Аномально-вязкие нефти

Введение

Нефть является самым важным источником энергии в мире, на её долю приходится около тридцати трех процентов мирового энергопотребления. Она удобна для транспортировки и обладает высокой энергоёмкостью, что делает её практически незаменимым энергетическим ресурсом.
Аномально-вязкие нефти – это нефти, которые не подчиняются в своём течении закону вязкого трения Ньютона (другое название - неньютоновские нефти). Характеризуются аномально-вязкие нефти аномалией вязкости при малых напряжениях сдвига, а также нарушением закона Дарси при фильтрации в пористой среде (подвижность нефти при малых градиентах давления очень низка).
Актуальность темы реферата заключается в том, что последние десятилетия ни одно месторождение пластовой нефти не начинают разрабатывать без детального изучения физических свойств пород пласта, пластовых жидкостей и газов — без этого нельзя осуществить научно обоснованную разработку месторождений нефти.
Цель работы – более полное изучение аномально-вязких нефтей.
Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач: рассмотреть общие сведения об аномально-вязких нефтях, свойства пластовых нефтей: плотность и вязкость, структурно-механические свойства рассматриваемых нефтей, а также давление насыщения нефти газом и сжимаемость пластовой нефти.
Структура реферата включает в себя несколько частей: введение, основную часть (две главы), заключение и библиографический список, который состоит из шести источников литературы.


1. Общие сведения

Аномалии вязкости нефти обусловлены появлением в аномально вязких нефтях пространственной структуры, которая образована агрегатами высокомолекулярных парафиновых углеводородов при снижении пластовой температуры ниже температуры насыщения аномально-вязкой нефти парафином или же асфальтенами. Прочность данных агрегатов находится в зависимости от состава аномально-вязкой нефти и давления, температуры, растворённого в ней газа, а также напряжений сдвига, которые создаются. Содержание асфальтенов в пластовой нефти, как правило, увеличивается в зонах пласта, которые примыкают к водонефтяному контакту, как следствие, усиливаются и аномалии вязкости пластовой нефти.
Разработка залежей пластовой нефти является непростой из-за образования застойных зон, а так как нефтеотдача при стандартных способах разработки небольшая, вытеснение пластовой нефти водой приводит к довольно быстрому обводнению добывающих нефтяных скважин. Увеличение нефтеотдачи залежей пластовой нефти достигается температурным воздействием на пласт при помощи создания повышенных градиентов давления, закачки растворителей, полимерных растворов, углекислоты, а также выравниванием профилей приёмистости. Для мелко залегающих залежей пластовой нефти могут быть использованы шахтно-скважинный, шахтный и карьерный способы разработки пласта. Для транспортировки по нефтепроводам пластовой нефти на станциях, перекачивающих нефть, подогревают ее и вводят в неё диспергаторы парафина. Одни из известных месторождений пластовой нефти являются: в бывшем Советском Союзе — Каражанбас, Арланское, Узень, Кушкуль, Жетыбай; за рубежом — Колд-Лейк, в Канаде Ллойдминстер; в Соединенных Штатах Америки Санта-Мария-Валли, Кернривер; в Венесуеле это Моричаль и Хобо и другие месторождения.
Свойства аномально-вязких нефтей изучаются по глубинным пробам, которые отбираются с забоя скважины, поверхностных проб – по пробам из отдельных аппаратов систем подготовки и сбора нефти. В следующей главе разберем вышеуказанные свойства подробнее.


2. Свойства пластовых нефтей
2.1 Реологические(динамические) характеристики пластовых нефтей
Вязкость – это главное свойство аномально-вязких нефтей, которое определяет их текучесть. Значения вязкости учитываются при расчете мощности насосов, которые применяются при добыче аномально-вязкой нефти, при выборе типа вытесняющего агента, при оценке скорости фильтрации в пласте и другие показатели.
Вязкость - это свойство жидкости сопротивляться взаимному перемещению частиц данной жидкости при движении.
Выделяют вязкости: кинематическую, динамическую.
В соответствии с законом Исаака Ньютона сила внутреннего трения между слоями жидкости (аномально-вязкой нефти) пропорциональна градиенту разности скоростей слоев по толщине и площади слоя. Это видно из нижеуказанной формулы:
F = μSdvdv (2.1)
За единицу динамической вязкости аномально-вязкой нефти принимается вязкость такой жидкости, при движении которой получается сила внутреннего трения в один Ньютон на площади в один квадратный метр между слоями, которые движутся на расстоянии одного метра с относительной скоростью один метр в секунду.
Размерность динамической вязкости - это [µ]=Па•с. (Паскаль на секунду).
Кинематическая вязкость – это отношение динамической вязкости жидкости к плотности этой жидкости и измеряется в квадратных метрах в секунду.
Вязкость аномально-вязкой нефти почти всегда на много отличается от вязкости сепарированной нефти из-за немалого числа растворенного газа, увеличенного давления и температуры пласта

. При этом все аномально-вязкие нефти подчиняются перечисленным общим закономерностям: повышение давления вызывает некоторое увеличение вязкости аномально-вязкой нефти; вязкость аномально-вязкой нефти уменьшается с увеличением количества газа в растворе, с повышением температуры.
Увеличение вязкости аномально-вязкой нефти с наращиванием давления сильно заметно только лишь при давлениях аномально-вязкой нефти выше давления насыщения. До всего этого увеличение вязкости аномально-вязкой нефти с увеличением давления существенно перекрывается уменьшением ее вследствие влияния растворяющегося газа (Рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Влияние растворяющегося газа
Зависимость вязкости аномально-вязкой нефти от объема растворенного газа и температуры для некоторых аномально-вязких нефтей нефтей изображена на Рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Зависимость вязкости нефти от количества растворенного газа и температуры для некоторых нефтей

Вязкость аномально-вязкой нефти находится в зависимости также от природы и состава растворенного газа в аномально-вязкой нефти. При растворении азота вязкость аномально-вязкой нефти увеличивается, а при растворении углеводородных газов данная вязкость уменьшается тем больше, чем больше молекулярная масса газа.
Плотность аномально вязких нефтей характеризует количество массы вещества, в какой-либо единице объёма (килограмм на кубический метр, либо грамм на кубический сантиметр):
ρ = MV (2.2)
Плотность аномально-вязких нефтей определяют весами Вестфаля, пикнометрами, либо специальными ареометрами.
Как правило, плотность сепарированной аномально-вязкой нефти находится в интервале от восьмисот до девятисот сорока кубический метр нефти. По показателям плотности аномально-вязкой нефти условно разделяют на 3 группы: тяжелые с плотностью от девятисот до девятьсот сорока килограмм на кубических метров, средние – от восьмисот шестидесяти до девятисот и легкие пластовые нефти – от восьмисот до восьмисот шестидесяти килограмм на кубический метр нефти.
В пластовых условиях под действием температуры и растворенного газа плотность аномально-вязкой нефти, как правило меньше плотности сепарированной нефти. Известны в мире аномально-вязкие нефти, плотность которых в пласте меньше пятисот килограмм на кубический метр при плотности сепарированной нефти в восемьсот килограмм на кубический метр.
Не все газы, которые растворяются в аномально-пластовой нефти, одинаково влияют на плотность данной нефти. При увеличении давления плотность аномально- вязкой нефти основательно уменьшается при насыщении ее углеводородными газами (этиленом, пропаном и метаном). Плотность аномально-вязких нефтей, которые насыщены углекислотой, либо азотом, немного возрастает с увеличением давления.
Увеличение давления выше давления насыщения аномально-вязкой нефти газом также ведет к некоторому увеличению плотности данной пластовой нефти. При уменьшении давления до точки начала выделения газа плотность недонасыщенной аномально-вязкой нефти уменьшается.

2.2 Структурно-механические свойства аномально-вязких нефтей
Реологические характеристики аномально-вязкой нефти в существенной степени определяются содержанием в аномально-вязкой нефти порфиринов, смол, твердого парафина и асфальтенов. Асфальтены при помощи плохой своей растворимости в углеводородах представляют собой коллоидные системы. Мицеллы асфальтенов, как правило, стабилизируются смолами.
При существенном содержании асфальтенов, парафина вязкость аномально-вязкой нефти находится в зависимости от скорости сдвига, то есть приобретает свойства неньютоновских жидкостей.
Структурно-механические свойства аномально-вязкой нефти изучает наука, которая называется реология.
Как известно, вязкость аномально-вязкой нефти зависит только от давления, температуры и касательное напряжение, которое возникает в движущихся слоях аномально-вязкой нефти, пропорционально градиенту скорости:
τ = - dVdY (2.3)
Вышеуказанное уравнение записывается в форме, которая аналогична закону Гука, путем нижеуказанных преобразований:
τ = -μdVdY (2.4)
Величина dx/dy характеризует сдвиг γ слоев аномально-вязкой нефти, и, как следовие, у аномально-вязкой нефти скорость сдвига обратно пропорциональна вязкости аномально-вязкой нефти и пропорциональна касательному напряжению:
dYdt= τμ (2.5)
Это уравнение называется уравнением реологическим.
Вязкость аномально-вязкой нефти зависит не только от температуры или давления, но и от предыстории состояния жидкости (от времени ее нахождения в спокойном состоянии) и от скорости деформации сдвига пласта аномально-вязкой нефти. Свойства этих аномально-вязких нефтей описываются реологическим уравнением другого измененного вида:
dydt=f(τ) (2.6)


В зависимости от вида функции эти аномально-вязкие нефти разделяются на несколько видов:
дилатантные жидкости;
псевдопластики;
бингамовские пластики.
Реологические кривые для разных аномально-вязких нефтей приведены на Рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Основные виды реологических кривых
1 – биологические пластики; 2 – псевдопластики; 3 – ньютоновских жидкости; 4 – дилатантные жидкости

Реологическая кривая 1 относится к бингамовским пластикам