Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 155
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Эффективная (или фазовая) проницаемость характеризует проводимость породы по отношению к одной из нескольких одновременно фильтрующихся фаз. Если поровое пространство насыщенно нефтью и водой или газом и водой, а так практически всегда и бывает, то при фильтрации по поровым каналам флюиды взаимодействуют между собой, мешая друг другу, поэтому даже сумма эффективных проницаемостей всех фаз всегда меньше абсолютной проницаемости. Эффективная проницаемость зависит не только от свойств породы, но и от физико-химических свойств жидкостей, их взаимодействия и насыщенности породы каждой из фаз.
Относительной фазовой проницаемостью называется отношение эффективной проницаемости к абсолютной.
Рисунок 1.3 - изменение относительных фазовых проницаемостей
Проницаемость горной породы зависит от степени насыщения породы флюидами, соотношения фаз, физико-химических свойств породы и флюидов. Фазовая и относительная проницаемости для различных фаз зависят от нефте-, газо- и водонасыщенности порового пространства породы, градиента давления, физико-химических свойств жидкостей и пористых фаз. Насыщенность - ещё один важный параметр продуктивных пластов, тесно связанный с фазовой проницаемостью. Предполагается, что продуктивные пласты сначала были насыщены водой. Водой были заполнены капилляры, трещины, каналы. При миграции углеводороды, вследствие меньшей плотности, стремятся к верхней части пласта, выдавливая вниз воду. Вода легче всего уходит из трещин и каналов, из капилляров вода не уходит в силу капиллярных явлений. Таким образом, в пласте остаётся связанная вода. Чтобы определить количество углеводородов, содержащихся в продуктивном пласте, необходимо определить насыщенность порового пространства породы нефтью, водой и газом.
Водонасыщенность Sв - отношение объёма открытых пор, заполненных водой к общему объёму пор горной породы:
Аналогично определение нефте- и газонасыщенности:
Обычно для нефтяных месторождений Sв = 6-35%; Sн = 65-94%, в зависимости от созревания пласта.
Для нефтяных месторождений справедливо следующее соотношение:
Sн
+ Sв = 1 (1.4)
Для газонефтяных месторождений:
Sв + Sн + Sг = 1 (1.5)
Пласт считается созревшим для разработки, если остаточная водонасыщенность Sв < 25%.
Остаточная водонасыщенность, обусловленная капиллярными силами, не влияет на основную фильтрацию нефти и газа.
При водонасыщенности до 25% нефте и газонасыщенность пород максимальная: 45-77%, а относительная фазовая проницаемость для воды равна нулю.
При увеличении водонасыщенности до 40%, фазовая проницаемость для нефти и газа уменьшается в 2-2,5 раза. При увеличении водонасыщенности до 80% фильтрация газа и нефти в пласте стремится к нулю.
Экспериментально изучался поток при одновременном содержании в пористой среде нефти, воды и газа. Опытами установлено, что в зависимости от объёмного насыщения порового пространства различными компонентами возможно одно-, двух- и трёхфазное движение. Результаты исследования представлены в виде треугольной диаграммы
Рисунок 1.4 - Области распространения одно, двух и трёхфазного потоков: 1. - 5% воды; 2. - 5% нефти; 3. - 5% газа.
Вершины треугольника соответствуют стопроцентному насыщению породы одной из фаз; стороны, противолежащие вершинам, - нулевому насыщению породы этой фазой. Кривые, проведённые на диаграмме, ограничивают возможные области одно, двух, и трёхфазного потока.
Проницаемость также, как и пористость подразделяют на первичную и вторичную.
Первичная проницаемость - это проницаемость матрицы (блока или минерального каркаса) породы, которая образуется во время отложения и литификации осадочных пород.
Вторичная пористость, является результатом изменения матрицы породы благодаря уплотнению, цементации, образованию трещин и выщелачиванию. Уплотнение и цементация обычно уменьшает проницаемость, тогда как образование трещин и выщелачивание имеют тенденцию увеличивать ее. В некоторых коллекторских породах, особенно в низкопористых карбонатах, именно за счет вторичной пористости происходит фильтрация флюидов.
