Дипломная работа на тему "ТЮМГУ | Расчёт абсолютной проницаемости пористой среды с учётом извилистости каналов"

Работа на тему: Расчёт абсолютной проницаемости пористой среды с учётом извилистости каналов
Оценка: отлично.
Оригинальность работы на момент публикации 50+% на антиплагиат.ру.
Ниже прилагаю все данные для покупки.
https://studentu24.ru/list/suppliers/Anastasiya1---1326

Описание работы

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
РАСЧЁТ АБСОЛЮТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПОРИСТОЙ СРЕДЫ С УЧЁТОМ ИЗВИЛИСТОСТИ КАНАЛОВ

01.03.03 Механика и математическое моделирование

Тюмень 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ
СПИСОК ТЕРМИНОВ 3
ВВЕДЕНИЕ 8
ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ РАСЧЁТА ПРОНИЦАЕМОСТИ 12
1.1. МЕТОДЫ РАСЧЁТА АБСОЛЮТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ 12
1.1.1. АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА АБСОЛЮТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ 12
1.1.2. ДИСКРЕТНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА АБСОЛЮТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ 14
1.2. ВЛИЯНИЕ И УЧЁТ ИЗВИЛИСТОСТИ КАНАЛОВ НА ПРОНИЦАЕМОСТЬ 16
ГЛАВА 2. РАСЧЁТ ПРОНИЦАЕМОСТИ ЧЕРЕЗ КРИВЫЕ КАПИЛЛЯРНОГО ДАВЛЕНИЯ 18
2.1 ОПИСАНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ 18
2.2 РАСЧЁТ АБСОЛЮТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ АНАЛИТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ 26
2.3 РАСЧЕТ АБСОЛЮТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ДИСКРЕТНЫМИ МЕТОДАМИ 35
ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 37
3.1 СРАВНЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ 37
3.2 ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ АНАЛИТИЧЕСКИХ И ДИСКРЕТНЫХ МЕТОДОВ 50
3.2.1 АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ 50
3.2.2 ДИСКРЕТНЫЕ МЕТОДЫ 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 55

СПИСОК ТЕРМИНОВ
Приведём основные термины используемые в работе:
Пористость — это физическая величина, характеризующая объемную долю пор или пустот в материале по отношению к общему объему. Это ключевой параметр в геологии и нефтегазовой инженерии, влияющий на способность породы пропускать жидкости.
Пористость обычно измеряется в долях единицы или в процентах и может варьироваться от нуля (для абсолютно непористых материалов) до единицы (для материалов, полностью состоящих из пор). Она также может быть анизотропной, то есть иметь различные значения в разных направлениях.
В контексте работы пористость является важным параметром, влияющим на способность породы пропускать жидкости, и ее наличие является важнейшей частью исследования.
Историческая справка: Понятие пористости было введено в геологию и нефтяную инженерию в середине 20-го века, когда стало возможным более точное измерение пористости на образцах горных пород в лаборатории. [Bear, J., c. 162-163]
Проницаемость в геологии определяет способность пористой среды пропускать жидкости, играя важную роль в гидрогеологии, нефтяной инженерии и экологии. Она измеряется в дарси (Darcy), но в СИ принято измерять в метрах в квадрате (м?). Факторы, влияющие на проницаемость, включают размер, форму и распределение пор, а также вязкость жидкости и давление. Проницаемость может быть анизотропной, т.е. иметь разные значения в разных направлениях.
Гидролог Генри Дарси в 19 веке впервые определил проницаемость и разработал соответствующий закон, описывающий поток жидкости через пористую среду. Этот закон является основой для расчета проницаемости.
В контексте работы, проницаемость – это ключевой параметр, влияющий на способность породы пропускать жидкости. [Bear, J., с. 4-9]
Методы расчета проницаемости — это различные подходы, используемые для определения способности пористой среды пропускать
жидкости. Они играют важную роль в геологии и нефтяной инженерии, где проницаемость является ключевым параметром для оценки способности породы пропускать нефть, газ или воду.
Методы расчета проницаемости обычно делятся на две основные категории: аналитические и численные (или дискретные).
Аналитические методы основываются на математических моделях и формулах, представляющих собой упрощенные представления реального мира. Они обычно быстрее и проще в использовании, но могут не учитывать все сложности реальной пористой среды.
