ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.11.2023
Просмотров: 229
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Кроме свободного газа газовой шапки, нефть из пласта может вытесняться также газом, выделяющимся из раствора.
Иногда растворенный газ является единственным источником энергии в залежи. Энергия растворенного в нефти газа проявляется в тех случаях, если давление в залежи падает ниже давления насыщения нефти газом.
Визуальные наблюдения за процессом выделения газа в тонких прозрачных пористых средах показывают, что даже при интенсивном снижении давления большое число пузырьков не образуется. Иногда на десятки тысяч пор приходится один пузырек, который увеличивается в объеме за счет диффузии газа. При этом уменьшается степень перенасыщения нефти газом вблизи расширяющегося пузырька.
Свободный газ со снижением давления вначале выделяется у твердой поверхности, так как затрачивается работа, необходимая для образования пузырька у стенки (за исключением случая полного смачивания поверхности твердого тела жидкостью), меньшая, чем необходимо для его образования в свободном пространстве жидкости. После образования пузырька газонасыщенные структуры увеличиваются в пористой среде.
Первые газовые ячейки появляются в малопроницаемой части пористой среды, затем они вырастают в длинную узкую газонасыщенную структуру. После достижения ею линзы с высокой проницаемостью рост газовых ячеек преимущественно продолжается в этой свободной зоне потому, что капиллярное давление менисков препятствует движению газа в зоны с меньшим сечением капиллярных каналов.
Вначале газовые пузырьки располагаются далеко друг от друга, но, постепенно расширяясь, газонасыщенные участки соединяются друг с другом. После образования пузырьков газа они вытесняют нефть из пласта в том объеме, который занимают в поровом пространстве. Такой эффективный процесс вытеснения продолжается до тех пор, пока газонасыщенные участки еще перемежаются нефтью (т. е. до образования газонасыщенных участков). С этого момента эффективность вытеснения нефти газом понижается по мере увеличения газонасыщенности пор пласта, так как малая вязкость газа позволяет ему перемещаться к скважинам быстрее нефти в зоны пониженного давления (к забоям) по газонасыщенным участкам.
Общая картина изменения водонасыщенности по длине пласта со временем при вытеснения нефти водой из неоднородных пластов остается такой же, как и при однородных пористых средах. Но при
этом возникают свои дополнительные особенности, определяющиеся характерном неоднородности пород.
Схема потока жидкостей при вытеснении нефти из слоистого пласта представлена на рис. 23. Пусть проницаемость верхнего слоя k1будет больше проницаемости нижнего k2. Тогда под действием внешнего перепада давления (p2 – р1) вода по верхнему слою будет передвигаться быстрее и в один из моментов времени положение водонефтяных контактов (ВНК), допустим, будет таким, как показано на рис. 23. Исследования показывают, что пропластки не ведут себя как изолированные и потоки в них взаимодействуют друг с другом под действием дополнительных сил, возникающих в процессе вытеснения между пропластками. На характер изменения водонасыщенности в пропластках при этом будет также влиять переток жидкости между ними, происходящий под действием силы тяжести, капиллярных сил и вертикального градиента давлений. Последний возникает вследствие различного распределения давлений в пропластках.
Допустим, что свойства нефти и воды в обоих пропластках одинаковы, проницаемость верхнего слоя в 2 раза больше, чем нижнего (k1= 2k2 ) и соотношение вязкостей воды и нефти
(вытеснение маловязкой нефти рассолами с высокой концентрацией солей).
Рис. 23. Распределение давлений в модели слоистого пласта
Из закона Дарси следует, что градиент давления обратно пропорционален проницаемости и прямо пропорционален динамической вязкости жидкости:
где p1 - p2— перепад давления на участке длиной L; Q— расход жидкости через пропласток; μ — динамическая вязкость жидкости; k— проницаемость пропластка; F— площадь сечения пропластка.
Следовательно, при одинаковом расходе жидкости через про
пластки градиенты давлений в обводненной части пласта будут в 2 раза выше, чем в нефтяной, и распределение давлений в пропластках будет при этом таким, как это показано на рис. 23. Левее точки С линия давлений в более проницаемом слое проходит выше, чем в нижнем пропластке, а правее точки С наоборот. Это означает, что между пропластками под действием внешнего перепада давлений возникают градиент давлений и переток жидкости. В рассматриваемой схеме он усиливается силой тяжести воды и процессами капиллярного замещения нефти на воду в пропластках малой проницаемости, если породы гидрофильны.
Следует, однако, иметь в виду, что в природных условиях расходы жидкости в пропластках не одинаковы (в малопроницаемом пропластке скорость фильтрации меньше), а действие капиллярных сил ослабляется вследствие гидрофобизации пород нефтью. Поэтому явления перетока, несмотря на некоторое благоприятное действие капиллярных и гравитационных сил, чаще всего не настолько интенсивно, чтобы уравнять полностью движение фронта воды в обоих пропластках. Вода обычно прорывается далеко вперед по более проницаемым участкам.
Еще более сложной оказывается схема вытеснения нефти водой из пластов не однородных и по вертикали и по площади залегания. Именно такие пласты, по-видимому, наиболее распространены в природе.