Факторы влияющие на величину проницаемости осадочных пород следующие:
1) Форма и размер песчаных зерен. Если порода сложена крупными и плоскими зернами, которые расположены равномерно, причем их самая длинная ось ориентирована горизонтально, то горизонтальная проницаемость этой породы будет очень высокой, тогда как вертикальная проницаемость будет от средней до высокой. Если порода сложена в основном крупными и округлыми зернами, ее проницаемость будет весьма высокой и иметь одну и ту же величину в обоих направлениях. Если зерна мелкие и неправильной формы, проницаемость породы-коллектора будет, как правило, ниже, особенно в вертикальном направлении. Большинство коллекторов нефти и газа попадают именно в эту категорию. Анизотропия пластов сильно влияет на фильтрационные характеристики породы. Различие в проницаемости, измеряемой параллельно и перпендикулярно плоскости напластования, возникает еще в процессе образования осадка, так как зерна осаждаются в воде таким образом, что их самые длинные и самые плоские стороны располагаются горизонтально. Последующее уплотнение осадка увеличивает упорядоченность песчаных зерен, так что они по большей части оказываются ориентированными в одном направлении.
2) Слоистость. Минералы пластинчатой формы, такие как мусковит, а также прослои глины, играют роль барьеров для вертикальной фильтрации, т.е. резко снижают вертикальную проницаемость.
3) Цементация. Цементация и распределение цементирующего материала впоровом пространстве влияют и на проницаемость, и на пористость.
4) Трещиноватость и выщелачивание. В песчаных породах трещиноватость не играет большой роли в образовании вторичной проницаемости, за исключением случаев, когда песчаники переслаиваются с глинами, известняками и доломитами. В карбонатах растворение минералов просачивающимися поверхностными и подземными кислыми водами, фильтрующимися по первичным порам, микро- и макротрещинам, а также вдоль плоскостей напластования, увеличивает проницаемость породы-коллектора.
2.Закон фильтрации Дарси
Для оценки проницаемости горных пород обычно пользуются линейным законом фильтрации Дарси, по которому скорость фильтрации жидкости в пористой среде пропорциональна градиенту давления и обратно пропорциональна динамической вязкости:
Где: v – скорость линейной фильтрации, м/с; Q – объемный расход жидкости в единицу времени, м3/с; μ – динамическая вязкость жидкости, Па·с; F – площадь фильтрации, м2; Δp – перепад давления, Па; L – длина пористой среды, м.
В этом уравнении способность породы пропускать жидкости и газы характеризуется коэффициентом проницаемости, который называют проницаемостью:
Размерность коэффициента проницаемости вытекает из уравнения (2.2):
В системе СИ коэффициент проницаемости измеряется в м2, в СГС в см2, в системе нефтепромысловой геологии в Д (дарси), то есть для разных систем единиц измерения величина его характеризует площадь.
Таблица 2.1 Размерность параметров уравнения Дарси
| Параметры уравнения | Размерность | ||
| СИ | СГС | НПГ | |
| Объемный дебит, Q | м3/с | см3/с | м3/с |
| Площадь поперечного сечения образца породы, F | м2 | см2 | см2 |
| Длина образца породы, L | м | см | см |
| Перепад давления, ΔР | Па | дн/см2 | атм |
| Вязкость жидкости, μ | Па·с | дн·с/см2 | сП |
| Коэффициент проницаемости породы, k | м2 (мкм2) | см2 | Д |
Физический смысл размерности коэффициента проницаемости – это величина площади сечения каналов пористой среды горной породы, по которым происходит фильтрация флюидов.
Проницаемостью в 1 м2 называется проницаемость пористой среды при фильтрации, через образец которой площадью 1 м2 под действием градиента давления 1 Па/м расход жидкости вязкостью 1 Па·с составляет 1 м3/с.
