Файл: Лекция 12 Источники пластовой энергии. Силы, действующие в залежи.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.04.2024
Просмотров: 16
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ЛЕКЦИЯ 12
1. Источники пластовой энергии. Силы, действующие в залежи.
Приток жидкости и газа из пласта в скважины происходит под действием сил, природа и величина которых зависят от видов и запасов пластовой энергии. В зависимости от геологического строения района и залежи приток нефти, воды и газа к скважинам происходит за счет:
1. напора краевых вод
2. напора газа, сжатого в газовой шапке
3. энергии растворенного газа, выделяющейся при снижении давления
4. упругости сжатых горных пород
5. гравитационной энергии.
В зависимости от вида преобладающей энергии существуют понятия режимов работы залежи: водонапорный, газонапорный (газовой шапки), растворенного газа, упругий и упруговодонапорный, гравитационный и смешанный. Запасы пластовой энергии расходуются на преодоление сил вязкого трения при перемещении жидкостей и газов сквозь породу к забоям скважин, на преодоление капиллярных и адгезионных сил.
Гидравлические сопротивления при движении жидкости в пористой среде пропорциональны скорости потока и вязкости жидкостей. Дополнительные усилия требуются для преодоления капиллярных эффектов в пористых средах, возникающих в области водонефтяного контакта движущихся жидкостей. Здесь нефть и вода никогда не движутся в виде какого-то фронта, но представляют собой смесь капель нефти и воды, которые то останавливаются, то вновь начинают двигаться в каналах фильтрации. Прежде, чем такая капля нефти сдвинется с места необходимо преодолеть силы трения ее о стенки капилляра, а также капиллярное давление, противодействующее внешнему перепаду давлений. Разность капиллярных давлений на противоположных концах капли, противодействующее внешнему перепаду давлений определяется как
,где Q¢ и Q¢¢ соответственно отступающий и наступающий угол смачивания. Описанное явление называется эффектом Жамена. На преодоление его затрачивается огромное количество пластовой энергии.
В пористой среде водонефтяная смесь движется в капиллярах переменного сечения. При этом происходит деформация капель нефти и воды. При внедрении жидкостей в предпоровые сужения вследствие неравенства радиусов кривизны менисков возникает противодавление
По мере приближения к забоям скважин скорость жидкости увеличивается, что способствует образованию различного рода эмульсий, создающих дополнительные гидравлические сопротивления.
2. Поверхностные явления при фильтрации пластовых жидкостей.
Причины нарушения закона Дарси.
На закономерности фильтрации жидкостей и газов в пористой среде влияют не только границы раздела, возникающие между нефтью, газом и водой, но также и поверхностные явления, происходящие на границах жидкостей с твердым телом. Образование на поверхности каналов фильтрации адсорбционно-сольватных слоев, практически не участвующих в движении, приводит к постепенному затуханию фильтрации за счет уменьшения эффективного сечения каналов. Понижение скорости фильтрации может быть вызвано химической фиксацией адсорбционных слоев поверхностно-активных компонентов нефти. Этот процесс может продолжаться до полной закупорки каналов фильтрации вследствие возрастания толщины коллоидных пленок. Исследованиями было установлено, что эффект затухания фильтрации нефтей исчезает с повышением температуры до 60-65 оС и при увеличении перепадов давления. С повышением депрессии до некоторого предела происходит размывание возникших ранее адсорбционно-сольватных слоев. Эти явления служат одной из причин нарушения закона Дарси при изменении режима фильтрации углеводородных жидкостей в пористой среде. Для нефтей Пермской области, Удмуртии, Башкирии, Татарии явления затухания фильтрации как правило не наблюдается, если экспериментировать со свежими, не окисленными жидкостями. Это связано с малой активностью нефтей региона.
Другой причиной нарушения закона Дарси могут быть аномальные свойства жидкостей, связанные с отклонением от закона трения Ньютона. Зависимость скорости фильтрации от перепада давления для неньютоновских жидкостей является нелинейной и характеризуется градиентом сдвига. Строго говоря, аномальные свойства проявляются не только у нефтей, но и у воды, фильтрующейся в тонких каналах, свойственных для пористых сред. Таким образом, любые жидкости в пористой среде характеризуются неньютоновскими свойствами, но в одних случаях величина градиента сдвига поддается измерению, а в других она настолько мала, что ей пренебрегают.
