georesГеоресурсыGeoresources1608-50431608-5078Georesursy LLC10.18599/grs.2025.3.17geores-300Research ArticleПОИСК, РАЗВЕДКА И РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ, ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЛЕКТОРОВPROSPECTING, EXPLORATION AND DEVELOPMENT OF HYDROCARBON DEPOSITS, RESERVOIR PROPERTIES STUDYОсобенности применения моделей неравновесного фазового поведения в задачах разработки месторождений углеводородов: критический обзорApplication specifics of nonequilibrium phase behavior models in the development of hydrocarbon deposits: a critical reviewЛобановаО. А.LobanovaO. A.

Ольга Андреевна Лобанова – кандидат тех. наук, научный сотрудник

119333, Москва, ул. Губкина, д. 3 

Olga A. Lobanova – Cand. Sci. (Engineering), Researcher

3 Gubkina st., Moscow, 119333

o.lobanova@ipng.ruИндрупскийИ. М.IndrupskiyI. M.

Илья Михайлович Индрупский – доктор тех. наук, главный научный сотрудник, заместитель директора по научной работе

119333, Москва, ул. Губкина, д. 3

Ilya M. Indrupskiy – Dr. Sci. (Engineering), Chief Researcher, Deputy Director for Science

3 Gubkina st., Moscow, 119333

i-ind@ipng.ruИнститут проблем нефти и газа РАНРоссияOil and Gas Research Institute of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202527092025273252266Copyright © Лобанова О.А., Индрупский И.М., 20252025Лобанова О.А., Индрупский И.М.Lobanova O.A., Indrupskiy I.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.geors.ru/jour/article/view/300

Для корректного моделирования фазового поведения флюида и точного учета компонентного состава, долей и свойств присутствующих в пласте фаз при разработке месторождений углеводородов в некоторых случаях необходимо использовать модели неравновесного фазового поведения.

Наблюдаемые при разработке месторождений признаки неравновесного фазового поведения флюидов могут быть связаны с различными факторами. Экспериментально показано, что так называемая термодинамическая неравновесность (когда фазовый переход нельзя считать мгновенным по сравнению с характерным темпом изменения параметров состояния системы) проявляется при ограниченной удельной площади поверхности раздела фаз. «Гидродинамическая неравновесность» (отличие фактической пропорции добываемых фаз от ожидаемой) может возникать при высоких скоростях отбора по той причине, что одна из фаз не успевает сегрегировать и переносится в виде взвеси во второй фазе, без формирования отдельной сплошной среды. Правильная идентификация типа наблюдаемой неравновесности является ключевым фактором при выборе корректной модели.

В статье рассмотрены особенности различных моделей учета неравновесного фазового поведения. Проанализированы примеры их практического применения при различных проявлениях неравновесного фазового поведения и причинах его возникновения. Обсуждается проблема моделирования фильтрации, сопровождающейся неравновесными фазовыми переходами.

In order to correctly model the fluid phase behavior and accurately account for phase compositions, fractions and properties in the reservoir during the hydrocarbon field development, it is necessary in some cases to use nonequilibrium phase behavior models.

The signs of non-equilibrium phase behavior of hydrocarbons observed during field development may be associated with various factors. It has been experimentally shown that the so-called “thermodynamic non-equilibrium” behavior (when the phase transition cannot be considered instantaneous compared to the characteristic rate of change of the system state parameters) manifests itself due to the limited specific area of the phase interface. “Hydrodynamic non-equilibrium” behavior (the difference in actual fractions of the produced phases from the expected ones) is observed at high production rates for the reason that one of the phases does not have enough time to segregate and is transported as an aerosol in the second phase, without forming a separate continuous medium. Proper identification of the type of nonequilibrium behavior is a key factor in choosing the correct model.

The paper considers specifics of various models to account for non-equilibrium phase behavior. Examples of their practical application are analyzed for various manifestations of non-equilibrium phase behavior and different causes of its occurrence. The problem of modeling fluid flow with nonequilibrium phase transitions is discussed.

