<<
>>

1.1.2 Капиллярно-защемленная остаточная нефть

В промытых участках разрабатываемых пластов можно выделять следующие основные виды остаточной нефти микро-уровня [11]: капиллярно-защемленную, адсорбированную, пленочную, ОН тупиковых пор и микронеоднородностей. Согласно этой классификации можно говорить о соответствующих насыщенностях. В реальных разрабатываемых пластах присутствует, как правило, несколько видов остаточной нефти, которые в совокупности формируют суммарный объем остаточной нефти разрабатываемых пластов. В то же время изучение отдельных компонентов и структуры остаточной нефти разрабатываемых пластов необходимо в связи с проблемой идентификации состояния остаточной нефти при проектировании методов увеличения нефтеотдачи.

Этот вид остаточной нефти образуется в преимущественно гидрофильной перистой среде в отдельно взятых порах, узлах пор, либо в нескольких порах одновременно в виде изолированных микрокапель -глобул.

Обычно используют две схемы образования капиллярно-защемленной нефти: образование глобулы в одной отдельно взятой поре и образование глобулы в поровом дуплете. В первом случае глобула нефти возникает за счет пережима в месте сужения поры. При вытеснении нефти из гидрофильной среды вода по микропорам и по стенкам поры проникает вперед, обгоняя отступающую нефть. В месте сужения поры образуется пережим шнурка нефти, который сужается по мере поступления воды до тех пор, пока капля не оторвется от основной массы нефти. После этого для того, чтобы протолкнуть глобулу в сужение порового пространства, нужно изменить форму глобулы, затратив на это значительную энергию (в состоянии стационарного равновесия капля принимает форму, соответствующую минимуму поверхностной энергии). При обычном заводнении гидродинамический напор вытесняющей воды, развиваемый на длине глобулы, чрезвычайно мал по сравнению с капиллярными силами.

Эффект отрыва капли несмачивающей жидкости при капиллярном подъеме смачивающей жидкости был установлен еще в девятнадцатом веке Жаменом, который исследовал капиллярное поднятие воды в капилляре переменного сечения [17,18].

Исследованиз эффектов защемления в единичных порах мало информативно, так как в реальных пористых средах капиллярное защемление нефти в процессе заводнения связано с действием большого количества факторов и явлений, основными из которых являются:

геометрия внутри порового пространства;

поверхностно-молекулярные свойства системы порода/насыщающие флюиды, такие как смачиваемость, ионный обмен, адсорбция;

межфазные свойства, такие как поверхностное натяжение, различия в плотности, отношение вязкостей фаз;

прилагаемые градиенты давления и сила тяжести.

По мере роста гидродинамического перепада давлений, последний начиная с некоторого критического значения, начинает оказывать влияние на локальные процессы вытеснения.

Существующие представления о капиллярно-защемленной нефти в заводненных коллекторах связаны, прежде всего, с характером проявления капиллярных и гидродинамических сил в процессе заводнения на микро - и макро уровне [12,1,15 и др.].

В зависимости от характера проявления капиллярных сил возможны различные механизмы образования: капиллярно-защемленной остаточной нефти. Характер проявления капиллярных сил в промытой части пласта определяется режимом вытеснения нефти в переходных зонах. При малых градиентах гидродинамического давления характер распределения фаз в процессе вытеснения полностью определяется капиллярными силами.

Под действием капиллярного перепада давлений смачивающая фаза внедряется в микропоры, в которых развивается максимальный перепад капиллярного давления.

Несмачивающая фаза остается в макропорах, в местах расширения пор и частично в сорбированном виде на поверхности твердой фазы. Режимы вытеснения и образования остаточной нефти можно считать чисто капиллярными. Преимущественное продвижение менисков по микропорам обусловливает наличие значительных объемов несмачивающей фазы в крупных порах. При резких расширениях поровых каналов самопроизвольное движение мениска приостанавливается и имеет место эффект обращения менисков - капиллярный перепад давления становится направленным в сторону более смачивающей фазы. Вышеприведенный механизм капиллярного защемления говорит о том, что капиллярно-защемленная ОНИ образуется в преимущественно гидрофильных или частично гидрофобизованных коллекторах. Влияние сложного типа смачиваемости на капиллярное защемление в настоящее время мало изучено [12,19].

