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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

Поступление газа (и других фл юидов) в скважину вследствие диффузии

Часто насыщение бурового раствора газом связывается с его диффузией. Для безопасного вскрытия газовых горизонтов при бурении плотность бурового раствора выбирается из расчета превышения гидростатического давления над пластовым. Превышение составляет 15 - 20 %. Таким образом, в течение всего процесса бурения заглинизирован-ные газовые пласты находятся под избыточным давлением столба жидкости. Это не исключает возможности поступления газа из пласта в скважину в результате диффузии.

По мнению многих отечественных и зарубежных исследователей, главнейшей причиной проникновения газа в скважину (в раствор), не закрепленную обсадной колонной, или в заколонное пространство выше цементного кольца является диффузия газа в раствор, и она происходит даже в том случае, когда противодавление столба бурового раствора больше давления газа в пласте. Поэтому считают, что в ряде случаев заполнение заколонного пространства тяжелым буровым раствором не может гарантировать от проникновения газа.

Диффузия - это явление проникновения двух или нескольких соприкасающихся веществ друг в друга. Собственно процесс диффузии газа заключается в том, что он переходит из газового пласта в буровой раствор (глинистую корку), т.е. в среду, где его концентрация меньше (или равна нулю). Перемещение газа под действием разности концентраций называют диффузионным потоком газа. Диффузионный поток способствует выравниванию концентраций, т.е. уменьшению разности концентраций, которая вызвала этот поток. Диффузия, приводящая к выравниванию концентраций газа при соприкосновении с буровым раствором (коркой), т.е. приводящая к изменению разностей концентраций, называется нестационарной диффузией.

Движущей силой диффузии является перепад парциальных давлений, т.е. различие в содержании данного вещества (газа, нефти) в пласте и за его пределами.

В общем случае насыщенный газом пласт глинизируется. На стенке скважины против пласта отлагается глинистая корка определенной толщины и с определенными свойствами. На некотором расстоянии в глубь пласта накапливается флюид бурового раствора, который, создавая блокирующие зоны, препятствует прохождению газа к скважине. На прохождение газа к буровому раствору в скважине потребуется

больше времени, чем в случае только что вскрытого пласта (возникает блокировка флюида).

Диффузия описывается законом Фика:

dQ = DFdt. (4.15)

Здесь dQ - количество продиффундировавшего вещества

(газа) через поверхность F за время dt; d - градиент кон-

центрации вещества; D - коэффициент диффузии.

Однако, прежде чем начать диффундировать в буровой раствор, газ должен раствориться в фильтрате бурового раствора, находящемся в пласте. Тогда

dQ = - DaF Pl ~ P2 dt, (4.16)

где p1, p2 - парциальное давление газа соответственно в пласте и буровом растворе; а- коэффициент растворимости газа в фильтрате бурового раствора; S - глубина проникновения фильтрата в пористый пласт.

Коэффициент диффузии D зависит от свойств и состава диффундирующего газа, свойств глинистой корки и бурового раствора, температуры, концентрации диффундирующего газа, давления и т.п. Точно определить количество газа, диффундирующего из пласта в буровой раствор скважины, пока невозможно.

Сделав некоторые допущения, ориентировочно определим количество газа, который может продиффундировать в буровой раствор.

Так как не имеется данных о коэффициенте диффузии газов для буровых растворов, примем его равным коэффициенту диффузии для воды. На самом деле, его значение должно быть ниже. Для глинистых корок он будет еще меньше. В табл. 4.2 приведены коэффициенты диффузии некоторых газов через воду.

Скорость процесса диффузии через жидкую среду определяется коэффициентом растворимости газа в этой среде.

Не имея данных о значении концентрации газа на границе буровой раствор, глинистая корка, блокирующая зона - газ, с известными допущениями можно принять, что она на поверхности раздела равна растворимости газа в буровом растворе. Предположим, что парциальное давление p2 газа в буровом растворе равно нулю, а в пласте - 10,0 МПа. Тогда

Т а б л и ц а 4.2

Коэффициент диффузии некоторых газов через воду*

в случае содержания в пласте метана при температуре 60 °С (для 254-мм скважины без каверн) и 10-мм глинистой корки1 через 1 м2 поверхности за 1 сут продиффундирует 0,2 м3 газа. При этом количество продиффундировавшего в скважину газа должно быть обратно пропорционально толщине корки. Конечно, для более точного расчета следует учитывать физико-химические особенности корки. Есть основания предполагать, что при толстых, но рыхлых глинистых корках количество поступающего в скважину газа увеличивается.

Не проводя более подробного анализа, можно заключить, что общее количество газа, проникшего в буровой раствор скважины только за счет диффузии, мало. Поэтому объяснить возможность внезапного выброса или интенсивного обогащения газом раствора нельзя2.

Количество диффундирующего в скважину газа возрастает, если в буровой раствор введена нефть, так как коэффициент растворимости газа в нефти выше. Отсутствие глинистой корки также должно способствовать повышению количества проникающего в скважину газа. Однако экспериментального подтверждения приведенных предположений пока нет.

Фильтрация газа в скважину

Имеется также предположение о фильтрации (эффузии) газа в скважину. Ее проявление возможно только при понижении давления в скважине до значений более низ-

1 С уменьшением толщины глинистой корки при постоянных ее свойствах диффузия газа возрастает.

2 Царевич К.А., Шищенко Р.И., Бакланов Б.Д. Глинистые растворы в бурении. - Баку: Азнефтеиздат, 1 935.