Реферат на тему Поверхностные явления в пластах и их взаимосвязь с проницаемостью пластов

Содержание:

Введение 3

1. Поверхностные явления: понятие, сущность 5

2. Поверхностные явления в пластах 9

2.1. Причины ухудшения проницаемости призабойной зоны пласта 9

2.2. Гранулометрический состав 15

2.3. Взаимосвязь поверхностного явления в пластах с проницаемостью пластов 21

3. Поверхностные явления при фильтрации пластовых жидкостей 25

Заключение 31

Список использованной литературы 33

Введение:

В последние десятилетия ни одно месторождение не начинают разрабатывать без детального изучения физических свойств пород пласта, пластовых жидкостей и газов — без этого нельзя осуществить научно обоснованную разработку месторождений нефти и газа.

Эксплуатация нефтяных, газовых и газоконденсатных залежей связана с фильтрацией огромных масс жидкостей и газов в пористой среде к забоям скважин. От свойств пористых сред, пластовых жидкостей и газов зависят закономерности фильтрации нефти, газа и воды, дебиты скважин, продуктивность коллектора.

По мере эксплуатации залежей условия залегания нефти, воды и газа в пласте изменяются. Это сопровождается значительными изменениями свойств пород, пластовых жидкостей, газов и газоконденсатных смесей. Поэтому эти свойства рассматриваются в динамике — в зависимости от изменения пластового давления, температуры и других условий в залежах.

Современный инженер-нефтяник, занимающийся рациональной разработкой нефтяных и газовых месторождений, должен хорошо знать геологическое строение залежи, её физические характеристики (пористость, проницаемость, насыщенность и др.), физико-химические свойства нефти, газа и воды, насыщающие породы, уметь правильно обработать и оценить данные, которые получены при вскрытии пласта и при его последующей эксплуатации. Эти данные позволят определить начальные запасы углеводородов в залежи. Они необходимы для объективного представления о процессах, происходящих в пласте при его разработке и на различных стадиях эксплуатации.

Нефтяные пласты представляют собой огромное скопление капиллярных каналов и трещин с громадной площадью поверхности. Вследствие этого поверхностные явления играют решающую роль в процессах взаимного вытеснения нефти, воды и газа. В частности, нефтеотдача пластов, фазовые проницаемости во многом обусловлены поверхностными явлениями. С этими же явлениями сталкиваются при разрушении водонефтяных эмульсий, обезвоживании нефти, при борьбе с отложениями асфальто-смолистых и парафиновых веществ в призабойной зоне пласта, на нефтепромысловом оборудовании.

Поверхностные явления в нефтяном пласте существуют на границах раздела: нефть-вода, нефть-газ, нефть-порода, вода-газ, вода-порода, газ-порода. Степень проявления молекулярно-поверхностного взаимодействия на границах раздела фаз определяется коэффициентом поверхностного натяжения, краевым углом избирательного смачивания, работой адгезии, теплотой смачивания.

Проницаемость — важнейший параметр, характеризующий проводимость коллектора, т. е. способность пород пласта пропускать к забоям скважин нефть и газ при наличии перепада между пластовым и забойным давлениями.

Абсолютно непроницаемых тел в природе нет. Однако при существующих в нефтяных пластах сравнительно небольших перепадах давлений многие породы из-за малых размеров пор в них оказываются практически мало или совсем непроницаемыми для жидкостей и газов (глины, сланцы и др.).

Цель работы – теоретически рассмотреть поверхностные явления в пластах и их взаимосвязь с проницаемостью пластов.

Задачи:

— рассмотреть поверхностные явления: понятие, сущность;

— изучить поверхностные явления при фильтрации пластовых жидкостей;

— проанализировать поверхностные явления в пластах и их взаимосвязь с проницаемостью пластов.

Заключение:

Традиционно при проектировании и анализе разработки месторождений проницаемость рассматривалась как параметр, зависящий от геологического строения пласта и природы пластовых флюидов. Однако эксперименты показывают, что проницаемость не может быть описана постоянными коэффициентами, поскольку они меняются в процессе фильтрации. Следовательно, необходимо рассматривать кинетику поражения пласта во времени и обозначить два основных термина.

