Физические основы вытеснения нефти и газа из пластов
Как учитывать свойства пласта при проектировании и анализе? Приток флюида осуществляется благодаря энергии пласта, связанной с напором краевых вод, напором газа в газовой шапке, энергии газа, который растворён в нефти и выделяется при снижении давления, упругости пород и гравитационной энергии. Доминирующая энергия определяет определённый режим.
В результате возникновения сил воздействия полная энергия начинает расходоваться на их преодоление. Эти силы:
– сила гидравлического сопротивления, которая препятствует движению флюидов, пропорциональная скорости потока и вязкости жидкости; (эта сила аналогична силе трения в трубах, но т.к. наличествуют различные гранулы и шероховатости, то процесс сильно осложнён);
– капиллярные силы, которые приводят к тому, что сплошная нефтяная фаза начинает разбиваться на отдельные капли (глобулы), по всей поверхности которых действуют капиллярные силы, и закупоривают пласт;
– поверхностные силы (возникающие на границе нефть-жидкость) имеют различную природу и молекулярный характер, связанный с магнитными, электрическими и расклинивающими силами (силами Дерягина), проявляющимися в тонких капиллярах. В результате действия поверхностных сил часть нефти будет адсорбироваться и фильтрация будет затухать;
– электрокинетические явления, связанные с возникновением электрических явлений при движении жидкости через пористую среду.
Если фильтровать воду через керн и измерять разность потенциалов, то будет определяться дополнительная нагрузка.
Электрокинетические явления связаны с явлениями электроосмоса и электрофореза.
При движении жидкости возникает разность потенциалов – явление электрофореза. Справедливо и наоборот, при приложении разности потенциалов возникает движение жидкости – явление электроосмоса.
Если возьмём дисперсию, например, буровой раствор, и приложим разность потенциалов, то возникнет движение её твёрдых частиц.
Расход жидкости под действием электрического поля записывается через формулу Гельмгольца- Смолуховского:
v=S×x×D×h/(4×p×m),
где S – суммарная площадь поперечного сечения капиллярных каналов;
x - дзета- потенциал;
D – диэлектрическая проницаемость;
h – градиент потенциала dU/d1;
m - вязкость жидкости.
Знание этой зависимости даёт возможность управлять процессом фильтрации с помощью электрического поля.
Рассмотрим влияние капиллярных сил:
Рк=s×соsq/rк.
Система, состоящая из двух капилляров, даёт следующую картину:
r1
Н
В
r2
Вытеснение пойдёт по узкому капилляру. Оно опередит вытеснение по широкому капилляру и в нём останется нефти и газ. Существует определяющий критерий:
Например, Рк~0.5 ат; DРг=50 ат. Из закона Дарси w~grаd(р). Этот факт реализуется на расстоянии 1~100 м. Тогда:
DРг/D1»50/100=0.5 ат/м;
Рк/D1=0.5/10-3=5×102 ат/м.
Т.е. капиллярный перепад оказывается доминирующим при вытеснении нефти и газа водой. Этот факт сказывается на явлении пропитки и характеристиках заводнения пласта.
S
ост. н/г
В В+Н/Г
Для гидрофильного пласта.
I II III
rс х
х – расстояние от нагнетательной скважины.
Выделяются 3 зоны:
I. - характеризует полную промывку пласта водой, т.н. промытая зона. В промытой зоне подвижна только вода, нефти и газ при этом – остаточные, неподвижные. Эта зона возникает при длительной эксплуатации залежи.
II. - переходная зона, или зона смеси вода/нефть, в ней движутся и нефть, и вода, т.е. происходит двухфазная фильтрация.
III. – зона, где движется только нефть, воды там пока нет.
Было выявлено, что капиллярные силы контролируют размер переходной зоны в пласте и остаточное нефтегазонасыщение в промытой зоне.
Изменение картины вытеснения в случае инверсии капиллярных сил выглядит следующим образом:
 |
Рк +
S
Рк -
Если пласт гидрофобный зависимость S(х) иная:
 |
S
х
Изменение в следующем:
1. полностью исчезает промытая зона;
2. переходная зона занимает практически весь пласт.
Из этого можно сделать вывод, что заводнение в гидрофобных пластах неэффективно.
Лекция №19.