книги / Основы разработки нефтяных и газовых месторождений

кривой ОФП (сплошная линия) при вытеснении нефти водой вблизи точки остаточной нефтенасыщенности. После заводнения, при 5о = 5ог (точка А), относительная фазовая проницаемость для нефти кго равна нулю, и нефть не будет течь.

Можно указать два пути улучшения ситуации, в основе которых лежит изменение относительной фазовой проницаемости для нефти. Первый из них предусматривает вытеснение нефти жидкостью, рас­ творимой в нефти. В таком случае нефтенасыщенность становится больше 8ог, что равносильно перемещению из точки А в точку В по обычной кривой ОФП. В результате к о становится отличной от нуля, и нефть становится подвижной.

Второй путь предусматривает вытеснение нефти жидкостью, полно­ стью или частично смешивающейся с ней. В таком случае устраняется межфазное поверхностное натяжение, то есть определенным образом изменяются характеристики взаимодействия на поверхности раздела между нефтью и вытесняющей жидкостью. В результате остаточная нефтенасыщенность снижается до очень малого значения 5'ог на рис. 4.11, и кривая ОФП для нефти выглядит так, как показано штриховой линией. И, поскольку вытесняющая жидкость контактирует с нефтью, оставшейся в промытом пласте, относительная фазовая проницаемость для нефти возрастает от нуля до значения, соответствующего точке С. Таким образом, остаточная нефть также становится подвижной.

Очевидно, что второй путь является более выгодным, поскольку он дает возможность извлечь практически всю оставшуюся нефть. В пер­ вом случае извлекается только часть каждой набухшей капли нефти. Обычно третичные методы направлены либо на достижение полного

Рис. 4 .11 . Иллюстрация двух методов придания подвижности остаточной

нефти после обычного заводнения

взаимного растворения, либо на сочетание эффектов, обеспечивае­ мых описанными выше механизмами. Есть много разнообразных методов достижения указанных целей, и наиболее широко распро­ странены следующие:

Заводнение с использованием растворителей

Нефть вытесняется агентами на основе сжиженных нефтяных газов, этана, пропана или бутана. Если пластовые условия таковы, что сжи­ женный газ находится в жидком состоянии, то он смешивается с неф­ тью и, теоретически, можно извлечь всю оставшуюся в пласте нефть.

Закачка диоксида углерода

Критическая температура диоксида углерода (С02) равна 304 К, поэтому обычно его закачивают в пласт в виде газа. Он хорошо рас­ творяется в нефти, и это дает двоякий положительный эффект. Вопервых, насыщенность нефтью, содержащей растворенный диоксид углерода, становится выше остаточной нефтенасыщенности 5ог, про­ ницаемость для нефти становится отличной от нуля и нефть начина­ ет двигаться. Во-вторых, уменьшается вязкость нефти, что благопри­ ятно сказывается на отношении подвижностей. Следует отметить также, что диоксид углерода, в который переходят легкие углеводо­ роды из нефти, проявляет способность к смешиванию.

Применение поверхностно-активных веществ и мицеллярных растворов

Поверхностно-активные вещества (ПАВ), растворенные в неболь­ ших количествах воды, оказывают значительное влияние на межфаз­ ное поверхностное натяжение на поверхности раздела между нефтью и вытесняющей водой.

ПАВ растворяются в остаточной нефти, в результате чего нефтенасыщенность становится больше 5ог. Кроме того, очень сильно снижа­ ется межфазное поверхностное натяжение на поверхности раздела между разбухшими каплями нефти и вытесняющей водой. Оба эти эффекта способствуют заметному уменьшению остаточной нефте­ насыщенности. В ходе лабораторных исследований достигается из­ влечение 90 % остаточной нефти. К наиболее широко используемым для указанных целей ПАВ относятся нефтяные сульфонаты.

Приведенное выше описание механизмов, обычно реализуемых в третичных методах воздействия на пласт, является очень поверх­

ностным. Прекрасное простое описание можно найти в серии ста­ тей Гербека (НегЪеск), Гейнца (НекЛг) и Гастингса (НазШп^з)10*Эти работы охватывают все аспекты данного предмета, включая важные экономические факторы.

