Состояние переходных зон газ-вода, нефть-вода, нефть-газ

Водонефтяной контакт в пласте представляет собой зону различной толщины. Строение этой зоны и распределение в ней воды и нефти определяются в основном гравитационными и капиллярными силами.

Для оценки размера и строения переходной зоны можно использовать экспериментальные усредненные зависимости капиллярного давления от водонасыщенности, полученные путем вытеснения воды нефтью. По этим зависимостям можно приближенно определить распределение нефти и воды в вертикальном направлении, а также среднюю водонасыщенность переходной зоны пласта.

Полагаем, что под действием капиллярных сил вода в поровых каналах пласта проникает до высоты h, на которой капиллярное давление уравновешивается гидростатическим столбом воды. Тогда h можно найти:

Зависимость 13.17 отличается от р_к = f(S) лишь множителем, соответственно она имеет вид кривой изображенный на рис. 13.3, если вместо переменной р_к откладывать h. Используя эту кривую рис. 13.3, где капиллярное давление р_к преобразовано в высоту столба h, которым уравновешивается данное капиллярное давление можно приближенно оценить распределение воды и нефти по вертикали в переходной зоне, а также среднее содержание воды по всей мощности пласта.

В практических условиях распределение нефти и воды в переходной зоне значительно сложнее вследствие многообразия свойств пород пластовой системы, поэтому используя описанный подход получаются только приближенные представление о распределении воды и нефти в переходной зоне и по вертикали в пласте в целом.

На газонефтяном контакте также имеется переходная зона от нефтяной до чисто газовой части пласта, ее строение определяется равновесием гравитационных и капиллярных сил, а также физическими и физико-химическими свойствами системы нефть-порода-газ.

Без учета влияния третей фазы (остаточной воды), уравнения (13.16) и (13.17) можно использовать для приближенной оценки распределения нефти и газа в переходной зоне. Из 13.17 следует, что высота переходной зоны нефть-газ должна быть меньше высоты водонефтяной переходной зоны, поскольку разница плотностей между газом и нефтью больше, чем между водой и нефтью, а поверхностные натяжения нефти на границе с водой и на границе с газом могут быть близкими по значению.

41 Расклинивающее действие тонких слоев жидкости. Опыты Дерягина. Эффект Ребиндера.

РАСКЛИНИВАЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ТОНКИХ СЛОЕВ ЖИДКОСТИ. ОПЫТЫ ДЕРЯГИНА. ЭФФЕКТ РЕБИНДЕРА

Жидкость, смачивающая твердое тело, проникая в тонкие трещины, способна играть роль клина и раздвигать ее стенки, т. е. тонкие слои жидкости обладают расклинивающим действием. Это свойство тонких слоев проявляется также при сближении твердых поверхностей, погруженных в жидкость. По исследованиям Б. В. Дерягина расклинивающее действие возникает при условии, если толщина слоя h жидкости, раздвигающей поверхности трещины, меньше некоторой величины Акр- При h > hp расклинивающее действие равно нулю и при h <; \р оно возрастает с уменьшением толщины жидкого слоя, т. е. с момента А Лр Для сближения поверхностей частиц необходимо приложить к ним внешнюю нагрузку.

Понятие «расклинивающее» действие введено Б. В. Дерягиным!

Факторами, создающими расклинивающее действие, являются силы ионно-электростатического происхождения и особое агрегатное состояние полярных жидкостей вблизи граничных поверхностей.

Ранее упоминалось, что свойства сольватного слоя на поверхности твердого тела резко отличаются от свойств остальной части жидкости. Этот (сольватный) слой можно рассматривать как особую граничную фазу. Поэтому при сближении частиц до расстояний меньших двойной толщины сольватных слоев к частицам необходимо прикладывать внешнюю нагрузку.

Расклинивающее давление ионно-электростатического происхождения возникает из-за изменений концентрации ионов в слое, разделяющем частицы и в окружающем их растворе.

По результатам опыта расклинивающее действие тем больше, чем прочнее связь между жидкостью и поверхностями твердого тела. Его можно усилить, если ввести в жидкость поверхностно-активные вещества, хорошо адсорбируемые поверхностью твердого тела. На зтом явлении основан эффект Ребиндера. Сущность его заключается в том, что небольшие количества поверхностно-активных веществ вызывают резкое ухудшение механических свойств твердого тела. Адсорбционное понижение прочности твердых тел зависит от многих факторов. Оно усиливается, если тело подвергается растягивающим усилиям и если жидкость хорошо смачивает поверхность.

Эффект адсорбционного понижения прочности используется в бурении скважин. При использовании в качестве промывочных жидкостей растворов, содержащих специально подобранные поверхностно-активные вещества, заметно облегчается бурение твердых пород.

42 Измерение углов смачивания. Роль смачиваемости в процессе вытеснения флюидов из пористой среды.

Метод пластины Вильгелми позволяет производить прямое измерение адгезионного натяжения (, действующего по периметру пластины, а также наступающего и отступающего углов смачивания). Этот метод предусматривает попеременное погружение пластины в жидкость и извлечение ее из жидкости. При этом происходит изменение натяжения нити за счет силы адгезионного натяжения, F, равной:

где F – сила, мН;
l – периметр смачивания (равный 2×(ширина+толщина)), м;
σ – межфазное поверхностное натяжение, мН/м;
θ – угол смачивания.

Из 12.7 краевой угол смачивания определяется:

Пластина соединена с микровесами, и скорость ее движения контролируется компьютером, который вычисляет мгновенные значения краевого угла смачивания. Наступающий угол смачивания измеряют, когда пластину опускают в жидкость, а отступающий угол смачивания – когда пластину поднимают из жидкости.

Смачиваемость играет важную роль в различных природных и технологических процессах. По углу смачивания, образующемуся при контакте воды, нефти и породы, наряду с другими параметрами можно судить о качестве вод и их отмывающей и нефтевымывающей способностях. Лучше отмывают нефть воды, хорошо смачивающие породу. Поэтому изучению явлений смачивания в нефтепромысловом деле уделяется большое внимание. В некоторых случаях роль смачивания отрицательна. Например, вода, хорошо смачивая горные породы, препятствует проникновению нефти в скважины. Если энергия сцепления жидкости (нефти) к твердой поверхности (породе) больше энергии сцепления молекул жидкости, то вытесняемая жидкость оставляет на поверхности пленку толщиной, соизмеримой с радиусом действия молекулярных сил, что является одной из причин образования остаточной пленочной нефти в пласте. В процессе подъема нефти на поверхность она смачивает окружающие пласт породы, частично пропитывая их, и безвозвратно теряется. Таким образом, смачиваемость – параметр, достаточно сильно влияющий на темп извлечения нефти и на величину остаточной нефтенасыщенности. При изучении явлений смачиваемости основной задачей является поиск способа управления смачиваемостью. Прежде всего, это использование специальных реагентов для обработки поверхности породы, позволяет напрямую изменять ее смачиваемость во всем диапазоне – от гидрофильной до нейтральной, смешанной или избирательной вплоть до сильно гидрофобной.

43 Адсорбция и десорбция. Влияние шероховатости, пористости и адсорбции на процесс смачивания.