Viscoelastic effects under water-polymer flooding conditions of the fractured-porous reservoir

• Autorzy: Pogrebnyak Volodymyr G. , Shimanskii Volodymyr Y. , Pogrebnyak Andriy V. , Perkun Iryna V.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2023.07.02

Warianty tytułu

PL

Efekty lepkosprężyste w warunkach nawadniania kolektora szczelinowo-porowego cieczą wodno-polimerową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The work is devoted to the numerical simulation of the flow of simple and viscoelastic (polymer solution) fluids through a fracture by using polymer solutions for enhanced oil recovery from a reservoir. Polymer solutions have viscoelastic properties. Therefore, when polymer solution flows through the slot, we use the well-known Maxwell’s fluid model with the Jaumann derivative to evaluate deformation characteristics of the flow (stream functions, distributions of the longitudinal velocity gradient and normal stress) resulting in the manifestation of abnormal (compared with the behaviour of the ordinary fluid) effects. The case of slow flow is considered. In this case, the inertial terms can be neglected, the velocities, stresses, and stream functions can be written as the decomposition by Weisenberg number, and we can assume that the Weissenberg number is less than one. The determined regularities of viscoelastic (polymer solution) liquid behaviour with longitudinal velocity gradient and the elastic deformations effects manifested in this case have a decisive meaning in understanding the mechanism of anomalously high oil recovery capacity of a reservoir by using water-polymer flooding of the fractured-porous reservoir. Understanding the nature of the effects of elastic deformations under the conditions of water-polymer flooding of the fractured-porous reservoir enables hydrodynamic calculations of the optimal flow of the polymer solution. One of the main issues that need to be solved when developing the technology for increasing oil recovery from formations using polymer solutions is to determine the optimal flow regime in the fractured-porous reservoir. The calculation results verify the ideas obtained from the experimental solution of this problem concerning the strain-stress state of polymer macromolecules (liquid elements) during polymer flow in the inlet area of the fracture in the oil reservoir and confirm the possibility of using numerical analysis of convergent polymer flow for calculating longitudinal velocity gradients in the inlet area of the fracture and can also serve as additional substantiation of the proposed earlier mechanism for increasing oil recovery from reservoirs by using polymer solutions.

PL

Praca poświęcona jest symulacji numerycznej przepływu płynów prostych i lepkosprężystych (roztworów polimerowych) przez szczelinę z wykorzystaniem roztworów polimerowych w celu zwiększenia wydobycia ropy naftowej ze złoża. Dlatego, gdy roztwór polimeru przepływa przez szczelinę, używamy dobrze znanego modelu cieczy Maxwella z pochodną Jaumanna do oceny charakterystyk deformacji przepływu (funkcje strumienia, rozkład gradientu wzdłużnego prędkości i normalnego naprężenia), co skutkuje pojawieniem się nietypowych (w porównaniu z zachowaniem zwykłego płynu) efektów. Rozważany jest przypadek spowolnionego przepływu. W tym przypadku składowe inercyjne można pominąć, prędkości, naprężenia i funkcje strumienia można zapisać jako rozkład wg liczby Weisenberga i możemy założyć, że liczba Weissenberga jest mniejsza niż jeden. Określone prawidłowości lepkosprężystych właściwości cieczy (roztworu polimeru) z gradientem prędkości wzdłużnej, jak i przejawiające się w tym przypadku efekty odkształceń sprężystych, mają decydujące znaczenie dla zrozumienia mechanizmu anomalnie wysokiej wydajności wydobycia ropy naftowej ze złoża poprzez nawadnianie złoża szczelinowo-porowego cieczą wodno-polimerową. Zrozumienie natury efektów odkształceń sprężystych w warunkach nawadniania szczelinowo-porowatego złoża cieczą wodno-polimerową umożliwia przeprowadzenie obliczeń hydrodynamicznych optymalnego przepływu roztworu polimeru. Jednym z głównych zagadnień, które należy rozwiązać podczas opracowywania technologii zwiększania wydobycia ropy naftowej z formacji za pomocą roztworów polimerowych, jest określenie optymalnego reżimu przepływu w zbiorniku szczelinowo-porowym. Wyniki obliczeń weryfikują koncepcje uzyskane z eksperymentalnego rozwiązania tego problemu dotyczącego stanu naprężenia makrocząsteczek polimeru (elementów ciekłych) podczas przepływu polimeru w obszarze wlotowym szczeliny w zbiorniku ropy naftowej i potwierdzają możliwość zastosowania analizy numerycznej zbieżnego przepływu polimeru do obliczania gradientów prędkości wzdłużnej w obszarze wlotowym szczeliny, a także mogą służyć jako dodatkowe uzasadnienie proponowanego wcześniej mechanizmu zwiększania wydobycia ropy naftowej ze złóż za pomocą roztworów polimerowych.

