Середовищі - раздел Философия, НАФТОГАЗОВА МЕХАНІКА Нафта І Газ, А Також Пластові Води Вміщуються В Пустотах І Порах Так Званих П...
Нафта і газ, а також пластові води вміщуються в пустотах і порах так званих порід-колекторів. Приблизно 60% світових запасів вуглеводнів вміщуються у відкладах піщано-алевролітових порід, які називають гранулярними колекторами. Поровий простір гранулярного колектора складається з пустот між зернами породи.
Тріщинні колектори формуються системою тріщин, які виникають переважно в карбонатних породах. Чисто тріщинних колекторів немає, тому колектори, які мають певну кількість пустот іншої форми (пори, каверни, карсти), називають змішаними.
Площа поверхні порових каналів і тріщин порід-колекто-рів є досить великою (декілька десятків тисяч м2/м3). Тому поверхневі явища в поровому просторі породи (поверхневий натяг, змочування, адсорбція, капілярні сили) впливають на рух рідин в пласті, повноту заміщення однієї речовини іншою, ступінь забруднення фільтратом бурового розчину зони пласта довкола свердловини.
Поверхневий натяг − результат незрівноваженої взаємодії молекулярних сил на межі розділу двох фаз і визначається величиною витраченої енергії на ізотермічне утворення одиниці площі вільної поверхні рідини. Поверхневий натяг істотно впливає нам розвиток інших поверхневих явищ в пористому середовищі.
Поверхневий натяг рідини на межі з газом залежить від хімічного складу рідини і газу, кількості розчиненого газу, кількості і природи полярних компонентів у рідині, від тиску, температурі та інших факторів. Підвищення температури зменшує поверхневий натяг рідини на межі з газом. Оскільки при цьому міжмолекулярні сили слабшають. Підвищення тиску теж сприяє зменшенню поверхневого натягу рідини на межі з газом через зменшення вільної поверхневої енергії останнього під час стискування і додаткового розчинення в рідині.
Вплив тиску і температури на величину поверхневого натягу води і нафти на межі з газом якісно однаковий, проте для нафти він відчутніший.
Розчинність газу в нафті набагато вища, ніж у воді, тому за наявності газової фази під тиском збільшується різниця поверхневих натягів нафти і води на межі з газом та між фазовий натяг між ними. Отже, за умов високих пластових тисків на межах рідин з газом капілярні сили зменшуються, а на межі між нафтою і водою збільшуються порівняно з поверхневими умовами.
На межі з твердим тілом поверхневий натяг рідини залежить від величини крайового кута змочування q (рис. 4.3).
Рисунок 4.3 − Деформація під дією тиску:
а - при витісненні нафти водою;
б - при витісненні води нафтою
Крайовий кут змочування − це кут між дотичною до поверхні краплі в точці її контакту з твердим тілом і поверхнею цього твердого тіла.
Для умов нафтових покладів можливі три варіанти між компонентних контактів: "порода − вода − газ", "порода − вода − нафта", "порода − нафта − газ".
Рідина змочує тверде тіло, якщо величина крайового кута змочування q < 90 °. В цьому випадку тверде тіло гідрофільне по відношенню до цієї рідини. Якщо q > 90 °, тверде тіло не змочується рідиною і є гідрофобним по відношенню до цієї рідини.
Зв’язок між поверхневим натягом s на межах розділу речовин описується рівнянням Юнга
, (4.9)
Де індекс 1 присвоєно водній фазі, індекс 2 − вуглеводневій рідині або газу, а індекс 3 − твердому тілу.
Звідси
(4.10)
Отже, за меншого значення поверхневого натягу між твердим тілом і рідиною s1,3 крайовий кут q буде меншим, тобто тверда поверхня краще змочується рідиною і навпаки.
Кут змочування залежить від багатьох факторів: структури поверхні, адсорбції на ній поверхнево-активних речовин (ПАР), електричного заряду, тиску, температури.
Кварц, вапняк та інші мінерали, з яких складаються породи-колектори, гідрофільні від природи. Це істотно впливає на кількість водного фільтрату, який проникає в пласт зі свердловини і забруднює його. Для боротьби з цим небажаним явищем поверхню скелету породи слід гідрофобізувати.
В інших випадках, наприклад, для витіснення нафти водою при інтенсифікації видобутку вуглеводню, виникає необхідність у гідрофілізації поверхні скелету породи.
