Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как противостоять манипуляциям мужчин? Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Проницаемость





Проницаемость — это свойства какого-либо вещества про­пускать сквозь себя частицы другого вещества. Под проницае­мостью горных пород понимается их способность фильтровать жидкости и газы при перепаде давления. Различают проницае­мости нескольких видов. Абсолютной называется проницаемость, измеренная при прохождении через породу какого-либо флюида (жидкость, газ) в условиях полного насыщения пор породы этим флюидом. Измерять ее лучше по какому-нибудь инертному газу (можно воздуху, так как он обычно достаточно инертен). Жид­кости же могут существенно реагировать с породой. Фазовой, или эффективной, называется проницаемость, определенная по какому-либо флюиду в присутствии в породе другого флюида. Например, через водонасыщенную породу пропускают газ. Это отражает реальные природные условия, так как в пластах часто присутствуют два флюида (нефть-вода, газ-вода), а иногда и три (в залежи нефти, где также есть вода и может выделяться раство­ренный газ при снижении давления).

Отношение фазовой проницаемости, измеренной по како­му-либо флюиду, и абсолютной, измеренной в условиях полного насыщения породы этим флюидом, называется относительной проницаемостью.

Абсолютную и фазовую проницаемость горных пород опреде­ляют по закону Дарси, согласно которому скорость фильтрации (и объем прошедшего вещества) в пористой среде при струйном ламинарном потоке прямо пропорциональна перепаду давлений и обратно пропорциональна динамической вязкости:


где v — скорость линейной фильтрации, Q — объем флюида, прошедшего через породу, F — площадь поверхности породы, че­рез которую проходит фильтрация, k — коэффициент пропорци­ональности, который и рассматривается как коэффициент прони­цаемости породы, P1 и Р2 — давление соответственно на входе и выходе из образца, L — длина образца породы, μ — динамичес­кая вязкость фильтрующейся фазы.


где Qo — расход газа при атмосферном давлении Ро. Коэффициент проницаемости:


В случае фильтрации газа объемный расход его Q при сред­нем давлении (середина образца) Р составляет:



В системе СИ величины имеют размерности: Q — м3/с, F — м2, L — м, Р — Па, μ — Па·с. При этом проницаемость бу­дет выражаться в м2, т.е. проницаемостью в 1 м2 обладает порода, при фильтрации через образец которой площадью поперечного 1 м2 при перепаде давления 1 Па на 1 м длины расход флюида вязкостью 1 Па · с составляет 1 м3/с. Для реальных пород этот размер очень велик и обычно проницаемость измеряется в мик­рометрах (мкм).

Старая, но часто употребляемая единица проницаемости Д называется по имени ученого Дарси. При применении старой системы единиц СГС определение единицы Д можно дать в сле­дующем виде: порода обладает проницаемостью в 1 Д, если одно­фазный флюид с вязкостью в 1 сантипуаз (сп) фильтруется со скоростью 1 см/с с расходом 1 см3 в 1 с при площади поперечно­го сечения 1 см3 и при перепаде давления 1 атм (760 мм рт.ст.). Тысячная часть Дарси называется миллидарси (мД). Для перевода одних единиц в другие существует соотношение:

Приведенные формулы не учитывают ряд особенностей дви­жения жидкостей и газов (их различную скорость, разнонаправ-ленность и др.). Наиболее заметны отклонения при больших скоростях движения газов.

Проницаемость пород, особенно обломочных и глинистых, зависит от нагрузки вышележащих отложений. Чем более одно­родна порода и тверже ее скелет, тем меньшее изменение она ис­пытывает. При опыте в песчанике аркозово-кварцевого состава при 20°С под нагрузкой пористость его уменьшилась с 18 до


15,6%, а проницаемость примерно за 40 суток — от 160 до 149 мД (или 149 ·10-15 м2) (рис. 6.12). Но в результате определенных про­цессов на больших глубинах

 

 

(разуплотнение, трещинообразова-ние) проницаемость мо­жет и увеличиться. Поро­ды иногда кардинальным образом изменяют свои свойства. Так, песчаники при интенсивной цемента­ции могут превратиться в так называемые сливные разности и практически целиком потерять прони­цаемость. В то же время глинистые и другие поро­ды в результате выщела­чивания и трещинообра-зования из плохопрони-цаемых могут превратить­ся в породы-коллекторы. Таким образом, происходит как бы полная инверсия фильтраци­онных свойств.

