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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217

может привести к существенному увеличению объема жидкой фазы, в результате чего возникает двухфазная фильтрация. Такими газами в пластовых условиях могут оказаться, например, обогащенные промежуточными компонентами углеводородные газы или диоксид углерода. Возникающая при этом двухфазная фильтрация будет продолжаться до тех пор, пока опять не будет достигнута критическая насыщенность, которая меньше исходной. Некоторую роль при этом играет изменение физико-химических характеристик на границе газ - жидкость.

Условия возникновения и закономерности движения жидкой фазы при фильтрации растворяющегося в ней газа изучались экспериментально на трубной модели пласта длиной 10 м, заполненной кварцевым песком широкой фракции. Опыты проводились при различной насыщенности пористой среды проницаемостью 2,4 10"" м деканом (плотность декана 0,73 г/см, молекулярная масса 142 г/моль) вплоть до критической, которая в данном случае при фильтрации азота или другого, практически не растворяющегося в декане газа составляла 37 %. Меньшие насыщенности создавали, заполняя модели предварительно приготовленной жидкой смесью декана с пропаном, взятых в различных соотношениях, с последующей дегазацией. Фильтрующимся газом, растворяющимся в декане, служил диоксид углерода. Система декан - диоксид углерода детально изучена, что позволило построить используемые при анализе опытов зависимости молярной доли растворенного в декане диоксида углерода X от давления р при различных температурах X = Х(р, t) и зависимость увеличения первоначального объема жидкого декана а от молярной доли X, т.е. а = а(Х).

Условия опытов выбирали такими, чтобы при комнатной температуре происходило приблизительно двукратное увеличение объема жидкого декана вследствие растворения в нем диоксида углерода.

В опытах измеряли давление на входе р, и выходе pj из модели с помощью образцовых манометров, а также расход газа q при атмосферных условиях с помощью газового счетчика. При двухфазной фильтрации объем вышедшего из модели декана измеряли периодически с помощью стеклянной емкости. По результатам измерений строили зависимости величины Ap/qr\z от q, где Лр = pf - pi, т\ - вязкость газа; z - коэффициент сжимаемости газа при среднем по пласту давлении. Комплекс этих величин характеризует сопротивление пористой среды и обратно пропорционален ее проницаемости.

Один из опытов был проведен при начальной насыщенности пористой среды жидким деканом И %. Относительная фазовая проницаемость по азоту при этом составляла к = 1,04 (рис. 2.19, а, прямая 2). Некоторое увеличение проницаемости пористой среды при малых насыщенностях жидкостью отмечалось ранее. Фильтрация газообразного диоксида углерода через ту же пористую среду не привела в движение жидкую фазу, но ока-залось, что проницаемость модели для газа снизилась и составляет к = = 0,89 от исходной проницаемости "чистой" модели (см. рис. 2.19, а, прямые 1 и 3). Это можно объяснить только увеличением насыщенности пористости среды жидким деканом вследствие растворения в нем диоксида углерода. При термобарических условиях опыта - давление 5,5 МПа и температура 23 °С - по известным зависимостям можно определить величины Хо = 0,81 и а = 2,3. Следовательно, насыщенность пористой среды возросла при фильтрации диоксида углерода до 11 2,3 = 25 %, что и при-

Рис. 2.19. Зависимость сопротивления пористой среды при фильтрации газа от скорости фильтрации

Ар/дцг, 10 МПа сиг* 2,4

40 q, см /с

вело к уменьшению проницаемости. Так как насыщенность не превысила критическую (37 %), то жидкая фаза осталась неподвижной.

При критической насыщенности пористой среды деканом 37 % относительная фазовая проницаемость по азоту составляет к = = 0,77 (см. рис. 2.19, б, прямая 2). Фильтрация газообразного диоксида углерода через эту модель при давлении 5,1 МПа и температуре 20 °С привела к интенсивной неустановившейся фильтрации жидкого декана, по окончании которой вновь наступила установившаяся фильтрация диоксида углерода, а насыщенность деканом снизилась до 20 %.