3. Электрокинетические явления в пористых средах
Эти явления связаны с наличием ионно-электростатических полей у границ поверхностей в растворах электролитов. Распределение ионов в электролите у заряженной поверхности пористой среды имеет диффузионный характер, т.е. находятся у поверхности в виде “ионной атмосферы”, возникающей вследствие теплового движения ионов и молекул жидкости. Концентрация ионов, наибольшая вблизи адсорбированного слоя, убывает с расстоянием от твердой поверхности до тех пор, пока не сравняется со средней их концентрацией в растворе. У поверхности твердого тела образуется слой Гельмгольца толщиной, равной радиусу ионов, составляющих слой. Толщина диффузной части двойного слоя составляет несколько тысяч ангстрем.
При относительном движении твердой и жидкой фаз скольжение происходит не у самой поверхности твердого тела, а на некотором расстоянии, имеющем размеры, близкие к молекулярным. Интенсивность электрокинетических процессов характеризуется не всей величиной скачка и потенциала между твердой фазой и жидкостью, а скачком между частью жидкости, неразрывно связанной с твердой поверхностью и остальным раствором. Наличие двойного электрического слоя на границах раздела фаз способствует возникновению электрокинетических явлений (электроосмоса, электрофореза, потенциала протекания и др.). Все они имеют общий механизм возникновения, связанный с относительным движением твердой и жидкой фаз. При течении элекролита в пористой среде возникает электрическое поле (потенциал протекания). Если к пористой среде приложить электрическое поле, то под влиянием ионов раствор электролита приходит в движение в связи с тем, что направленный поток избыточных ионов диффузного слоя увлекает за собой массу жидкости под действием трения и молекулярного сцепления. Это явление носит название электроосмоса. С наложением электрического поля на взвесь дисперсных частиц возникает движение дисперсной фазы, получившее название электрофореза. При этом частицы раздробленной твердой или жидкой фазы переносятся к катоду или аноду в массе неподвижной дисперсной среды. Количественно зависимость скорости электроосмоса от параметров электрического поля и свойств пористой среды и жидкостей описывается формулой Гельмгольца - Смолуховского:
,где
- расход жидкости под действием электроосмоса;
- суммарная площадь поперечного сечения капиллярных каналов пористой среды;
- падение потенциала в подвижной части двойного слоя;
- диэлектрическая проницаемость;
- градиент потенциала;
-потенциал, приложенный к пористой среде длиной 
;
- вязкость жидкости.Учитывая, что сопротивление жидкости
,а
, 
где
- удельная электропроводность жидкости; 
- сила тока,можно записать
или, аналогично закону Дарси
,где
- пористость;
- электроосмотический коэффициент проницаемости;
- площадь образца.По закону Дарси расход жидкости равен
При совпадении направлений фильтрации с результатом проявления электроосмоса суммарный расход жидкости составит
Принципиальная возможность повышения скорости фильтрации за счет электроосмоса доказана экспериментально. Однако многие вопросы приложения электрокинетических явлений в нефтепромысловой практике изучены недостаточно. Увеличение концентрации электролитов сопровождается уменьшением толщины диффузного слоя и снижением электрокинетического потенциала. При некоторой концентрации электролитов скорость электрокинетических процессов становится равной нулю. Очевидно для месторождений Урало-Поволжья и в том числе Удмуртии, где пластовые воды являются высокоминерализованными электроосмотический перенос материи проявляется очень слабо. Но при нагнетании в пласты пресной воды и значительном разбавлении пластовых вод он вероятно может иметь место и оказывать то или иное влияние на скорость фильтрации пластовых жидкостей увеличивая или уменьшая ее.
4. Дроссельный эффект при движении жидкостей
и газов в пористой среде
Вследствие адиабатического расширения жидкостей и газов при прохождении через пористые среды и влияния дроссельного процесса наблюдаются термические эффекты.
Адиабатическое расширение жидкостей и газов, сопровождающееся понижением температуры, значительно влияет на температурные изменения внутри пласта и в призабойной зоне действующих скважин из-за большой теплоемкости горных пород. При этом интенсивность изменения температуры характеризуется величиной коэффициента Джоуля-Томсона, который представляет собой частную производную от температуры по давлению при постоянной энтальпии
e
Величина температурных изменений при фильтрации через пористые среды жидкостей и газов зависит от перепада давлений между пластом и забоем и определяется как
где Рп и Рз - пластовое и забойное давление.
Величина интегрального коэффициента (e) для нефти изменяется от 0,4 до 0,6 оС/МПа, для воды - 0,235 оС/МПа. Повышение температуры нефтей при дроссельном процессе достигает 5-6 оС на 10 МПа депресси. Для углеводородных газов величина дифференциального коэффициента изменяется в пределах от -3 до -6 оС/МПа.
Дроссельный эффект используется в промысловой практике для установления зон притока пластовых жидкостей. При поступлении нефти и воды наблюдается разогрев работающего интервала, а при поступлении газа - охлаждение.