Numerical Simulation of Coupled Heat Exchange in a Producing Reservoir

Yu. K. Leonov; T. L. Zorin; A. V. Lushnikov; and A. M. Zorin

doi:10.17804/2410-9908.2025.3.031-042

Yu. K. Leonov, T. L. Zorin, A. V. Lushnikov, and A. M. Zorin

NUMERICAL SIMULATION OF COUPLED HEAT EXCHANGE IN A PRODUCING RESERVOIR

DOI: 10.17804/2410-9908.2025.3.031-042

The paper reports on the numerical simulation of conjugate heat transfer occurring in an oil-saturated reservoir and a production borehole with the introduction of a heating inductive cable. It estimates the potential efficiency of using a heating cable to increase the average static temperature
of the reservoir and the extractive fluids, thus creating conditions unsuitable for the vital activity of sulfate-reducing bacteria. Due to a significant reservoir length and a well depth of more than 1 km, the problem is considered in a plane formulation using two planes: the transverse and longitudinal sections of the reservoir. The sections are aligned along the producing well. Both the thermophysical properties of the rock and the physical properties of all the structural and building materials of the well and the extracting column are taken into account. Numerical simulation was performed in a quasi-stationary formulation based on the finite volume method. The study resulted in the values of the fields of the physical quantities of the fluid (a mixture of water and oil with a fixed water cut degree), the associated petroleum gas, and the temperature fields in the longitudinal and transverse sections. It shows both the inefficiency of using a heating cable to change the temperature of the reservoir in the oil production zone and the sufficiency of the heat flow from the heating cable to maintain a fluid temperature of at least 65 °C in the borehole, which is sufficient to suppress the vital activity of sulfate-reducing bacteria in the borehole and enhance the performance of the downhole equipment.

Keywords: numerical simulation, conjugate heat transfer, oil-saturated reservoir, heating cable, heat treatment, heat flow, thermal effect on sulfate-reducing bacteria, biocorrosion control

References:

Gaffarov, D.R. History and prospects of application of hydraulic fracturing in domestic oil production. Vestnik Nauki, 2024, 1, 6 (75), 1944–1952. (In Russian). Available at: https://www.вестник-науки.рф/article/15431
Ilyina, G.F. and Altunina, L.K. Metody i tekhnologii povysheniya nefteotdachi dlya kollektorov Zapadnoy Sibiri: uchebnoye posobiye [Enhanced Oil Recovery Methods and Technologies for Collectors of Western Siberia: a Tutorial]. TPU Publ., Tomsk, 2006, 166 p. (In Russian).
Baikov, V.A., Zulkarniev, R.Z., Am, Z., and Fahretdinov, I.V. Waterflood control at Priobskoye multizone reservoir with dual injection equipment. Neftyanoe Khozyaistvo, 2014, 10, 92–95. (In Russian).
Topal, A., Usmanov, T., Zorin, A., Mennegaleev, O., and Sinitsyn, M. Efficiency of horizontal wells elongation in carbonate reservoirs on the example of deposits “Udmurtneft” OJSC. Burenie i Neft, 2018, 10, 60–64. (In Russian).
Topal, A.Yu., Firsov, V.V., Zorin, A.M., Tsepelev, V.P., and Usmanov, T.S. Features of the development of carbonate oil rims with the presence of extensive gas caps using barrier waterflooding of fields of Udmurtneft OJSC. Neftyanoe Khozyaistvo, 2019, 6, 46–49. (In Russian).
Rustamov, M. Influence of sulfate-reducing bacteria (SRB) during oil production. Universum: Tekhnicheskie Nauki, 2024, 6 (123). (In Russian). DOI: 10.32743/UniTech.2024.123.6.17721. Available at: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/17721
Sokolova, E.A. Influence of temperature on development of sulfate-reducing bacteria in the laboratory and field in winter. Contemporary Problems of Ecology, 2010, 3, 631–634. DOI: 10.1134/S1995425510060032.
Rezyapova, I.B. Sulfatvosstanavlivayushchie bakterii pri razrabotke neftyanykh mestorozhdenii [Sulfate-Reducing Bacteria in the Development of Oil Fields]. Gilem Publ., Ufa, 1997, 51 p. (In Russian).
Zorin, T.L., Borkhovich, S.Y., and Polozov, M.B. The effect of sulfate-reducing bacteria on the development of oil fields. Burenie i Neft, 2025, 02, 40–46. (In Russian).
Leonov, Yu.K., Zorin, T.L., Myasnikov, I.Yu., Lushnikov, A.V., Evdokimov, D.K., and Agafonov, A.A. The effect of temperature on the vital activity of sulfate-reducing bacteria. Neft. Gaz. Novatsii, 2024, 6, 43–51. (In Russian).
Andreeva, D.D. and Fakhrutdinov, R.Z. Corrosion-hazardous microflora of oil fields. Vestnik Kazanskogo Tehnologicheskogo Universiteta, 2013, 10, 237–242. (In Russian).
Volkov, K.A., Milovzorov, G.V., Volkov, A.Ya., Borkhovich, S.Yu., and Hafizov, A.R. Thermocyclic technology of stimulation on the formation using downhole electrical heaters. Neftegazovoe Delo, 2012, 6, 204–212. (In Russian).
Kudinov V.I. Sovershenstvovanie teplovykh metodov razrabotki mestorozhdenii visokovyazkikh neftey [Improvement of Thermal Methods for the Development of High-Viscosity Oil Fields]. Neft i Gas Publ., Moscow, 1996, 284 p. (In Russian).
Antoniadi, D.G., Garushev, A.R., and Ishkhanov, V.G. Nastolnaya kniga po termicheskim metodam dobychi [Thermal Recovery Methods Handbook]. Sovetskaya Kuban Publ., Krasnodar, 2000, 464 p. (In Russian).

