Моделирование состояния жидких и взвешенных твердых фаз продуктивных пластов в поле упругих колебаний
МОДЕЛИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ЖИДКИХ
И ВЗВЕШЕННЫХ ТВЕРДЫХ ФАЗ
ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ В ПОЛЕ
УПРУГИХ КОЛЕБАНИЯ
2.1.
ПОВЕДЕНИЕ ОСТАТОЧНЫХ ФАЗ
Известно, что если пористая среда насыщена двумя не- смешивающимися жидкостями и достигнута некоторая предельная остаточная насыщенность среды по одной из них, то фазовая проницаемость для последней обращается в нуль. Это означает, что остаточная жидкость разбивается в поровых каналах на отдельные, не связанные друг с другом капли и скопления, которые изолированы - окружены со всех сторон жидкостью противоположной фазы и неподвижны при ее фильтрации в равновесных условиях. И это при том, что объемное содержание остаточной жидкости в порах может быть довольно высоким.
Данное явление во многом определяет остаточную нефте- насыщенность обводненных пластов и является причиной снижения приемистости нагнетательных скважин из-за "защемления" в порах коллектора нефтяной фазы, а также снижения продуктивности добывающих скважин (часто вплоть до нуля) при попадании в нефтенасыщенный коллектор воды.
В работах [119, 120] высказывается предположение, что вибрационное встряхивание может на короткое время восстанавливать связность и фильтрационное течение остаточной фазы. Имеются экспериментальные данные [203], свидетельствующие о возможности продвижения изолированных включений нефти в природных материалах в условиях повышенной скорости фильтрации при сильном гидродинамическом напоре. Авторы этих исследований объясняют этот эффект, отталкиваясь от развитых в теории перколяции соображений о распределении изолированных включений по размерам, и полагают, что с увеличением гидродинамического напора некоторая часть достаточно больших включений изолированной фазы может приобрести подвижность.
В работах А.Я. Хавкина
[124, 125, 181, 184] показана возможность движения
изолированной нефти под
Оценим возможность увеличения подвижности изолированных капель остаточной фазы - ганглиев в поле упругих колебаний на модели движения межфазных менисков в поровых каналах, представленных системой поровых расширений, соединенных поровыми сужениями. Подобная модель поровой среды характерна, например, для хаотической упаковки шаров или для уплотненного кварцевого песка.
Рассмотрим отдельную "защемленную" в микропоре среды каплю нефти внутри водной фазы. Положение и устойчивость межфазной границы контакта нефти и воды в сужении порового канала (рис. 2.1.1) зависят от свойств жидкостей, поверхностного натяжения жидких фаз, адгезии жидкостей к твердой фазе, адгезионного натяжения , действующего со стороны твердого тела на единицу длины контура смачивания и препятствующего продвижению воды в глубь сужения. Если преодолеть энергетический барьер адгезионных сил сцепления нефти с твердой
Рис. 2.1.1. Положение межфазного мениска в поровом сужении фильтрационного канала среды:
1 - твердая фаза; 2 - вода; 3 - нефть
фазой, то угол избирательного смачивания становится острым и вследствие реализации капиллярных сил вода выталкивает нефть из сужения в более широкую часть порового канала.
Поскольку плотности фаз различаются, то при наложении на систему упругих колебаний естественно предположить возникновение инерционных сил, пропорциональных разности плотностей фаз и колебательному ускорению среды . Далее, если задать значение колебательного смещения порядка эффективного радиуса поровых каналов среды , то эти добавочные силы можно оценить как
(2.1.1)
Тогда условие
вибрационного преодоления
где - соответственно поверхностные натяжения на границах твердое тело - вода, твердое тело - нефть.
Выражая адгезионное натяжение атв - атн через работу сил адгезии как
(2.1.3)
где - безразмерный коэффициент, характеризующий свойства контактирующих фаз, получаем условие для оценки порогового значения колебательного ускорения среды при колебательных смещениях, соизмеримых с радиусами поровых каналов:
(2.1.4)
В гл. 3 при описании лабораторных исследований фильтрационных процессов в поле упругих колебаний будет rio-казано сравнение оцениваемых по выражению (2.1.4) величин для параметров нефти, воды и пористой среды, соответствующих условиям экспериментов, с пороговыми значениями колебательного ускорения, определенными опытным путем.