В ходе исследования, можно сделать следующие выводы:

• К молекулярно-поверхностным явлениям, определяющим фильтрацию многофазной жидкости, обычно относятся в первую очередь поверхностное натяжение и краевой угол смачивания воды и нефти в пористой среде. Молекулы поверхностного слоя в сумме обладают избытком энергии по сравнению с равным объемом молекул, находящихся во внутренних слоях жидкости.

• Проницаемость – это фильтрующий параметр горной породы, характеризующий её способность пропускать через себя жидкости и газы при перепаде давления.

• Абсолютно непроницаемых тел в природе нет. При сверхвысоких давлениях все горные породы проницаемы. Однако при сравнительно небольших перепадах давления в нефтяных пластах многие породы в результате незначительных размеров пор оказываются практически непроницаемыми для жидкостей и газов (глины, сланцы и т.д.).

• Все известные буровые растворы в той или иной степени отрицательно влияют на ПЗП: они снижают проницаемость ПЗП за счет прохождения фильтрата (разбухание глинистых включений, образование закупоривающего поры осадка при контактировании с пластовыми водами) в пласт; проникновения в поры пласта твердой фазы; блокирования порового пространства эмульсионными растворами; адсорбционных сил, удерживающих воду в порах и др.

• В природных условиях наиболее распространены залежи, разрабатываемые на напорных режимах (или эти режимы работы воспроизводятся и поддерживаются искусственно путем нагнетания в залежь воды или газа). Нефть из таких залежей вытесняется внешними агентами – краевой или нагнетаемой водой, свободным газом газовой шапки или газом, нагнетаемым в пласт с поверхности. Несмотря на существенные различия в отдельных деталях процесса, общая качественная схема вытеснения нефти водой и газом имеет много общего.

• Относительная проницаемость пористой среды определяется отношением ее эффективной проницаемости к абсолютной, для данной фазы. Проницаемость горных пород определяют по закону Дарси.

• Проницаемость характеризует способность пласта пропускать воду, нефть и газ. Абсолютно непроницаемых пород нет. Но из-за малых размеров пор, вязкости воды, нефти и газа, адсорбционных свойств породы и других условий породы могут быть слабо проницаемы или непроницаемы. Проницаемость зависит от структурно-текстурных особенностей пласта.

• Поверхностные явления в нефтяном пласте существуют на грантах раздела; нефть-вода, нефть-газ, нефть-порода, вода-газ, вода-порода, газ-порода. Степень проявления молекулярно-поверхностного взаимодействия на границах раздела фаз определяется коэффициентом поверхностного натяжения, краевым углом избирательного смачивания, работой адгезии, теплотой смачивания.

• Молекулы поверхностного слоя на границе двух несмешивающихся фаз вследствие нескомпенсированности межмолекулярных сил имеют избыточную свободную энергию. Эта энергия, отнесенная к единице поверхности, называется удельной свободной поверхностной энергией или поверхностным натяжением (коэффициентом поверхностного натяжения).

Фрагмент текста работы:

1. Поверхностные явления: понятие, сущность

Поверхностные явления – это совокупность явлений, которые обусловлены свойствами тонких слоев веществ, находящихся на границе раздела фаз.

Поверхностные явления происходят в поверхностных слоях на межфазных границах. Причиной их являются разные состав и строение контактирующих фаз, различия в связях поверхностных молекул и атомов. Из-за этого молекулы и атомы, находящиеся в поверхностных слоях, образовывают структуру, а само вещество принимает особое состояние, которое отличается от его обычного состояния. Поверхностные явления изучаются коллоидной химией.

Как правило, поверхностные явления классифицируют в соответствии с объединенным уравнением второго и первого начал термодинамики, в которое входят основные виды энергии:

• Теплота.

• Электрическая энергия.

• Энергия Гиббса.

• Механическая энергия.

• Химическая энергия [8].

