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.