Важнейшей характеристикой природного резервуара является его гидропроводность (Т):

где Кпр — среднее значение коэффициента проницаемости поро­ды-коллектора в пределах исследуемой части природного резер­вуара, НЭф — средняя эффективная толщина, μ — вязкость флю­ида. Таким образом, гидропроводность зависит не только от про­ницаемости, но и от размера (толщины) «трубы», по которой осу­ществляется фильтрация. Вязкость, конечно, снижает гидропро­водность.

Некоторые породы по фильтрационным свойствам занимают промежуточное положение между коллекторами и плохопроница-емыми породами, которые называются флюидоупорами. Это так называемые породы-полуколлекторы, в которых содержание жид­ких флюидов высокое, а отдача хоть и идет, но весьма медленно. К ним относятся некоторые глинисто-алевритовые породы, в ко­торых запасы нефти могут быть очень велики, а извлечь ее очень сложно. В полуколлекторах движение жидкости, особенно при повышенных РТ, видимо, подчиняется не гравитационной диф­ференциации и перепаду давлений, а иным законам, связанным с движением по капиллярам под влиянием соответствующих сил или с перестройкой структурно-текстурных характеристик пород.




Проницаемость определяется на всех приборах, где можно обеспечить фильтрацию и замер объема прошедшего через обра­зец флюида при установленных перепадах давления. Замеры фа­зовой проницаемости производить более сложно, чем абсолют­ной, так как одно из подвижных веществ, накапливаясь на выходе, мешает измерять расход другого.

Более полное, чем по нескольким образцам, представление о проницаемости пласта можно составить после проведения иссле­дований в скважинах. Если при вскрытии какого-либо пласта бу­ровой раствор разжижается и плотность его снижается, это сви­детельствует о том, что пласт проницаем и из него под достаточ­но большим давлением поступает вода. Иногда происходит поте­ря циркуляции раствора в скважине, и в этом случае он не воз­вращается к поверхности по затрубному пространству. Это озна­чает, что скважина вскрыла пласт с высокой проницаемостью (или кавернозную зону), куда уходит раствор при меньшем, чем в нем, пластовом давлении. Скважину испытывают при разных ре­жимах отбора флюидов. Если даже при повышенном отборе давление в пласте мало снижается и восстанавливается быстрее, то проницаемость породы велика.

Между пористостью и проницаемостью в хорошо отсортиро­ванных обломочных породах существует определенная прямая за­висимость. Однако могут быть высокопористые породы с низкой проницаемостью, когда размеры пор очень малы.

Структура пустотного пространства

Коллекторские свойства пород во многом определяются структурой пустотного пространства и количеством остаточной воды. Структура пустотного пространства складывается постепен­но, изменяясь на всех этапах седиментагенеза и литогенеза. Для ее показателей важны структурно-текстурные признаки породы: размер пор, отсортированность материала, цемент; для органо­генных пород — виды скелетных остатков; для всех пород — из­вилистость поровых каналов и многие другие факторы.

