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

Пря исследования процесса вытеснения обычно ищут нефтеотдачу или другие безразмерные функции от тех или иных безразмерных параметров.

Для соблюдения условпй подобия необходимо равенство в модели и в натуре всех соотношений (IX.5). Анализ показывает, что многие из них легко воспроизводятся в модели (а, т, Рн/Цв, -о, Рн/Рв и т. д.). А некоторыми из безразмерных комплексов можно пренебречь. Например, не обязательным является соблюдение условий

пп.. Vh 1 Г пп.. Vh

= п,

так как это соотношение является аналогом числа Рейнольдса и его необходимо соблюдать при больших значениях п, когда происходит нарушение закона Дарси, что встречается редко.

Влияние на нефтеотдачу силы тяжести учитывается параметром ЛДр/рв-Зависимость нефтеотдачи от этого параметра и соотношения плотностей Рн/рв обычно учитывается лишь в специальных исследованиях, где важную роль играют процессы гравитационного разделения воды и нефти в пористой среде.

Значительно сложнее добиться одновременного соблюдения в модели натурных значений параметров щ и п:

Л1 =

. Ар Vk Jhbt L Ap /fc .

aVr.

Я2 =

. Л gradp.

нат Lfcgradp jMofl"

(IX.6)

(IX.7)

По своей структуре они связаны с капиллярными свойствами пластовой спсте-мы. Действительно, если объединить пара.метры jii и Пг с другой безразмерной величиной, определяющей смачиваемость системы (т. е. с cos 9), то получим

Я1 =

а cos 9

. ApVk/m J а cos 9

(IX.8) (IX.9)

л I gradp I

Средний радиус пор с проницаемостью и пористью породы связан соотношением R = /- Учитывая это, параметр можно представить в виде

(IX.10)

где Рк - среднее капиллярное давление, развиваемое менисками в пористой среде.

Значение nj от Пх отличается лишь величиой постоянного множителя. Точно также можно убедиться о связи параметра с капиллярными свойствами системы. Критерий пропорционален отношению местного (в масштабах поровых каналов) градиента капиллярных сил к общему гидродинамическому градиенту давления в потоке.

Параметр п[ в естественных условиях будет очень мал, так как величина перепада давления Ар между контуром нагнетания и линией эксплуатационных скважин по сравненшо с величиной капиллярного давления р, очень велика. При этом критерий в естественных условиях характеризуется высокими значениями, так как из-за значительных расстояний I между нагнетательными скважинами п галлереей эксплуатационных скважин, величина Ap/Z оказывается малой. Следовательно, если для опытов использовать естественную пористую среду и естественную нефть и воду (т. е. оперировать с натурными величинами к, т, а и cos 9), то при этом необходимо работать при высоких перепадах давления Ар на модели. Только в этом случае мы будем приближаться к натурным

значениям критерия в модели. Но для соблюдения естественных значений критерия Яг требуются малые неренады давления Ар на единицу длины пласта. При высоких значениях Ар это можно достигнуть только при увеличении длины модели I. Поэтому в лабораторных опытах одновременное выполнение условий подобия и Яа затруднительно, что заставляет искать пути приближенного моделирования процесса вытеснения нефти водой в лабораторных условиях. Так как в опытах трудно соблюдать все ограничительные условия, гарантирующие подобие явлений, возникает вопрос о том, в какой мере все упомянутые требования являются существенными и какое влияние оказывает на результаты исследования несоблюдение того или иного из критериев подобия.

Исследования показывают, что величина пропорциональна отношению длины стабилизированной зоны ко всей длине пласта. В условиях реальных коллекторов размер стабилизированной зоны очень мал ио отношению к длине пласта, так как капиллярные силы, оказывающие значительное влияние на строение этой зоны незначительны по сравнению с внешними силами (Др), вытесняющими нефть из пласта. В лабораторной модели при высоких значениях критерия nJ это условие нарушается, капиллярные силы становятся господствующими и длина стабилизированной зоны становится сравнимой с длиной модели пласта. Следовательно, при этом мы имеем уже другой случай вытеснения, более близкий к процессу чистого капиллярного впитывания воды в иласт, а не вытеснение нефти иод действием внешнего перепада давления, как это происходит в реальном коллекторе.

Вместе с тем недопустимость полного пренебрежения капиллярными силами в лабораторных опытах вытекает из смысла критерия п. При повышенных градиентах давлений, отличающихся от пластовых, скорости передвижения водо-нефтяного контакта в модели становятся выше пластовых скоростей, наступают гистерезисные явления, течение капиллярных процессов в модели отклоняется от течения их в реальном пласте и результаты опытов искажаются.