Численные или дискретные методы основываются на численных моделях и компьютерном моделировании. Они могут быть более точными и учитывать больше деталей, но они также могут быть более сложными и требовать больше времени и вычислительных ресурсов.
Историческая справка: Методы расчета проницаемости были разработаны в середине 20 века, когда стало возможным проводить более точные измерения проницаемости на образцах породы в лаборатории и когда были разработаны первые численные модели для моделирования потока жидкости через пористые среды.
Тортуозность — это физическая величина, которая описывает степень извилистости пути потока жидкости через пористую среду. Она является безразмерной величиной и обычно обозначается символом ?.
Тортуозность играет важную роль в геологии и нефтяной инженерии, где она влияет на проницаемость породы и скорость потока жидкости. Более высокие значения тортуозности соответствуют более извилистым путям потока, что может уменьшить проницаемость и увеличить время транспортировки жидкости через породу.
В контексте работы, тортуозность является важным параметром, который влияет на способность породы пропускать жидкости, и ее измерение или расчет может быть важной частью исследования.
Историческая справка: Понятие тортуозности было введено в геологии и нефтяной инженерии в середине 20 века, когда стало возможным проводить более точные измерения и моделирование потока жидкости через пористые среды.
Сплайн-интерполяция — это метод численного моделирования, который используется для аппроксимации функции с помощью полиномиальных кривых, или "сплайнов". Эти сплайны обычно выбираются так, чтобы они были гладкими и хорошо аппроксимировали данные, и чтобы они совпадали с данными в определенных точках, называемых узлами.
Сплайн-интерполяция широко используется в различных областях, включая компьютерную графику, геометрию, статистику и инженерию. Она обеспечивает гибкий и мощный инструмент для моделирования сложных форм и паттернов, которые могут быть сложными для аппроксимации с помощью других методов.
Метод Corey-Brooks, также известный как модель Corey, — это математическая модель, которая используется для описания кривых капиллярного давления и относительной проницаемости в пористых средах. Эта модель была впервые предложена Corey в 1954 году и дальше развита Brooks и Corey в 1964 году.
Модель Corey-Brooks предполагает, что капиллярное давление и относительная проницаемость могут быть описаны с помощью эмпирических уравнений, которые зависят от насыщенности породы жидкостью. Эти уравнения имеют параметры, которые могут быть определены из экспериментальных данных.
? 1
????
= ??0
? (???? ? ??????) ??, 1 ? ??????
где ???? — капиллярное давление, Па,
??0 — константа, зависящая от свойств среды, Па,
???? — водонасыщенность, д. ед.,
?????? — остаточная водонасыщенность образца, д. ед.,
?? — параметр, который определяет форму кривой капиллярного давления.
В контексте этой работы, метод Corey-Brooks может быть использован для анализа данных о капиллярном давлении и относительной проницаемости, которые вы собрали в ходе своего исследования.
Историческая справка: Метод Corey-Brooks был впервые предложен в середине 20 века и с тех пор широко используется в геологии и нефтяной инженерии для анализа свойств пористых сред. [Brooks, R.H., Corey, A.T., с. 26- 28]
Root Mean Square Error (RMSE) — это статистическая мера, которая используется для оценки точности прогнозных моделей. Она измеряет среднеквадратичное отклонение прогнозируемых значений от истинных значений.
RMSE вычисляется как квадратный корень из среднего значения квадратов ошибок прогноза. Меньшие значения RMSE указывают на более точные прогнозы, в то время как большие значения указывают на менее точные прогнозы.
В контексте вашей работы, RMSE может быть использован для оценки точности моделей, которые вы используете для предсказания свойств породы, таких как проницаемость или пористость.
Историческая справка: RMSE был впервые предложен в статистике в середине 20 века и с тех пор широко используется в машинном обучении и других областях, где требуется оценка точности прогнозных моделей. [Components of information for multiple resolution comparison between maps that share a real variable, с. 111-142]
Кластеры образцов в работе относятся к группам образцов горных пород, которые сгруппированы вместе на основе их горизонта. Это может быть особенно полезно при анализе больших массивов данных, когда образцы могут быть сгруппированы вместе на основе общих характеристик, таких как проницаемость, пористость или другие свойства, которые могут меняться в зависимости от горизонта.
