пористой среде с изменяющимися свойствами. Получена отличная сходимость результатов решения и данных экспериментов в ходе валидации математической модели. На рассмотренных примерах обработки результатов лабораторных экспериментов на кернах и данных гидродинамических исследований реального месторождения задач также установлена хорошая сходимость результатов с применением PINN к решениям конечно- разностных методов. Предложена авторская модель взаимодействия скважин при заводнении нефтяного пласта с двойной проницаемостью (слоисто-неоднородный пласт) в рамках концепции CRM-моделирования. Новизна предлагаемой модели заключается в: 1) учете возможных перетоков между слоями за счет вертикальной фильтрации поперек напластования; 2) двухфазности характера фильтрации при заводнении (такой подход является наиболее точным и физически обоснованным); 3) возможности решения дифференциальных уравнений модели с помощью численных методов; 4) рассмотрении системы, состоящая из двух слоев с разными фильтрационно-емкостными свойствами. При сравнении показателей разработки (забойного давления, дебита жидкости и обводнённости), рассчитанных с помощью CRM- модели и с помощью гидродинамического симулятора (для модельных данных), а также фактических показателей разработки (для промысловых данных), получены достаточно высокие значения коэффициента детерминации, что позволяет рекомендовать предлагаемую модель для практического использования при изучении взаимодействия скважин в процессе заводнения слоисто-неоднородного нефтяного пласта в рамках концепции CRM-моделирования. Сформулирована и применена оригинальная математическая модель для анализа разработки нефтяных пластов с нелинейной зависимостью пористости и проницаемости от давления в рамках концепции ячеек заводнения. Постановка задачи призвана учесть проявления режима доуплотнения пласта, который сопровождается упругой (обратимой) деформацией твердого пористого тела (минерального скелета) пласта при падении пластового давления, что вызывает существенное сокращение пористости и сильное сокращение проницаемости породы, изменение других ее физических свойств. Предлагаемая модель протестирована на гипотетическом примере. Расчеты показали, что для заданных условий разница в накопленной добыче нефти может составлять от 20 % до 80 % и сложным образом изменяется во времени. Таким образом, учет нелинейной зависимости пористости от давления и переменной проницаемости может существенно сказаться на прогнозной добыче нефти и является важным для пластов, в которых проявляются такие эффекты. Предложена математическая модель для интерпретации гидродинамических исследований скважин, работающих с переменным дебитом в однородном и изотропном пласте в форме полубесконечной полосы. Иначе эту интерпретационную модель называют модель пласта с тремя непроницаемыми границами или модель границ в форме «стакана». Предложенная математическая модель позволяет определить проницаемость пласта, гидропроводность, скин-фактор, расстояния до трех непроницаемых границ и пластовое давление. Предложенная модель протестирована на реальном примере. Рассмотрены исследования двух скважин, вскрывающих карбонатный коллектор. Получено хорошее совпадение значений параметров пласта по двум рассмотренным методам интерпретации – классический подход и предложенная модель. Классический подход требует знания пластового давления, а предложенный метод позволяет его определить, что является его главным преимуществом.