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

Рис, 4.56. Гидростатическое равновесие - две жидкие фазы в контакте с твердой фазой [39]. -радиус мениска

ему При режиме дренирования. В этом разделе книги рассматривается кривая капиллярного давления и обсуждаются новые понятия.

4.7.1. Общие понятия о капиллярном давлении

4.7.1.1. Капиллярные силы

Два или более несмешивающихся флюида (фазы), совместно присутствующие в пористой среде (поровое пространство которой состоит из мелких пор), обычно контактируют друг с другом. Конфигурация общей поверхности раздела между несмешивающимися флюидами достаточно точно может быть описана двумя уравнениями, основанными на принципах гидростатики [38, 39]. Для нефти и воды (рис. 4.56).

(4.100) (4.101)

°Н-ТВ.Ф = В-ТВ.Ф + (ТдвСОЗ 6gj( .

Уравнение (4.100)-классическое уравнение Лапласа, а (4.101) - уравнение Юнга. Уравнение (4.100) можно посредством термодинамических соотношений связать с параметром ст, используя функцию давления и температуры. Угол 0 играет большую роль при определении смачивающих свойств системы (нефти и воды по отношению к породе-коллектору). Описание поверхности раздела флюид - флюид внутри пористого твердого вещества весьма затруднительно главным образом из-за выражения кривизны поверхности раздела флюид - флюид. Выражение средней кривизны / включает в себя нелинейное дифференциальное уравнение второго порядка, для которого нет общего решения в виде известных функций.

Условие стабильности в уравнении (4.101) должно быть выражено как производная от функции / по отношению к частичному объему для проверки неравенства dI/dS<0.

Интуитивно с точки зрения термодинамики предполагают, что соответствующее условие стабильности конфигурации раздела может выражаться как

dIJdS<0 для б<40°;

(4.102)

dVdS„<0 для е>140°.

Рис. 4.57. Кривые капиллярного давления Р,, при дренировании (/) и пропитке (2)

4.7.1.2. Кривые капиллярного давления [40, 41, 42, 43]

Если порода пласта-коллектора полностью насыщена смачивающей фазой (имеющей ОлО), то вытеснение этой фазы несмачивающей фазой будет связано с преодолением капиллярного давления определенной величины и, как следствие, соответствующим уменьшением насыщенности смачивающей фазы. Такое вытеснение называется дренированием, а связь между капиллярным давлением и насыщенностью в этом случае выражается кривой капиллярного давления при дренировании (рис. 4.57).

Капиллярное давление при пропитке соответствует случаю, когда порода пласта-коллектора насыщена несмачивающей фазой, которая вытесняется смачивающей. Для обычного распределения пор капиллярное давление при пропитке приблизительно равно половине величины давления дренирования, и, следовательно, имеется значительный гистерезис между кривыми при впитывании и при дренировании для одной и той же породы (рис. 4.57).

Отличительной особенностью процессов дренирования и пропитки при использовании двух слабо сжимаемых жидкостей (нефти и воды) является существование минимальной насыщенности смачивающей фазы, наглядно иллюстрируемое характером кривых капиллярного давления.

Остаточная насыщенность смачивающей фазы при условиях дренирования приближается к асимптоте при возрастании капиллярного давления до бесконечности. При минимальной насыщенности смачивающая фаза в типичной неконсолидированной породе находится в виде отдельных колец или в виде изолированных сегментов воды, окружающих точки контакта соседних частиц. Если вода в породе является смачивающей фазой, то это приводит к прямой связи между остаточной водонасыщенностью Sb.o и распределением пор по размерам. При однородном их распределении значение Sb.o на кривой капиллярного давления (рис. 4.58, а) меньше, чем в случае образца с широким диапазоном размеров пор (рис. 4.58, б), хотя средний диаметр пор (dadc) одинаков для обоих распределений. Разница обусловлена возросшей (в случае б) неоднородностью размеров пор, что эквивалентно присутствию большего в процентном отношении количества мелких пор.

Форма кривой капиллярного давления при дренировании отражает однородность поровых размеров. Если в пределах большого интервала изменения водонасыщенности Рк остается постоянным

Рис. 4.58. Кривые капиллярного давления Рк при однородном (а) и неоднородном (б) распределении пор по размерам, но при равенстве средних диаметров пор.

0=6: (в,оо<(в,о)б: (о.н)о<(о.н)в; порог - пороговое давление

(рис. 4.58, а), то пористая среда характеризуется однородностью размеров пор, и, наоборот, изменение Рк с изменением водонасыщенности (рис. 4.58, б) соответствует неоднородности пор по размеру.

С другой стороны, только кривые капиллярной пропитки показывают существование остаточной величины насыщенности несмачивающей фазы (в случае вода - нефть остаточная нефтенасыщенность 5н.о). Эта остаточная насыщенность формируется во время вытеснения при пропитке, когда защемленная иесмачивающая фаза остается в отдельных порах или небольших группах сообщающихся пор. Защемление является результатом частичного нарушения связи между различными порами, в связи с чем некоторые поры во время вытеснения прн пропитке оказываются обойденными. С физической точки зрения ясно, что вероятность «обхода» большего числа пор выше при более широком распределении пор по размеру, когда вариация размеров пор уменьшает сообщаемость между порами. Следовательно, более высокая остаточная насыщенность несмачивающей фазы во время вытеснения при пропитке будет в случае распределения пор, подобного показанному на рис. 4.58, б.

4.7.1.3. Методика эксперимента

Методика эксперимента должна учитывать специфические условия, которые уже существуют или могут появиться в пласте-коллекторе [41,42,43].

При миграции газ или нефть (иесмачивающая фаза) будут вытеснять воду (смачивающую фазу). Это типичный процесс дрениро-