неравновесное фазовое поведениеразработка месторождений углеводородоврелаксационная модельгистерезис фазового переходасегрегация фазвынос конденсатаnonequilibrium phase behaviorhydrocarbon field developmentrelaxation modelphase transition hysteresisphase segregationcondensate carryoverРабота выполнена в рамках Госзадания ИПНГ РАН, тема 125020501405-1 «Создание новых технологий эффективного экологически чистого извлечения углеводородов в сложных горно-геологических условиях на основе системного подхода к изучению и моделированию полного жизненного цикла нефтегазовых месторождений».The work was carried out within the framework of the Oil and Gas Research Institute of the Russian Academy of Sciences State Assignment, topic 125020501405-1 “Creation of new technologies for efficient and environmentally clean extraction of hydrocarbons in complex mining and geological conditions based on a systematic approach to the study and modelling of the complete life cycle of oil and gas fields”.ReferencesБогачев К., Земцов С., Милютин С., Индрупский И., Лобанова О. (2019). Численное моделирование неравновесных фазовых переходов в изотермической композиционной модели фильтрации углеводородов. Российская нефтегазовая техническая конференция SPE, Москва, Россия. SPE-196871-RU.Aglyamova A.I., Indrupskiy I.M. (2019). Numerical simulation of non-equilibrium isochoric phase transitions in hydrocarbon mixtures. IOP Journal of Physics: Conference Series, 1391, 012149. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1391/1/012149Бриллиант Л.С., Евдощук П.А., Плиткина Ю.А., Антипин М.А., Закиров С.Н., Индрупский И.М., Лобанова О.А. (2014). Возможность эффективной доразработки нефтяных месторождений за счет растворения insitu выделившегося из нефти газа. Нефтяное хозяйство, 4, с. 54–59.Al-Jenaibi F., Bogachev K., Milyutin S., Zemtsov S., Gusarov E., Kuzevanov M., Indrupskiy I. (2019). Numerical Simulation of NonEquilibrium Phase Behavior of Hydrocarbons for Modeling Oil and Gas Fields with Gas Injection. SPE Reservoir Characterisation and Simulation Conference and Exhibition, Abu Dhabi, UAE. SPE-196633-MS. https://doi.org/10.2118/196633-MSБрусиловский А.И. (2002). Фазовые превращения при разработке месторождений нефти и газа. М.: Грааль, 575 с.Bogachev K.Yu, Milyutin S.V., Zemtsov S.A., Indrupskiy I.M., Lobanova O.A. (2019). Numerical modeling of non-equilibrium phase transitions in the isothermal compositional hydrocarbon flow simulations. SPE Russian Petroleum Technology Conference, Moscow, Russia. SPE-196871. doi: https://doi.org/10.2118/196871-MSБулейко В.М., Вовчук Г.А. (2010). Проблема неравновесности в задачах разработки трудноизвлекаемых запасов углеводородов. Вести газовой науки, 5, с. 287–300.Brilliant L.S., Evdoshchuk P.A., Plitkina Yu.A., Antipin M.A., Zakirov S.N., Indrupskiy I.M., Lobanova O.A. (2014). The possibility of efficient additional development of oil fields due to the dissolution of the gas released from the oil insitu. Neftyanoe khozyaystvo, 4, pp. 54–59. (In Russ.)Григорьев Е.Б., Сокотущенко В.Н. (2019). Исследование неравновесных изотермических фильтрационных течений углеводородной смеси в пористой среде. Вести газовой науки, 1 (38), с. 93–138.Brusilovskiy A.I. (2002). Phase transformations in the development of oil and gas fields. Moscow: Graal, 575 p. (In Russ.)Динариев О.Ю., Евсеев Н.