Преобразование (превращение) поверхностной энергии в один из вышеперечисленных видов энергии, может проявляться в виде адгезии, адсорбции, смачивания, капиллярности и т. п. Поверхностные явления используются в химической промышленности. Почти каждое химическое производство осуществляется с использованием дисперсных систем и поверхностных явлений. Гетерогенные процессы в химическом производстве, осуществляют при условии максимального контакта между поверхностями контакта фаз.

С этой целью вещества переводят в состояние пылей, суспензий, эмульсий, порошков или туманов. Так, например, процесс измельчения промежуточных продуктов или сырья, а также обогащение, происходит в дисперсных системах, в которых значимую роль играют такие явления, как смачивание, коагуляция, адсорбция, капиллярность, седиментация. В химическом производстве широко распространены дисперсные системы с твердой дисперсионной средой, например, катализаторы и адсорбенты. Закономерности протекания поверхностных явлений представляют собой основу для получения материалов с определенными свойствами: лекарственные препараты, керамика, порох, цементы, ситаллы, полимеры, сорбенты, катализаторы и т.п.

Интересующие нас флюиды заключены в поровом пространстве горных пород. На границах разделов между флюидами и между флюидами и твердыми телами наблюдается совокупность множества физических и химических соотношений, что объясняет целый ряд явлений, происходящих в залежи как во время ее формирования, так и в процессе ее разработки. Свободная поверхностная энергия, поверхностное натяжение, межфазное натяжение, адсорбция, силы сцепления, смачиваемость — все это примеры сил, действующих на границах разделов различных фаз. Поскольку основная часть порового пространства представлена капиллярными порами (обычно менее 0,5 мм в диаметре), именно капиллярные явления лучше всего объясняют многие особенности взаимоотношений между флюидами и породами, обнаруживаемые в нефтегазоносных пластах. Более того, все явления, характерные для границ разделов различных фаз, также происходят главным образом в капиллярных порах.

Явления, происходящие на границах фаз ‑ жидкости, газа и твердого тела, ‑ а также внутри их, включая и капиллярные явления, обусловлены тем, что все молекулы находятся под воздействием сил взаимного притяжения. Эти силы, известные под названием сил Ван-дер-Ваальса, противодействуют перемещению и смещению молекул (что объясняется их кинетической энергией). С увеличением температуры движение молекул усиливается. Одно из следствий этого — разобщение молекул жидкости и образование газа [16].

Поскольку действие сил Ван-дер-Ваальса обратно пропорционально шести- или семикратному расстоянию между молекулами, они практически не оказывают влияния на газы. И наоборот, в жидкостях и особенно твердых телах, где расстояния между молекулами очень малы, эти силы оказываются чрезвычайно большими. Точка начала кипения жидкости характеризует скорость движения молекул, которая необходима для преодоления сил Ван-дер-Ваальса. Эти силы действуют как внутри отдельных физических тел (жидкость, газ, твердое тело), так и на границах различных фаз {жидкость — жидкость, жидкость — газ, жидкость — твердое тело и т.д.).

Все молекулы в жидкости, за исключением поверхностных, со всех сторон окружены другими молекулами и находятся под воздействием сил взаимного притяжения (сил Ван-дер-Ваальса). При этом на поверхности, на контакте с воздухом, газами, паром, эти молекулы только частично окружены другими молекулами жидкости и притягиваются лишь в направлении самой жидкости. Молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, образуют как бы незримую сжимающую мембрану.

Под действием этих сжимающих сил площадь поверхности жидкости сокращается до минимума, а для любого данного объёма наименьшая поверхность — это сфера (к примеру, дождевая капля в воздухе). Это самопроизвольное сжатие поверхности жидкости указывает на затрату определенного количества свободной энергии, поскольку на сжатие потребовалось какое-то количество работы. Такая энергия принято называть поверхностной свободной энергией. Количество работы, крайне важно е для образования 1 см² поверхности (эрг/см²), принято называть поверхностной энергией вещества.

