1 Роль физики пласта в современных технологиях углеводородоизвлечения
 Скачать 1.17 Mb.
|
|
1 Роль физики пласта в современных технологиях углеводородоизвлечения Физика пласта – прикладная наука, которая изучает физические свойства нефтегазовых пластов, их изменения под действием природных и технологических факторов, а так же физические процессы протекающие в нефтегазовых пластах. 2 Связь физики пласта с промысловой геологией, технологиями разработки нефтяных и газовых месторождений, контролем за эффективностью извлечения углеводородов. На основе геологических знаний (анализа керна, скважинных и мескважинных геофизических и гидродинамич. исследований и др.) разрабатываются принципиально новые физические методы воздействия на пласт, новых технологии сооружения горных выработок на базе изученных физических свойств пласта для наиболее эффективного извлечения нефти и газа, изыскиваются методы контроля и регулирования извлечения нефти, газа и конденсата на базе анализа свойств пласта. 3 Роль физики пласта в создании новых технологий повышения степени извлечения углеводородов В настоящее время наблюдается усложнение добычи УВ( месторождения находятся на больших глубинах и в труднодоступных районах, вязкость нефти повышается). В этой связи на основе знаний св-в пласта обосновываются технологии извлечения нефти и газа и повышения нефтеотдачи и конденсатоотдачи пласта. 4 Задачи: НАУЧНЫЕ
ПРАКТИЧЕСКИЕ
5 Физическое свойство пласта – это его способность взаимодействовать с искусственными и естественными полями. Конкретной числовой характеристикой является мера взаимодействия пласта с полями.Действующими полями являются: гравитационное, барическое, электромагнитное, радиационное и др.Под действием полей пласт приобретает свойство саморегуляции. 6.Принципы определения физич.св-в ГН пласта 1) Экспериментальные: а)прямые(анализ керна); б)косвенные(определение Эл.сопротивл.) 2) Моделирование пласта (на микро и макро уровнях). Методы изучения физических свойств пласта:
7 Физико-технологическое свойство – это реакция пласта на технологическое воздействие. К таким св-вам относят буримость(скорость разбуривания), проницаемость и др. 8. Проблема неоднородности заключается в том, что элементарный объём, по которому имеется информация, не соответствует объёму самого пласта.Виды-слоистая, литологическая. Уровни неоднородности пласта:
Таким образом, имеется очень широкий спектр неоднородности пласта, который формулирует широкий спектр физических полей. 9 Пласт – как многофазная система. Нефтегазовый пласт – это сложная многопараметрическая система, насыщенная различными фазами и имеющая свойства, способные изменяться во времени. Фаза – гомогенная часть гетерогенной системы, между поверхностями которых существует граница раздела, при переходе через которую хотя бы одно из физических свойств меняется скачкообразно. Выделяют следующие фазы:
В процессе разработки фазовая гетерогенность меняется. 10 Компоненты – индивидуальные вещества, состоящие из одинаковых молекул, и наименьшее число этих молекул достаточно для образования любой из фаз. При изменении термодинамических условий из гомогенной фазы могут выделятся отдельные компоненты и образовывать новые фазы, что приводит к большим сложностям. Например, газ состоит из CH4 и H2S. Компоненты пластовых смесей – это индивидуальные углеводороды 11. Земная кора преимущественно состоит из трех типов горных пород:
12.Природные и технологические условия сущ-ия пласта. Нефтяной пласт – это пласт, сложенный породами с хорошей проницаемостью и заполненный нефтью. Флюид находится в пласте под большим давлением. Породы, лежащие выше продуктивного горизонта, своей массой давят на пласт. До вскрытия продуктивного горизонта давление в нем по всей площади однообразно, в момент его вскрытия это равновесие нарушается. 13 Понятие текстурно-структурной неоднородности Структура порового пространства – это характер распределения пор по размерам, форме и конфигурации, а так же по взаимному расположению пор относительно друг друга. Определяет возможность движения флюида в пласте и характеризуется однородностью. Структурно-текстурной неоднородностью характеризуется неоднородность скелета породы. В зависимости от структуры пласта можно различить:
Текстура указывает на слоистость, характер размещения и расположения пород, взаиморасположение и количественное расположение цемента 14 Нефтегазовым коллектором называется горная порода, обладающая физическими свойствами, позволяющими аккумулировать в ней нефть и газ, а также фильтровать, отдавать их при наличии перепада давления. Основные критерии коллектора нефти и газа – его емкостная и фильтрационная характеристики, определяемые вещественным составом, пористостью и проницаемостью, а в более общем виде – типом коллектора. Принято все коллекторы нефти и газа разделять на терригенные и карбонатные. 15 Принято все коллекторы нефти и газа разделять на терригенные и карбонатные. Терригенные коллекторы. Породы-коллекторы терригенного типа состоят из зерен минералов и обломков пород разных размеров, сцементированных цементами различного типа. Обычно эти породы представлены в разной мере сцементированными песчаниками, алевролитами, а также в виде смеси их с глинами и аргиллитами. Для характеристики терригенных коллекторов большое значение имеет их минералогический и гранулометрический составы. Карбонатные коллекторы. Породы-коллекторы карбонатного типа слагаются в основном известняками и доломитами. 