В соответствии со сказанным необходЕГмо выбирать и другие параметры модели (а, cos 6). Совершенно очевидно, что поверхностные свойства системы ц смачиваемость пород нефтью и водой не могут быть произвольными - они должны быть приведены в соответствие с допустЕГмыми значениями критериев я и Яг- Например, использование в качестве моделей нефти неполярных углеводородных жидкостей, имеющих высокие значения а на границе с водой, в условиях гидрофильных пород (т. е. при cos 6, приближающихся к единице) приводит к завышению роли капиллярных сил, и, как правило, затрудняет получение надежных выводов.

Для сохранения в модели натурных соотношений вязкости нефти и воды

Но = - часто в качестве моделей нефти используют изовискозные углеводо-И-в

родные жидкости - смеси керосина с маслами, вязкость которых равна вязкости пластовой нефти. Чтобы сохранить пластовые значения а и cos 6 в них добавляют 2-3% дегазированной нефти. Ранее уже упоминалось, что лучше для этой цели использовать естественные иефти, отобранные из пласта. При этом должны быть приняты меры против окисления ее кислородом воздуха и появления в нефти несвойственных ей комплексов.

Прп использовании пластовых нефтей опыты необходимо ставить на установках высокого давления. Правильно выбранные модели нефти, если соблюдены другие критерии подобия, позволяют получить надежные результаты и при низких давлениях.

Как мы уже видели, одновременное соблюдение натурных значений п{ и Яд затруднительно и поэтому на практике применяют приближенное моделирование.

§ 4. ПРИБЛИЖЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Условия приближенного моделирования вытекают из факта вырождения при некоторых условиях критериев подобия, которое заключается в том, что критерий, оказавший решающее влияние на ход процесса, в других условиях постепенно ослабляет свое влияние в области своего вырождения, выпадает

из числа аргументов, влияющих на процесс. С дальнейшим изменением кри терия процесс оказывается автомодельным в том смысле, что явления, «писываемые этим критерием, остаются себе подобными при любых его значениях, когда оно становится несущественным для процесса. Возникает задача определения значений критериев, при которых их можно считать выродившимися.

В опытах по вытеснению нефти водой определяются допустимые величины и Яг, при которых их роль становится несущественной. На рис. IX.1 приведена схематическая зависимость нефтеотдачи от критерия я, из которого следует, что интенсивность изменения нефтеотдачи при значениях я, близких к пластовым, иная, более замедленная, чем при повышенных его значениях, не свойственных реальным условиям вытеснения. Можно принять за допустимые значения критерия п[ в модели такие его величины, когда обеспечивается

характер зависимости г = / (я) при значениях я, близких к пластовым.

Судя по рис. IX.1, допустимыми величинами параметра являются все его значения, удовлетворяющие условию я < nj.

Автомодельиость при этом означает принадлежность явлений, характеризующих взаимосвязь капиллярных и внешних сил, к одному и тому же обобщенному случаю, близкому к пластовому при всех

значениях я;

ц, меньших чем п. Точно также можно экспериментально установить приемлемую величину критерия Яг, при которой в лабораторной модели соблюдается соответствие внешних гидродинамических и капиллярных сил. Все это позволяет не соблюдать равенство чисел я я Яг для модели и натуры и ограничиваться в опытах теми их значениями, при которых процесс по свойствам становится сходным с пластовым.

По результатам исследований Д. А. Эфроса для слабосцементированных пород автомодельиость обычно наступает при значениях

Я1 0,6

Я, 0,5.10«

(IX.11)

Однако области автомодельности лучше устанавливать в каждом конкретном случае при специальных исследованиях зависимости нефтеотдачи от этих параметров г] = fi {л[) и ti = /г (п). Следует учитывать, что условия (IX.И) получены по данным экспериментальных исследований с однородными породами. Возможность их распространения на другие породы изучена слабо.

По известным допустимым значениям критериев Я} и Яг из соотношений (IX.8) и (IX.9) определяются условия проведения опытов, при которых будут соблюдаться приближенные условия подобия - минимально допустимый перепад давления Др и длина модели /.

Теоретические основы моделирования процессов вытеснения нефти из естественных пластов водой, паром и растворителями находятся в стадии развития. Многие проблемы моделирования еще не решены. Требуют уточнения и дальнейшего анализа условия приближенного моделирования. Недостаточно разработаны вопросы моделирования неоднородных коллекторов. Поэтому результаты лабораторных опытов следует переносить на реальные пласты с учетом данных, полученных другими средствами исследований.