В. (2023). Неравновесные течения газоконденсатной смеси в пористой среде. Прикладная механика и техническая физика, 64(4), с. 130–138. https://doi.org/10.15372/PMTF202315247Buleyko V.M., Vovchuk G.A. (2010). The problem of disequilibrium in the development of hard-to-recover hydrocarbon reserves. Vesti gazovoi nauki, 5, pp. 287–300. (In Russ.)Зубов В.Р., Индрупский И.М., Богачев К.Ю. (2015). Моделирование обратного растворения газа в моделях BlackOil. Российская нефтегазовая техническая конференция SPE, Москва, Россия. SPE-176618-RU.Chageeva P.A. (2023). Investigation of criteria of nonequilibrium phase behavior. Master’s thesis. Gubkin Russian State University of Oil and Gas, 44 p.Индрупский И.М., Данько М.Ю., Цаган-Манджиев Т.Н., Аглямова А.И. (2020). Оценка параметров моделей неравновесного фазового поведения нефтяных и газоконденсатных систем по данным лабораторных и промысловых исследований. Российская нефтегазовая техническая конференция SPE, Москва, Россия. SPE-201956-RU.Dinariev O.Yu., Evseev N.V. (2023). Nonequilibrium transport of a gascondensate mixture in a porous medium. Applied Mechanics and Technical Physics, 64 (4), pp. 130–138. (In Russ.) DOI: 10.15372/PMTF202315247Ковалёв А.Л., Шеберстов Е.В. (2018). Численное моделирование локально-неравновесной фильтрации в газоконденсатных пластах. Вести газовой науки, 5(37), с. 164–171.Dorhjie D.B., Aminev T., Gimazov A., Khamidullin D., Kuporosov D., Maerle K., Grishin P., Cheremisin A. (2025). Impact of depletion rate on the thermodynamics of gas condensates: Experimental insights and analysis. Gas Science and Engineering, 134, 205534. https://doi.org/10.1016/j.jgsce.2024.205534Курбанов А.К., Розенберг М.Д., Желтов Ю.П., Шовкринский Г.Ю. (1966). Исследование движения многокомпонентных смесей в пористой среде. Теория и практика добычи нефти: ежегодник ВНИИ. М.: Недра, с. 31–48.Dorhjie D. B., Pereponov D., Aminev T., Gimazov A., Khamidullin D., Kuporosov D., Tarkhov M., Rykov A., Filippov I., Mukhina E., Shilov E., Grishin P., Cheremisin A. (2024). A Microfuidic and Numerical Analysis of Non equilibrium Phase Behavior of Gas Condensates. Scientific Reports 14, 9500. https://doi.org/10.1038/s41598-024-59972-xЛапшин В.И. (2001). Физическое моделирование фазовых превращений нефтегазоконденсатных систем глубокозалегающих месторождений Прикаспия. Дисс. докт. техн. наук. М., 329 с.Gorodetskii, E.E., Voronov, V.P., Muratov, A.R., Kulikov, V.D. (2005). Study of Non-Equilibrium Phase Transitions in Binary and Ternary Hydrocarbon Mixtures. Research Report. Moscow, OGRI RASЛобанова О.А., Зубов В.Р., Индрупский И.М. (2014). Неравновесное фазовое поведение углеводородных смесей. Часть 1: эксперименты. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, 11, с. 18–23.Grigoriev E.B., Sokotushchenko V.N. (2019). Investigation of nonequilibrium isothermal filtration flows of a hydrocarbon mixture in a porous medium. Vesti gazovoi nauki, 1(38), pp. 93–138. (In Russ.)Лобанова О.А., Индрупский И.М. (2012). Неравновесные и масштабные эффекты в моделировании фазового поведения углеводородных смесей. Нефтяное хозяйство, 6, с. 49–53.Indrupskiy I. M., Danko M. Yu., Tsagan-Mandzhiev T. N., Aglyamova A. I. (2020). Assessment of Non-Equilibrium Phase Behavior Model Parameters for Oil and Gas-Condensate Systems by Laboratory and Field Studies. SPE Russian Petroleum Technology Conference, Moscow, Russia. SPE 201956. https://doi.org/10.2118/201956-MSЛобанова О.А., Индрупский И.