ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основы теории фильтрации многофазных систем из "Подземная гидромеханика" Необходимость решения проблем совершенствования методов заводнения, изыскания и применения новых высокоэффективных вытесняющих агентов, рациональной разработки нефтегазоконденсатных залежей и залежей летучих нефтей и т.д. ставит новые газогидродинамические задачи, связанные с прогнозированием показателей разработки месторождений в этих условиях. [c.252] Жидкости и газы, насыщающие нефтегазоконденсатные пласты, представляют собой смеси углеводородных, а также неуглеводородных компонентов, некоторые из которых способны растворяться в углеводородных смесях. При определенных режимах разработки нефтяных и нефтегазоконденсатных месторождений в пласте возникает многофазное течение сложной многокомпонентной смеси, при котором между движущимися с различными скоростями фазами осуществляется интенсивный массообмен. Переход отдельных компонентов из одной фазы в другую влечет за собой изменение составов и физических свойств фильтрующихся фаз. Такие процессы происходят, например, при движении газированной нефти и вытеснении ее водой или газом, при разработке месторождений сложного комйонентногс ( ава (в частности, с большим содержанием неуглеводородных компонентов), при вытеснении нефти оторочками активной примеси (полимерными, щелочными и мицеллярными растворами различными жидкими и газообразными растворителями). Основой для расчета таких процессов служит теория многофазной многокомпонентной фильтрации, интенсивно развивающаяся в последние годы. Вместе с тем заметим, что область ее применения шире, чем здесь указано, и эта теория имеет важное общенаучное значение. [c.252] Углеводородные системы могут быть гомо- и гетерогенньпии. В гомогенной системе все ее части имеют одинаковые физические и химические свойства. Составляющие гомогенной системы (называемые компонентами) размазаны по всему пространству и взаимодействуют на молекулярном уровне. Для гетерогенной системы физические и химические свойства в разных точках различны. Гетерогенные системы состоят из фаз. Фаза-это часть системы, которая является гомогенной и отделена от других фаз отчетливыми границами. Смесь воды, нефти и газа в пласте-типичный пример гетерогенной среды. [c.252] При изучении сложных фильтрационных процессов возникает необходимость построения моделей многофазных (гетерогенных) систем, в которых каждая фаза, в свою очередь, моделируется многокомпонентной гомогенной смесью. При этом между компонентами возможны химические реакции, переход компонентов из одной фазы в другую, процессы адсорбции, диффузии и др. [c.253] Разделение движущейся смеси на фазы или объединение компонентов в фазы производится разными способами в зависимости от конкретной задачи и целей исследования. [c.253] Эффективный способ описания таких систем-макроскопический подход, основанный на физических законах сохранения для каждой отдельной фазы с учетом дополнительных членов, описывающих межфазные взаимодействия. Для их задания привлекаются различные соображения, почерпнутые из опыта. [c.253] При определении характеристик многофазного течения будем предполагать, что существует элементарный макрообъем Л К по которому проводится усреднение, такой, что его линейный размер достаточно велик по сравнению с характерным размером частиц данной формы в порах и намного меньще характерного масштаба исследуемого процесса (например, расстояния между скважинами или между нагнетательной и добывающей галереей). [c.253] Для каждого элементарного макрообъема, отождествляемого с точкой насыщенной пористой среды, определяются характеристики фильтрации многофазной жидкости как средние по рассматриваемому объему. [c.253] Главными характеристиками многофазного течения служат насыщенность и скорость фильтрации Т , каждой фазы (см. гл. 1). [c.253] Истинные плотности р входят в термодинамические соотношения и, в частности, в уравнение состояния. [c.254] Скорость фильтрации н , связана с действительной средней скоростью V ( фазы очевидным соотношением н , = тл,- и, , 1= I, п. [c.254] Капиллярное давление, пропорциональное кривизне межфазной границы, согласно (9.3) зависит от структуры порового пространства и от преимущественной смачиваемости скелета породы каждой из фаз. Капиллярные силы, способные создать в поровых каналах достаточно большие градиенты давления по сравнению с внешним перепадом, полностью определяют распределение фаз в поровых каналах. Давление в фазе, менее смачивающей породу (Р2), в формуле (9.3) будет больше на значение капиллярного давления. [c.254] При медленной совместной фильтрации можно предположить [7], что при данной насыщенности жидкости распределены так же, как и в условиях гидростатического равновесия. Это-один из постулатов теории многофазной фильтрации. [c.254] Процессы многофазной фильтрации идут по-разному, в зависимости от характерного времени фильтрационного процесса и от размеров области течения. Капиллярные силы создают в пористой среде перепад давления, величина которого ограничена и не зависит от размеров области фильтрации. Вместе с тем, перепад внешнего давлений, соз-даюшего фильтрационный поток между двумя точками, пропорционален скорости фильтрации и расстоянию между этими точками. Если размеры области малы, то при достаточно малых скоростях фильтрации капиллярные силы могут превзойти внешний перепад давления. [c.255] Количественные оценки влияния поверхностного натяжения, а также силы тяжести на процесс вытеснения будут приведены в дальнейшем. [c.255] Таким образом, при описании многофазной фильтрации увеличивается число параметров, подлежащих определению. Наряду с неизвестными давлениями р, в фазах и скоростями фильтрации фаз и появляются новые неизвестные-насыщенности Л . Это соответственно усложняет теоретическое исследование. [c.255] Рассмотрим совместное изотермическое течение нескольких фаз в однородной недеформируемой пористой среде без фазовых переходов и химических реакций. Математическое описание такой системы опирается на представления, введенные в 2, и строится на основе уравнений неразрывности для каждой фазы, уравнений движения (закона фильтрации) и соответствующих замыкающих соотношений. [c.255] В случае, если вытесняемая и вытесняющая фазы упругие жидкости, то влиянием сжимаемости на распределение насыщенности часто можно пренебречь [7]. Действительно, характерное время нестационарного перераспределения давления за счет сжимаемости имеет порядок = = где X-коэффициент пьезопроводности Ь-характерный размер пласта. Характерное время вытеснения имеет порядок 2 = Ь/н , где средняя скорость фильтрации. Обычно скорость фильтрации н 10 м/с, Ь 10 ч- 10 м, а X 1 м /с. Поэтому отношение времен 10 , откуда следует, что нестационарные процессы упругого перераспределения давления заканчиваются в начале процесса вытеснения. В некоторых случаях можно считать несжимаемым и газ в пластовых условиях. [c.256] Подробнее об этом изложено в 9. [c.257] Вернуться к основной статье