Підбираючи належним чином ПАР, можна регулювати характер та інтенсивність їх впливу на властивості систем. Наприклад, милоподібні ПАР утворюють на поверхнях розділу фаз мономолекулярні плівки товщиною приблизно 15¸25 А°. Орієнтація назовні цих адсорбованих молекул може бути двоякою: або полярними групами (поверхня гідрофілізується), або вуглеводневими ланцюгами (поверхня гідрофобізується).
На процеси змочування впливають явища гістерезису. Статичний гістерезис змочування полягає в тому, що величина кута змочування змінюється залежно від черговості змочування твердої поверхні твердої поверхні рідинами (що було спочатку − рідина 1 чи рідина 2). Кінетичний гістерезис змочування проявляється в зміні кута змочування внаслідок дії зовнішніх сил, в тому числі від напрямку їх дії.
Початок руху водонафтового контакту (ВНК) під дією зовнішніх сил супроводжується деформуванням менісків, тобто зміною величини крайового кута змочування. Якщо нафта витісняється водою, то на межі розділення фаз виникає кут q1, який називають наступаючим ( рис. 4.3, а). Якщо вода витісняється нафтою, то виникає кутq2, який називають відступаючим (рис. 4.3, б). Між ними існує співвідношення q1>q >q2, де q − статичний крайовий кут змочування.
Величина гістерезису зростає із збільшенням швидкості течії. При великій швидкості витіснення нафти водою величина кута змочування може перевищити 90 °, хоча порода в статичних умовах гідрофільна.
Дослідженнями руху нафти і води в пористому середовищі встановлено, що в реальних умовах в зоні ВНК замість спільного фронтового руху фаз переміщується суміш води і нафти, яка формується у формі кульок і стовпчиків. Розглянемо, як проявляються капілярні сили в таких системах. Припустимо, що в циліндричному капілярі, поверхня якого покрита сольватним шаром, стовпчик нафти знаходиться між стовпчиками води. Тоді частини а і б на рис. 4.3 можна розглядати, як кінці стовпчика нафти, оточеного водою.
За відсутності зовнішньої дії стовпчик нафти урівноважений, капілярні тиски pкап збоку і лівого, і правого менісків однакові:
, (4.11)
де s − поверхневий натяг на межі «нафта − вода»;
rм − радіус меніска;
rк − радіус капіляра.
На рис 4.3 форма менісків у зрівноваженому стані показана пунктиром. Кути змочування на межі стовпчика нафти однакові з обох боків −q.
Якщо на систему діє тиск ззовні (рис. 4.3, стрілка зліва), то форма лівого меніска зміниться і крайовий кут змочування дорівнюватиме q1. Через стовпчик нафти тиск передається на правий меніск і крайовий кут змочування стане рівним q2. Як наслідок, зліва капілярний тиск − , а справа − . Оскільки q1>q2, а cosq1 < cosq2, то . Сила опору дорівнює різниці між капілярними тисками справа і зліва
D ркап = 2 s·( cos q2 − cosq1). (4.12)
Явище протидії зовнішньому тиску внаслідок деформації менісків під час руху рідини в капілярі називають «ефектом Жамена».
Ефект Жамена проявляється і у конічному капілярі. Прискорення руху рідини посилює ефект Жамена. Він проявляється як на гідрофільній, так і на гідрофобній поверхнях.
У зоні ВНК при гідрофільному середовищі капілярний тиск сприяє виникненню процесів капілярного всмоктування. Для його посилення потрібно, щоб вода могла утворювати високий капілярний тиск у поровому середовищі при невеликій швидкості руху рідини, що досягається великим значенням scosq. Це зменшує негативну роль кінетичного гістерезису.
У породах з гідрофобною поверхнею меніски протидіють витісненню нафти водою. З точки зору запобігання забрудненню порового простору фільтратом бурового розчину це добре.
Якщо при штучному заводненні потрібно активізувати процес витіснення нафти водою, між фазовий натяг зменшують, а градієнт тиску збільшують.
Оскільки структура порового простору природних колекторів неоднорідна, капілярний тиск у менших порах більша, ніж у великих, і вони швидше заповнюється водою. Утворюються зони водонафтової суміші, нафтова фаза втрачає однорідність, ефект Жамена посилюється.
При бурінні у при вибійній зоні мають місце пульсації тиску, перемішування промивальної рідини долотом, внаслідок чого за рахунок ефекту Жамена проникнення фільтрату в пласт зменшується.
