Файл: Поверхностные явления в пластах и их взаимосвязь с проницаемостью пластов.docx
Добавлен: 27.04.2024
Просмотров: 20
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и ВЫСШЕГО образования Государственное бюджетное образовательное учреждение Российской Федерации
«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Серго Орджоникидзе»
(МГРИ)
Кафедра современных технологий бурения скважин
РЕФЕРАТ
Дисциплина «Физика пласта»
Тема: «Поверхностные явления в пластах и их взаимосвязь с проницаемостью пластов»
Выполнил: студент группы ЗНД-18к
Осьмушкин А.В.
Проверил: Доцент Тунгусов С.А.
Москва, 2023
Содержание
Введение……………………………………………………………………….……….3
1. Поверхностные явления: понятие, сущность …………………..……………..5 2. Поверхностные явления в пластах……………………………………………....8
2.1 Причины ухудшения проницаемости призабойной зоны пласта……..……8
2.2 Гранулометрический состав………………………………………….………..15
2.3 Взаимосвязь поверхностного явления в пластах с проницаемостью пластов ………………………………………………………………………………..20
3. Поверхностные явления при фильтрации пластовых жидкостей .………..28
Заключение…………………………………………………………………………...31
Список использованной литературы……………………………………………..33
Введение
В последние десятилетия ни одно месторождение не начинают разрабатывать без детального изучения физических свойств пород пласта, пластовых жидкостей и газов — без этого нельзя осуществить научно обоснованную разработку месторождений нефти и газа.
Эксплуатация нефтяных, газовых и газоконденсатных залежей связана с фильтрацией огромных масс жидкостей и газов в пористой среде к забоям скважин. От свойств пористых сред, пластовых жидкостей и газов зависят закономерности фильтрации нефти, газа и воды, дебиты скважин, продуктивность коллектора.
По мере эксплуатации залежей условия залегания нефти, воды и газа в пласте изменяются. Это сопровождается значительными изменениями свойств пород, пластовых жидкостей, газов и газоконденсатных смесей. Поэтому эти свойства рассматриваются в динамике — в зависимости от изменения пластового давления, температуры и других условий в залежах.
Современный инженер-нефтяник, занимающийся рациональной разработкой нефтяных и газовых месторождений, должен хорошо знать геологическое строение залежи, её физические характеристики (пористость, проницаемость, насыщенность и др.), физико-химические свойства нефти, газа и воды, насыщающие породы, уметь правильно обработать и оценить данные, которые получены при вскрытии пласта и при его последующей эксплуатации. Эти данные позволят определить начальные запасы углеводородов в залежи. Они необходимы для объективного представления о процессах, происходящих в пласте при его разработке и на различных стадиях эксплуатации.
Нефтяные пласты представляют собой огромное скопление капиллярных каналов и трещин с громадной площадью поверхности. Вследствие этого поверхностные явления играют решающую роль в процессах взаимного вытеснения нефти, воды и газа. В частности, нефтеотдача пластов, фазовые проницаемости во многом обусловлены поверхностными явлениями. С этими же явлениями сталкиваются при разрушении водонефтяных эмульсий, обезвоживании нефти, при борьбе с отложениями асфальто-смолистых и парафиновых веществ в призабойной зоне пласта, на нефтепромысловом оборудовании.
Поверхностные явления в нефтяном пласте существуют на границах раздела: нефть-вода, нефть-газ, нефть-порода, вода-газ, вода-порода, газ-порода. Степень проявления молекулярно-поверхностного взаимодействия на границах раздела фаз определяется коэффициентом поверхностного натяжения, краевым углом избирательного смачивания, работой адгезии, теплотой смачивания.
Проницаемость — важнейший параметр, характеризующий проводимость коллектора, т. е. способность пород пласта пропускать к забоям скважин нефть и газ при наличии перепада между пластовым и забойным давлениями.
Абсолютно непроницаемых тел в природе нет. Однако при существующих в нефтяных пластах сравнительно небольших перепадах давлений многие породы из-за малых размеров пор в них оказываются практически мало или совсем непроницаемыми для жидкостей и газов (глины, сланцы и др.).
Цель работы – теоретически рассмотреть поверхностные явления в пластах и их взаимосвязь с проницаемостью пластов.
Задачи:
- рассмотреть поверхностные явления: понятие, сущность;
- изучить поверхностные явления при фильтрации пластовых жидкостей
;
- проанализировать поверхностные явления в пластах и их взаимосвязь с проницаемостью пластов.
1. Поверхностные явления: понятие, сущность
Поверхностные явления – это совокупность явлений, которые обусловлены свойствами тонких слоев веществ, находящихся на границе раздела фаз.
Поверхностные явления происходят в поверхностных слоях на межфазных границах. Причиной их являются разные состав и строение контактирующих фаз, различия в связях поверхностных молекул и атомов. Из-за этого молекулы и атомы, находящиеся в поверхностных слоях, образовывают структуру, а само вещество принимает особое состояние, которое отличается от его обычного состояния. Поверхностные явления изучаются коллоидной химией.
Как правило, поверхностные явления классифицируют в соответствии с объединенным уравнением второго и первого начал термодинамики, в которое входят основные виды энергии:
• Теплота.
• Электрическая энергия.
• Энергия Гиббса.
• Механическая энергия.
• Химическая энергия [8].
Преобразование (превращение) поверхностной энергии в один из вышеперечисленных видов энергии, может проявляться в виде адгезии, адсорбции, смачивания, капиллярности и т. п. Поверхностные явления используются в химической промышленности. Почти каждое химическое производство осуществляется с использованием дисперсных систем и поверхностных явлений. Гетерогенные процессы в химическом производстве, осуществляют при условии максимального контакта между поверхностями контакта фаз.
