Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 [ 72 ] 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

Разность этих давлений будет создавать силу, противодействующую внешнему перепаду давлений (р -р):

Р. = -Р- (VII.3)

Учитывая, что

c0s9

получим

p„ = -(cos0"-cos0). (VII.4)

Описанное явление, сопровождающееся возникновением дополнительных сопротивлений при движении пузырьков газа и несмешивающпхся жидкостей в капиллярных каналах, впервые исследовано Жаменом и названо его именем. Многочисленные эффекты Жамена возникают также при движении газоводонефтяных смесей в пористой среде. Величина дополнительного сопротивления и капиллярного давления для единичных столбиков может быть и невелика. Но в пористой среде столбики и четки образуются в больших количествах и на преодоление капиллярных сил затрачивается значительная часть пластовой энергии. Капиллярные силы способствуют уменьшению проницаемости фаз.

В пористой среде водонефтяная смесь движется в капиллярах леременного сечения, при этом происходит деформация капель и четок. При переходе глобул и шариков нефти, воды или газа из широкой части канала в суженную вследствие неравенства радиусов кривизны менисков возникает противодавление

где i?i и i?2 - радиусы кривизны менисков глобул в суженной и расширенной части канала. Водонефтяные смеси могут образовываться на протяжении десятков и сотен метров. Если бы эффект Жамена проявлялся в пласте так же интенсивно, как и в цилиндрических капиллярах, движение жидкостей в пористой среде было бы затруднено. По-видимому, эффект Жамена в пласте в значительной степени ослабляется вследствие сжимаемости газовых пузырьков и упругости жидкости и пород пласта. При этом происходит сдвиг не сразу всей массы смеси, а отдельных ее участков. Кроме того, в каналах неправильной формы жидкости могут иметь обходные пути между стенками каналов и пузырьками воды или газа.

§ 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 твердое тело - жидкость. По результатам опытов, проведенных П. А. Ребиндером, М. М. Кусаковым,

к. Е. Зинченко, при фильтрации через кварцевый песок углеводородных жидкостей с добавками полярных поверхностно-активных веществ (как индивидуальных углеводородов, так и самих нефтей) со временем скорость фильтрации Затухает. Это можно объяснить образованием на поверхности поровых каналов адсорбционно-сольватных слоев, практически не участвующих в процессе движения и замедляющие фильтрацию, уменьшая эффективное сечение капилляров. Считается, что и в естественных условиях понижение скорости фильтрации может быть вызвано: 1) химической фиксацией адсорбционных слоев поверхностно-активных компонентов нефти, например, кислотного типа на активных местах поверхности минеральных зерен; 2) повышениедг содержания в нефти поверхностно-активных веществ за счет постепенного накопления в текущей нефти кальциевых и магниевых мыл.

В таких случаях может наблюдаться непрерывное замедление фильтрации со временем до полной закупорки поровых каналов вследствие возрастания толщины коллоидных пленок. Этим эффектом можно объяснить и процесс затухания проницаемости кварцевых песчаников при фильтрации сквозь них нефти, детально изученный Ф. А. Требиным при различных условиях фильтрации.

Ф. А. Требиным было установлено, что эффект затухания фильтрации нефтей исчезает с повышением температуры до 60-65° С и при увеличении перепадов давлений. С повышением депрессии до некоторого предела происходит срыв (размыв) возникших ранее адсорбционно-сальватных слоев. Эти явления служат одной из причин нарушения закона Дарси (нелинейный характер зависимости расхода от депрессии) при изменении режима фильтрации углеводородных жидкостей в пористой среде.

Аналогичные явления встречаются в промысловой практике. Дебиты скважин вследствие образования в пласте смоло-парафино-вых отложений уменьшаются и для борьбы с ними прогревают призабойную зону или обрабатывают забой для удаления отложений другими средствами.

Следует, однако, отметить, что явления затухания фильтрации со временем, по-видимому, не свойственны большинству естественных пластов, и скважины эксплуатируются многие годы без снижения продуктивности. Снижение фильтрационных свойств пород при движении в них дегазированной нефти в лабораторных условиях связано с появлением в ней (в результате окисления, изменения состава нестойких соединений и охлаждения при хранении и транспортировке) комплексов, не свойственных естественным нефтям. По данным В. М. Березина и В. С. Алексеевой проницаемость естественных песчаников практически оказалась одинаковой для воздуха, неполярной жидкости и малоактивных (малополярных) нефтей Татарии и Башкирии . По результатам их исследований при надле-

Березин В. М., Алексеева B.C. Проницаемость продуктивных песчаников девона и угленосной толщи по нефти. Тр. УфНИИ, вып. 9 - 10, М., Гостоптехиздат, 1963.

/кащем отборе и хранении дегазированных нефтей (без доступа воздуха, в темном помещении, при умеренных температурах) даже таких месторождений, как Арланское и Новохазинское, которые содержат асфальто-смолистые вещества в большем количестве, чем нефти других месторождений, фильтрация их в пористой среде происходит без затухания. Процесс образования асфальто-смолистых отложений в поровых каналах, по-видимому, более свойственен выработанным залежам с низким пластовым давлением и связан с нарушением равновесия в нефтегазовых растворах при выделении газовой фазы и изменениях температуры.

Другой причиной нарушения закона Дарси могут быть аномальные свойства жидкостей, связанные с отклонением от закона трения Ньютона. На рис. УП.2 приведена схема часто встречающейся зависимости средней скорости фильтрации нефти от перепада давления . Как следует из этого рисунка, зависимость скорости фильтрации от перепада давления в пористой среде для неньютоновских систем может быть аппроксимирована двумя прямы- § ми - пунктирной OA и линией CAB. § На участке OA можно считать, что приближенно соблюдается закон О Дарси. Для участка CAB закон фильтрации записывается в виде обобщенного закона Дарси для вязкопластичных сред:

Перепад давления &р

Рис. VII.2. Схематическая зависимость средней скорости фильтрации от перепада давления.

I grad р

gradp.

(vn.6)

где V - скорость фильтрации; т] - структурная вязкость; Ро - модуль градиента давления на преодоление предельного напряжения сдвига; к - проницаемость для вязкопластичной среды; р - давление.

Кроме того, из рис. УП.2 следует, что закон фильтрации неньютоновских нефтей можно представить также степенным или смешанным законами.

По результатам исследований Б. И. Султанова величина Ро

1Мирзаджанзаде А. X., Хасаев А. М., Гурбанов Р. С, Ахмедов З.М. Газогидродинамические особенности разработки месторождений неньютоновских нефтей. «Нефтяное хозяйство», 1968, № 8.

2 Султанов Б.И. «О фильтрации вязкопластических жидкостей в пористой среде. Изв. АН Азербайджанской ССР, серия физико-математич. и тех-нич. наук, № 5, 1960.