Пористая среда имеет проницаемость 1 Д, если при однофазной фильтрации жидкости вязкостью в 1сПз при ламинарном режиме фильтрации через сечение образца площадью 1 см2 и перепаде давления 1 атм расход жидкости на 1 см длины породы составляет 1 см3/с.
Физический смысл размерности коэффициента проницаемости – это величина площади сечения каналов пористой среды горной породы, по которым происходит фильтрация флюидов.
3. Методы определения проницаемости
Известны пять методов определения проницаемости коллекторов:
1. лабораторные (по кернам);
2. гидродинамические (по результатам исследования скважин на приток);
3. через корреляционные зависимости (опосредствованные через лабораторные данные);
4. гидродинамический каротаж (ГДК);
5. профильный метод по полноразмерному керну.
Лабораторные методы. Проницаемость пористой среды можно определить по образцам, отобранным из пласта, или непосредственным исследованием пласта. Для оценки проницаемости кернов в основном применяются два метода.
Первый метод предусматривает использование небольших цилиндрических образцов диаметром примерно 20 мм и длиной 25 мм. Метод применим для определения проницаемости выдержанного по составу и достаточно однородного пласта.
Второй метод применяется на керне, отобранном непосредственно из скважины. Диаметр керна обусловлен типом колонкового долота, длина 30-50 см. В обоих случаях в качестве рабочего агента можно применять газ или любую жидкость, исключающую химическое взаимодействие с минералами породы.
Проницаемость абсолютная (физическая) характеризует проницаемость пористой среды для газа или однородной жидкости при выполнении следующих условий:
-
отсутствие физико-химического взаимодействия между пористой средой и этим газом или жидкостью, фаза химически инертна по отношению к породе; -
полное заполнение всех пор среды этим газом или жидкостью.
Для определения абсолютной проницаемости горных пород используются различные приборы. Принципиальные схемы их устройства большей частью одинаковы.
Рисунок 3.1 - Схема прибора для определения проницаемости пород: 1 - кернодержатель; 2 - сосуд с водой; 3 - стеклянная трубка; 4 - вентиль
Устройство установок для определения фазовой проницаемости более сложное, так как необходимо моделировать многофазный поток, регистрировать насыщенность порового пространства различными фазами и расход нескольких фаз. Установки для исследования многофазного потока обычно состоят из следующих основных частей:
-
приспособление для приготовления смесей и питания керна; -
кернодержатель специальной конструкции; -
приспособление и устройство для приема, разделения и измерения раздельного расхода жидкостей и газа; -
устройства для измерения насыщенности различными фазами пористой среды; -
приборы контроля и регулирования процесса фильтрации.
Модель пласта для определения фазовой проницаемости при движении газированной жидкости через пористую среду изготовлена из нержавеющих стальных труб, являющихся одновременно электродами. Электроды отделены друг от друга непроводящими муфтами из пластмассы. Сцементированные образцы породы укрепляются в трубах при помощи сплава Вуда. Модель позволяет вести экспериментальные исследования при давлении до 30 кг/см
Для измерения давления в различных точках модели пласта в стыках соединений металлических труб с непроводящими муфтами установлены образцовые манометры. Расход газа во время опытов измеряется реометром, а расход жидкости - цилиндром.
Модель пласта для определения фазовой проницаемости при движении двухкомпонентных жидкостей изготовлена из электроизоляционного материала - винипласта. Одна из жидкостей, используемых при исследовании, должна быть проводником электричества. В трубе из винипласта укреплены четыре стальных электрода. Крышки модели также служат электродами. Водонасыщенность пористой среды определяется измерением электрического сопротивления участков образца между электродами. Подача жидкостей в пористую среду производится через смеситель, присоединенный к входному концу модели пласта.
Для определения относительной фазовой проницаемости на цилиндрических образцах керна при комнатной температуре и пластовом обжимном давлении используется настольный жидкостный пермеаметр с ручным управлением.