Ruslan Z. Akchurin

Relevance. Assessing heterogeneity parameters in the near-wellbore zone, such as the radius and permeability of the altered zone, is crucial for optimizing oil production and the effectiveness of reservoir stimulation techniques. Traditional methods have limitations, while thermometry, successfully applied for single-phase filtration (Chekalyuk's method), requires validation for the widely encountered two-phase (oil-water) conditions in practice. It remains insufficiently studied whether the classical approach of analyzing temperature curves retains its diagnostic value for the separate assessment of the altered zone radius and permeability under two-phase filtration conditions. Object. Non-isothermal two-phase (oil-water) filtration in a porous medium (reservoir) with a radial zone of altered permeability during fluid production at a constant rate. Aim. To investigate the influence of the near-wellbore zone parameters on bottomhole temperature dynamics during two-phase filtration, considering thermodynamic effects (Joule–Thomson, adiabatic); and to evaluate the informativeness of analyzing temperature dynamics and its logarithmic derivative for the separate assessment of the altered zone radius and permeability distribution in the near-wellbore zone under two-phase conditions. Methods. Numerical modeling based on a developed mathematical model that includes phase mass conservation equations (incorporating Darcy's law) and heat transport equations, accounting for convection, thermal conduction, and thermodynamic effects. Sensitivity analysis of the temperature response to variations in the radius and permeability of the near-wellbore zone. Results. It is shown that the bottomhole temperature dynamics is sensitive to the radius of the altered zone and the permeability distribution within the near-wellbore zone. Analysis of the logarithmic temperature derivative revealed that the time τ, corresponding to the derivative maximum, is predominantly determined by the radius of the altered zone, whereas the magnitude of this maximum significantly depends on its permeability. Furthermore, it was established that both these indicators (time τ and the magnitude of the derivative maximum) depend as well on the reservoir water saturation, which determines the phase composition of the flow. This confirms that the classical thermal interpretation approach retains its informativeness and is potentially applicable for the separate assessment of the near-wellbore zone parameters during two-phase oil-water filtration, provided that the effect of the flow phase composition is correctly considered. For citation: Islamov D.F., Ramazanov A.Sh., Davletshin F.F., Akchurin R.Z. Modeling thermal field in two-phase oil-water filtration in a heterogeneous reservoir considering thermodynamic effects. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 2026, vol. 337, no. 6, pp. 110-121. https://doi.org/10.18799/24131830/2026/6/5157

Актуальность работы. Оценка параметров прискважинной зоны пласта (ПЗП), таких как радиус и проницаемость зоны нарушения фильтрационных свойств, является ключевой задачей для планирования и контроля эффективности геолого-технических мероприятий. Существующие методы диагностики имеют ограничения, особенно в широко распространенных на практике условиях двухфазной (нефть-вода) фильтрации. Классические подходы, разработанные для однофазной среды, требуют адаптации и валидации для более сложных многофазных систем. Цель. Разработка и апробация простой и физически обоснованной методики для последовательного определения радиуса и проницаемости зоны нарушения в ПЗП по данным нестационарной термометрии при двухфазной фильтрации нефти и воды. Объект и методы. Объектом исследования является процесс неизотермической двухфазной фильтрации в пласте с радиальной неоднородностью. Методологической основой работы является новое аналитическое решение для нестационарного температурного поля, учитывающее термодинамические эффекты. Методика интерпретации основана на билинейной аппроксимации диагностического графика температуры в полулогарифмических координатах и нахождении точки пересечения линейных трендов, соответствующих фильтрации в нарушенной и ненарушенной зонах пласта. Апробация методики проведена путем сравнения ее результатов с данными численного моделирования в Ansys. Результаты. Разработана пошаговая методика, позволяющая последовательно определять проницаемость и радиус нарушенной зоны в ПЗП. Показано, что время прихода теплового сигнала от границы зон определяется по точке пересечения аппроксимирующих прямых, что позволяет вычислить радиус зоны нарушения. Проницаемости зон определяются по тангенсам углов наклона этих прямых. Численный эксперимент подтвердил высокую точность методики: погрешность определения радиуса зоны нарушения составила 1.4 %, а проницаемостей – менее 8 %. Установлено, что небольшая погрешность обусловлена физическими эффектами (теплопроводность, сжимаемость), не учтенными в аналитической модели. Выводы.Разработанная методика является эффективным инструментом для экспресс-диагностики состояния ПЗП, применимым в практических условиях двухфазного потока Relevance. Evaluation of near-wellbore zone (NWZ) parameters, such as radius and permeability of the filtration property disturbance zone, is a key task for planning and monitoring the efficiency of geological and technical measures. Existing diagnostic methods have limitations, especially under widely used conditions of two-phase (oil-water) filtration. Classical approaches developed for a single-phase medium require adaptation and validation for more complex multiphase systems. Aim. Development and testing of a simple and physically sound technique for sequential determination of the radius and permeability of the disturbance zone in the NWZ based on non-stationary thermometry data during two-phase oil and water filtration. Object and methods. The object of the study is the process of non-isothermal two-phase filtration in a formation with radial heterogeneity. The methodological basis of the work is a new analytical solution for a non-stationary temperature field that takes into account thermodynamic effects. The interpretation technique is based on the bilinear approximation of the diagnostic temperature graph in semi-logarithmic coordinates and finding the intersection point of the linear trends corresponding to filtration in the disturbed and undisturbed formation zones. The technique was tested by comparing its results with the data of numerical modeling in Ansys. Results. A step-by-step technique has been developed that allows sequentially determining the permeability and radius of the disturbed zone in the NWZ. It is shown that the time of arrival of the thermal signal from the zone boundary is determined by the intersection point of the approximating lines, which allows calculating the radius of the disturbed zone. The permeabilities of the zones are determined by the tangents of the angles of inclination of these lines. A numerical experiment confirmed...