Поверхностные и капиллярные явления при фильтрации пластовых флюидов. Капиллярная пропитка.

Введение

Под пластовыми флюидами понимают компоненты, которые находятся в пластовых условиях: пластовый газ, пластовая нефть, вода, нефтегазоконденсаты.
На формирование нефтегазовых месторождений, процесс извлечения и нефтеотдачу пластов оказывают влияние поверхностные и капиллярные явления и свойства пластовых систем.
Целью данной работы является изучение поверхностных и капиллярных явлений при фильтрации пластовых флюидов.
Для реализации поставленной цели необходимо решит следующие задачи:
Самостоятельное изучение литературы по данной теме;
Рассмотрение поверхностных явлений при фильтрации;
Изучение капиллярных явлений при фильтрации;
Изучение капиллярной пропитки.
Актуальность работы связано с тем, что нефтедобывающая промышленность играет важную роль в российской экономике. Поэтому необходимо изучать явления, которые могут увеличить нефтеотдачу пластов.


1 Поверхностные явления при фильтрации

На фильтрацию пластовых флюидов могут влиять границы раздела фаз и поверхностные явления, которые происходят на границе «твёрдое-жидкость».
Учеными были поставлены опыты, в результате которых было выявлено, что при фильтрации углеводородов (УВ) через песок, уменьшается скорость фильтрации УВ и нефтей. Это связано с образованием на поверхности поровых каналов адсорбционно-сольватных слоев, которые не участвуют в процессе движения, замедляют фильтрацию [1-3].
В естественных условиях понижение скорости фильтрации может быть вызвано:
химической фиксацией адсорбционных слоев поверхностно-активных компонентов нефти;
повышением содержания в нефти ПАВ за счет накопления в нефти омыляющих веществ. В таких случаях происходит уменьшение скорости фильтрации со временем до полного закрытия каналов.
В результате проведенных опытов установлено, что эффект затухания фильтрации нефти исчезает при повышении температуры (60…65oC) и при увеличении перепадов давления
С повышением депрессии до определенного предела происходит размыв адсорбционно-сольватных слоев. Это явление относится к одной из причин нарушения закона Дарси при изменении режима фильтрации пластовых флюидов в пористой среде [4].
Закон Дарси – это линейный закон фильтрации, который устанавливает зависимость между объемным расходом жидкости (газа) и гидравлическим градиентом в пористых средах. Закон Дарси используют при расчетах режимов разработки нефти и газа.
Объемы скважин уменьшаются в результате образования смоло-парафиновых отложений в пласте

. Что бы этого избежать, призабойную зону прогревают или обрабатывают какими-либо средствами.
Закон Дарси может нарушаться и еще по одной причине: могут возникнуть аномальные свойства жидкости, связанные с отклонением от закона трения.


2 Роль капиллярных явлений при фильтрации

Капиллярность – свойство жидкости изменять положение ее поверхности, которое вызвано натяжением и силой взаимодействия между жидкостью и стенками трубок или порами.
Капиллярность обратно пропорционально зависит от температуры: уменьшается с ее ростом.
Капиллярные явления связаны с поверхностным натяжением жидкости и с притяжением молекул жидкости и твердого тела. Капиллярные явления проявляются в образовании мениска (искривление поверхности жидкости).
При воде капель одной жидкости в другую жидкость замедляется движение жидкости в капилляре. Это связано с образованием сил сопротивления, которые вызваны поверхностным натяжением и капиллярными силами.
В капиллярных поровых каналах жидкости разделяются на столбики и шарики, которые закупоривают поры пласта из-за возникновения капиллярных сил.
Для представления механизма появления капиллярных сил при движении водонефтяной смеси, можно рассмотреть перемещение столба нефти в цилиндрическом капилляре, заполненном и смоченном водой.
На рисунке 1 представлена схема деформации капли при ее сдвиге.

Рис. 1. Схема деформации капли нефти при её сдвиге в капилляре
Под действием капиллярных сил столб нефти будет стремиться принять шарообразную форму, при этом оказывая давление (Р) на пленку воды между стенками капилляра и столбиком нефти:
,
гдe σ – поверхностное натяжение на границе «нефть-вода»;
R – радиус сферической поверхности столба;
r – радиус цилиндрической поверхности столба нефти.

Мениски образуют давление, из-за которого происходит убывание воды из слоя, который отделяет столб нефти от стенок. Отток продолжается пока пленка не достигнет состояния равновесия [4,5].
В результате разности давлений, которое создается менисками, может возникать сила, противодействующая внешнему перепаду давлений:

Данное явление впервые было исследовано ученым Жаменом и названо в честь него. Оно сопровождается действием дополнительных сопротивлений при движении пузырьков или несмешивающихся жидкостей в капиллярных каналах.
Так называемые эффекты Жамена обычно возникают при движении нефтяных смесей в пористой среде