М., Ющенко Т.C. (2016). Моделирование неравновесной динамики конденсатоотдачи на поздней стадии разработки газоконденсатной залежи. Российская нефтегазовая техническая конференция SPE, Москва, Россия. SPE-181977-RU. https://doi.org/10.2118/181977-RUIndrupskiy I.M., Lobanova O.A., Zubov V.R. (2017). Non-equilibrium phase behavior of hydrocarbons in compositional simulations and upscaling. Computational Geosciences, 21(5), рр. 1173–1188. DOI: 10.1007/s10596-017-9648-xМаксимов В.М. (1994). Основы гидротермодинамики пластовых систем. М.: Недра, 201 с.Kovalev A.L., Sheberstov E.V. (2018). Numerical simulation of Nonequilibrium local filtration in gas-condensate beds. Vesti gazovoi nauki, 5(37), pp. 164–171. (In Russ.)Розенберг М.Д., Кундин С.А. (1976). Многофазная многокомпонентная фильтрация при добыче нефти и газа. М.: Недра, 335 с.Kurbanov A.K., Rosenberg M.D., Zheltov Yu.P., Shovkrinsky G.Yu. (1966). Investigation of the motion of multicomponent mixtures in a porous medium. Theory and practice of oil production: yearbook of the All-Russian Research Institute. Moscow: Nedra, pp. 31–48. (In Russ.)Чагеева П.А. (2023). Исследование критериев неравновесного фазового поведения. Магистерская диссертация. РГУ Нефти и Газа им. Губкина, 44 с.Lapshin V.I. (2001). Physical modeling of phase transformations of oil and gas condensate systems of deep-lying deposits of the Caspian Sea. Dr. engin. sci. diss. Moscow, 329 p. (In Russ.)Aglyamova A.I., Indrupskiy I.M. (2019). Numerical simulation of non-equilibrium isochoric phase transitions in hydrocarbon mixtures. IOP Journal of Physics: Conference Series, 1391, 012149. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1391/1/012149Lobanova O.A., Indrupskiy I.M. (2012). Nonequilibrium and scale effects in modeling phase behavior of hydrocarbon mixtures. Neftyanoe khozyaystvo, 6, pp. 49-53. (In Russ.)Al-Jenaibi F., Bogachev K., Milyutin S., Zemtsov S., Gusarov E., Kuzevanov M., Indrupskiy I. (2019). Numerical Simulation of Non-Equilibrium Phase Behavior of Hydrocarbons for Modeling Oil and Gas Fields with Gas Injection. SPE Reservoir Characterisation and Simulation Conference and Exhibition, Abu Dhabi, UAE. SPE-196633-MS. https://doi.org/10.2118/196633-MSLobanova O.A., Indrupskiy I.M., Yushchenko T.S. (2016). Modeling non-equilibrium dynamics of condensate recovery for mature gas-condensate fields. SPE Russian Petroleum Technology Conference and Exhibition, Moscow, Russia. SPE 181977. https://doi.org/10.2118/181977-RUDorhjie D.B., Aminev T., Gimazov A., Khamidullin D., Kuporosov D., Maerle K., Grishin P., Cheremisin A. (2025). Impact of depletion rate on the thermodynamics of gas condensates: Experimental insights and analysis. Gas Science and Engineering, 134, 205534. https://doi.org/10.1016/j.jgsce.2024.205534Lobanova O.A., Zubov V.R., Indrupskiy I.M. (2014). Nonequilibrium phase behavior of hydrocarbon mixtures. Part 1: experiments. Avtomatizatsiya, telemekhanizatsiya i svyaz’ v neftyanoy promyshlennosti, 11, pp. 18–23. (In Russ.)Dorhjie D. B., Pereponov D., Aminev T., Gimazov A., Khamidullin D., Kuporosov D., Tarkhov M., Rykov A., Filippov I., Mukhina E., Shilov E., Grishin P., Cheremisin A. (2024). A Microfuidic and Numerical Analysis of Non equilibrium Phase Behavior of Gas Condensates. Scientific Reports 14, 9500. https://doi.org/10.1038/s41598-024-59972-xMaximov V.M. (1994). Fundamentals of hydrothermodynamics of reservoir systems. Moscow: Nedra, 201 p. (In Russ.)Gorodetskii, E.E., Voronov, V.P., Muratov, A.R., Kulikov, V.D. (2005). Study of Non-Equilibrium Phase Transitions in Binary and Ternary Hydrocarbon Mixtures. Research Report. Moscow, OGRI RAS.Mohamadi-Baghmolaei M., Azin R., Osfouri S., Zendehboudi S. (2019). Evaluation of mass transfer coefficient for gas condensates in porous systems: Experimental and modeling. Fuel, 255, 115507. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.05.090Indrupskiy I.M., Lobanova O.A., Zubov V.R. (2017). Non-equilibrium phase behavior of hydrocarbons in compositional simulations and upscaling. Computational Geosciences, 21(5), рр. 1173–1188. DOI: 10.1007/ s10596-017-9648-xNghiem L.X., Sammon P.H. (1997). A Non-Equilibrium Equation-ofState Compositional Simulator. SPE Reservoir Simulation Symposium, Dallas, USA. SPE 37980.Mohamadi-Baghmolaei M., Azin R., Osfouri S., Zendehboudi S. (2019). Evaluation of mass transfer coefficient for gas condensates in porous systems: Experimental and modeling. Fuel, 255, 115507. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.05.090Rock Flow Dynamics: tNavigator User Manual (2024). Version 23.4.Nghiem L.X., Sammon P.H. (1997). A Non-Equilibrium Equation-of-State Compositional Simulator. SPE Reservoir Simulation Symposium, Dallas, USA. SPE 37980.Rosenberg M.D., Kundin S.A. (1976). Multiphase multicomponent filtration in oil and gas production. Moscow: Nedra, 335 p. (In Russ.)Rock Flow Dynamics: tNavigator User Manual (2024). Version 23.4.Saboorian-Jooybari H., Dejam M., Chen Z. (2014). Equilibrium or Nonequilibrium Models: A Critical Issue in Determination of Gas Diffusivity in Oil. SPE Heavy Oil Conference, Calgary, Canada. SPE-170030-MS. https://doi.org/10.2118/170030-MSSaboorian-Jooybari H., Dejam M., Chen Z. (2014). Equilibrium or Nonequilibrium Models: A Critical Issue in Determination of Gas Diffusivity in Oil. SPE Heavy Oil Conference, Calgary, Canada. SPE-170030-MS. https://doi.org/10.2118/170030-MSTikhonov V.S., Indrupskiy I.M., Bukashkina O.S. (2020). Effects of phase transitions on nonstationary liquid-gas flow in a well during gas kicks. Journal of Petroleum Science and Engineering, 184, 106526. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.106526Tikhonov V.S., Indrupskiy I.M., Bukashkina O.S. (2020). Effects of phase transitions on nonstationary liquid-gas flow in a well during gas kicks. Journal of Petroleum Science and Engineering, 184, 106526. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.106526Whitson C.H., Brule M.R. (2000). Phase Behavior. SPE Monograph (Henry L. Doherty) Series, 20, SPE, Richardson, USA, 233 p. https://doi.org/10.2118/9781555630874Whitson C.H., Brule M.R. (2000). Phase Behavior. SPE Monograph (Henry L. Doherty) Series, 20, SPE, Richardson, USA, 233 p. https://doi.org/10.2118/9781555630874Yang Y., Lun Z., Wang R., Hu W. (2020). Non-equilibrium phase behavior in gas condensate depletion experiments. Fluid Phase Equilibria, 506, 112410. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2019.112410Yang Y., Lun Z., Wang R., Hu W. (2020). Non-equilibrium phase behavior in gas condensate depletion experiments. Fluid Phase Equilibria, 506, 112410. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2019.112410Zubov V.R., Indrupskiy I.M., Bogachev K.Yu. (2015). Modeling gas dissolution in BlackOil models. SPE Russian Petroleum Technology Conference, Moscow, Russia. SPE-176618. https://doi.org/10.2118/176618-MS

The authors declare that there are no conflicts of interest present.