16 Гранулометрический анализ проводится для определения степени дисперсности минеральных частиц, слагающих породу. Гранулометрическим (механическим) составом породы называют количественное, как правило, массовое содержание в породе частиц различной крупности. Им в значительной степени определяются многие свойства породы: пористость, проницаемость, удельная поверхность, капиллярные свойства и т. п. По механическому составу можно судить о геологических условиях отложения пород залежи. 17 Терригенные коллекторы. Породы-коллекторы терригенного типа состоят из зерен минералов и обломков пород разных размеров, сцементированных цементами различного типа. Обычно эти породы представлены в разной мере сцементированными песчаниками, алевролитами, а также в виде смеси их с глинами и аргиллитами. Для характеристики терригенных коллекторов большое значение имеет их минералогический и гранулометрический составы. Карбонатные коллекторы. Породы-коллекторы карбонатного типа слагаются в основном известняками и доломитами. 1  8 Область применения гранулометрического анализа Гранулометрическая кривая характеризует степень неоднородности пласта по гранулометрическому составу. Степень неоднородности пород характеризуется показателем. Чем хуже коллекторские свойства, тем больше у него будет разброс по диаметрам.
Пористость— показатель, широко используемый для характеристики коллекторских свойств пласта и определения запасов нефти и газа в залежи, бывает:
Типы пор:
Первичные поры по форме могут быть различной конфигурации:
Вторичная – связана с деформацией, выщелачиванием и другими седиментационными процессами:
Также поры классифицируются по размеру. Размеры пор определяются по площади контакта поры с породой:
Под пористостью горных пород понимают наличие в породе пустот (пор), незаполненных твердым веществом. Пористость — показатель, широко используемый для характеристики коллекторских свойств пласта и определения запасов нефти и газа в залежи. Пористость характеризуется коэффициентами пористости. Коэффициент, характеризующий запасы, называется коэффициентом общей пористости К  оэффициент открытой пористости – доля сообщающихся пор в единице объема Коэффициент эффективной пористости – доля пор, содержащих нефть и газ К  оэффициент динамической пористости – мера, характеризующая полезную емкость пласта 
См. выше 24 Взаимосвязь и отличие коэффициентов общей, эффективной и динамической пористости, области их применения. См. выше 25 Понятие структуры порового пространства Коллекторы, которые могут содержать нефть и газ, по структуре пол бывают следующих видов:
26 Водо-, нефте- и газонасыщенность пород. Коэффициенты, характеризующие эти свойства Нефтенасыщение – параметр, характеризующий содержание нефти в объеме образца.  аналогично
Пористость бывает вторичная, первичная. Этого мало, чтобы сказать, какого типа коллектор. В разных пластах с разным типом трещин поры различны. Под структурой порового пространства понимается характер распределения пор по размерам, конфигурация и взаимное расположение пор.  С      точки зрения «вида» конфигурации пор: Поры делятся на категории:
1) Сверхкапиллярные поры: характерны для слабосцементированного галечника, гравия, среднезернистых песков, зон выщелачивания, карст. Поверхность взаимодействия на ед. объема – мала.
Глины, мелкокристаллические известняки, доломиты и т.д.
28 Понятие проницаемости (характеристика и физический принцип измерения) Проницаемость – площадь всех отверстий, через которые проходят флюиды. Проницаемостью горных пород называют их способность пропускать жидкость или газ под действием перепада давления. Почти все без исключения осадочные породы обладают проницаемостью Под абсолютной проницаемостью принято понимать проницаемость горной породы, которая определена по жидкостям или газам, полностью насыщающим пустотное пространство породы и химически инертным по отношению к ней. Абсолютная проницаемость характеризует только свойства самой породы и не должна зависеть от физико-химических свойств фильтрующейся жидкости или газа и от условий фильтрации. Фазовой (эффективной) проницаемостью называют проницаемость горной породы для одной фазы при наличии или движении в поровом пространстве породы многофазной системы. Фазовая проницаемость зависит не только от свойств породы, но и от условий фильтрации, в основном от насыщенности порового пространства той или иной фазой и от характера межмолекулярного взаимодействия на границах раздела между фазами и на поверхности пор. Влияние условий фильтрации на проницаемость горной породы характеризует относительная фазовая проницаемость – это отношение фазовой проницаемости к абсолютной Проницаемость горных пород характеризуется коэффициентом проницаемости, который определяется из формулы линейного закона фильтрации Дарси. По этому закону скорость фильтрации жидкости в пористой среде прямо пропорциональна перепаду давления и обратно пропорциональна вязкости:  Закон Дарси используется для определении как абсолютной, так и фазовой проницаемости горных пород. Он справедлив в широком диапазоне условий и нарушается лишь при высоких скоростях фильтрации.