Ю. К. Леонов, Т. Л. Зорин, А. В. Лушников, А. М. Зорин

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СОПРЯЖЕННОГО ТЕПЛООБМЕНА В ПРОДУКТИВНОМ ПЛАСТЕ

Работа посвящена вопросам численного моделирования процессов сопряженного теплообмена, протекающих в продуктивном нефтенасыщенном пласте и стволе добывающей скважины при внедрении греющего индуктивного кабеля. Оценивается потенциальная эффективность применения греющего кабеля для воздействия на продуктивный пласт и добываемые флюиды с целью формирования условий, непригодных для жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий, за счет повышения средней статической температуры добываемого флюида и пласта. Ввиду значительной протяженности пласта и глубины скважины более 1 км, задача рассматривается в плоской постановке с использованием двух плоскостей: поперечное и продольное сечения пласта. Центровка сечений производится по добывающей скважине. Учитываются как теплофизические свойства породы, так и физические свойства всех конструкционных и строительных материалов скважины и эксплуатационной колонны. Численное моделирование проводилось в квазистационарной постановке на основе метода конечных объемов. В результате исследования были получены значения полей физических величин флюида (смеси воды и нефти с фиксированной долей обводненности), попутного нефтяного газа и поля температур в продольном и поперечном разрезах. Показаны как неэффективность применения греющего кабеля для изменения температуры пласта в зоне нефтедобычи, так и достаточность теплового потока от греющего кабеля для поддержания в стволе скважины температуры флюида не менее 65 °C, что достаточно для подавления жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий в стволе скважины и повышения работоспособности скважинного оборудования.