7.3. Использование теории капиллярных явлений для установления зависимости нефтеотдачи от различных факторов
Нефтеотдача пластов зависит от свойств пород, пластовых жидкостей и условий вытеснения. Зависимости нефтеотдачи от различных факторов можно установить, если в механизме вытеснения будут выявлены процессы, влияющие в большой степени на нефтеотдачу пластов и связанные одновременно со всеми или с большинством из упомянутых факторов, также влияющих на нефтеотдачу. Эта мысль впервые была высказана докт. техн. наук Г. А. Бабаляном. По результатам его исследований, нефтеотдача существенно зависит от некоторых элементов кинетики вытеснения — механизма разрушения аномального слоя нефти на поверхности породы, диспергирования и коалесценции нефти в поровом пространстве, процессов отрыва и прилипания нефти к твердой поверхности породы. С другой стороны, интенсивность и закономерности развития этих процессов тесно связаны со свойствами пористых сред и пластовых жидкостей, что позволяет установить зависимость нефтеотдачи от многочисленных свойств пластовых систем. Для этого необходимо лишь определить влияние каждого из них на процессы диспергирования, коалесценции капель жидкости и разрушения аномального слоя нефти на твердой поверхности породы.
Метод Г. А. Бабаляна, однако, имеет свои трудности в связи с чрезвычайно сложной картиной развития процессов диспергирования, коалесценции капель жидкости и разрушения аномального слоя нефти на поверхности породы. Трудно также увязать неоднородность коллекторских свойств пород с течением этих процессов. Поэтому идея Г. А. Бабаляна получила другое направление развития.
Интенсивность и направление действия капиллярных сил зависят, так или иначе, от всего многообразия свойств пластовых систем и от гидродинамических условий вытеснения. Знак и величина капиллярных сил представляют собой как бы суммарный результат физических свойств и физико-химических характеристик пласта, горных пород и пластовых жидкостей. Это позволяет наметить единую, качественную связь между большинством параметров пластовых систем, условиями вытеснения и нефтеотдачей пласта, так как характер влияния, большинства этих параметров на интенсивность и направление действия капиллярных процессов известен (или может быть установлен из большого экспериментального материала, накопившегося в области физики и физико-химии вытеснения нефти из пористых сред). Для этого необходимо, прежде всего, установить, как анализируемое свойство пласта, жидкостей или всей системы влияет на интенсивность и направление действия капиллярных сил.
Изучение процессов вытеснения нефти водой совместно с капиллярными процессами и капиллярными характеристиками пластовой системы — один из путей, позволяющий увязать и одновременно учесть влияние на нефтеотдачу как условий вытеснения, так и большей части физических и физико-химических свойств пластовых жидкостей и пород.
Естественные коллекторы нефти обладают неоднородностью физических свойств пород одновременно по площади залегания и в вертикальном направлении, характеризующейся случайным законом распределения его параметров. В результате местной неоднородности пород образуется неровный (рваный) водонефтяной контакт и появляются в различные моменты времени зоны и небольшие участки, обойденные фронтом воды. В этих условиях в пограничных областях, охваченных водой участков, интенсивно образуются водонефтяные смеси вследствие капиллярного проникновения в них воды.
Нефтеотдача участков, заводняющихся под действием капиллярных сил, как правило, низка, так как нефть при этом не вытесняется из пористой среды сплошным фронтом вследствие неоднородности размера пор и сравнительно небольшого давления
, развиваемого менисками в средних и крупных капиллярах, по сравнению с давлением мениска в мелких порах. Поэтому нефтенасыщенные участки, прилегающие к водонефтяному контакту, вначале пронизываются водой, проникающей в пласт по мелким и средним породам под действием капиллярных сил, что способствует быстрому формированию в этой зоне водонефтяной смеси с потерей сплошности нефтяной фазы.
как показывают данные опытов, из нефтенасыщенных образцов при погружении их в воду вытесняется не более 30—40 % (редко 50 %) нефти, даже если время пребывания их в воде длительное. Образующиеся же при этом смеси затрудняют последующее вытеснение нефти из зон пласта, охваченных водой. Следовательно, капиллярные процессы пропитывания водой в пластах, обладающих неоднородностью по площади и в вертикальном направлении, способствуют уменьшению нефтеотдачи, значительно ухудшая условия вытеснения нефти водой.
Резюмируя сказанное о роли капиллярных сил в зоне совместного движения воды и нефти, необходимо отметить, что задача— следует ли увеличивать или уменьшать капиллярные силы так же, как и многие другие задачи физики вытеснения нефти водой, не имеет однозначного ответа. В условиях зернистых неоднородных коллекторов, как мы видели, процессы перераспределения нефти и воды под действием капиллярных сил могут способствовать преждевременным нарушениям сплошности нефти в нефтеподводящих системах капилляров в зоне совместного движения нефти и воды, помогая формированию водонефтяных смесей в поровом пространстве, что сопровождается значительным уменьшением нефтеотдачи.
В трещиноватых коллекторах нефтеотдача блоков повышается при нагнетании в залежь воды, способной интенсивно впитываться в породу под влиянием капиллярных сил.
Процессы капиллярного впитывания и перераспределения жидкостей в поровом пространстве следует рассматривать лишь как суммарное следствие многочисленных свойств пластовой системы.
РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Медведев Ю.А. Физика нефтяного и газового пласта. ТюмГНГУ, 2007, 158 с.
2. Гафаров Ш.А. и др. Физика нефтяного пласта. Учебное пособие. Уфа, УГТНУ, 1999 г., 88 с.
3. Гиматудинов Ш.К., Ширковский А.И. Физика нефтяного и газового пласта. Учебник, М., Недра, 1982. – 311 с.
4. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. Учебник, М., Недра, 1984. – 359 с.
5. Вахитов Г.Г., Симкин Э.М. Использование физических полей для извлечения нефти из пластов. М., Недра, 1985. – 231 с
ВВЕДЕНИЕ