Указанные выше методы классифицированы как третичные в том отношении, что они дают возможность извлечь часть, если не всю остаточную нефть, после обычного заводнения. Однако это не озна­ чает, что перед их применением необходимо проводить обычное заводнение. Обе эти технологии можно применять одновременно. Для всех третичных методов непрерывная закачка дорогостоящих вытесняющих агентов не является обязательной. Можно закачивать агенты порциями (оторочками), после которых движется буферная жидкость. Например, для обеспечения устойчивого вытеснения при заводнении растворами ПАВ можно продвигать порцию химреаген­ та водой, загущенной полимерами в концентрации, постепенно убы­ вающей по мере заводнения пласта.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1)Клп§ НиЪЪеП, М„ 1956. Багсу 8 Ьа\у апб 1Ье ИеЫ ЕдиаИопз о{ 1Ье Р1о\у оШпс1ег§гоипс1 Ишск. Тгапз.АШЕ, 207: 222-239.

2)Багсу, Н., 1856. Ьез РоШатез РиЪ^иез бе 1а УШе с!е Буоп. У1с1ог БаНпоп!, Рапз.

3)К1ткепЬег§, 1Д, 1941. ТЬе РегтеаЫШу оГ Рогоиз МесИа 1о ^ ш с к апс! Сазез. АР1 БгШ. апс! Ргос1. Ргас.: 200.

4)Сок, РЛУ., 1961. Кезегуоп Еп§теепп§ Мапиа1. Си1ГРиЬНзЫп§ Со., Ноиз1:оп, Техаз: 19-20.

5)СееПзта, Г, 1974. ЕзИтаИпд 1Ье СоеШаеШ: оПпегИа1 Кез1з1:апсе т Р1ш<1 Р1о\у ТЬгои§Ь Рогоиз МесИа. 8ос.Ре1.Еп§.1., Ос1оЬег: 445-450.

6)СатрЬеИ, ГМ., 1976. Керог! оп Теп^айуе 8РЕ Ме(пса(юп 81апс1агс18. Рарег ргезеШес! 1о {Ье 5181 Аппиа1 Ра11 СопГегепсе оГ1Ье АШЕ, Ые\у Ог1еапз, Ос1оЬег.

7)уап ЕуегсИп§еп, А.Р., 1953. ТЬе 8 кт ЕЯес! апб Й8 1тресИтеп1 1о Р1шс1 Р1о\у т1о а ДУеИЬоге. Тгапз.АШЕ, 198:171-176.

8)Сгащ, Р.Р., к , 1971. ТЬе Кезегуой Еп§теепп§ Азрес^з о{ \Уа1егйоосНп§. 8РЕ Мопо§гарЬ.

*См. также отечественную монографию М. Л. Сургучева «Вторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов».- М.. Недра, 1985.- 380 с. - Прим. ред.

9)Ашух, ].Ж, Ва88, О.М. апс! \УЪШп§, К.Ь., 1960. Ре1го1ешп КезегусПг Еп§теепп§ - РЬу81са1 РгорегИез. МсСга\у-НШ: 86-96.

10)НегЬеск, Е.Р., Н ет12, К.С. апс! На81т§8,1.К., 1976. РипйатепЫз оГ

ТегИагу ОН Кесоуегу. $епе8 оГ агИс1е8 арреапп§ т Ше «Ре1го1еиш Еп§теег», 1апиагу - 5ер1етЪег.

