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

ТОГО, ЧТО омачивающая фаза нефть, а несмачивающая - газ. Этим наблюдениям легко придать физический смысл. Из природы поверхностных явлений омачивания ясно, что наиболее легко вытесняемая часть жидкого содержимого пористой среды заключена в открытых и центральных областях пустот между зернами. Поэтому именно эта часть норового пространства прежде всего занимается несмачивающей фазой. Эта же область норового пространства является путем наименьшего сопротивления течению потока, хотя она может составлять лишь небольшую часть всего свободного объема пор. Блокада этой части норового пространства несмачивающей фазой ведет к увеличению сопротивления течению или к ладению проницаемости для смачивающей фазы пропорционально и в значительно большей степени, чем непосредственное объемное вытеснение смачивающей фазы К Описанные кривые показывают, что в песках 10% порового пространства, заполненного несмачивающей фазой, приводит к уменьшению проницаемости на 15-30%.

Дальнейший рост насыщения песка несмачивающей фазой должен по необходимости способствовать вытеснению смачивающей фазы из порового пространства с непрерывно уменьшающейся эффективностью. Поэтому скорость падения проницаемости для смачивающей фазы с уменьшением насыщения снижается. Наконец, достигается такое состояние, при котором насыщения смачивающей фазой недостаточно, чтобы создать непрерывность течения по всей перистой среде, за исключением очень тонкого слоя, адсорбированного на отдельных зернах песка. При этом проницаемость для смачивающей фазы становится равной нулю и остается только течение, которое переносится пленкой, адсорбированной на зернах песка. Остающаяся смачивающая фаза распределяется тороидальными кольцами на контакте между зернами, но отдельные кольца ее не соединены между собой. Такое распределение жидкости может занимать значительную часть порового пространства. Величина ее зависит от состава и формы отдельных зерен, их распределения, а также характера и степени цементации зерен. Разрыв непрерывностн смачивающей фазы и исчезновение проницаемости для нее возникают раньше, чем сна будет полностью вытеснена из песка. Вернее этот момент наступает, когда смачивающей жидкостью

1 Подобная простая картина не описывает полностью исключительно сложного микроскопического поведения систем многофазного потока, несмотря на то, что в произведенном разборе рассматривалось одновременное течение двух фаз (смачивающей и несмачивающей) в пределах одних и тех же пор. Возможно также, что некоторую роль играет известая степень местной фазовой сегретации в порах различных размеров, хотя представить себе поровое пространство пучком длинных капиллярных трубок совершенно невероятно.

2 Принятая в разборе терминология и физическая картина соответ* ствуют обычно рассматриваемому распределению многофазной жидкости в статических системах. Однако не следует выводить количественной аналогии статического распределения к динамическим состояниям. В условиях динамического потока нарушение непрерывности и исчезновение проницае-

насыщена еще существенная часть норового пространства, как это показывают нормальные измерения пористости.

При изучении течения несмачивающей фазы или фаз было отмечено несколько важных особенностей кривых «проницаемость-насыщение», общих для всех, полученных до сих пор лабораторно, а именно: а) возникновение измеряемой проницаемости лишь после того, как насыщение несмачивающей фазой достигло окончательной или критической величины, колеблющейся от 5 до 20%; б) быстрый рост -проницаемости по мере того, как насыщение несмачивающей фазой возрастает за пределы критической величины, и в) достижение почти полной проницаемости для однофазной жидкости до того, как насыщение смачивающей фазой падает до нуля. Общность этих характеристик вытекает из кривых фиг. 61-68, 70 и 71, несмотря на то, что в различных исследованных системах их значимость отличается друг от друга. Этим свойствам, полученным опытным путем, можно дать простое физическое истолкование. Однако количественную оценку этих свойств многофазных систем нельзя дать заранее.

С чисто геометрической точки зрения несмачивающая фаза должна распределяться по всей пористой среде прерывисто, если только насыщение ею не превышает определенной минимальной величины. Несмачивающая фаза, заключенная в отдельных порах или небольших группах соседних пор, разбивается на пузырьки или шарики. Если несмачивающая фаза представлена газом, выделяющимся из раствора в нефти внутри пористой среды, такое распределение развивается автоматически, пока выделившийся газ занимает небольшую часть норового пространства. Описанное явление происходило в экспериментах со смесями газ-жидкость, данные по которым приведены на фиг. 61, 62, 70 и 71. Для экспериментов, представленных фиг. 63-65, где газ нагнетался в полностью насыщенную среду, содержащую смачивающую фазу, или в аналогичных исследованиях двух фаз, представленных несмешивающимися жидкостями (фиг. 68), автоматического развития прерывистого распределения несмачивающей фазы не происходило. В этом случае измеряемые проницаемости для несмачивающей фазы не могли быть установлены до тех пор, пока не были созданы предельные насыщения для обеспечения непрерывности течения. Можно ожи-.дать, что эти насыщения будут ниже ограничивающих подвижность газовой фазы, созданной выделением растворенного газа.

мости смачивающей фазы обычно возникают при больших значениях насыщения, чем когда пористая среда дренируется под непрерывным и статическим капиллярным давлением. Частично эти различия отражают трудность эксперимента над определением проницаемости в интервале низкого насыщения смачивающей фазой. В динамике многофазного потока они могут появиться также вследствие эффекта гистерезиса подобно явлению, возникающему под действием статического капиллярного давления.

НО сравнительных измерений по этому вопросу еще не опубликовано.

Данные же о различных пористых средах и динамических системах дают основания предполагать, что их сравнимость определяется величиной одного и того же порядка. Оказывается, что независимо от характера проводимого эксперимента необходимо некоторое минимальное насыщение среды для создания подвижности несмачивающей фазы. Явление гистерезиса, обусловливающее получение неодинаковых результатов при проведении экспериментов разного вида, может оказать влияние на поведение нефтяного пласта.

Рассматривая область насыщения несмачивающей фазой ниже предельной минимальной величины, где распределение ее ирерывисто, из физических соображений можно предсказать исчезновение для нее проницаемости. Если несмачивающая фаза распределяется в пористой среде отдельными пузырьками или шариками диаметром, превышающим диаметр перетяжек пор по направлению течения, то их прохождение сквозь эти сжатия встретит препятствие со стороны поверхностных сил на разделе двух фаз и нормального вязкого напряжения сдвига, приложенного 1К непрерывной смачивающей фазе. Поверхностные силы нарушают форму пузырьков или шариков так, чтобы они могли двигаться по узким проходам между зернами перистой среды. Эти силы возникают вследствие увеличения поверхности и энергии жидких частиц, искривленных по сравнению в основном с их сферической формой в состоянии покоя в центральной части пор. Величина этих сил определяется эффективным радиусом сжатия Г], радиусом кривизны на задней поверхности жидкой частицы Гг и поверхностным натяжением сг на разделе между смачивающей и несмачивающей фазами согласно уравнению

1 1 \

Л/7 = 2а COS в

Г2 i

где Лр - разница давления между передней и задней поверхностями жидкой частицы, необходимая для проталкивания ее сквозь сжатие, а Ь -.краевой угол. Лр дается в динах на 1 сж, если Г\ и /*2 выражены в сантиметрах, а а в динах на 1 см. Так, если Гх == 0,002 см, = 0,005 см, о дн/см а

предполагаемый О - краевой угол - равен нулю, то zip - = 12 ООО дн1см.

Уравнение (1) с Гг, значительно большим Г\, относится только к одному пузырьку, захваченному у перетяжки, ведущей в пору, заполненную жидкостью, как это имеет место в процессе преодоления давления вытеснения во время начального продвижения

Если частицы несмачивающей фазы обладают коллоидальными размерами и радиусы их намного меньше радиусов пор, они переносятся непрерывной фазой как составная ее часть.

2 Строго говоря, краевой угол, связанный с 1/г2 должен включать наклон к оси перетяжки поверхности у контактного кольца.