Ключевые слова: численное моделирование, сопряженный теплообмен, нефтенасыщенный пласт, греющий кабель, тепловая обработка, тепловой поток, тепловое воздействие на СВБ, борьба с биологическим типом коррозии

Библиография:

Гаффаров Д. Р. История и перспективы применения гидравлического разрыва пласта в отечественной нефтедобыче // Вестник науки. – 2024. – Т. 1, № 6 (75). – С. 1944–1952. – URL: https://www.вестник-науки.рф/article/15431 (дата обращения: 09.11.2024 г.).
Ильина Г. Ф., Алтунина Л. К. Методы и технологии повышения нефтеотдачи для коллекторов Западной Сибири. – Томск : Изд-во ТПУ, 2006. – 166 с.
Управление заводнением многопластовой залежи приобского месторождения с помощью оборудования одновременно-раздельной закачки / В. А. Байков, Р. З. Зулькарниев, А. М. Зорин, И. В. Фахретдинов // Нефтяное хозяйство. – 2014. – № 10. – С. 92–95.
Эффективность удлинения горизонтальных скважин в карбонатных коллекторах на примере месторождений ОАО «Удмуртнефть» / А. Ю. Топал, Т. С. Усманов, А. М. Зорин, О. В. Меннегалеев, М. Н. Синицын // Бурение и нефть. – 2018. – № 10. – С. 60–64.
Особенности разработки карбонатных пластов месторождений ОАО «Удмуртнефть» с нефтяными оторочками и газовыми шапками с применением барьерного заводнения / А. Ю. Топал, В. В. Фирсов, А. М. Зорин, В. П. Цепелев, Т. С. Усманов // Нефтяное хозяйство. – 2019. – № 6. – С. 46–49.
Рустaмoв М. М. У. Влияния сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ) в процессе добычи нефти // Universum: технические науки. – 2024. – № 6 (123). – DOI: 10.32743/UniTech.2024.123.6.17721. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyaniya-sulfatvosstanavlivayuschih-bakteriy-svb-v-protsesse-dobychi-nefti (дата обращения: 11.06.2025).
Sokolova E. A. Influence of temperature on development of sulfate-reducing bacteria in the laboratory and field in winter // Contemporary Problems of Ecology. – 2010. – Vol. 3. – P. 631–634. – DOI: 10.1134/S1995425510060032.
Резяпова И. Б. Сульфатвосстанавливающие бактерии при разработке нефтяных месторождений. – Уфа : Гилем, 1997. – 51 с.
Зорин Т. Л., Борхович С. Ю., Полозов М. Б. Влияние сульфатвосстанавливающих бактерий на разработку нефтяных месторождений // Бурение и нефть. – 2025. – № 2. –С. 40–46. – DOI: 10.62994/2072-4799.2025.51.51.007.
Влияние температуры на жизнедеятельность сульфатвосстанавливающих бактерий / Ю. К. Леонов, Т. Л. Зорин, И. Ю. Мясников, А. В. Лушников, Д. К. Евдокимов, А. А. Агафонов // Нефть. Газ. Новации. – 2024. – № 6. – С. 43–51.
Андреева Д. Д., Фахрутдинов Р. З. Коррозионно-опасная микрофлора нефтяных месторождений // Вестник Казанского технологического университета. – 2013. – № 10. – С. 237–242.
Термоциклическая технология воздействия на призабойную зону пласта забойными электронагревателями / К. А. Волков, Г. В. Миловзоров, А. Я. Волков, С. Ю. Борхович, А. Р. Хафизов // Нефтегазовое дело. – 2012. – № 6. – С. 204–212.
Кудинов В. И. Совершенствование тепловых методов разработки месторождений высоковязких нефтей. – М. : Нефть и газ, 1996. – С. 47–57.
Антониади Д. Г., Гарушев А. Р., Шиханов В. Г. Настольная книга по термическим методам добычи нефти. – Краснодар : Советская Кубань, 2000 – 464 с.

Библиографическая ссылка на статью

Numerical Simulation of Coupled Heat Exchange in a Producing Reservoir / Yu. K. Leonov, T. L. Zorin, A. V. Lushnikov, and A. M. Zorin // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2025. - Iss. 3. - P. 31-42. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2025.3.031-042. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2025-3/2025-3_516.html
(accessed: 22.04.2026).