При малых градиентах гидродинамического давления скорость продвижения мечисков под действием гидродинамического перепада в некоторой части пор оказывается меньше скорости движения менисков под действием капиллярного перепада. Вследствие этого происходит опережающее капиллярное вытеснение из пор с малым диаметром. Это приводит к прорыву смачивающей фазы по микропорам и защемление значительных объемов несмачивающей фазы в порах большого диаметра. В то же время в некоторой части наиболее крупных пор гидродинамического перепада давлений оказывается достаточно для проталкивания защемленной фазы и вовлечения ее в общий фильтрационный поток. Такой режим вытеснения и образования защемленной фазы является капиллярно-напорным.

При чисто капиллярном режиме вытеснения факторы, связанные с градиентом давления и влиянием силы тяжести, не играют роли. Основную роль при капиллярном защемлении играет структура порового пространства,

. ? *

поверхностно-молекулярные и межфазные свойства. Так как объем микропор намного меньше объема крупных пор, то при чисто капиллярном режиме естественно ожидать максимально возможных значений защемленной ОН.

Традиционно влияние условий вытеснения можно охарактеризовать отношением капиллярного перепада давлении Арк к гидродинамическому Арг [3,8]. Это соотношение определяет и величину капиллярно-защемленной ОНН. В общем случае существует два критических значения отношения Ар J Ар г. При первом критическом значении Ар J Ар г чисто капиллярный

режим вытеснения переходит в капиллярно-напорный. При втором капиллярно-напорный режим вытеснения переходит в автомодельный.

Для описания динамики капиллярного защемления традиционно, начиная с работ Мура и Слобода [9], используют модель пор в виде капиллярной пары.

В этой модели положительный поток возникает лишь в узком капилляре, то есть вода будет впитываться в узкую пору, а нефть будет улавливаться в более крупной. Хотя общий поток положительный, общий градиент давления по поре, содержащей поверхность раздела нефть/вода, сильно отрицательный, что является результатом того, что на фронте заводнения капиллярные силы намного превышают гидродинамические (вязкостные).

Из описанного механизма следует, что капиллярное защемление не должно быть чувствительным к отношению вязкостей нефти и воды. Капиллярно-защемленная ОНН является отношением объема крупной поры к общему объему двух пор и всегда больше 50%. Например, если радиус крупной поры в 3 раза превышает радиус небольшой поры, защемляется 80% нефти.

В настоящее время детально проанализированы динамические эффекты на различных моделях пор.

Однако эффекты защемления не ограничиваются отдельными порами или парами пор. В действительности, отдельные поры, как правило, имеют, по меньшей мере, еще один дополнительный путь для фильтрации при незначительных изменениях условий защемления. Таким

17

образом, могут формироваться сложные системы капиллярно-защемленной остаточной нефти. Структура капиллярно-защемленной ОН детально изучалась И. Чатзисом, Н. Морроу, X. Лимом, Н. Уордлоу, М. Маккелларом, Б. Вайнхардтом, 3. Хайнеманом [7,20,21] и другими зарубежными исследователями. И. Чатзисом и др. [5,6,7] были проведены исследования структуры ОНН как на микромоделях, так и на реальных песчаниках.

Исследования, проведенные на физических микромоделях с различной порометрической характеристикой, показали, что нефть улавливается, главным образом в относительно крупных порах, связанных большими горловинами, а также за счет разрыва перемычек в норовых телах.

Для изучения структуры остаточной нефти в природных пористых средах Б. Вайнхардт [21] 3. Хайнеманн [22], И. Чатзис [5-7] и др. проводили эксперименты по заводнению образцов, насыщенных мономерами; после вытеснения оставшийся в керне мономер полимеризовался, скелет пористой среды выщелачивался, и отобранные отвердевшие глобулы полимера подвергаются изучению.

Микроскопическое изучение отвердевших глобул этой "остаточной нефти" показало, что распределение форм капель нефти в моделях, изготовленных из стеклянных шариков и из песчаника Вегеа, являющегося основным объектом лабораторного моделирования, оказалось аналогично трем типам структур, встречающихся в микромоделях: синглетам, дуплетам и триплетам.

Важной чертой распределения глобул по размеру является то, что 50% размеров глобул попадает в диапазон от 30 до 120 мкм. Эти размеры соответствовали размерам пор, измеренным по электронным микрофотографиям песчаника Вегеа и полимерным отливкам пористой среды этой породы. По полному фото микро графическому распределению размеров пор в песчанике Вегеа, 80% общего порового объема состоит из пор от 30 до 120 мкм.