Słowa kluczowe

EN

viscoelastic fluid; polymer solution; Jaumann derivative; hydrodynamic field; velocity gradient; fractured-porous reservoir

PL

ciecz lepkosprężysta; roztwór polimeru; pochodna Jaumanna; pole hydrodynamiczne; gradient prędkości; złoże szczelinowo-porowe

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 79, nr 7
• Strony: 455--463
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys.

Twórcy

autor

Pogrebnyak Volodymyr G.

• Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas

autor

Shimanskii Volodymyr Y.

• Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas

autor

Pogrebnyak Andriy V.

• Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas

autor

Perkun Iryna V.

• Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas

Bibliografia

• Astarita J., Marucci J., 1978. Osnovyi gidromehaniki nenyutonovskih zhidkostey. Monografiy, Wydawnictwa Mir, Moscow, 1–309.
• Azad M.S., Trivedi J.J., 2019. Quantification of the Viscoelastic Effects During Polymer Flooding: a Critical Review. SPA Journal,24(06): 2731–2757. DOI: 10.2118/195687-PA.
• Boiko V.S., Kondrat R.M., Yaremiichuk Z.S.,1996. Dovidnyk z naftohazovoi spravy. Wydawnictwa Svit, L’viv, 1–620.
• Bondarenko A.V., Kudryashova D.A., 2015. The application of hydrodynamic modeling for predictive effectiveness assessment of polymer flooding technology on Moskudinskoye field. Oil Industry,10: 102‒105.
• Brestkin Yu.V., 1987. Dynamic coil–extended chain phase transition in the longitudinal field. Acta Polymerica, 38(8): 470–477. DOI:10.1002/actp.1987.010380803.
• Brestkin Yu.V., Ahranova S.F., D’iakova N.Е., Pogrebnyak V.G., Tverdokhleb S.V., 1989. Birefringence effects of polymer-solutions in hydrodynamic fields. Vysokomolekulyarnye Soedineniya, Seriya B, 31(11): 844–846.
• Brestkin Yu.V., Amribakhshov A.A., Kholmuminov A.A., Frenkel S.Y., 1988. Razvorachivanie makromolekul pri shodyaschemsya techenii. Izv. AN UzSSR, Seriya phiz.-mat. nauk., 6: 80–84.
• Ferri J., 1983. Vyazkouprugie svoystva polimerov. Monografiy, Wydawnictwa, Inostr. Lit., Moscow, 1–535.
• Hintse I.O., 1963. Turbulentnost. Mehanizm i teoriya. Monografiy, Wydawnictwa, Phiz.-mat. Izdat., Moscow, 1–680.
• Ivanyuta Yu.F., Naumchuk N.V., Pogrebnyak V.G., Tverdokhleb S.V., Frenkel S.Ya., 1985. Flow structure of aqueous solutions of polyethylene oxide in the inlet region of short capillaries. Journal of Engineering Physics, 49(4): 1192–1197. DOI: 10.1007/BF00871917.
• Ivanyuta Yu.F., Pogrebnyak V.G., Frenkel S.Ya., 1992. Structure of the hydrodynamic field and strain behavior of flexible macromolecules in convergent flow. Vysokomolekulyarnye Soedineniya, Seriya A, 34(3): 133–138.
• Kachurin A., Sattarov R., Ayupova D., Gabdullina A., 2011. Improvement of the technology of strata oil recovery enhancement using Soft Pusher Polyacrylamide in the fields of LUKOIL‒Western Siberia. Oil Industry, 8: 126–128.
• Kristensen R., 1994. Vvedenie v teoriyu vyazkouprugosti. Monografiy, Wydawnictwa, Mir, Moscow, 1–338.
• Lodge A.S., 1999. Elastichnyie zhidkosti. Vvedenie v reologiyu konechnodeformiruemyih polimerov. Monografiy, Wydawnictwa, Nauka, Moscow, 1–463. Nakamura K., 1987. Medlennoe istechenie vyazkouprugoy zhidkosti po konicheskomu kanalu. Senk'i kikay gakkay si., 31(8): 49–64.
• Pogrebnyak A., Chudyk I., Pogrebnyak V., Perkun I., 2019. Coil-uncoiled chain transition of polyethylene oxide solutions under convergent flow. Chemistry and Chemical Technology, 13(4):465–470. DOI: 10.23939/chcht13.04.465.
• Pogrebnyak V.G., Chudyk I.I., Pogrebnyak A.V., Perkun I.V., 2022. Perforation of oil and gas wells by a high-velocity jet of polymer solution. Nafta-Gaz, 78(1): 3–13. DOI: 10.18668/NG.2022.01.01.
• Pogrebnyak V.G., Naumchuk N.V., 1992. Dynamic structurization in solutions of hydrodynamically active polymers. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 63(2): 763–765. DOI: 10.1007/BF00861695.
• Pogrebnyak V.G., Naumchuk N.V., 1995. On the hydrodynamic activity of polymers in high-velocity flows. Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, 68(1): 146–148.
• Pogrebnyak A.V., Perkun I.V., Pogrebnyak V.G., 2017. Degradation of Polymer Solutions in a Hydrodynamic Field with a Longitudinal Velocity Gradient. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 90(5): 1219–1224. DOI: 10.1007/s10891-017-1677-8.
• Pogrebnyak V.G., Pisarenko A.A., 1999. Deformation effects in case of a flow with stretching of polymer solutions. Banerjee S., Eaton J.K. (ed.), Turbulence and Shear flow phenomena. 1 First International Symposium Santa Barbara, California, 1345–1350.
• Pogrebnyak V.G., Voloshin V.S., 2010. Ecological Technology of Creating Waterproof Screens. Monograph, Publisher Knowledge, Donets, 1–482.
• Povkh I. L., Pogrebnyak V. G., Toryanik A. I., 1979. Relation between molecular structure of polyethyleneoxide and drag reduction. Journal of Engineering Physics, 37(4): 1131–1136. Sheng J.J., Leonhardt B., Azri N., 2015. Status of Polymer-Flooding Technology. Journal of Canadian Petroleum Technology, 54 (2):116–126. DOI: 10.2118/174541-PA.
• Vinogradov G.V., Malkin A.Ya., 1977. Reologiya polimerov. Monografiy, Wydawnictwa Khimiya, Moscow, 1–440.
• Voytkunskiy Ya.I., Amfilohiev V.V., Pavlovskiy V.A., 1970. Sb. nauch. tr. Leningr. korablestr. ins-t, 69: 19–25.
• Wei B., Romero-Zerón L.R., Rodrigue D., 2014. Oil displacement mechanisms of viscoelastic polymers in enhanced oil recovery: a review. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 4 (2): 113–121. DOI: 10.1007/s13202-013-0087-5

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).