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

Для сопоставления I с 1 - границей области возмущения давления при неустановивгпейся фильтрации жидкости в аналогичном случае с использованием такого же приближенного способа регпения задачи получаем

l{t) = {i2Ktf: (4.32)

Если, например, жидкость имеет вязкость 1 сПз = 10" кгс • с/см, k = 10"» см2 и р = 1,02.10-1» 1/Па = 10" см/кг, то х = 10* см2/с. Тогда при = 10 с

/« = (12-10*. 10»)/«3,5 км. (4.33)

Из сравнения I п 1 в случаях (4.31) и (4.32) можно видеть, что распространение волны давления в жидкости происходит быстрее, чем в газе.

§ 5. ВЫТЕСНЕНИЕ НЕФТИ ВОДОЙ ИЗ ПОРИСТОЙ СРЕДЫ

Широкое распространение методов заводнения сделало вытеснение нефти водой из пластов основным процессом разработки нефтяных месторождений.

Несмотря на кажущуюся простоту этого процесса, его количественное описание вызывает определенные трудности, связанные главным образом с необходимостью правильного учета реальных свойств пластов. В этом параграфе будут рассмотрены лигпь особенности вытеснения нефти водой из пористой среды, а не из пластов в целом.

Согласно одной из наиболее простых схем, вытеснение нефти водой из пористой среды представляется происходящим наподобие тому, как, например, вода, подаваемая снизу в вертикально поставленную трубу, замещает находивгпуюся там ранее более легкую, чем вода, жидкость. Такое вытеснение получило название «поршневого». Однако эксперименты и опытные данные о фактической разработке нефтяных месторождений показали, что вытеснение нефти водой даже из достаточно однородных пористых сред является неполным. Тем более неполным оказывается вытеснение нефти водой из реальных неоднородных пластов. Несмотря на это, представление о поршневом характере вытеснения нефти водой с учетом неполноты замещения нефти водой может быть использовано при определенных расчетах.

Развитие исследований процесса вытеснения нефти водой показало, что при этом процессе нефть и вода движутся в пористой среде совместно. Следовательно, даже в однородной среде не существует четкого разграничения областей движения нефти и воды, а образуется занятая водой область, в которой имеется как подвижная вода, так и подвижная нефть, по крайней мере в определенной части заводненной области.

При изучении и расчете совместного движения воды и нефти или другой не смешивающейся с водой жидкости прежде всего нужно

знать закон совместного движения - закон фильтрации неоднородных жидкостей. Естественно предположить, что в этом случае выполняется основное положение Дарси о линейной связи скорости фильтрации и градиента давления. Однако при наличии в пористой среде двух несмешиваюш,ихся жидкостей («фаз») на скорость фильтрации оказывают влияние не только градиент давления, абсолютная проницаемость и вязкость жидкости, но и величина насыщенности пористой среды одной из движущихся фаз. При наличии в пористой среде не смешивающихся друг с другом жидкостей давления в различных жидкостях также различны. Поэтому под градиентом давления следует, вообще говоря, понимать градиент давления в соответствующей жидкости. eiSI /П в области изучения меха-

низма вытеснения нефти водой из пористых сред имеется обширная литература. Современное представление о совместной фильтрации нефти и воды возникло в результате работ Маскета [73], Бакли и Леверетта [134], Раппопорта и Лиса [149], А. М. Пирвердяна [91],

И. А. Парного [119], Д. А. Эфроса и В. П. Оноприенко [129], Ю. П. Борисова [23] и ряда последующих работ других авторов.

По одной из схем процесса фильтрации двух несмешивающихся жидкостей, давление в фазах предполагается одинаковым, а проницаемость различной. Согласно этой схеме, известной как схема Бакли - Леверетта [134], имеем

следующие выражения для скорости фильтрации нефти у„ и скорости фильтрации воды v:

y„ = -gradp; Ув = -gradp. (5.1)

Здесь к%, р„ - фазовая проницаемость для нефти и вязкость нефти; , Рв - фазовая проницаемость для воды и вязкость воды.

Фазовые проницаемости к% и А; по Бакли и Леверетту считаются зависящими от водонасыщенности пористой среды s. Поскольку в порах содержатся только две фазы, насыщенность пор нефтью равна 1 - S.

Удобнее пользоваться понятием относительных проницаемостей kg и к, равных отношению соответствующих фазовых проницаемостей к абсолютной проницаемости к. На рис. 49 показаны зависимости к = Л„ (s) и к = кв (s).

Рис. 49. Относительные проницаемости

Относительную проницаемость можно было бы рассматривать как проводимость элемента пористой среды, одна часть сечения которого занята одной, а другая часть - другой фазой. Если бы среда была идеальным грунтом, то относительные проницаемости, по-ви-димому, были бы линейными функциями насыщенности «.Однако, как видно из графиков рис.<>9,это не так. Обьясняется это прежде всего тем, что распределение фаз в пористой среде влияют капиллярные силы и градиенты давления жидкости,причем таким образом, что изменение насыщенности пористой среды не вызывает пропорционального изменения фазовой проницаемости.

Если скорости фильтрации и, следовательно, градиенты давления малы по сравнению с капиллярными силами, то фазы в пористой среде распределяются всякий p/j раз согласно принципу минимума поверхностной энергии системы пористая среда - нефть - вода. Если же скорости фильтрации сравнительно велики, то на распределение фаз в пористой среде влияет параметр °

(а - поверхно-

0,г 0, 0,6 so,e

Рис. 50. Функция F («)

кgrad р

стное натяжение). В более сложных случаях, когда наблюдается влияние многих факторов, фазовые проницаемости зависят сразу от нескольких безразмерных параметров.

Фазовые проницаемости, ее -тественно, зависят от самой структуры пористой среды, особенно от распределения пор по размерам, смачиваемости пород, составляющих пористую среду водой. Здесь не рассматриваются более сложные формы неоднородности пористой среды, от характеристик которых также могут зависеть фазовые проницаемости.

В схеме Бакли - Леверетта важное значение имеет функция F (s), определяемая следующим образом:

F{s) = .

(5.2)

На рис. 50 показана функция F (s) при Цв/Рн = 1-Схема Бакли - Леверетта дает простое решение в случае одномерного прямолинейного вытеснения нефти водой из пористой среды. Для описания процесса вытеснспгя нефти водой в этом случае