Физика пласта (Ответы на экзамен). 1. Физические свойства нефтегазового пласта, принципы их определения и области использования
 Скачать 0.82 Mb.
|
47. Фазовые превращения углеводородных систем.Фазовое равновесие в углеводородных системах. Вязкость, диффузия, теплопроводность относятся к кинематическим свойствам. Остальные же – к динамическим. Испарение, плавление, конденсация, выпадение твёрдых компонентов, переход в сверхтекучее состояние – всё это фазовые превращения. Фазовые превращения – скачкообразный переход вещества из одной фазы в другую. Фаза – гомогенная часть гетерогенной системы. Рассмотрим типы фазовых превращений, иначе называемых переходами или равновесиями:
наиболее яркими примерами такого типа фазовых переходов является дегазация нефти или граница «жидкая вода – воздух, насыщенный водой» (влажность).
здесь в пример можно привести выпадение снега (для воды) или выпадение асфальто-смоло-парафиновых веществ (для нефти). Так при некоторых термодинамических условиях, в частности термобарических, если содержание парафина в нефти 25 весовых %, то АСПО (асфальто-смоло-парафиновые отложения) выпадают при температуре Тн=50С; если содержание парафинов в нефти 6%, то Тн=30. Обычно в Западно-Сибирских областях содержание парафиновых компонентов колеблется от 3 до 4%. Также примеров может являться и образование газовых гидратов (вода + природный газ). Структура этого явления выглядит следующим образом: вода образует ажурную решётку с полостями, внутри которых находятся метан, этан, пропан и иногда сероводород, в результате чего создаются пробки. Для их устранения в пласт нужно закачивать огромное количество горячей нефти.
Для описания этого типа может послужить суспензия – отстаивание нефти, в результате чего мы имеем два слоя нефть и воду. Теперь рассмотрим фазовые превращения применительно к нефтяной и газовой промышленности. В пластовых условиях содержание метана может быть 25-30, а иногда и 40%. При извлечении пластовое давление снижается до нормального и происходит дегазация, в результате чего количество метана уменьшается до 5% или около того. По хроматографии количество алканов равно 22 - 34 (по атому углерода). Нефть характеризуется фракциями, количество которых зависит от метода возгонки и колеблется от 6-8 или 20 фракций (в зависимости от температуры кипения и прочих условий). Для расчётов применяют следующие уравнения:
С помощью этих уравнений мы можем узнать фазовый состав нефти, с точностью до 5% выявить состав и свойства фаз. Реальным уравнением в машинных программах является уравнение Пенга-Робинсона (уравнение Ван-дер-Ваальса для смесей). В химической промышленности для расчётов служат такие уравнение как UNIFAC, UNIKVAC (?), их единственным недостатком является то, что их можно использовать до давлений в 50 атм. Были и иные уравнения, например уравнение, предложенное Брусиловским, но выше названные имеют более широкое применение. Рассмотрим вопрос отличия фаз: Отличие жидкости от твёрдого тела в том, что твёрдое тело даёт кристалл – упорядоченную структуру. Жидкость – неупорядоченная система, имеющая «пустотные ячейки», и чем их больше, тем меньше плотность жидкости. Г   рафическим представлением фазовых переходов являются кривые фазовых превращений.Р С  Г Т Точка Т – тройная точка, т.е. условия одновременного существования трёх фаз; Точка С – критическая точка, т.е. отображающая условия возможности существования только одной фазы. 48. Физика процессов вытеснения нефти водой, роль микросил в процессах вытеснения.Как учитывать свойства пласта при проектировании и анализе? Приток флюида осуществляется благодаря энергии пласта, связанной с напором краевых вод, напором газа в газовой шапке, энергии газа, который растворён в нефти и выделяется при снижении давления, упругости пород и гравитационной энергии. Доминирующая энергия определяет определённый режим. В результате возникновения сил воздействия полная энергия начинает расходоваться на их преодоление. Эти силы:
Если фильтровать воду через керн и измерять разность потенциалов, то будет определяться дополнительная нагрузка. Электрокинетические явления связаны с явлениями электроосмоса и электрофореза. При движении жидкости возникает разность потенциалов – явление электрофореза. Справедливо и наоборот, при приложении разности потенциалов возникает движение жидкости – явление электроосмоса. Если возьмём дисперсию, например, буровой раствор, и приложим разность потенциалов, то возникнет движение её твёрдых частиц. Расход жидкости под действием электрического поля записывается через формулу Гельмгольца-Смолуховского: v=SDh/(4), где S – суммарная площадь поперечного сечения капиллярных каналов; - дзета-потенциал; D – диэлектрическая проницаемость; h – градиент потенциала U/1; - вязкость жидкости. Знание этой зависимости даёт возможность управлять процессом фильтрации с помощью электрического поля. Рассмотрим влияние капиллярных сил: Рк=соs/rк. Система, состоящая из двух капилляров, даёт следующую картину: r1 Н  В r2 Вытеснение пойдёт по узкому капилляру. Оно опередит вытеснение по широкому капилляру и в нём останется нефти и газ. Существует определяющий критерий: Например, Рк0.5 ат; Рг=50 ат. Из закона Дарси wgrаd(р). Этот факт реализуется на расстоянии 1100 м. Тогда: Рг/150/100=0.5 ат/м; Рк/1=0.5/10-3=5102 ат/м. Т.е. капиллярный перепад оказывается доминирующим при вытеснении нефти и газа водой. Этот факт сказывается на явлении пропитки и характеристиках заводнения пласта.  Sост. н/г В В+Н/Г Для гидрофильного пласта. I II III rс х х – расстояние от нагнетательной скважины. Выделяются 3 зоны:
Было выявлено, что капиллярные силы контролируют размер переходной зоны в пласте и остаточное нефтегазонасыщение в промытой зоне. Изменение картины вытеснения в случае инверсии капиллярных сил выглядит следующим образом: Рк +  S Рк - Если пласт гидрофобный зависимость S(х) иная:  S х Изменение в следующем:
Из этого можно сделать вывод, что заводнение в гидрофобных пластах неэффективно. |