При этом относительная проницаемость пористой среды для газообразного диоксида углерода изменилась незначительно (см. рис. 2.19, б, прямая 3), так как насыщенность пористой среды деканом с растворенным в нем диоксидом углерода мало меняется - в основном за счет изменения физико-химических свойств (поверхностного натяжения и вязкости) насыщающей жидкости и может быть оценена расчетным путем величиной 20 • 1,75 = 35 %. В то же время /Относительная проницаемость по азоту приблизилась к проницаемости "ч1стой" модели (см. рис. 2.19, б, прямая 4). Неизменность критической насыщенности пористой среды деканом при растворении в нем диоксида углерода подтверждается расчетной оценкой происходящего при этом изменения поверхностного натяжения. Подсчитанное по общеизвестным зависимостям от парахора и экспериментальным данным исследуемой системы поверхностное натяжение изменяется от 25 до 5 мДж/м при молярном содержании диоксида углерода в декане 36 %. Такое изменение о не сказывается на порядке величины щ/о.

В аналогичном опыте при начальной насыщенности, значительно меньшей критической и равной 27 %, фильтрация газообразной углекислоты также привела к выносу декана и уменьшению вследствие этого насыщенности до 19 %, которую можно считать критической при термобарических условиях опыта; фильтрация азота при этой насыщенности оставляет жидкую фазу неподвижной.

Низкая критическая насыщенность пористой среды жидкой углеводородной фазой может быть достигнута при фильтрации обогащенного промежуточными компонентами углеводородного газа (например, молярная доля, %: метана - 50, этана - 24, пропана - 17 и бутана - 9). Развивавшаяся при этом двухфазная фильтрация привела к критической насыщенности порядка 10 % по окончании выноса жидкости, а плотность жидкой фазы за счет растворения в ней газообразных углеводородов снизилась до

0,38 г/см. Расчетная оценка показывает, что малое значение критической насыщенности в этом эксперименте объясняется резким уменьшением поверхностного натяжения на границе фаз и сближением вязкостей, вследствие чего параметр ц/а изменяется на два порядка. Процесс растворения углеводородного газа в жидкости исследован автором на бомбе PVT. Таким образом, экспериментально показано, что при двухфазной фильтрации кривые фазовых проницаемостей и, прежде всего, критические Точки зависят от растворимости газа в жидкости. Явление растворимости газа в жидкости при существенных увеличениях ее объема может привести к подвижности жидкости при небольших значениях насыщенности. Как показано исследованиями автора, это имеет практическое значение и обеспечивает возможность воздействия на истощенный газоконденсатный пласт с целью извлечения выпавшего в нем углеводородного конденсата.

2.2.2

Исследование механизма вытеснения ретроградного конденсата обогащенным газом

Выполненные эксперименты показали, что выпавший конденсат может быть извлечен из пласта путем прокачки газа, обогащенного этаном, пропаном, бутаном (Cj -С4), и последующего вытеснения смеси сухим (пластовым) газом.

В механизм процесса включаются следующие этапы: однофазная фильтрация газовой фазы, являющейся смесью пластовой газовой фазы и закачиваемого обогащенного газа. Выпавший конденсат начинает поглощать С2-4, так как концентрация этих компонентов в газовой фазе превышает равновесную. В результате насыщенность S жидкой углеводородной фазой также начинает увеличиваться, но фаза остается неподвижной: Sp > S, > S, (рис. 2.20, этап Л;

двухфазная фильтрация обогащенного газа и жидкой углеводородной фазы, являющейся смесью ранее выпавшего конденсата и компонентов €2-4, поглощенных из обогащенного газа. Насыщенность жидкой фазой достигла критической и продолжает увеличиваться: Sj > S[ > Spj (этап 2);

двухфазная фильтрация газовой фазы, являющейся закачиваемым сухим газом или пластовой газовой фазой. Насыщенность жидкой углеводородной фазой, максимальная для всего процесса в начале этого этапа, снижается вплоть до критической вследствие перехода компонентов С2-4 в газовую фазу: S3 > S3> Sp3 (этап 3);

однофазная фильтрация закачиваемого сухого газа или пластовой газовой фазы. Насыщенность жидкой углеводородной фазой снижается вплоть до остаточной вследствие продолжающегося перехода компонентов С2 4 в газовую фазу: S4 > S4> S.

Очевидно, что из-за изменения состава фаз при переходе от начальных к конечным этапам процесса Spo,., Sp, Sp„ где i - порядковый номер этапа; также очевидно, что So,., < S„ в чем и состоит эффект воздействия на истощенный газоконденсатный пласт путем прокачки обогащенного газа.