Тремя основными характеристиками, определяющими струк­туру пустотного пространства, являются распределение пор и по-ровьгх каналов по размерам, величина внутренней удельной по­верхности и извилистость каналов. Распределение пор и каналов по размерам изучается многими способами, из которых самым объективным является водная и ртутная капиллярометрия. Пер­вая применяется для изучения пор в коллекторах, вторая — в плохопроницаемых очень тонкопоровых породах (глинах и др.). При водной порометрии из полностью насыщенного водой об­разца под давлением газа выжимается вода. При минимальном повышении давления вода выжимается из самых крупных пор,


при дальнейшем повышении — из все более и более мелких. Определение объемов отжатой воды (или массы) в определенных интервалах давления дает возможность определить долю поровых каналов того или иного размера. Соотношение давления (капил­лярного, которое необходимо преодолевать) и размера каналов видно из формулы:

где Rэкв — эквивалентный радиус канала, σ — величина поверх­ностного натяжения воды, θ — краевой угол смачивания (для воды принимается для простоты за ноль), Рк — капиллярное дав­ление.

Подставляя значения Рк1 РК2 и т.д., можно определить раз­ность Rэкв1 – Rэкв2 и т.д. — интервал определенных размеров пор, составляющих какую-то долю общего количества всех кана­лов. Для хорошо отсортированных слабо сцементированных пород отчетливо выра­жаются преобладающие размеры каналов. Это хорошо видно на кривой распределе­ния каналов для хадумских (палеогеновых) песчаников Северо-Ставропольского газо­вого месторождения (рис. 6.13). Здесь до­минируют поры размером от 10 до 12,5 мкм, их содержание среди всех других пор составляет 61%. Именно на поры пре­обладающего размера следует ориентиро­ваться при проектировании разработки за­лежей.

Ртутная порометрия основана на наг­нетании ртути в образец, из которого предварительно откачен воздух. По мере того, как заполняются самые крупные, за­тем менее крупные каналы, требуется все большее и большее давление, чтобы про­толкнуть ртуть через самые мелкие кана­лы. Количественно связь соотношения размеров каналов в породе выражается в изменении объемов ртути, входящей в об­разец при последовательно увеличивающихся давлениях. Пользу­ясь данным методом, можно определить размер очень тонких ка­налов порядка 0,01 мкм. Ртутная порометрия необходима для ха­рактеристики флюидоупоров.

Для определения внутренней удельной поверхности, т.е. пло­щади поверхности всех пустот в единице объема или массы ве­щества, существует много методов. В основном все они косвен-


ные. Единственным прямым методом является метод БЭТ (по фамилиям авторов Брунауэра, Эммета и Теллера). Этот метод основан на измерении величины физической адсорбции инертно­го газа на поверхности твердого тела при низких давлениях и по­стоянной температуре, близкой к температуре сжижения газа. С помощью теории изотермической адсорбции можно определить количество газа (а следовательно, и число молекул), которое не­обходимо для того, чтобы покрыть твердую поверхность слоем в одну молекулу. Зная площадь, которую она (в соответствии с ее диаметром) покрывает, можно рассчитать удельную поверхность твердого тела. Она будет равна:

где vm — количество адсорбированного газа, отвечающего обра­зованию мономолекулярного слоя, моль; N — число Авогадро (число молекул в 1 моле, 6,0231- 1023); w0 — площадь поверхнос­ти, перекрываемая одной молекулой в соответствии с ее диаметром.

Для определения величины поверхности в процессе экспе­римента необходимо создание глубокого вакуума (очищение по­верхности), понижение температуры до уровня сжижения рабоче­го газа (для аргона —195,2°С). Очищенная поверхность при помо­щи специальных устройств постепенно покрывается молекулами газа до создания мономолекулярного слоя. До этого момента тем­пература не изменяется (условия изотермии). Как только появля­ется избыточное количество газа после создания монослоя, тем­пература начинает подниматься (броуновское движение свобод­ных молекул). Опыт заканчивается, определяется расход газа.

Величина внутренней удельной поверхности в породах силь­но изменяется и может достигать нескольких квадратных метров в 1 см3. Величина удельной поверхности используется для расче­та скорости фильтрации. Козени показал, что скорость фильтра­ции обратно пропорциональна квадрату удельной поверхности на единицу объема:

где Кпр — проницаемость, С — постоянная Козени, m — порис­тость, Sуд — величина удельной поверхности.