Группировка образцов может помочь в выявлении общих тенденций или закономерностей в данных, которые могут быть неочевидны при рассмотрении отдельных образцов. Она также может помочь в упрощении данных, позволяя сосредоточиться на группах образцов, а не на отдельных точках данных.
Историческая справка: Использование кластерного анализа в геологии и нефтегазовой инженерии стало более распространенным с развитием вычислительных технологий и методов машинного обучения в конце 20-го и начале 21-го веков. Это позволило исследователям анализировать большие массивы данных и выявлять сложные закономерности и взаимосвязи между различными параметрами.
Кривые капиллярного давления представляют собой графическое изображение зависимости капиллярного давления от насыщенности породы жидкостью. Эти кривые играют ключевую роль в геологии и нефтяной инженерии, где они используются для оценки свойств породы и ее способности пропускать жидкости.
Капиллярное давление — это давление, которое возникает на границе между двумя несмешивающимися жидкостями в пористой среде из-за поверхностного натяжения. Это давление влияет на распределение жидкостей в породе и на скорость, с которой они могут проникать через породу.
Кривые капиллярного давления строятся путем измерения капиллярного давления при различных уровнях насыщенности жидкостью. Эти кривые можно использовать для определения таких параметров, как входное капиллярное давление и остаточная насыщенность водой.
В геологии и нефтяной инженерии концепция капиллярного давления и его измерение были введены в середине 20 века, когда стало возможно проводить более точные измерения на образцах породы в лаборатории.

ВВЕДЕНИЕ
В современном мире, где нефть и газ продолжают играть важную роль в энергетической инфраструктуре, понимание свойств пористых сред, таких как геологические пласты, является критически важным. Одним из ключевых параметров, характеризующих пористые среды, является их проницаемость, которая определяет способность среды пропускать через себя флюиды. Проницаемость, в свою очередь, сильно зависит от структуры пор и каналов в среде, включая их извилистость.
Основным способом определения проницаемости является эксперимент, но этот процесс часто бывает сложным и трудоемким. Кроме того, экспериментальные данные обычно доступны только для ограниченного набора образцов, и поэтому возникает необходимость в методах, которые позволили бы оценивать проницаемость для широкого спектра пористых сред. Особенно это актуально, когда сталкиваемся с задачей предсказания проницаемости в тех областях, где прямые измерения сложны или невозможны.
В данной работе сосредоточимся на расчете абсолютной проницаемости пористой среды с учетом извилистости каналов. Рассмотрим как аналитические, так и дискретные методы расчета проницаемости, чтобы получить более полное представление о возможностях и ограничениях каждого подхода.
Разработанная модель не призвана заменить экспериментальные измерения. Она дополняет их, расширяя область знаний о проницаемости пород. Основываясь на данных, полученных в ходе экспериментов, модель позволяет расширить область применения этих данных, предоставляя возможность оценки проницаемости в условиях, где прямые измерения могут быть сложными или невозможными. Таким образом, работа вносит вклад в углубление понимания проницаемости пористых сред и может служить основой для дальнейших исследований в этой области.
Актуальность проблемы подчеркивается важностью углеводородных источников энергии, таких как нефть, газ и уголь, которые составляют более 80% первичной энергии и остаются ключевыми на глобальном уровне. Эффективное
извлечение этих ресурсов требует глубокого понимания свойств пористых сред, в которых они находятся. Абсолютная проницаемость является одной из ключевых характеристик, но промысловые данные по проницаемости ограничены, независимо от количества исследованных образцов. Разведочные скважины имеют ограниченное количество, и данные собираются неравномерно с разной глубины. В этом контексте, выявление закономерностей, присущих пласту, становится актуальной задачей. Существующие методы расчета проницаемости часто упрощают структуру пористой среды, что может приводить к неточностям в прогнозах. В частности, извилистость каналов, которая играет важную роль в определении проницаемости, часто игнорируется. Основной целью данного исследования является развитие всестороннего понимания расчета абсолютной проницаемости в пористых средах с особым акцентом на роль извилистости канала. Это предполагает детальное изучение основополагающих принципов, методологии и методов, используемых при определении проницаемости, в соответствии с работами исследователей, таких
как Дарси (1856) и Козени (1937).