Содержание:

Введение……………………………………………………………………………………….. 3

1 Поверхностное
натяжение пластовых жидкостей…………………………. 4

2 Смачивание
и краевой угол……………………………………………………….. 6

3 Работа
адгезии и теплота смачивания…………………………………………. 9

4 Статический
и кинетический гистерезисы смачивания………………… 11

5 Капиллярные
явления в насыщенных пористых средах и их роль в процессах вытеснения нефти
водой……………………………………………………………………….. 13

Заключение…………………………………………………………………………………. 16

Список литературы……………………………………………………………………… 17

Введение:

Проницаемость – важнейший параметр, характеризующий
проводимость коллектора, т. е. способность пород пласта пропускать к забоям
скважин нефть и газ.

Абсолютно непроницаемых тел в природе нет. Однако при
существующих в нефтяных пластах сравнительно небольших перепадах давлений
многие породы из-за малых размеров пор в них оказываются практически мало или
совсем непроницаемыми для жидкостей и газов (глины, сланцы и др.).

В свою очередь, пористая среда – это огромное скопление
капиллярных каналов и трещин, поверхность которых очень велика. Например, один
кубометр горной породы может содержать несколько гектаров поверхности слагающих
ее частиц. Поэтому закономерности движения в пласте во многом зависят от
свойств граничных слоев соприкасающихся флюидов и процессов, происходящих на
поверхности их контакта с породой (поверхностные явления).

Поверхностные явления сказались и на процессе формирования
залежей, например, степени гидрофобизации породы, строении газо-нефтяного
контакта и водо-нефтяного контакта и т.д. важнейшую проблему увеличения
нефтеотдачи пластов нельзя решить без детального изучения процессов,
происходящих на поверхностях контакта минералов с пластовыми жидкостями и
свойств тонких слоев жидкостей, соприкасающихся с породой.

Цель реферата – изучение поверхностных явлений в пластах и
их взаимосвязи с проницаемостью пластов.

Задачи реферата:

– рассмотреть поверхностные явления в пластах, выявить
параметры, определяющие степень проявления молекулярно-поверхностного
взаимодействия на границах раздела фаз;

– проанализировать влияние поверхностных явлений на
проницаемость пластов, определить их взаимосвязь.

Заключение:

Нефтяные пласты представляют собой огромное скопление капиллярных
каналов и трещин с громадной площадью поверхности. Вследствие этого
поверхностные явления играют решающую роль в процессах взаимного вытеснения
нефти, воды и газа. В частности, нефтеотдача пластов, фазовые проницаемости во
многом обусловлены поверхностными явлениями. С этими же явлениями сталкиваются
при разрушении водонефтяных эмульсий, обезвоживании нефти, при борьбе с
отложениями асфальто-смолистых и парафиновых веществ в призабойной зоне пласта,
на нефтепромысловом оборудовании.

Поверхностные явления в нефтяном пласте существуют на
границах раздела: нефть-вода, нефть-газ, нефть-порода, вода-газ, вода-порода,
газ-порода. Степень проявления молекулярно-поверхностного взаимодействия на
границах раздела фаз определяется коэффициентом поверхностного натяжения,
краевым углом избирательного смачивания, работой адгезии, теплотой смачивания.
Существуют капиллярные явления в насыщенных пористых средах, которые играют
большую роль в процессах вытеснения нефти водой.

Если поверхностное натяжение
между двумя жидкостями, газом и жидкостью можно измерить, то на поверхности
раздела породы-жидкости и породы-газа измерить трудно. Поэтому для изучения
поверхностных явлений на границе порода-жидкость пользуются косвенными методами
изучения поверхностных явлений: измерением работы адгезии и когезии,
исследованием явлений смачиваемости и растекаемости, изучением теплоты
смачивания.

Фрагмент текста работы:

1 Поверхностное
натяжение пластовых жидкостей

Помимо вязкости жидкостей и газов, на их проницаемости
отражается взаимодействие с поверхностью частиц породы (смачиваемость) и
способность образовывать пленки на границе раздела двух сред (поверхностное
натяжение).

К поверхностным свойствам и явлениям относятся:
поверхностное натяжение, смачивание, капиллярные силы, адсорбция [1–3].

