Физика пласта (Ответы на экзамен). 1. Физические свойства нефтегазового пласта, принципы их определения и области использования
 Скачать 0.82 Mb.
|
42. Физические свойства природных нефтей.Нефть – смесь жидких углеводородов, которая может содержать твердые не углеводороды. Свойства нефти: компонентный состав (жидкие углеводороды; твердая фаза, например парафин; газы, растворены в нефти). В общем случае, нефть – многофазная многокомпонентная система-, т.е. ее свойства зависят и от состава, и от взаимодействия фаз. Физические свойства природных нефтей: 1)Сжимаемость нефти. Нефть обладает упругостью, которая измеряется коэффициентом сжимаемости (или объёмной упругости). н=-1/Vн(dVн/dр) - (изменение объема при изменение давления). Он составляет величину порядка от 0,4 до 0,7 ГПа-1 (для нефтей, не содержащих растворённый газ). Лёгкие нефти, содержащие значительное количество растворённого газа, обладают повышенным коэффициентом сжимаемости (н достигает 14 ГПа-1). н зависит от температуры и давления, причём чем выше температура, тем больше коэффициент сжимаемости.   Т40 120 Т Р 2)Упругий запас. Нефть обладает определенным упругим запасом, и ее свойства меняются при расширении (например, когда нефть из пласта поднимается на поверхность, её состав меняется, меняется объём), что характеризуется объемным коэффициентом. Объёмный коэффициент рассчитывается по формуле: в=Vпл/Vдег, где Vпл – объём нефти в пластовых условиях; Vдег – объём дегазированной нефти (на поверхности). З  ависимость объёмного коэффициента от давления выглядит следующим образом:В Рнас Р 3) Плотность. Переход от объемных характеристик к массовым. Плотность пластовой нефти зависит от давления и температуры. Если плотность нефти составляет =500 кг/м3, то такая нефть называется лёгкой, или малоплотной. Если плотность равна =800-900 кг/м3, то такая нефть называется тяжёлой, или высокоплотной. С  ростом температуры плотность нефтей падает, причём падение происходит до давления насыщения, после чего она снова возрастаетРнас Р Диапазон значений вязкости колеблется в пределах от 0,01 до 1000 мПас. 43. Аномально-вязкие нефти и их структурно-механические свойства.Наличие смоло - асфальтеновых и парафиновых компонентов делает нефть коллоидной системой, которая может проявлять структурно – механические свойства. Э  пюра скоростейz h Величина деформации характеризуется величиной: =U/z Скорость сдвига (деформации): ’=d/dt. Для обычных твёрдых тел и классических жидкостей выполняются следующие соотношения для касательных напряжений : Для твёрдого тела - =G, где G – модуль сдвига. Для жидкостей - =(d/dt), - вязкость. Жидкость неограниченно деформируется под действием касательных напряжений . Такие жидкости называют ньютоновскими, и для них указывают на два момента:
Жидкости, для которых не соблюдаются эти два положения, называются аномальными, или неньютоновскими. Это:
Т.е. нефти, способные выделять структуры, которые и дают им аномальные свойства. Неньтоновскими свойствами также обладают технологические жидкости на основе полимерных растворов, гелей (буровые растворы, жидкости для гидроразрыва). В соответствии с этим выделяются разные типы связей (()): =Т(d/dt), d/dt=Г(), где Т, Г – некоторые функции. Они взаимообратимые и в общем случае нелинейные. В зависимости от вида функции различают: 1. Вязкопластическую жидкость; Она соответствует модели Бингама-Шведова. d  /dt=0 при 0;d/dt=(-0)/ при 0; Существование такой жидкости означает, что в состоянии покоя из нефти выделяются определенные структуры, обладающие определенной прочностью до определенного момента - 0 – некоторое предельное напряжение сдвига (разрушения). После разрушения она превращается в обычную жидкость, которая наиболее распространена в нефтяной промышленности. Этот тип жидкости называется жидкостью с аномальным напряжением, или бингамовской жидкостью. Свойства: из–за наличия структуры могут не соблюдаться основные законы жидкости, например, в двух вертикальных трубочках, соединенных между собой, возникает разность уровней (сдвиг есть, а жидкость не течет до определенного предела). Начальное напряжение сдвига может быть связано с взаимодействием нефти с поверхностью. Мирзаджанзаде выявил, что газ тоже может проявлять начальный градиент, связанный с взаимодействием газа с глинистой компонентой. 2. Степенная жидкость. =k(d/dt)n При n1 эта зависимость соответствует жидкостям, в которых структуры разрушаются. При n>1 эта зависимость соответствует жидкостям (например, суспензиям), в которых сопротивление движению возрастает по мере движения, они с уплотняющейся структурой (по мере увеличения скорости сдвига сопротивление сдвигу увеличивается, поэтому свойства жидкости зависят от приложенного усилия). Старение нефти. Изменение зависимостей, состава нефти от времени называется старением нефти. Когда нарушается естественное пластовое состояние, из нефти улетучиваются лёгкие компоненты и вследствие наличия тяжёлых компонентов, которые могут выпадать, изменяется её химический состав. Т.о. свойства нефти в процессе разработки меняются. Явление разрушения структуры при течении и восстановления в состоянии покоя называется тиксотропией. 3.Упруго пластические жидкости. Это тела, которые проявляют свойства твердого тела и свойства жидкости. Если их быстро бросить на пол, то они будут прыгать, если медленно мять, то они будут пластичны. С точки зрения рассмотренных моделей, их следствием является то, что как только на жидкость перестаёт действовать напряжение, процесс прекращается и вся затраченная работа переходит в выделяющееся тепло, энергия при этом равна нулю. Есть жидкости, способные запасать энергию и способные производить работу по расширению - ВУСы. Вязкоупругая жидкость  Обычная струя Работа по расширению Вязкоупругие жидкости, например полимерно-молекулярные дисперсии, при снятии напряжений могут совершать работу. ВУС (вязкоупругий состав) является аналогом ВУЖ (вязкоупругой жидкости). Они описываются моделью Максвелла. dV/dt=1/+1/G=1/(+), где G – модуль сдвига; =/G – время релаксации. При малых изменениях скорости d/dt упругость не проявляется, однако становится серьёзной с увеличением d/dt. Т.о. в быстрых процессах характерное время процесса мало по сравнению с временем релаксации. Тело ведёт себя как упругое с модулем G. В технологических процессах ВУЖ ведёт себя по-разному. При медленной закачке ВУЖ заполняет пласты, а затем, при быстрой разработке, она не выходит из пласта. Определяющим параметром для построения зависимости является отношение р/Q. При больших значениях этого отношения возникает аномально высокое сопротивление.  р/Q W Применяются для водоизоляции: медленно закачиваем, быстро изменяем давление – образуется пробка, которая держит воду. Если, например, мы имеем течение в трубопроводе, то можем заметить, что когда ВУС проходит через «пережим», он легко преодолевает все препятствия в трубе и является как бы «пробкой», не дающей смешиваться жидкости.  Смешав полиакриломид с формальдегидом и соляной кислотой, можно получить используемый на практике гель (ВУС). |