Задачи исследования:
1. Провести обзор и критический анализ существующих методов расчета абсолютной проницаемости, включая как аналитические, так и дискретные методы, основываясь на работах различных исследователей в этой области.
2. Изучить влияние извилистости каналов на значение абсолютной проницаемости пористых сред.
3. На основе сформулированных методов выработать оптимальный алгоритм расчёта проницаемости с учётом извилистости.
4. Сформулировать направления дальнейших исследований.
Объектом данного исследования являются пористые среды, характеризующиеся наличием многочисленных пор или пустот в своей структуре. Подобные среды встречаются в самых разных контекстах, включая геологические структуры, такие как песчаники и известняки, а также в
синтетических продуктах, например в пенопластах или керамике. Структура, форма и распределение пор в этих средах влияют на способность флюидов проникать в эти поры и перемещаться через них. Пористые среды встречаются в самых разных природных и искусственных условиях, и их свойства оказывают существенное влияние на различные физические, химические и биологические процессы. В частности, данное исследование посвящено свойству проницаемости, которое определяет способность жидкости протекать через пористую среду.
Предметом исследования является расчет абсолютной проницаемости в пористых средах — сложный процесс, требующий глубокого понимания структуры среды и поведения жидкости. На этот расчет влияет несколько факторов, включая размер, форму и распределение пор, вязкость жидкости и извилистость каналов в среде. Последняя, которая относится к отклонению пути жидкости от прямой линии из-за сложной структуры среды, представляет особый интерес в данном исследовании.
Путем детального рассмотрения объекта и предмета исследования, цель исследования — обеспечить всестороннее понимание расчета проницаемости и ее зависимости от извилистости каналов. Полученные знания могут быть применены для оптимизации процессов течения флюидов в различных областях, включая гидрогеологию, нефтяную инженерию и экологию.
Методология данного исследования разработана таким образом, чтобы обеспечить всестороннее и систематическое исследование расчета абсолютной проницаемости в пористых средах с акцентом на роль извилистости канала. Процесс исследования включает в себя несколько ключевых этапов:
1. Теоретическое исследование включает изучение и анализ существующей литературы по расчету проницаемости и извилистости канала, а также глубокое теоретическое исследование принципов и механизмов, лежащих в основе расчета абсолютной проницаемости. Этот этап помогает определить текущее состояние знаний в этой области и выявить возможные пробелы в исследовании.
2. Анализ данных подразумевает обработку и анализ данных, полученных в процессе исследования. Важной частью этого этапа является критическая оценка и сравнение различных методов расчета абсолютной проницаемости с учетом их преимуществ и недостатков.
3. Применение методов заключается в использовании различных методов расчета абсолютной проницаемости, включая как аналитические, так и дискретные методы. Особое внимание уделяется сравнению результатов, полученных различными методами.
4. Интерпретация результатов основывается на данных и их анализе, на основе которых формулируются выводы и рекомендации для дальнейшего исследования и практического применения в этой области. Методология исследования основана на комбинированном подходе, включающем как качественный, так и количественный анализ, чтобы обеспечить
всестороннее и объективное понимание исследуемого вопроса.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Барышников Н. А. Двухфазные струйные течения в пористых средах: дисс.
… канд. ф.-м. наук: 25.00.10/ Барышников Н. А. Институт динамики геосфер Российской академии наук. Москва. 2014. 126 с.
2. Бжицких Т.Г. Определение физических и фильтрационно-емкостных свойств горных пород: практикум для выполнения учебно-научных работ студентами направления «Прикладная геология» и «Нефтегазовое дело» / Т.Г. Бжицких, С.Ф. Санду, Н.Э. Пулькина – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. – 90 с.
3. Гиматудинов Ш. К. – М.: «Недра», 1971. – 312 с.
4. Михайлов Н. Н., Гурбатова И. П. Экспериментальное изучение влияния масштабных эффектов на характеристики двухфазной фильтрации// Нефтяное хозяйство. – 2012 №12. С. 107 – 111.
5. Недоливко Н. М. Исследование керна нефтегазовых скважин: Учебное пособие. – Томск: Издательство ТПУ. – 2006. 170 с. 68
6. Овчаров В. В. Обзор методов расчета и процедур корректировки кривых относительных фазовых проницаемостей для гиродинамического моделирования залежей углеводородов// Вестник кибернетики. – 2014. № 1. С. 10-16. 66
7. Определение количества воды в нефти и деэмульсация методом центрифугирования. Определение остаточной водонасыщенности образцов породы методом центрифугирования: метод. указания / Н. В. Воронина, Е. М. Ступина. – 2-е изд., исправ. – Ухта: УГТУ, 2012. – 7 с.
