Файл: Бабалян, Г. А. Физико-химические процессы в добыче нефти.pdf

можность увеличения охвата залежи водой при заводнении, ско­ рость вытеснения и расход воды для извлечения нефти. С ухуд­ шением капиллярного впитывания эти показатели ухудшаются. Капиллярное впитывание ухудшается с повышением активности нефти, уменьшением содержания в пласте погребенной воды и смачиваемости пород водой.

Чем более неоднороден пласт, тем больше вследствие отсут­ ствия капиллярного впитывания снижается нефтеотдача из-за оставления многочисленных целиков при продвижении воды по пласту. При отсутствии погребенной воды процесс вытеснения неф­ ти водой должен сопровождаться непрерывным повышением по­ верхностной энергии системы порода — нефть — вода и ухудше­ нием в связи с этим условий вытеснения.

Г л а в а I X

ВЫДЕЛЕНИЕ И РАСТВОРЕНИЕ ГАЗА

I. МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ПУЗЫРЬКОВ

Во многих случаях добыча нефти сопровождается выделением и растворением газа (процессы разработки нефтяных залежей, лифтирования нефти, транспортирования ее и т. д.). В связи с этим важно выяснить механизм образования и растворения газа, кинетику этих процессов.

Размер зародыша пузырька, образующегося в растворе при падении в нем давления ниже давления насыщения, или, что то же, при пересыщении раствора определяется равенством

путем добавки в раствор ПАВ. Наиболее эффективны для этой цели водорастворимые ПАВ, гидрофобизирующие породу и обла­ дающие высокой скоростью диффузии.

Величина работы Wit необходимой для образования пузырь­ ка газа на твердой поверхности, определяется равенством

некоторой функцией краевого угла смачивания [52].

Зависимость Кі от Ѳ представлена на рис. 93. Из этого графи­ ка и равенства (2) следует, что с уменьшением ожг и увеличением Ѳ значение Wі уменьшается.

173

Работа, необходимая для образования пузырька газа, ограни­ ченного со всех сторон жидкостью

Отношение W2/W\ также является функцией Ѳ.

При равенстве объемов образующихся пузырьков зависимость W2/Wl от Ѳ определяется кривой, приведенной па рис. 94.

/V

IV, J w 1

.зависимости. Кинетика растворения пузырьков для раствора, под­ чиняющегося закону Генри, определяется уравнением:

- f - = 4лR*n ^8яЯо-жг —/ j , ' (5)

174

ность же раздела вода — газ в квадрате. Поэтому с уменьшением Ämin скорость растворения возрастает. Добавление ПАВ в воду уменьшает Дт 11 и увеличивает соответственно скорость растворе­ ния газа. Принимая указанную выше зависимость между R и /г, можно для каждого значения R определить скорость растворения газа dC/dt, если известны все остальные члены уравнения (5).

Вместе с тем скорость растворения увеличивается и с увели­ чением объема жидкости, с которой соприкасаются пузырьки. Уве­ личение этого объема может быть достигнуто перемешиванием. Интенсивное перемешивание пузырьков с жидкостью возникает при переходе от ламинарного движения к турбулентному. Скорость растворения отдельных газов примерно пропорциональна их раст­ воримости. Так, если принять скорость растворения азота за еди­ ницу, то скорость растворения кислорода составит 2,1, а углекис­ лого газа — 71. Аналогичная закономерность установлена и для скорости выделения газа. В первую очередь выделяется газ, имею­ щий наибольшее парциальное давление.

При прочих равных условиях скорость выделения из раствора больше для того газа, который имеет большую растворимость.

Для повышения степени дисперсности пузырьков газа можно применить ПАВ, сильно снижающие ажг, гидрофобизирующие по­

с увеличением гидрофобное™ поверхности и уменьшением поверх­ ностного натяжения на границе нефть — газ аИг, то давление, при котором выделяется газ, соответственно увеличивается. Действи­ тельно, газ выделяется из раствора в пористой среде при меньших снижениях давления, чем в бомбе РѴТ [87, 105]. Так, различие в давлениях насыщения составляет для яринской нефти 4—5 кгс/см2, для системы изооктан — углекислый газ 2 кгс/см2 [87].

Исследования проводились на образцах песка и кернах той или иной степени очистки от гидрофобизирующих поверхность веществ. В работе [77] поверхность заранее гидрофобизировали нефтью, в работе [87], хотя и применяли неполярную жидкость, уверен­ ности в чистоте поверхности песка не было. По степени гидрофиль­ ное™ песков образцы сцементированных пород неоднородны. Одна часть поверхности хорошо смачивается водой, другая — нефтью. Помимо этого, сами частицы, слагающие пористую среду, неоди­

175

наковы по форме и шероховатости поверхности. Таким образом, в условиях пористой среды нельзя определить, какой из перечис­ ленных факторов оказывает наибольшее влияние на выделение газа и поэтому процесс изучали в капиллярах, где можно достичь высокой степени чистоты и гладкости поверхности стенок. В опы­ тах использовали капилляры из термического стекла № 16 диамет­ рами от 30 до 600 мк.

Исследования проводили со смесями изооктана с углекислым газом (соответственно 60 и 40% вес.) и этана с пропиленом, эти­ леном и пропаном (соответственно 88,4, 10,9, 0,5 и 0,2%).

Физические свойства системы изооктан — углекислый газ (дав­ ление насыщения, относительный объем, коэффициент сжимае­ мости при различных концентрациях СОг) были определены на установке по исследованию растворимости газов в нефтях [69]. Пробы из бомбы РѴТ переводили в предварительно заполненный ртутью капилляр при давлении на 20—25 кгс/см2 больше, чем давление насыщения рщз, определенное в бомбе РѴТ.

Начало выделения газа характеризовалось мгновенным обра­ зованием одного или двух пузырьков. Пузырьки быстро приобре­ тали цилиндрическую форму с поперечным сечением, близким к сечению капилляра. Первые пузырьки газа, как правило, возника­ ли на ртутных менисках, т. е. на более гидрофобной поверхности. При дальнейшем разгазировании пузырьки появлялись в середине капилляра, а не на поверхности ртути. При отсутствии ртути пер­ вые пузырьки возникали при меньших давлениях, однако в обоих случаях давление было ниже рав. На рис. 96 приводится измене­ ние отношения объема выделившегося из изооктана углекислого

176