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

Динамические основы теории течения неоднородных жидкостей 161 или, приводя к среднему давлению р, имеем

Р.=~Р+-; Р.=Р-, (3)

где /?к - капиллярное давление. Тогда уравнение (1) примет более симметричный вид:

н= - VP--\rVPK-gVYz)

IV = - i f7P + 4,- р/?к - gvyrZ).

Таким образом, если капиллярное давление меняется вдоль линий тока, вид закона Дарси модифицируется. Изменения в однородной среде возникают в результате соответствующих изменений в распределении насыщения. Величина последнего определяет динамическое влияние капиллярного давления. Оценку порядка величины градиентов капиллярного давления по сравнению с градиентами среднего давления можно вывести из соотношения

VP dQ dp

где g-общее насыщение жидкостями. Члену UQJdp может почти соответствовать член, характеризующий нормальный процесс истощения газовой энергии. Верхний предел полученного значения - порядка 0,3% на 1 ат.

Из кривых фактической зависимости «насыщение - распределение» при установившемся течении смеси газа и жидкости получаются величины того же порядка, за исключением области в непосредственной близости от забоя скважины. Как видно из фиг. 74-76, dp/dg не имеет постоянного значения. В интервале насыщений жидкой фазой в естественных продуктивных пластах, работающих за счет энергии растворенного газа,

величина 10 ат на 1% обычно представляет верхний предел для поверхностей раздела воды и газа, а для поверхностей раздела нефти и газа она в 2-3 раза меньше. Верхний предел для вышеприведенного соотношения оказался бы величи-

ной порядка 10~ . Поэтому практически не имеет смысла вводить эффект капиллярного давления в закон Дарси из уравнения (4) как поправку к градиенту среднего давления.

Относительную величину членов с капиллярным давлением и плотностью можно оценить из соотношения

ГРк (dpJdQ) {dg/dz)

Правая часть уравнения (6) показывает, что сила тяжести имеет скорее значение gЛy, пренебрегая разницей плотностей отдельных жидкостей, чем формальное раве1:ство между ру2 и р/.

где Z-вертикальная координата, а - разница в плотностях жидкостей. Правая часть уравнения (6) составляет величину порядка 2QdQldz см на 1%. Вне переходных зон и в однородной среде между слоями жидкости различных плотностей dq/dz вряд ли превышает 0,01% на 1 см, поэтому капиллярные давления малы по сравнению с градиентами плотности. В пределах переходных зон газ - нефть dgldz может иметь величину порядка единицы и тогда капиллярное давление значительно превысит член, определяющий плотность. Отсюда при изучении динамических процессов в переходных зонах, где градиенты давления по существу малы, необходимо принять во внимание капиллярное давление и эффект силы тяжести. Однако в силу исключительной аналитической сложности решения проблем многофазного течения, где оба эти эффекта не учитываются, в настоящей работе эти члены не рассматриваются.

В неоднородных средах или на плоскостях соприкосновения между слоями или областями различной проницаемости насыщение жидкостями может быстро или дал<е резко меняться. Все же благодаря непрерывности давления в коллекторе капиллярные давления будут непрерывны по отношению к заключенным в пласте непрерывным фазам.

Когда пористая среда свободно обрывается, например, в случае обнаженной поверхности забоя скважины, влияние капиллярных сил на распределение жидкостей достигает максимума. Такие завышенные насыщения жидкостями известны под названием «концевых эффектов». Они приобретают особое значение при экспериментах над многофазным течением на коротких образцах пород. Концевой эффект стремится сконцентрировать избыточное насыщение смачивающей фазой вблизи поверхностей стока, когда главным компонентом течения является несмачивающая фаза а также снизить видимую проницаемость для последней. В нефтеносных пластах концевые эффекты имеют малое значение 2, за исключением случаев, когда пластовое давление в основном исчерпано, и в дальнейшем они не рассматриваются.

Капиллярные явления в неоднородных пластах связаны также с разной скоростью движения жидкости в примыкающих слоях различной проницаемости. Независимо от капиллярных явлений можно ожидать, что скорости поступления жидкости извне, например воды в отдельные участки слоистого пласта, будут пропорциональны их эффективной проницаемости. Если в пласте проницаемость сильно меняется, то внедрение краевой воды сопровождается образованием водяных языков. Считают, что если

Низкая проницаемость для газа, измеренная на коротких колонках рыхлого песчаника и приведенная на фиг. 63 v 65, по всей вероятности, обязана таким концевым эффектам.

2 Концевые эффекты стремятся понизить величин] газового фактора в пластах с режимом «растворенного газа». Однако количественную оценку этого снижения получить невозможно, если только не ввести многих упрощающих допущений.

Другим фактором, который обычно уменьшает языкообразование при малых скоростях отбора, является напор силы тяжести между водой И нефтью (или нефтью и газом в случае расширения газовой шапки). Однако величина последнего мала в условиях, когда средняя скорость внедрения краевой воды достаточно высока, чтобы контролировать режим пласта.

2 Если принять равенство давлений для нефтяной фазы, то в водной фазе возникает противоположный перепад давления. Возникающее перемещение по вертикали и стремление выравнять вытеснение нефти из плотных и проницаемых слоев по существу представлены теми же явлениями.

скорость отбора жидкости из пласта ограничить с тем, чтобы задержать общую скорость внедрения краевой воды, то перемещение ее станет равномерным и образование языков сократится. Это неравномерное продвижение воды, никем не объясненное, в основном приписывали капиллярным силам, и их практическое значение принималось за очевидное.

В принципе силы капиллярного давления выравнивают скорость вытеснения нефти между плотными и проницаемыми участками продуктивной зоны.

Если принять непрерывность и тождественность давления в водной фазе 2 затопленной части высокопроницаемого слоя и в прилежац],ем и сообщающемся с ним плотном слое, еще свободном от наступающей краевой воды, то давление нефтяной фазы в последнем превышает давление, существующее в нефтяной зоне проницаемого слоя. Возникающий перепад давления продвигал бы нефть из плотного в проницаемый слой и ускорял бы поступление воды в первый. Этот механизм вытеснения вызывает обмен нефтью и водой в сообщающихся между собой пористых средах различной проницаемости, которые имели первоначально одинаковое распределение жидкостей. При благоприятной геометрии порового пространства капиллярные давления вызывают перемещение воды из проницаемой породы в плотную, а нефти- в противоположном направлении.

Практическое значение этого эффекта находится под сомнением. Любое перемещение жидкости из пласта в пласт зависит от проницаемости по вертикали, часто очень малой по сравнению с проницаемостью, параллельной плоскостям напластования. Если нефть проникает в занятые водой слои с высокой проницаемостью, она будет перемещаться в них при высоких водо-нефтяных факторах. Если зависимость «проницаемость - вязкость» в породе, занятой водой, выше, чем в незанятой, то распределение давления так изменяется в процессе интрузии воды, что тормозит течение по вертикали в слои меньшей проницаемости. Если скорости отбора из неоднородного пласта с водяным напором ограничены, то время для вертикального капиллярного перемещения между плотным и проницаемым слоями удлинится и его общая величина возрастет; это соответствовало бы более нормальному продвижению краевой воды.

Большие поверхности контакта вдоль напластования способствуют ускорению течения по вертикали, но они зависят от сте-