8. Основы разработки нефтяных и газовых месторождений: Учебник/ Дейк Л. П. / под ред. Симкина Э. М. – М.: «Премиум Инжиниринг», 2009. – 570 с.
9. Петрофизика (физика горных пород): Учебник. Изд. 2, перепаб. и доп. / Добрынин В. М., Вендельштейн Б. Ю., Кожевников Д. А. / под ред. д. ф.- м. наук Кожевникова Д. А. – М.: ФГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004. – 368 с.
10. Петрофизические методы исследования кернового материала (терригенные отложения): Учебное пособие в 2-х кн., кн. 1; сост. Иванов М. К., Бурлин Ю. К., Калмыков Г. А., Карнюшина Е. Е., Коробова Н. И. – М.: Издательство Московского университета. – 2008. 107 с.
11. Петрофизические методы исследования кернового материала: Учебное пособие в 2-х кн., кн. 2; сост. Иванов М. К., Калмыков Г. А., Белохин В. С., Корост Д. В., Хамидуллин Р. А. – М.: Издательство Московского университета. – 2008. 115с.
12. Подземная гидромеханика: Учебник для вузов/ Басниев К. С., Кочина И. Н., Максимов В. М. – М.: «Недра», 1993. – 416 с.
13. Сотников О. С. Совершенствование методов определения относительных фазовых проницаемостей и их применения при гидродинамическом моделировании разработки нефтяных месторождений: дисс. … канд. техн. наук 25.00.17/ Сотников О. С. Татарский научно-исследовательский проектный институт нефти ОАО «Татнефть», Бугульма. 2009. 155 с.
14. Тудвачев А. В., Коносавский П. К. Анализ и прогнозирование зависимостей функции фазовой проницаемости нефтенасыщенных коллекторов на примере месторождений Сургутского и Вартовского сводов Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции// Вестник СПбГУ. – 2013. Сер.7, Вып. 1. С. 31 – 41.
15. Устройство для насыщения образцов керна углеводородами и водными растворами УНК-11. Инструкция по эксплуатации. Новосибирск: ЗАО
«Геологика», 2008. 14 с.
16. Фаддеев М.А. ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА. - ННГУ, 2010. - 122 с.
17. Физика нефтяного и газового пласта: Учебник. Изд. 2, перепаб. и доп. / 18.Физика нефтяных и газовых коллекторов: Учебник/ Котяхов Ф. И. – М.:
«Недра», 1977. – 288 с.
19. Хусаинов А. Т., Шаповалов И. Ю. Относительные фазовые проницаемости в моделировании (на примере гидродинамических моделей)// Академический журнал Западной Сибири. – 2015. №2. С. 59 – 61.
20. Adler, P.M. Porous Media: Geometry and Transports // Butterworth- Heinemann. – 1992
21. Anderberg, M.R. Cluster Analysis for Applications // Academic Press. – 1973 22.Anderson, W.G. Wettability Literature Survey - Part 2: Wettability
Measurement // SPE Journal. – 1986
23. Brooks, R.H., Corey, A.T. Hydraulic Properties of Porous Media and Their Relation to Drainage Design. // Transactions of the ASAE - 1964
24. Freeze R.A., Cherry J.A. Groundwater // Prentice-Hall Inc. - 1979. - №7632. - С. 604.
25. Jacob Bear Dynamics of Fluids in Porous Media. - 1972. - 764 с.
26. Jain, A.K., Murty, M.N., Flynn, P.J. Data clustering: a review // ACM Computing Surveys. – 1999
27. Leopold, L.B., Wolman, M.G., Miller, J.P. Fluvial Processes in Geomorphology// Dover Publications. – 1964
28. Morrow, N.R. Capillary Pressure Correlations for Uniformly Wetted Porous Media // Journal of the Canadian Petroleum Technology. – 1975
29. Pontius, Robert; Thontteh, Olufunmilayo; Chen, Hao Components of information for multiple resolution comparison between maps that share a real variable // Environmental Ecological Statistics – 2008