См. выше
См. выше 31 Относительные фазовые проницаемости пластов, совместное движение несмешивающихся флюидов в пористой среде и области их использования Р  ис. Графики зависимости относительной проницаемости песка для воды и нефти от водонасыщенности.На рис. приведены экспериментальные зависимости относительной проницаемости песка для воды (kв) и нефти (kн) от водонасыщенности пористого пространства. Как видно из рисунка, при водонасыщенности более 20 % фазовая проницаемость породы для нефти резко снижается, хотя и получаем еще безводную нефть в пределах пластовых градиентов давлений. Это объясняется тем, что за счет молекулярно-поверхностных сил вода удерживается в мелких порах и на поверхности зерен песка в виде тонких пленок, тем самым уменьшая площадь сечения фильтрационных каналов. При достижении водонасыщенности 80 % фильтрация нефти прекращается, хотя еще в пласте имеется нефть. Поэтому нельзя допускать преждевременного обводнения скважин, необходимо предупреждать попадание воды в призабойную зону при вскрытии пласта, при проведении ремонтных работ.
?
В заштрихованной области могут двигаться все три фазы. Трёхфазное насыщение представляет неблагоприятную обстановку для разработки месторождения. Если в процессе фильтрации выделяется третья фаза, то она мешает первым двум фазам двигаться по поровому пространству, вследствие чего ухудшается фазовая проницаемость. Поэтому не рекомендуется при разработке нефтяных месторождений достигать давлений, при которых из нефти начинает выделяться газ, а при разработке газовых месторождений достигать давлений, при которых из газа начинает выделяться газоконденсат.  
См. выше
Удельной поверхностью породы называется величина суммарной поверхности частиц, приходящейся на единицу объема образца. Вследствие небольших размеров отдельных зерен и большой плотности их упаковки общая площадь поверхностей порового пространства горной породы достигает огромных размеров. Подсчитано, что поверхность зерен правильной сферической формы размером 0,2 мм, содержащихся в 1 м3 однородного песка, составляет около 20276 м2. От величины удельной поверхности нефтеносных пород зависят их проницаемость, содержание остаточной воды, адсорбционная способность и т. д. Если пористая среда имеет большую удельную поверхность, то число поверхностных молекул жидкости возрастает и становится сравнивым с числом объемных молекул. Поэтому поверхностно-молекулярные явления в малопроницаемой породе могут оказать более существенное влияние на процесс фильтрации жидкости, чем в высокопроницаемых породах. Удельную площадь поверхности фильтрации нефтесодержащих пород с достаточной точностью можно подсчитать по приближенной формуле:  (1.7)где Sуд – удельная поверхность породы, м2/м3; m – пористость, доли единицы; k – проницаемость, м2. Удельная поверхность нефтесодержащих пород нефтяных месторождений, имеющих промышленное значение, колеблется в широких пределах – от 40000 до 230000 м2/м3. Породы, имеющие удельную поверхность более 230000 м2/м3, проницаемы или слабопроницаемы. Они представлены глинами, глинистыми песками, глинистыми сланцами и т.п. Чем больше удельная поверхность, тем сильнее твердая фаза влияет на движение жидкости и газа. Сужается диапазон фазовой проницаемости.
См.выше
Емкостные свойства – пористость (способность вмещать флюид) Фильтрационные свойства – проницаемость (способность пропускать жидкость) Анизотропия –разницы свойств в различных направлениях
Физические:
Физико-технологические
40 Понятие напряжений и деформаций в нефтегазовых пластах Напряжение – сила, приходящаяся на единицу поверхности и направленная против действующей силы:  , то есть напряжение есть сила противодействия, отнесённая к единице поверхности.Если силы действуют только в одном направлении, то возникают линейные деформации. Если силы действую в плоскости, то возникает плоское напряжённое состояния. Если действуют объёмные силы, то возникает объёмное напряжённое состояние. Деформации могут быть упругими (обратимыми) и неупругими (необратимыми). Изменение объёма пласта может быть охарактеризовано относительной объёмной деформацией, изменение формы – деформацией сдвига. |
микрометра.
микрометра.
микрометров.
микрометров.
микрометров.
микрометров.
. Через такие поры хорошо фильтруются нефть, газ, вода; для них нехарактерны эффекты на границе фаз.
. Такие поры проявляют эффекты межфазного взаимодействия, фильтрация в них затруднена.
. Взаимодействие между твёрдой фазой и флюидом распространяется на всю пору. Для таких пор характерно явление начального градиента давления.
. Через такие поры флюид практически не фильтруется.