Університет нафти і газу... І С Васько... НАФТОГАЗОВА МЕХАНІКА...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Середовищі
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Загальна систематика гірських порід
Гірські породи в залежності від геологічних процесів, в результаті яких вони утворилися, розділяють на три генетичні групи:
- магматичні або вивержені;
- осадові;
Петрографічні особливості будови гірських порід
Властивості порід залежать в першу чергу від їх складу. Раніше відзначалося, що гірські породи складаються з мінералів. Відомо близько 3000 різних мінералів. Однак до складу гірських порід входить
Неоднорідність гірських порід
Анізотропними називають тіла, в яких показники властивостей однакові в паралельних і неоднакові в непаралельних напрямах.
Тіла, що мають однакові показники в
Загальна характеристика пластових флюїдів
До пластових флюїдів відносяться нафта, природний газ та пластова вода.
Нафта − це суміш різних вуглеводневих та не вуглеводневих (гетероатомних) сполук.
Напруження і деформації суцільних середовищ
Суцільне середовище – це гіпотетичне середовище, яке може під дією навантажень як завгодно змінювати свою форму (деформуватись), не втрачаючи при цьому суцільно
Деформації суцільного середовища
Нехай в процесі деформації середовища його точки одержали переміщення u з компонентами ux, uy, uz
Рівняння неперервності
Це рівняння зв’язує густину з характеристиками руху суцільного середовища, що встановлюється на основі закону збереження маси (повна зміна маси у замкненому об’ємі дорівнює нулю)
Рівняння реології
Рівняння реології визначають зв’язок між компонентами тензора напружень та тензорів деформацій і швидкостей деформацій. Рівняння реології отримують, як правило, на основі дослідних даних. Параметри
Рівняння стану
Рух суцільного середовища призводить до зміни параметрів стану ( тиску р і температури Т), що впливає на його фізичні властивості (густину, реологічн
Суцільних середовищ
Включає вибір системи рівнянь та підготовку додаткових умов, яким має задовольняти розв’язок задачі на границях області її визначення. Додаткові умови, які поділяють на початкові
Рівняння теорії пружності
Для незмінних властивостей тіла рівняння теорії пружності включають рівняння руху (5.16), Коші (5.6) та узагальнений закон Гука (5.21). Для квазіпластичних процесів (
Рівняння теорії пластичності
Для незмінних властивостей тіла рівняння теорії пластичності базуються на рівняннях рівноваги (5.33), Коші (5.6) і умови пластичності (рівняння реології).
Для загального випадку навантажен
Теорії міцності
Теорії міцності обґрунтовують можливість використання результатів модельних випробувань матеріалів на міцність при простих видах навантажень у розрахунках на міцність при складному
Основні поняття теорії фільтрації
При бурінні відбувається масообмін між свердловиною і розкритими пластами, кий визначається фільтраційними, дифузійними, осмотичними та іншими процесами. Фільтрація належить до найбільш вагомих про
A – емпіричний коефіцієнт (для пісківa=0,015 –0,018 ).
Закон Дарсі узагальнюють також на випадок багатофазової течії у пористому середовищі. Для цього розповсюджують поняття швидкості фільтрації на окрему фазу vi , як
Гірських порід
Кількість фізичних властивостей гірських порід, що проявляються у взаємодії з іншими об’єктами і явищами матеріального світу, може бути як завгодно великою. Однак, для практики гірничої справи важл
Міцнісні властивості
Міцність – це здатність порід чинити опір руйнуванню під дією прикладених механічних напружень.
Вона характеризується межею міцності при стиску і розтягу, зчепл
В УМОВАХ ПРИРОДНОГО ЗАЛЯГАННЯ
Напружений стан гірських порід в земній корі зумовлений тиском розташованих вище порід і тектонічними процесами.
Розглянемо випадок, коли напружений стан масиву порід зумовлений лише граві
Механізм проявлення гірського тиску
Розкриття масиву гірських порід свердловиною суттєво змінює їх напружений стан, оскільки тиск у свердловині, як правило, менший за боковий тиск порід. Стінки свердловини тривал
Термічні напруження в гірських породах
В загальному випадку температура промивальної рідини, що заповнює свердловину, відрізняється від температури гірських порід, розкритих нею. Охолодження чи нагрівання стінок свердловини спричиняють
Гідродинамічні коливання тиску
Гідродинамічні коливання тиску у свердловині також є причиною зміни напруженого стану гірських порід в приствольній зоні. Тиск у свердловині стає більшим за гідростатичний при роботі бурових насосі
Умови стійкості стінок свердловини
Втрата стійкості і руйнування гірських порід, з яких складені стінки свердловини, є небажаним ускладненням при бурінні. Це може статися у випадку, коли напруження в породі досягнуть граничного стан
Порід на стінках свердловини
Гірські породи в умовах природного залягання, а також при розкритті їх свердловиною взаємодіють головним чином з рідким середовищем.