С этой целью вещества переводят в состояние пылей, суспензий, эмульсий, порошков или туманов. Так, например, процесс измельчения промежуточных продуктов или сырья, а также обогащение, происходит в дисперсных системах, в которых значимую роль играют такие явления, как смачивание, коагуляция, адсорбция, капиллярность, седиментация. В химическом производстве широко распространены дисперсные системы с твердой дисперсионной средой, например, катализаторы и адсорбенты. Закономерности протекания поверхностных явлений представляют собой основу для получения материалов с определенными свойствами: лекарственные препараты, керамика, порох, цементы, ситаллы, полимеры, сорбенты, катализаторы и т.п.
Интересующие нас флюиды заключены в поровом пространстве горных пород. На границах разделов между флюидами и между флюидами и твердыми телами наблюдается совокупность множества физических и химических соотношений, что объясняет целый ряд явлений, происходящих в залежи как во время ее формирования, так и в процессе ее разработки. Свободная поверхностная энергия,
поверхностное натяжение, межфазное натяжение, адсорбция, силы сцепления, смачиваемость - все это примеры сил, действующих на границах разделов различных фаз. Поскольку основная часть порового пространства представлена капиллярными порами (обычно менее 0,5 мм в диаметре), именно капиллярные явления лучше всего объясняют многие особенности взаимоотношений между флюидами и породами, обнаруживаемые в нефтегазоносных пластах. Более того, все явления, характерные для границ разделов различных фаз, также происходят главным образом в капиллярных порах.
Явления, происходящие на границах фаз жидкости, газа и твердого тела, а также внутри их, включая и капиллярные явления, обусловлены тем, что все молекулы находятся под воздействием сил взаимного притяжения. Эти силы, известные под названием сил Ван-дер-Ваальса, противодействуют перемещению и смещению молекул (что объясняется их кинетической энергией). С увеличением температуры движение молекул усиливается. Одно из следствий этого - разобщение молекул жидкости и образование газа [16].
Поскольку действие сил Ван-дер-Ваальса обратно пропорционально шести или семикратному расстоянию между молекулами, они практически не оказывают влияния на газы. И наоборот, в жидкостях и особенно твердых телах, где расстояния между молекулами очень малы, эти силы оказываются чрезвычайно большими. Точка начала кипения жидкости характеризует скорость движения молекул, которая необходима для преодоления сил Ван-дер-Ваальса. Эти силы действуют как внутри отдельных физических тел (жидкость, газ, твердое тело), так и на границах различных фаз {жидкость - жидкость, жидкость - газ, жидкость - твердое тело и т.д.).
Все молекулы в жидкости, за исключением поверхностных, со всех сторон окружены другими молекулами и находятся под воздействием сил взаимного притяжения (сил Ван-дер-Ваальса). При этом на поверхности, на контакте с воздухом, газами, паром, эти молекулы только частично окружены другими молекулами жидкости и притягиваются лишь в направлении самой жидкости. Молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, образуют как бы незримую сжимающую мембрану.
Под действием этих сжимающих сил площадь поверхности жидкости сокращается до минимума, а для любого данного объёма наименьшая поверхность - это сфера (к примеру, дождевая капля в воздухе). Это самопроизвольное сжатие поверхности жидкости указывает на затрату определенного количества свободной энергии, поскольку на сжатие потребовалось какое-то количество работы. Такая энергия принято называть поверхностной свободной энергией. Количество работы, крайне важно е для образования 1 см² поверхности (эрг/см²), принято называть поверхностной энергией вещества.
Натяжение на поверхности жидкости, контактирующей с воздухом или собственным паром, обычно принято называть поверхностным натяжением (о) и выражается в усилии, крайне важно м для образования единицы сжатой поверхности (дин/см). Поверхностное натяжение количественно эквивалентно поверхностной энергии.
Молекулы поверхностного слоя на границе двух несмешивающихся фаз вследствие нескомпенсированности межмолекулярных сил имеют избыточную свободную энергию. Эта энергия, отнесенная к единице поверхности, называется удельной свободной поверхностной энергией или поверхностным натяжением (коэффициентом поверхностного натяжения).
Поверхностное натяжение жидкости уменьшается с повышением температуры, поскольку последнее приводит к тому, что скорость движения молекул жидкости возрастает и они начинают пробиваться сквозь поверхностную пленку в парообразную фазу. Этому процессу в известной степени противодействует поверхностная свободная энергия, стремящаяся, в соответствии с направлением действия сил Ван-дер-Ваальса, стягивать поверхность жидкости. В конечном счете при достижении критической температуры поверхностное натяжение становится равным нулю, граница между жидкостью и ее паром (мениск) исчезает, свойства их становятся идентичными [17].
В случае если речь идет о границе между двумя жидкостями или между жидкостью и твердым телом, то для обозначения сил, стремящихся уменьшить площадь контактирующей поверхности, используется термин контактное, или межфазное, натяжение (γ), эквивалентное величине поверхностной свободной энергии на единицу поверхности контакта. Этот параметр для границ между пластовыми водами и нефтью в группе месторождений Техаса оказался равным 15 -35 дин/см для температуры 70°F, 8-25дин/см для температуры 100°F, 8-19 дин/см для температуры130°. Средняя величина межфазного натяжения
2. Поверхностные явления в пластах
2.1 Причины ухудшения проницаемости призабойной зоны пласта
Поверхностные явления в нефтяном пласте существуют на грантах раздела; нефть-вода, нефть-газ, нефть-порода, вода-газ, вода-порода, газ-порода. Степень проявления молекулярно-поверхностного взаимодействия на границах раздела фаз определяется коэффициентом поверхностного натяжения, краевым углом избирательного смачивания, работой адгезии, теплотой смачивания.
