лекц. 3 лекционный курс. Лекция 1 Тема. Введение. Объекты и системы разработки нефтяных месторождений Введение Объекты и системы рнм
![]()
|
Тема: Физико-химические методы разработки нефтяных месторождений Вытеснение нефти из пластов водными растворами поверхностно-активных веществ При вытеснении нефти из пласта смешивающимся с ней веществом кардинально решается проблема полной ликвидации поверхности раздела между нефтью и веществом-вытеснителем, ≪исчезают≫ капиллярные силы, нефть растворяется в этом веществе, в результате чего можно полностью извлечь ее из области пласта, охваченной процессом вытеснения. Но нельзя ли при обычном заводнении каким-либо образом снизить поверхностное натяжение на границе нефти с водой в пористой среде, улучшить смачиваемость водой поверхностей зерен породы с тем, чтобы пленки лучше отмывались от пород и под воздействием потока воды перемещались к добывающим скважинам? Оказывается, такая возможность в принципе имеется. Если добавить к закачиваемой в пласт воде поверхностно-активное вещество (ПАВ), то можно существенно снизить поверхностное натяжение на контакте нефть — вода и сделать поверхность зерен горных пород-коллекторов более смачиваемой водой, т. е. увеличить ее гидрофильность. Кроме того, если какая-то часть остаточной нефти в заводненной области пласта находится в виде глобул, застрявших в сужениях пористой среды, и под действием градиентов давления не может двигаться, то со снижением поверхностного натяжения эти глобулы будут легче деформировать поверхность и продвигаться через сужения пор. Эффективность вытеснения нефти из пластов растворами ПАВ зависит от степени диспергирования нефти в заводненной области пласта, структуры порового пространства, доли нефти, оставшейся в виде пленок на зернах породы во всей остаточной нефти, характера физико-химического взаимодействия ПАВ и пород-коллекторов и т. д. Найти оптимальные условия применения какого-либо конкретного ПАВ или подобрать для задан- ных пластовых условий наиболее эффективное ПАВ — дело трудное. Всем физико-химическим методам разработки нефтяных месторождений, включая вытеснение нефти водными растворами ПАВ, полимерное и мицеллярно-полимерное заводнение, сопутствует явление сорбции поверхностно-активных добавок к воде на зернах породы. Это оказывает решающее влияние на процесс извлечения нефти из пластов и экономику физико-химических методов разработки нефтяных месторождений. Поэтому рассмотрим его подробно с количественной стороны прежде всего на примере вытеснения нефти из прямолинейного пласта водным раствором ПАВ. Уравнения фильтрации нефти и воды в пласте при вытеснении из него нефти водным раствором ПАВ остаются, по существу, такими же, что и при вытеснении нефти из пласта обычной водой. Если использовать модель непоршневого вытеснения, то и уравнения неразрывности фильтрующихся жидкостей и обобщенный закон фильтрации нефти и воды остаются теми же, что и при вытеснении нефти из пласта обычной водой. Однако относительные проницаемости во время вытеснения нефти из пласта водным раствором ПАВ несколько изменяются. На рис 1. показаны кривые относительных проницаемостей ![]() ![]() ![]() Рис. 1. Кривые относительных проницаемостей при вытеснении нефти обычной водой и водным раствором ПАВ: Относительная проницаемость: l — ![]() ![]() ![]() ![]() Как видно из этого рисунка, при использовании водных растворов ПАВ кривая относительной проницаемости для нефти перемещается вправо по сравнению с кривой проницаемости при вытеснении нефти обычной водой. Так как количество остаточной нефти в пласте при вытеснении нефти водным раствором ПАВ уменьшается, соответствующая величина ![]() Для его вывода рассмотрим элемент пористой среды, аналогичный элементу, показанному на рис. В этот элемент через левую грань входит