Механізм дії рідкого середовища на тверді тіла вивчався
Прояв в’язкісних властивостей гірських порід
В’язкісні (реологічні) властивості гірських порід проявляються на великих глибинах. Особливо відчутно їх прояв у глинистих, галоїдних і сірчанокислих породах.
В загальному випадку деформац
Продуктів руйнування
Точка А перетину кривих на рис. 9.1 відповідає розміру частин 0,5 ÷1,0 мм.
В зв’язку з цим Шрейнер Л.А. показав, що у випадку використання закону подіб
Долота з породою
За принципом взаємодії з гірською породою усі механічні породоруйнуючі інструменти для буріння свердловин можна розділити на три класи: ріжуче-сколююючі, дроблячі і дробляче-сколююч
Фізичні явища при руйнуванні гірських порід
Руйнування твердих тіл, в тому числі і гірських порід, відбувається або в результаті відриву (від нормальних розтягуючи напружень), або сколювання, зсуву, зрізу (від дотичних напружень). При розтяг
Напружений стани гірських порід при втискуванні
Розглянуті вище схеми взаємодії елементів озброєння доліт з породою показали, що руйнування породи відбувається послідовним деформуванням окремих ділянок поверхні вибою при одночасній дії нормальни
Втискування сферичного індентора
Деформування порід при втискуванні жорсткого сферичного індентора і плоского циліндричного штампа багато в чому схожі, хоча є і суттєві відмінності.
Втискування інденторів різної форми
Фрезовані зубці шарошкових доліт мають практично плоску прямокутну поверхню контакту. Через складність розв’язку задачі про розподіл тиску під прямокутним штампом, отримано розв’язок для нескінчено
Втискуванні інденторів
Розгляньмо, як руйнується гірська порода при втискуванні різних інденторів.
Як встановлено у 10.4, в процесі втискування плоского індентора в породу граничний стан може бути досягну
Напружень в гірських породах
Із схем взаємодії елементів озброєння з гірською породою (див. розділ 8.1) видно, одночасно з нормальним навантаженням діє і значне дотичне навантаження. Розглянемо, як впливає дотичне навантаження
Класифікація гірських порід
За результатами експериментального дослідження властивостей гірських порід при втискуванні штампа у значну кількість зразків гірських порід було створено кілька класифікаційних шкал
Деформування і руйнування гірських порід
При бурінні свердловин мають місце виключно динамічні процеси. Якщо для опису статичних процесів достатня система рівнянь рівноваги сил і моментів, то для динамічних процесів додатк
Динамічному втискуванні
Величина кінетичної енергії удару для ударника, що вільно падає, дорівнює його потенціальній енергії в крайньому верхньому положенні
Та абразивність гірських порід
Деталі бурових машин і механізмів, буровий і породоруйнівний інструмент в процесі роботи зношується, через що змінюються їх розміри і форма. По досягненню граничної величини зношування ці деталі та
Гірських порід
Абразивність гірської породи, як і будь-який інший показник механічних властивостей, відображає її прояв у конкретних умовах роботи. Зміна цих умов може стати причиною такої суттєвої зміни процесу
При взаємодії з гірською породою
При вивченні абразивного зношування потрібно використовувати моделі процесів і визначати показники абразивності як характеристики цих моделей. Однак, сучасний стан вивченості цього питання не дозво
БУРИМІСТЬ ГІРСЬКИХ ПОРІД
Буримість гірських порід – це їх здатність руйнуватися у вибійних умовах.
Буримість визначається сукупністю геологічних і техніко-технологічних факт
ПЕРЕЛІК РЕКОМЕНДОВАНИХ ДЖЕРЕЛ
1 Спивак А. И. Разрушение горных пород при бурении скважин / А. И. Спивак, А. Н. Попов. - М.: Недра, 1979. − 238 с.
2 Спивак А.И. Механика горных пород / А. И. Спивак. - М.: Недра, 1
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
, (4.9)
(4.10)
, (4.11)
, а справа − 
. Оскільки q1 >q2, а cosq1 < cosq2, то 
. Сила опору дорівнює різниці між капілярними тисками справа і зліва
Новости и инфо для студентов