Роль капилярных сил при вытеснении нефти водой.

Введение

Главная проблема, интересующая нефтяников при исследовании процесса вытеснения, заключается в нахождении зависимости текущей и полной нефтеотдачи от параметров пласта и жидкостей и от режима закачки вытесняющего агента, которую можно найти, если будет известно распределение водонасыщенности в пласте в каждый момент времени.
Широкое распространение методов заводнения сделало вытеснение нефти водой из пластов основным процессом разработки месторождений. Как и любой другой, метод заводнения нуждается в предварительном изучении для выбора лучших условий добычи. Анализ одномерных течений позволяет выявить основные эффекты и характерные особенности фильтрации жидкостей
Актуальность темы исследования состоит в том, что поровое пространство нефтесодержащих пород представляет собой огромна скопление капиллярных каналов, в которых движутся несмешивающиеся жидкости, образующие мениски на разделах фаз. Поэтому капиллярные силы влияют на процессы вытеснения нефти. До 90 % нефти не извлекается из недр из-за противодействия капиллярных сил. Однако при моделировании залежей нефти, на основе которых составляют проекты разработки, эти характеристики продуктивных пластов практически не рассматриваются. Особенно велико значение капиллярных эффектов на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами, где нефтеотдача в настоящее время не превышает 20 %
Актуальность темы работы определяется тем, что при построении модели пласта основная задача исследования заключается в установлении закономерностей. Целью расчета является расширение совокупности сведений, которые учитываются при выборе системы разработки месторождения или метода воздействия на пласт. Познавательная ценность извлекаемых результатов определяется адекватностью модели. В условиях низкой точности геолого-геофизических материалов интегральные одно- или двумерные модели более точны, чем трехмерные, поскольку ошибки при интегрировании взаимно погашаются. При построении расчетных моделей для определения дебитов жидкостей часто используется, но эта модель неоднозначна. Учет капиллярных сил вблизи фронта вытеснения нефти водой в модели Раппопорта-Лиса устраняет эту неоднозначность, но усложняет проведение расчетов и использование экспериментальных данных.
Цель работы –всесторонне охарактеризовать роль капиллярных сил при вытеснении нефти водой, а также задачу Раппопорта-Лиса.
Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:
- оценить роль капиллярных сил в механизме вытеснения нефти водой;
- проанализировать основные аспекты задачи Раппопорта-Лиса.


1 Оценка влияния капиллярных сил на механизм вытеснения нефти водой

При использовании систем заводнения конечная нефтеотдача на большинстве нефтепромыслов мира изменяется в зависимости от свойств нефти и геолого-промысловых характеристик продуктивных пластов в диапазоне от 25 до 60 %. Известны и меньшие ее значения. Природные нефтегазоносные резервуары представляют собой поровыс многофазные системы с изменчивыми во времени и пространстве свойствами. Существенная роль в распределении воды, нефти и газа как при формировании залежей, так и при вытеснении нефти в процессе разработки принадлежит различным капиллярным силам.
По А.А.Ханину: «Нефтеотдача пласта при вытеснении нефти водой или газом зависит от капиллярных эффектов. Если бы они отсутствовали, то вытеснение нефти из пористой среды происходило бы полностью». Данные о капиллярных свойствах продуктивных пластов позволяют решать задачи, связанные с прогнозированием контуров нефтеносности, особенно для сложно построенных залежей, где распределение воды и нефти не согласуется с принципами антиклинально-гравитационной модели нефгегазонакопления

. По этим данным могут быть выделены участки, угрожающие формированием языков обводнения, «кинжальных» прорывов воды к скважинам, и нефтенасыщенные части пласта, оставшиеся за фронтом вытеснения, залежь может быть дифференцирована по степени активности балансовых запасов и др.
Таким образом, в реальных пористых средах всегда есть каналы, заполненные водой. Они способствуют осуществлению противоточной капиллярной пропитки нефтенасыщенных пород водой. Интенсивность этого процесса зависит от свойств пластовой системы, а также от соотношения внешних и капиллярных сил. Капиллярные силы влияют на процессы диспергирования и коалесценции нефти и воды в пористой среде, на строение тонких слоев воды между твердым телом и углеводородной жидкостью и т.д. В гидрофобных пластах, где мениски в каналах фильтрации противодействуют вытеснению нефти водой, капиллярные силы вредны, т.к. нефтеотдача под их влиянием уменьшается. В этом случае повышение градиента давления в сочетании со снижением поверхностного натяжения на границе нефти с нагнетаемой водой может оказаться эффективным методом повышения нефтеотдачи. В гидрофильных пористых средах капиллярные явления могут способствовать выравниванию фронта вытеснения в пропластках с разными фильтрационными характеристиками. 
Однако чаще всего нефтеотдача участков пласта, заводняющихся за счет капиллярного проникновения воды низка. Образующиеся при этом эмульсии затрудняют последующее вытеснение нефти нагнетаемой водой. 
Залежи, содержащие щелочные воды с низким поверхностным натяжением на границе с нефтью (т.е. капиллярное пропитывание в значительной степени ослаблено), характеризуются особенно высокими коэффициентами нефтеотдачи. Капиллярная пропитка плотных блоков породы, разбитых трещинами в сочетании с низкой скорость заводнения, вероятно, может способствовать повышению нефтеотдачи трещиноватых коллекторов при нагнетании воды, способной интенсивно впитываться в породу.
Следует отметить, что заметная роль капиллярных процессов не означает того, что можно тем или иным ходом их течения объяснить все многообразие явлений, происходящих в пористой среде при вытеснении нефти водой. Для этого необходимо использовать обширный опыт, накопленный в области физики и физико-химии многофазного потока. Процессы капиллярного впитывания и перераспределения жидкостей в поровом пространстве следует рассматривать лишь как суммарное следствие многочисленных свойств пластовой системы. Изучение этих процессов позволяет объединить в связанную систему знаний все факторы, одновременно влияющие на интенсивность проявления капиллярных сил.
За водонефтяным контактом мениски создают многочисленные эффекты Жамена и препятствуют вытеснению нефти. Если среда гидрофильна, в области водонефтяного контакта давление, развиваемое менисками, способствует возникновению процессов капиллярного пропитывания и перераспределения жидкостей. Это связано с неоднородностью пор по размерам. Капиллярное давление, развиваемое в каналах небольшого сечения, больше, чем в крупных порах. В результате этого на водонефтяном контакте возникают процессы противоточной капиллярной пропитки – вода по мелким порам проникает в нефтяную часть пласта, по крупным порам нефть вытесняется в водоносную часть