Некоторые авторы вводят в это уравнение извилистость (Т), как неопределенный множитель:

Извилистость показывает, что реальный путь течения флюи­дов в Т раз длиннее, чем по прямой. Существует несколько визу­альных (по фотографии шлифа, рентгеновскому снимку) спосо­бов и статистический способ определения извилистости, а также


она определяется в образце по росту электрического сопротивле­ния, которое в породах с более сложной структурой пустот выше при прочих равных условиях.

С величиной площади поверхности, естественно, связано ко­личество воды в породе (не считая кристаллизационной). Вода в породах находится в трех основных формах: свободная или гра­витационная, капиллярная (ее разновидность — менисковая или уголков пор) и связанная. Все виды воды могут находиться вмес­те с нефтью (газом) в залежах. Эта вода называется остаточной (остается внутри залежи вместе с нефтью). Количество остаточ­ной воды является важной характеристикой коллектора наряду с пористостью и проницаемостью. Доля порового пространства, занятого водой, называется коэффициентом водонасыщенности, так же как доля, занятая нефтью (газом), — коэффициентом нефте(газо)насыщенности. В сумме эти коэффициенты составля­ют единицу или 100%.

Исходя из особенностей формирования залежей, а также ха­рактера смачиваемости пород, считается, что остаточная вода мо­жет находиться в виде капель, в пленочном состоянии на поверх­ности зерен (пор), в виде менисков в уголках пор, в капельном (островном) состоянии, когда она располагается на поверхности зерен в виде изолированных участков. Последний случай бывает при малом ее содержании и при гидрофобных свойствах (плохой смачиваемости) поверхностей минералов. Остаточную воду, со­держащую атомы хлора (что обычно и бывает), можно сделать видимой, подействовав на нее раствором азотнокислого серебра и раствором азотнокислой ртути. В результате реакции образуется светлый осадок, видимый на сколе породы.

Характер распределения воды в нефтеносных пластах зависит от их коллекторских свойств. В Туймазинском месторождении в терригенных породах девона у пород с высокой пористостью (бо­лее 23%) и проницаемостью (более 1000 мД) преобладает капель­ное распределение, у пород со средними свойствами — мениско­вое распределение, у пород с более низкими свойствами (менее 20% и 300 мД) характерна пленочная вода.

Характер распределения воды зависит от свойств и состава нефти. Поверхностно активные вещества, присутствующие в нефти, могут разрывать пленку и вытеснять ее из активных цен­тров кристаллической решетки минералов. В хорошо проницае­мых отсортированных породах содержание остаточной воды низ­кое (порядка 10%), в глинистых алевритистых породах — очень высокое (70%). Толщина пленки воды зависит от гидрофильнос-ти, способности адсорбирования прежде всего глинистыми мине­ралами. По количеству связанной воды минералы располагаются в следующий ряд в порядке убывания: монтмориллонит-ил-


лит-галлуазит-каолинит. Монт­мориллонит, как уже упомина­лось, содержит много связанной воды, которая при известных условиях переходит в свобод­ную.

Проблема определения ос­таточной воды очень сложна. Ее необходимо учитывать при от­боре керна в скважинах. Вода может быть вымыта из пласта при бурении и замещена под давлением фильтратом бурового раствора. Поэтому для отбора образцов (лучше глубинным пробоотборником, сохраняющим естественные условия) бурят скважины на известково-битумном растворе (или буровой рас­твор на нефтяной основе), который не нарушает естественную пластовую влажность. Это создает дополнительные сложности. Существуют и косвенные методы, имитирующие выдавливание воды из пор нефтью (газом), — центрифугирования, выжимания газом и др. Остаточная вода сильно влияет на проницаемость, снижая ее (рис. 6.14).








Date: 2015-04-23; view: 596; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2018 year. (0.007 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию