Диссертация (Термические и нетермические методы добычи трудноизвлекаемой вязкой нефти пластов Сеноманского горизонта), страница 10

Вероятно небольшой длины (около 5 см) соединительная трубка(внутренний диаметр 0,3 мм) между смесителем и входом в модель пластаоказывается достаточной для объединения мелких газовых пузырьков впротяженную фазу.3.1.4 Влияние длины пористой среды и типа флюида на фильтрациюВ ходе опыта №14 не было возможности оценить эффективность работысмесителя визуально (например, через прозрачное окно) и стабильность ВГС.Однако на низкую стабильность ВГС в свободном объеме показывает отсутствиевлияниясмесителя-диспергаторанафильтрациюВГС.Вследующемэксперименте (опыт №17/18) была исследована фильтрация воды и ВГС черезсоставную моделью пласта, состоящей из двух последовательно соединенныхнасыпных моделей пласта.

Смеситель для газа и воды в опыте не использовали.Схема эксперимента приведена на рисунке 3.3, результаты в таблице 3.4 и нарисунке 3.4.Цель эксперимента 17/18 заключалась в сравнении результатов фильтрацииВГС через первую, а затем и через вторую модель пласта с максимально близкимипараметрами (таблицы 3.1 и 3.3) и оценить влияние процесса образования ВГС впористой среде на результаты фильтрации.Первоначальновмодельпластазакачиваливодудляизмеренияпроницаемости моделей пласта (таблица 3.4, рисунок 3.4).

При этом наблюдалибыструю стабилизацию и стабильность перепадов давления на первой и второймоделях пласта. При фильтрации воды не наблюдали флуктуации перепададавления. На втором этапе опыта №17/18 закачивали ВГС, при ее фильтрациинаблюдали «быстрые» флуктуации перепада давления на кривых зависимостейdPобщ.(суммарный перепад давления на составной модели пласта), dP1 (перепаддавления на модели пласта №17) и dP2 (перепад давления на модели пласта №18)от объема закачки.60Таким образом, наличие «быстрых» флуктуаций перепада давленияявляется отличительной особенностью движения ВГС в пористых средах. Следуетотметить, что «быстрые» флуктуации dPобщ.

и dP2 наблюдаются и до прорыва газачерез первую модель пласта, т.е. флуктуации перепада давления при движенииВГС в первой пористой среде, легко передаются и на вторую модель пласта.Послепрокачки0,26-0,27п.о.ВГСодновременнонаблюдаликратковременное уменьшение dP1, значительный рост dP2 и кратковременноеснижение расхода воды на выходе (рисунок 3.4), что объясняется прорывом ВГС(точнее газа) через первую модель пласта и начало фильтрации ВГС во второймодели пласта. Кратковременное снижение расхода флюидов и dP1 связано сростом суммарного перепада давления (dPобщ ) что потребовало сжатия газа впоршневой колонке, что временно уменьшило общую подачу флюида.При дальнейшей фильтрации ВГС были достигнуты максимальныезначения dPобщ., dP1 и dP2 , после чего наблюдали стабилизацию перепадовдавления.

В ходе закачки ВГС первая и вторая модель пласта показывали оченьблизкие установившиеся перепады давления, т.е. течение ВГС в пористых средахпроисходила по одному механизму.Результаты опытов №14 и №17/18 показывает, что пористая среда являетсяэффективным диспергатором, образование и коалесценция газовых пузырьков(ВГС) происходит постоянно и непрерывно. Флуктуации перепада давленияподтверждает данное предположение.

Возможно флуктуации перепада давления(и связанные с этим флуктуации фильтрационных потоков) являются важнойпричиной эффективности нефтеотмыва при фильтрации ВГС.На этапе 2 опыта 17/18 перешли опять на фильтрацию воды. Очень быстро«быстрые» флуктуации перепада давления (рисунок 3.4) прекращаются, анаблюдаемые «медленные» флуктуации перепада давления (рисунок 3.4), повидимому, связаны с влиянием нестабильности электропитания на работудатчиков перепада давления, управляющей ЭВМ и насосов (несмотря наиспользование качественных стабилизаторов напряжения).

Результаты этапа 261еще раз подтвердили, что флуктуации перепада давления объясняютсяфильтрацией ВГС.На этапе 2 опыта 17/18 при фильтрации воды определена остаточнаягазонасыщенность пористых сред (по весу моделей пласта в конце эксперимента).Модель пласта №17 удержала меньше газа, чем модель пласта №18 (таблица 3.4),что подтверждается и различием в установившихся перепадах давления придвижении воды. Т.е.

при вытеснении водой газовых пузырьков (из ВГС) изпористых сред происходит их коалесценция и укрупнение.3.1.5 Результаты исследования фильтрационных характеристик ВГСИсследование зависимости скорости фильтрации ВГС и воды (длясравнения) от перепада давления проводили в опытах №14 и №16 при различныхвнутрипоровых давлениях. Результаты экспериментов приведены в таблицах3.1,3.5 и 3.6.Зависимости скорости фильтрации от перепада давления (рисунки 3.5-3.6)при фильтрации ВГС линейны, как в законе Дарси для однофазных потоков воды,но не проходит через начала координат. Зависимость скорости фильтрации отперепада давления т.е. может быть описана следующим уравнением (таблица 3.6):Q = F * (∆Р - ∆Рпорог),(3.3)где Q – скорость фильтрации, мл/час; F – постоянная величина (тангенс угланаклона прямой зависимости Q от перепада давления); ∆Р – перепад давления,МПа, ∆Рпорог - пороговое давление при фильтрации ВГС (отсечение на осиперепада давления), МПа.Судя по обнаруженной зависимости фильтрация ВГС начинается толькопосле того, как будет превышена пороговая величина перепада давления.Подобное поведение имеют пластические жидкости с начальным градиентомсдвига (т.е.

жидкости, реология которых описывается уравнением ШведоваБингама [98]). Можно предположить, что появление «предельного начальногоперепада давления» (аналог «предельного напряжения сдвига» в уравнении62Шведова-Бингама) связано с необходимостью затраты энергии напора надиспергирование газа в воде и для «проталкивания» пузырьков газа через суженияпор. Потери напора (выражающиеся в значениях перепада давления) придвиженииВГСможноусловноразделитьнапотери,связанныесдиспергированием ВГС, и на потери на внутреннее трение при движении флюида(т.е.

на «вязкость» ВГС).По тангенсу угла наклона зависимостей Q от перепада давления можносопоставить внутреннее трение при фильтрации ВГС и воды. Видно (таблица 3.6,рисунок 3.6), что значения параметра F при давлениях ниже 12 МПа малоотличны от тангенса угла наклона аналогичной зависимости для воды, т.е. вусловиях насыпной, проницаемой пористой среды наблюдается малое различиевнутреннего трения для воды и ВГС (рост «вязкости» ВГС происходит при ростепротиводавления до 12 МПа).Таким образом, основное различие фильтрационных свойств воды от ВГС впроницаемых средах связано с диспергированием газа, а не с увеличениемвнутреннего трения при движении ВГС.В начале исследования предполагалось, что размер (диаметр) пузырьковгаза в ВГС при одном и том же соотношении расходов вода/газ уменьшится сростом давления пропорционально кубическому корню из величины давления.

Впроведенных опытах изменяли внутрипоровое давление в интервале от 1,4 до 12МПа, что должно обеспечить изменение радиуса пузырьков в ~2,85 раза. Такимобразом, «вязкость» ВГС должна снижаться с ростом внутрипорового давления.Однако опыты №14 и №16 не подтвердили этого предположения, т.е. значениедавление газа не играет заметной роли при образовании ВГС в пористой среде.Диспергирование газа в воде сопровождается ростом поверхности разделагаз/жидкость. Фильтрационные каналы пористых сред представляют собойканалы, содержащие последовательно участки разного сечения (сужения ирасширения). Двигаясь по таким каналам, в местах их сужений пузырьки газаподвергаются деформациям, что также требует затрат энергии на увеличениемежфазной поверхности. Работа, затрачиваемая при образовании и деформации63пузырьков газа, равна σΔS, где σ - величина межфазного натяжения, ΔS –увеличениеповерхностираздела.Дополнительнаязатратаэнергиинадиспергирование приводит к затрате нергии перепада давления по сравнению соднофазной фильтрацией воды, являющейся дисперсионной средой для газовойэмульсии.Значение порогового перепада давления (ΔРпорог) при фильтрации ВГС вопытах № 14 и №16 (соответственно равного, 0,00765-0,00737 и 0.00383-0.00765)(таблица 3.6, рисунки 3.5-3.6) мало зависит от проницаемости пористых сред(соответственно, равных, 0,304 и 0,967 мкм2) и внутрипорового давления.По-видимому, основные затраты энергии на образование ВГС будут иметьместо в момент диспергирования газа в воде, когда в основном происходитувеличение площади раздела газ/вода за счет роста дисперсности пузырьков газа.Первичное диспергирование ВГС будет происходить в момент прохожденияфлюидами сетки на входе в пористую среду.

Во всех экспериментах использовалиодинаковые сетки на входе в модель, что объясняет отсутствие зависимостиΔРпорог от проницаемости (т.е. от среднего размера пор) и от внутрипоровогодавления.Основные результаты и выводы подраздела 3.11. Показано, что пористая среда и вход (сетки) в нее являются эффективнымидиспергаторами ВГС.

При моделировании фильтрации ВГС в лабораторныхусловиях не требуется использовать специальные смесители для газа и воды.2. Движение ВГС в высокопроницаемых водонасыщенных пористых средахописывается уравнением Q = F * (∆Р - ∆Рпорог), т.е. схоже с течением вязкопластичныхжидкостей,описываемыхуравнениемШведова-Бингама.Фильтрационное сопротивление в пористой среде для водогазовой смеси в 1,5-3раза выше, чем для воды.3.Основнойпричинойвысокогофильтрационногосопротивленияприфильтрации ВГС являются затраты энергии напора на диспергирование газа вводе, что связано с увеличением поверхности раздела газ/жидкость.644.

Оценка фильтрационных характеристик ВГС показала, что размеры газовыхпузырьков,образующихсяпридиспергированииВГС,определяютсяхарактеристиками пористых сред (по-видимому, диаметром сужений поровыхканалов) и практически не зависят от внутрипорового давления.5.По-видимому,фильтрационныхфлуктуациипотоков)перепадаявляютсядавленияпричиной(и,следовательно,нефтевытесняющей350,035300,03250,025200,02150,015100,01Скорость, мл/час0,01*Q/dP (вода)Перепад давления, МПа(Vводаl/Vгаз)текущие50Перепад давления, МПа0,01*Q/dP, мл/(МПа*час)Скорость фильтрации, мл/часэффективности ВГС.0,00500 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6Объем закачки ВГС, п.о.Рисунок 3.1 - Динамика фильтрации ВГС со смесителем при противодавлении в 4МПа (этап 4, опыт 14)65500,04Скорость, мл/час0,01*Q/dP (вода)Перепад давления, МПа400,0350,03350,02530250,02200,015150,01Перепад давления, МПа0,01*Q/dP, мл/(МПа*час)Скорость фильтрации, мл/час45100,00550001234567891011Объем закачки ВГС, п.о.Рисунок 3.2.

Динамика фильтрации ВГС при различных скоростях подачи безсмесителя при противодавлении в 4 МПа (этап 5, опыт 14)Рисунок 3.3 - Схема опыта 17/181 – емкость для масла; 2 – насосы высокого давления; 3 – разделительная емкостьс водой; 4 -поршневая колонка с газом; 5 - датчики давления (интегральный); 6 насыпная модель пласта № 17; 7-насыпная модель пласта № 18; 8дифференциальные датчики давления; 9 - датчик клапана противодавления; 10 поршневая разделительная емкость; 11- клапан противодавления; 12 – мерник.66dP2, МПаdPсум, МПаQ, мл/часТС0,05Перепад давления, МПа90dP1, МПа80700,0460ВГСВода0,0350400,0230Температура, ССкорость фильтрации, мл/час0,060,012001000,511,522,533,544,55Объем закачки, п.о.Рисунок 3.4 - Динамика фильтрации ВГС и воды на этапе 2 опыта 17/1850Скорость фильтрации, мл/час4514023530252015105000,0050,010,0150,020,0250,030,0350,04Перепад давления, МПаРисунок 3.5 - Зависимость скорости фильтрации от перепада давления придвижении ВГС в пористой среде при противодавлении в 4,0 МПа (1) и 12,0 МПа(2) в опыте 14 (этапы 5 и 6)6770Скорость фильтрации, мл/час60504030Вода20ВГС-1,4 МПаВГС- 4 МПа10ВГС-12 МПа000,005Линейный (Вода)0,020,025Линейный (ВГС-1,4Перепад лавления, МПаМПа)Линейный (ВГС- 4 МПа)0,010,015Линейный(ВГС-12Рисунок 3.6 - Зависимость скорости фильтрацииВГСи МПа)воды от перепададавления при различных внутрипоровых давлениях (опыт 16)3.2 Влияние взаимодействия в системе «нефть – порода пласта ПК –минерализованная вода» на характеристики моделей пластаВ теории разработки нефтяных пластов обычно полагается, что свойства иструктура пористой среды не зависит от насыщенности водой и нефтью.Экспериментальныеданные(описанывразделе4)показали,чтодистиллированная вода меняет свойства породы пластов ПК.