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

становится нулевым. Если распределение газовой фазы обусловлено непрерывным падением давления, связанным с механизмом «истощения» растворенного газа, то нулевое насыщение, соответствующее давлению сдвига, приводит к максимально возможному «равновесному» насыщению смачивающей фазой. Эта величина имеет большое значение при работе пласта на режиме «растворенного газа». Возможны меньшие метастабильные насыщения смачивающей фазой, при которых несмачивающая фаза находится в интервале гистерезиса и остается неподвижной благодаря ее беспорядочному прерывному распределению. Такое распределение жидкости происходит в процессе пропитки, например, когда нефть перемещается в зону сухого газа или частично дренированную нефтяную зону.

4.9. Распределение жидкостей и газа в недрах. Распределение жидкостей и газа в нефте- или газоносном пласте до начала его разработки связано с капиллярным давлением. Согласно общепринятой теории все нефте- и газоносные пласты были насыщены водой до поступления в них углеводородов. Подтверждением этой теории являются геологические доказательства и повсеместное присутствие в нефтяных и газовых продуктивных пластах связанной воды. Отдельные стороны динамических процессов вытеснения воды из пласта во время внедрения в него передвигающейся нефти все еще не ясны. Однако конечное равновесие распределение жидкостей определяет общую мощность нефтяной зоны и конечное положение водонефтяного контакта, что зависит от объема нефти, поступившей из нефтематеринской породы. Нефте и водонасыщенность, образующиеся в результате первоначального поступления нефти в коллектор, требуют некоторого перераспределения на более поздних стадиях накопления нефти, или когда процесс накопления уже завершен. Хотя движение жидкости и подвергается воздействию силы тяжести на протяжении всего процесса накопления, однако наиболее важную роль она играет в установлении конечного равновесного распределения.

Если бьг влияние гравитационных сил было неограниченным, то вся вода, расположенная поверх ненарушенной зоны, насыщенной водой, стекла бы вниз к подошве подземного резервуара и образовала бы резкую горизонтальную плоскость разграничения с вышележащей нефтяной массой. Над нефтяным слоем поверх резко очерченной горизонтальной плоскости залегала бы фаза свободного газа, связанная с проникшей в коллектор нефтью. Такова была бы картина распределения жидкостей в нефтяных пластах в момент их вскрытия.

Однако благодаря капиллярным силам естественные нефтяные подземные резервуары не показывают описанного распределения жидкостей. Естественное разделение (сегрегация) жидкостей по удельным весам не является полным или резким. Отсутствие полного разделения жидкостей вызывается прекращением проницаемости для водной фазы задолго до того, как водо-

насыщение породы упадет до нуля. Это найдено экспериментально и рассматривается в параграфе 4.5. Дренирование всей массы воды, лежащей поверх водоносной зоны, прекратится до того, как наступит разделение жидкостей по удельным весам. Исчезновение проницаемости само является результатом дей*-ствия капиллярных сил. При насыщениях, соответствующих исчезающей проницаемости, можно представить себе, что вода заключена в основном в отдельных кольцах, окружающих места соприкосновения зерен породы, причем их связь между собой сводится к пленкам толщиной в несколько молекулярных слоев.

Фиг. 77. Схема идеализированного распределения смачивающей и несмачивающей фаз на контакте сферических зерен песка.

а-„подвешенный" тип; 6-„шнурковый" тип.

Такое распределение воды называется «подвешенным» в отличие от «шнуркового», когда имеется непрерывная масса смачивающей фазы, покрывающая твердые поверхности (фиг. 77). Локализация жидкости на этих участках вытекает из термодинамического условия равновесия, а ИхМенно: общая поверхностная энергия свободных и внутренних поверхностей на разделе фаз должна быть минимальной для данного объема жидкости, связанного с отдельным скоплением зерен. Вследствие роста поверхностной энергии, вызванной нарушением и смещением этих «подвешенных» колец воды, они оказывают сопротивление перемещению жидкости даже помимо сил вязкостного трения. В результате возникает «неснижаемое водонасыщение», ниже кото-торого сила тяжести не в состоянии осушить пористую среду при любом возвышении над водоносным слоем.

Это неснижаемое водонасыщение представляет предельный минимум содержания связанной воды. Условие равновесия дренирования воды в водяную зону устанавливается в результате баланса между средними компонентами сил капиллярного давления, направленных кверху, и силы тяжести, направленной книзу.

Несомненно, что равновесное распределение жидкостей в недрах до вскрытия в принципе должно определяться характером кривой зависимости капиллярного давления от насыщения, но количественно вычисление этого распределения еще не совсем ясно. В уравнения, которым удовлетворяют вычисления, необходимо ввести несколько допущений. Принимается, что зависимость кривизны поверхности раздела жидкостей от насыщения в данной пористой среде может быть представлена универсальной функцией или кривой независимо от гфироды жидкостей. Обозначим общее насыщение жидкостями, ограниченное поверхностью раздела, через q, а кривизну через C(q). Тогда кривизна не зависит от процесса образования Q. Когда поверхность раздела образовалась путем дренирования, ее можно полагать аналогичной сплошной кривой на фиг. 78; последняя представляет непосредственно измеренную кривую капиллярного давления, нанесенную на фиг. 74-76. При этом ординаты капиллярного давления разделены на поверхностное натяжение жидкости, использованной в эксперименте. Рассматривая графически распределение воды, нефти и газа в вертикальном отрезке пласта (фиг. 79), видим, что капиллярное равновесие в двух переходных зонах, поверх нефте- или водо-насыщенных слоев, дано уравнением

(0 60 во iOO Ьвсьщеиие жиЗштью, р

Фиг. 73. Кривая гипотетической зависимости „кривизна ~ насыщение* в пористой среде. Сплошная кривая соответствует дренированию. Пунктирный нижний отрезок кривой - пропитке.

где Рь -давление в подошве переходной зоны; yi, у -плотности двух рассматриваемых фаз; о - поверхностное натяжение на разделе двух фаз; д - насыщение жидкостью, заключен-

Непрерывная кривая фиг. 78 была вычерчена без нулевого наклона при 100% насыщении и похожа на кривые, наиболее часто встречающиеся при лабораторных измерениях. Можно ожидать на этой кривой теоретический горизонтальный отрезок, идущий до равновесного насыщения смачивающей фазы, если только образец не имеет локализованных, но непрерывных ходов с большими радиусами пор, которые заключают, небольшую часть общего норового объема образца. Начальный наклон кривой обозначал бы подвижность и равновесное давление в условиях, кога несмачивающая фаза рассеяна и прерывиста.