Рассмотрим поверхностное натяжение пластовых жидкостей. Его
можно использовать для оценки свойств контактных фаз, закономерностей
взаимодействия жидкостей и твердых тел, процессов адсорбции, количественного и
качественного состава полярных компонентов в жидкости, интенсивности проявления
капиллярных сил и т. Д. На различных границах раздела. Поверхностное натяжение
жидкостей можно определить на основе молекулярного механизма образования
поверхностной свободной энергии и энергетической природы поверхностного
натяжения [2].

Молекулы в жидкости в равной степени подвержены влиянию
других молекул и могут двигаться в любом направлении, не потребляя энергии.
Чтобы переместить молекулы в поверхностный слой, требуется дополнительная
энергия. Этот эффект проявляется, например, когда необходимо «растянуть»
поверхность жидкости, т.е. увеличить его объем. Тогда поверхностное натяжение
можно определить по работе, необходимой для образования поверхностного блока
[3].

С повышением температуры поверхностное натяжение чистой
жидкости на границе раздела с паром уменьшается, что связано с ослаблением
межмолекулярных сил с ростом температуры. А с увеличением давления
поверхностное натяжение жидкости на границе с газом уменьшается. Это связано с
уменьшением поверхностной свободной энергии за счет сжатия газа и растворения
его в жидкости [2].

Еще более сложная зависимость поверхностного натяжения масла
от давления на границе с газом. Хотя его общая природа остается такой же, как и
для воды, количественные изменения поверхностного натяжения на границе с газом
для нефти при повышении давления зависят от многих дополнительных факторов —
химического состава нефти, количества растворенного газа и его состава, природы
полярных. Компоненты, их количество и т. д. Чем выше растворимость газа, тем
сильнее снижается поверхностное натяжение масла с увеличением давления [2, 3].

Коэффициент поверхностного натяжения – это работа,
необходимая для образования единицы новой площади поверхности раздела фаз в
обратимом изотермическом процессе при постоянном давлении и постоянных
химических потенциалах. С другой стороны, коэффициент поверхностного натяжения
– это сила, необходимая для образования единицы новой поверхности.

Значения коэффициента поверхностного натяжения для каждой
жидкости зависят от межмолекулярных сил, которые определяются строением молекул
и полярностью жидкости. Полярность характеризует степень сцепления молекул и
зависит от таких характеристик вещества, как диэлектрическая проницаемость,
поляризуемость, дипольный момент [3, 4].

Значительные изменения поверхностного натяжения нефти на
различных поверхностях раздела в зависимости от давления и температуры в
пластовых условиях необходимо учитывать при оценке капиллярных процессов в
пористой среде. На границе с газом значение капиллярных давлений может быть
меньше, чем это наблюдается в лабораторных условиях при низких давлениях. На
разделе нефть – вода с ростом давления интенсивность капиллярных процессов
может возрастать [2]. 2 Смачивание
и краевой угол

Изучению явлений смачивания в нефтепромысловом деле уделяется
очень большое внимание, т.к. по нему можно судить о вытесняющей способности
воды и нагнетаемых в пласт жидкостей.

Величину поверхностного натяжения твердого тела
непосредственно измерить трудно. Поэтому для исследования процессов
взаимодействия твердых тел с жидкостями и газом пользуются косвенными методами
изучения поверхностных явлений, протекающих на контактах между твердыми и
жидкими телами. К таким методам относятся измерение работы адгезии,
исследование теплоты смачивания и углов избирательного смачивания и т. д.
Адгезия измеряется работой, которую надо затратить, чтобы оторвать твердое тело
от жидкости в направлении нормали к поверхности раздела.

Если на поверхность твердого тела нанести каплю жидкости, то
под действием молекулярных сил она растекается по поверхности твердого тела и
принимает форму линзы (рисунок 1).

В нефтяном пласте всегда приходится иметь дело как минимум с
тремя фазами (фазами в физике нефтяного пласта называют любые несмешивающиеся
среды: твердый скелет, воду, нефть или газ). Если смачивание твердой
поверхности происходит одной фазой в присутствии другой, такое явление
называется избирательным смачиванием.

Краевым углом избирательного смачивания называют угол, образованный
твердой поверхностью и касательной к поверхности одной жидкости в присутствии
другой в точке ее периметра, который отсчитывается в сторону более полярной
жидкости [3].