Механизм вытеснения нефти из пласта водой и газом. Эффект Жамена

       В результате, как показывают данные опытов, из нефтенасыщенных образцов при погружении их в воду вытесняется не более 30— 40% (редко 50% и больше) нефти, даже если время пребывания их в воде длительное. Образующиеся же при этом смеси затрудняют последующее вытеснение нефти из зон пласта, охваченных водой. Следовательно, капиллярные процессы пропитывания водой в пластах, обладающих неоднородностью по площади и по вертикали, способствуют уменьшению нефтеотдачи, значительно ухудшая условия вытеснения нефти водой.

       Резюмируя сказанное о роли капиллярных  сил в зоне совместного движения воды и нефти, необходимо отметить, что задача — следует ли увеличивать или уменьшать величину капиллярных сил так же, как и многие другие задачи физики вытеснения, не имеет однозначного ответа. В условиях зернистых неоднородных коллекторов, как мы видели, процессы перераспределения нефти и воды под действием капиллярных сил могут способствовать преждевременным нарушениям сплошности нефти в нефтеподводящих системах капилляров в зоне совместного движения нефти и воды, помогая формированию водо-нефтяных смесей в поровом пространстве, что сопровождается значительным уменьшением нефтеотдачи. В трещиноватых коллекторах нефтеотдача блоков повышается при нагнетании в залежь воды, способной интенсивно впитываться в породу под влиянием капиллярных сил.

       3.Эффект Жамена

       Эффект Жамена– этовозникновение в пористой среде дополнительного противодавления вследствие того, что поровый канал представляет собой структуру капилляров переменного радиуса и формы. Неравенство радиусов кривизны менисков создает те дополнительные силы, которые проталкивают газожидкостную смесь в поровом объеме.

       По  результатам наблюдения за движением  воды и нефти в пористой среде видим, что в области водо-нефтяного контакта вместо раздельного фронтового движения образуется смесь воды и нефти. Жидкости в капиллярных каналах разбиваются на столбики и ша рики, которые на время закупоривают поры пласта вследствие проявления капиллярных сил. Подобное образование смеси наблюдалось и в единичных капиллярах.

       Чтобы представить механизм проявления капиллярных  сил при движении водонефтяной смеси, остающейся позади водо-нефтяного контакта, рассмотрим условия движения столбика воды в цилиндрическом капилляре, заполненном и смоченном водой (рис. 3).

       Рисунок3. Схема деформации капли в капилляре.

       Под действием капиллярных сил столбик  воды будет стремиться принять шарообразную форму, оказывая при этом давление р на пленку нефти между стенками капилляра и столбиком воды: 

где  σ — поверхностное натяжение на границе нефть — вода;

      R— радиус сферической поверхности столбика воды;

      r — радиус ее цилиндрической поверхности.

       Под действием давления, развива емого менисками, происходит отток жидкости из слоя, отделяющего столбик воды от стенок капилляра, продолжающийся до тех пор, пока пленка не достигнет равновесного состояния. Эти пленки обладают, по-видимому, аномальными свойствами, в частности повышенной вязкостью, и поэтому они неподвижны. Следовательно, с началом движения столбика воды в капилляре возникает сила трения, обусловливаемая давлением воды на стенки капилляра. Кроме того, прежде чем столбик воды сдвинется с места, мениски на границах фаз деформируются и займут положение, изображенное на рис. 3 пунктирными линиями. При этом капиллярное давление, создаваемое менисками, станет равным соответственно для левого и правого менисков:

       Разность  этих давлений будет создавать силу, противодействующую внешнему перепаду давлений (р₁ — р₂): 

       Учитывая, что 

       получим 

       Описанное явление, сопровождающееся возникновением дополнительных сопротивлений при движении пузырьков газа и несмешивающихся жидкостей в капиллярных каналах, впервые исследовано Жаменом и названо его именем. Многочисленные эффекты Жамена возникают также при движении газоводонефтяных смесей в пористой среде. Величина дополнительного сопротивления и капиллярного давления для единичных столбиков может быть и невелика. Но в пористой среде столбики и четки образуются в больших количествах и на преодоление капиллярных сил затрачивается значительная часть пластовой энергии. Капиллярные силы способствуют уменьшению проницаемости фаз.

       В пористой среде водонефтяная с месь движется в капиллярах переменного сечения, при этом происходит деформация капель и четок. При переходе глобул и шариков нефти, воды или газа из широкой части канала в суженную вследствие неравенства радиусов кривизны менисков возникает противодавление 

где R₁и R₂— радиусы кривизны менисков глобул в суженной и расширенной части канала.

       Водонефтяные  смеси могут образовываться на протяжении десятков и сотен метров. Если бы эффект Жамена проявлялся в пласте так же интенсивно, как и в цилиндрических капиллярах, движение жидкостей в пористой среде было бы затруднено. По-видимому, эффект Жамена в пласте в значительной степени ослабляется вследствие сжимаемости газовых пузырьков и упругости жидкости и пород пласта. При этом происходит сдвиг не сразу всей массы смеси, а отдельных ее участков. Кроме того, в каналах неправильной формы жидкости могут иметь обходные пути между стенками каналов ипузырьками воды или газа.

       Список  использованной литературы

       1. Гиматудинов Ш.К. Физика нефтяного и газового пласта. – М.: Недра, 1971.

       2. Котяхов Ф.И. Физика нефтяных и газовых коллекторов. – М.: Недра, 1977.