Влияние условий вытеснения на структуру капиллярно-защемленной нефти обусловлено особенностями локального вытеснения нефти водой. При увеличении скорости нагнетания воды повышаются локальные различия в линейной скорости прохождения поверхностей раздела через гетерогенную микроструктуру пористой среды. В результате, образуются значительного размера языки обводнения и защемляются более крупные нефтяные глобулы. С другой стороны, с ростом действующего на защемленную глобулу градиента давления возрастает вероятность ее деления на более мелкие глобулы.

Добиться подвижности защемленной нефти можно и другими способами, например, за счет снижения действующего локального капиллярного давления посредством использования ПАВ или за счет повышения вязкости вытесняющего агента. На действии этих факторов основаны некоторые методы увеличения нефтеотдачи пластов [14,23].

Исследование изменений защемленной остаточной нефти показали, что с ростом числа капиллярности происходят качественные и количественные изменения капиллярно-защемленной ОН. Этот процесс идет до тех пор, пока большинство нефтяных глобул не превратится в синглеты. Это происходит при некотором критическом значении числа капиллярности, после чего раздробленные глобулы защемленной нефти приобретают подвижность и начинают выходить из системы.

В реальных коллекторах на условия достижения подвижности капиллярно-защемленной ОН большое влияние оказывает структура порового пространства. Защемленная нефтяная глобула в поре радиусом гп приобретает подвижность в случае, если локальный гидродинамический перепад Арг, действующий на глобулу, превысит локальный капиллярный

перепад

л 2сг г.

где D - показатель структурной сложности, коэффициент, зависящий от значений наступающего и отступающего контактных углов. Для коэффициента D получено несколько выражений, связывающих его со значениями контактных углов и со структурой порового пространства диаметром поры и пережима, их размерами, другими структурными характеристиками. Наиболее наглядно влияние структуры порового пространства на подвижность остаточной нефти продемонстрировал Ф. Дулльен [24]. В качестве коэффициента D он использовал параметр

Чг-4

где г" - радиус входа в пору.

Используя в качестве значении радиуса входа в пору значения диаметра, соответствующие точке изгиба на кривой ртутной порометрии, а значения радиуса поры определяя по данным микрофотографий, Дулльен установил тесную корреляционную связь между степенью довытеснения остаточной нефти и параметром сложности геометрии пор при фиксированных условиях вытеснения.

<< | >>
Источник: Кожабергенов Мурат Моканович. Обоснование эффективных технологий доизвлечения остаточной нефти из обводненных пластов на примере XIII горизонта месторождения Узень: Дис. ... канд. техн. наук: 25.00.17. - М.: РГБ, 2006. 2006

Еще по теме 1.1.2 Капиллярно-защемленная остаточная нефть:

  1. 1.4. Ванадиловые комплексы и свободные стабильные радикалы в нефтях и нефтяных компонентах
  2. ЛИТЕРАТУРА
  3. Кожабергенов Мурат Моканович. Обоснование эффективных технологий доизвлечения остаточной нефти из обводненных пластов на примере XIII горизонта месторождения Узень: Дис. ... канд. техн. наук: 25.00.17. - М.: РГБ, 2006, 2006
  4. ВВЕДЕНИЕ
  5. ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ОСТАТОЧНОЙ НЕФТИ В ЗАЛЕЖАХ ПОСЛЕ ИХ ЗАВОДНЕНИЯ
  6. 1.1 Виды остаточной нефти в заводненных пластах
  7. 1.1.2 Капиллярно-защемленная остаточная нефть
  8. 1.1.3 Адсорбированная остаточная нефть
  9. 1.1.4 Пленочная остаточная нефть
  10. 1.1.5 Остаточная нефть в тупиковых порах и микронеоднородных зонах
  11. 1.1.6 Остаточная нефть при неустойчивом вытеснении
  12. 1.2 Количественное распределение остаточной нефти по площади залежи
  13. 1.3 Распределение остаточной нефти воды в пустотах гидрофильных и гидрофобных коллекторов
  14. 1.4 Признаки проявления свойств гидрофильности и гидрофобности при разработке нефтенасыщенных пластов
  15. 2.3 Подготовка модели пласта к фильтрационным исследованиям
  16. 2.5.2 Подготовка моделей пласта и выбор рецептур физико-химических композиций
  17. 2.6. Лабораторные исследования возможности доизвлечения микро-остаточной нефти после заводнения для условий пластов XIII горизонта месторождения Узень