ОСНОВНОЕ

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ

УРАВНЕНИЕ

РАДИАЛЬНОЙ

ФИЛЬТРАЦИИ

5.1.ВВЕДЕНИЕ

Вэтой главе будет выведено следующее основное уравнение ради­ альной фильтрации в однородной пористой среде

(5.1)

Это уравнение нелинейное, поскольку коэффициенты в обеих его частях являются функциями давления, то есть зависимой переменной. Для того чтобы получить аналитическое решение, необходимо прежде всего линеаризовать это уравнение, выразив его в такой форме, при которой зависимостью коэффициентов от давления можно прене­ бречь и допустимо считать их постоянными величинами. В конце гла­ вы будет дана приближенная форма линеаризации для случая филь­ трации жидкости. В результате такой линеаризации зависимость (5.1) сводится к уравнению, аналогичному уравнению теплопроводности в полярных координатах. Решения этого уравнения и его применение

для изучения фильтрационного потока нефти будут подробно рассмо­ трены в главах 6 и 7. Для случая фильтрации реального газа потребу­ ется более сложная линеаризация путем интегрального преобразова­ ния, которая будет представлена отдельно в главе 8.

5.2. ВЫВОД ОСНОВНОГО ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ РАДИАЛЬНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ

Ниже будет выведено основное дифференциальное уравнение для плоскорадиального фильтрационного потока, описывающее движе­ ние пластовых флюидов в окрестности скважины. Далее могут быть получены аналитические решения этого уравнения при различных начальных и граничных условиях, которые можно использовать для описания процессов, происходящих при исследовании скважин, и для описания притока флюида к скважине. Такие задачи имеют широкое практическое применение в разработке месторождений. Использова­ ние полярных координат в данном случае считается более целесообраз­ ным, чем прямоугольных, поскольку последние редко применяются на практике для описания радиального потока. В численном моделиро­ вании пласта прямоугольные координаты используются чаще, чем по­ лярные или цилиндрические, однако и здесь поток в скважину и из скважины описывается уравнениями, записанными в полярных коор­ динатах. Такие уравнения представлены в следующих четырех главах. На рис. 5.1 показан цилиндрический элемент объема пористой среды. Изначально сделаны следующие упрощающие допущения:

a) Пласт считается однородным по всем характеристикам горной породы и изотропным по проницаемости.

B) Пласт вскрыт по всей толщине, чем обеспечивается плоскоради­ альный характер фильтрационного потока.

c) Пласт полностью насыщен однофазным флюидом.

Р ис . 5 .1 . Плоскорадиальный поток однофазного пластового флюида

вблизи скважины

5.3.НАЧАЛЬНЫЕ И ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ

Впринципе, можно получить бесконечное множество решений уравнения (5.1), соответствующих различным начальным и гранич­ ным условиям. Наиболее широко используется решение при постоян­ ном дебите, начальным условием для которого является постоянство расхода ^ на стенке скважины (г = г^) в определенный момент време­ ни, когда в пласте установилось равновесное давление р.. Решения та­ кого типа будут подробно рассмотрены в главах 7 и 8. На данном этапе целесообразно описать три наиболее часто встречающихся, хотя и не являющихся исключительными, режима фильтрации, при которых ищется решение, соответствующее известному постоянному деби­ ту. Это неустановившаяся, квазиустановившаяся и установившаяся фильтрация. Каждый из этих режимов существует в определенный период времени после начала работы скважины и характеризуется определенными граничными условиями.

а) Неустановившаяся фильтрация

Этот режим существует лишь в относительно короткий период времени после возмущения давления в пласте. Если говорить о моде­ ли плоскорадиального потока, такое возмущение обычно вызывается изменением дебита скважины при г = г^. Принимается, что в течение периода времени, когда происходит неустановившаяся фильтрация, наличие внешней границы не влияет на изменение давления в пласте, то есть пласт имеет бесконечную протяженность. Этот режим про­ является по большей части при исследовании скважин, когда пред­ намеренно изменяют дебит скважины и в течение нескольких часов регистрируют соответствующее изменение давления. В этот период, если только пласт не слишком мал, наличие границы ощущаться не будет и, с математической точки зрения, пласт бесконечен.

Решение уравнения (5.1) для неустановившейся фильтрации будет сложным, поскольку и давление и производная давления по времени сами являются функциями расстояния и времени:

Р = 8(г,1)

и

др

~ ^ = НгА).