вместе с водой за время ![]() ![]() ![]() В воде, насыщающей элемент пласта, за время ![]() ![]() На зернах породы за этот же отрезок времени сорбируется количество ПАВ, равное: ![]() где А — общее количество сорбировавшегося ПАВ. На основе баланса ПАВ в элементе пласта получим: ![]() Из (1) получим дифференциальное уравнение переноса ПАВ в прямолинейном пласте: ![]() Уравнение (2) можно представить в развернутом виде следующим образом: ![]() Учитывая, что здесь стоящее в скобках выражение равнонулю на основе уравнения неразрывности фильтрующейся воды, получим: ![]() Из уравнений совместной фильтрации нефти и воды, вытекает следующее уравнение для определения водонасыщенности: ![]() Уравнение (3) можно переписать в виде: ![]() Таким образом, можно считать, что уравнение (4) служит для oпределения распределения водонасыщенности Sв пласте, a (5) —для расчета концентрации в нем ПАВ. Однако при этом необходимо выразить А в зависимости от концентрации ПАВ в воде. Такие зависимости называются изотермами сорбции. Для описания сорбции ПАВ в элементе пласта обычно применяют два вида изотерм сорбции — изотерму Лэнгмюра и изотерму Генри. Для первой из них: ![]() где а и b— коэффициенты, определяемые экспериментальным путем. Вторую изотерму сорбции получаем из первой в том случае, если коэффициент b очень мал. ![]() На рис 2. показаны кривые зависимости A от с для указанных изотерм. ![]() Рисунок 2. Кривые зависимости А от с для изотерм: 1 –Генри; 2-Лэнгмюра. Подставив, например, (7) в (5), получим дифференциальное уравнение переноса и сорбции ПАВ в следующем виде: ![]() Таким образом, можно рассчитать распределение водонасыщенности и концентрации ПАВ в пласте при непоршневом вытеснении нефти водным раствором ПАВ с учетом сорбции ПАВ на основе уравнений (4) и (8). Однако более просто это определить для поршневого вытеснения нефти водным раствором ПАВ. В этом случае распределение водонасыщенности, нефтенасыщенности и концентрации ПАВ в некоторый момент времени tимеет вид, показанный на рис. 3. Как будет показано ниже, ПАВ, адсорбируясь в пласте, занимает область ![]() ![]() Рисунок 3. Схема вытеснения нефти из прямолинейного пласта раствором ПАВ: 1-область 1 (от х=0 до х=хсор); 2-область 2 (от хсор Область ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Решение уравнения (3) в данном случае можно представить в виде ![]() ![]() Имеем ![]() ![]() Подставим (10) в (3). В результате получим ![]() Функция ![]() ![]() Если ввести истинную скорость воды ![]() ![]() ![]() Из формулы (13) следует, что при ![]() ![]() ![]() Согласно лабораторным экспериментальным данным, в ![]() ![]() ![]() ![]() Из формулы (12), в данном случае при m = 0,2 и водонасыщенности в области ![]() ![]() Если же вычислить отношение ![]() ![]() Следовательно, скорость фронта сорбции почти в 30 раз меньше истинной скорости движения воды в пористой среде. Рассмотрим более подробно изменение размеров характерных областей прямолинейного пласта при вытеснении нефти из него водным раствором ПАВ (рис. 3). В области 1 водонасыщенностьравна ![]() ![]() ![]() ![]() Увеличение нефтенасыщенности в области 2 по сравнению с областью 1, т. е. образование нефтяного вала, связано с перемещением дополнительно вытесняемой нефти из области 1 в область 2. Поэтому из баланса нефти, согласно рис. 3, получим соотношение: ![]() Или ![]() Для общего баланса воды в пласте, когда ![]() ![]() Из (14) и (15) получим: ![]() При постоянном расходе закачиваемой в пласт воды (q = const) с помощью уравнения (16) определим положение фронта ![]() ![]() Чтобы найти положение границы нефтяного вала ![]() ![]() Из формулы (14) получим соотношение скоростей ![]() ![]() ![]() Скорость фильтрации воды ![]() ![]() ![]() Поскольку ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |