Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Роль капиллярных явлений в процессах вытеснения нефти водой.




Читайте также:
  1. Абсолютная энтропия веществ и изменение энтропии в процессах
  2. Аксиологический подход в изучении педагогических явлений
  3. Б16 В2 Использование имитационного моделирования в инвестиционных процессах.
  4. Вероятности вылива нефти при авариях однокорпусных и двухкорпусных танкеров
  5. Взаимосвязи индексов. Индексный метод выявления роли отдельных факторов динамики сложных явлений.
  6. ВЗАИМОСВЯЗИ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
  7. Взаимосвязь индексов связанных явлений.
  8. Возможные объемы разлива нефти на нефтетерминалах морских портов
  9. ВОПРОС 1. Передача нотариусом заявлений физических и юридических лиц.
  10. Вопрос. Вещественный состав нефти и природных газов. Основные свойства и промышленные классификации нефти(Билет№6)

При извлечении нефти запасы пластовой энергии расходуются на преодоление различных сил:

1) вязкого трения (гидравлическое сопротивление);

2) адгезионных;

3) капиллярных и др.

Капиллярные силы возникают вследствие того, что в пористой среде на уровне водо – нефтяного контакта (ВНК) вместо раздельного фронта движения образуется смесь воды и нефти или газа и нефти. При этом жидкости в капиллярных каналах разбиваются на столбики и шарики, так называемые чётки, которые на время могут закупорить поры пласта вследствие действия капиллярных сил (рис. 2.4.16).

А Б

Рис. 2.4.16. Схема образования чёток жидкости в капилляре в зависимости от порядка смачивания:

А – чётка смачивающей жидкости; Б – несмачивающей.

Рассмотрим перемещение чётки нефти в цилиндрическом гидрофильном капилляре, заполненном водой (рис. 2.4.17).

Рис. 2.4.17. Схема движения единичной чётки нефти в гидрофильном капилляре.

Поскольку капилляр гидрофильный (с точки зрения полноты вытеснения нефти это наиболее благоприятный случай), его стенки покрыты пленкой воды, которая со стороны чётки испытывает давление, равное σ/r (случай плоской поверхности по формуле Лапласа).Под действием капиллярных сил сама чётка нефти будет стремиться принять шарообразную форму, оказывая давление на мениск между нефтью и водой:

.

Однако в процессе движения чётки, в результате действия гистерезисных явлений, мениски будут испытывать деформацию. Поэтому радиусы их кривизны и краевые углы смачивания изменятся, причем неодинаково. Так, на рис.2.4.17 краевые углы и наступающий и отступающий, соответственно, следовательно, должно выполняться условие > > .

Обозначим соответствующие этим углам радиусы кривизны менисков R' и R". Тогда капиллярные давления, создаваемые этими менисками будут направлены внутрь чётки и равны:

. (2.4.10)

Таким образом, разность этих давлений будет определять результирующее капиллярное давление чётки, и именно оно будет определять силу, противодействующую внешнему перепаду давления, причем, как видно из рисунка, практически всегда направленную против движения жидкости:

. (2.4.11)

В практических задачах, конечно, неудобно оперировать изменяющимися радиусами кривизны менисков, поэтому, учитывая, что R cosq = r, из (4.11) получим:



. (2.4.12)

Эффект Жамена. В реальных пористых средах пластовые флюиды движутся в капиллярах переменного сечения. Рассмотрим случай, когда перемещение четки нефти или газа в окружении воды происходит в сужающемся капилляре (рис. 2.4.18). Заполняя капилляр, чётка деформируется так, что радиусы кривизны правого и левого менисков существенно различаются. Поэтому, даже если суженная часть капилляра является очень узкой, но потенциально проницаемой, может произойти закупорка капилляра. Это можно объяснить тем, что в соответствии с формулой (2.4.11) в цилиндрическом капилляре даже очень малого сечения разность обратных значений радиусов кривизны будет величиной, возможно, очень большой, но конечной. В случае же, когда только один из радиусов бесконечно мал, капиллярное давление становится бесконечно большим. Это явление при движении газоводонефтяных смесей в пористых средах называют эффектом Жамена.

Рис. 2.4.18. Иллюстрация эффекта Жамена .

Учитывая, что газоводонефтяные смеси образуются в фильтрационных потоках на протяжении сотен метров, гистерезисные и такие явления, как эффект Жамена могут существенно сказаться на процессе вытеснения нефти. Следует правда отметить, что вследствие сжимаемости газа и упругости жидкости эти эффекты могут быть менее значительными при высоких пластовых давлениях. Кроме того, в реальной пористой среде с хаотичным распределением поровых каналов всегда есть возможность движения по обходным порам.



Прыжки Хейнса. Еще более сложные процессы происходят в капиллярах переменного сечения, один из примеров которого схематично изображен на рис. 2.4.19. В таком капилляре мениск периодически изменяется, сжимаясь и растягиваясь в зависимости от сечения, в которое он попадает, причем в сечениях а и с положение мениска будет устойчивым, а между ними – неустойчивым.

 

Рис. 2.4.19. Иллюстрация эффекта "прыжки Хейнса".

При повышении давления в таком канале жидкость будет задерживаться в устойчивых сечениях, пока не преодолеет капиллярное давление, а затем скачком перейдет в расширяющийся участок поры. Это явление называют "прыжки Хейнса". Однако в реальных пористых средах оно, так же как и эффект Жамена, слабо сказывается на процессе фильтрации в целом. Тем не менее, в некоторых случаях, эти эффекты могут привести к дополнительным потерям энергии на преодоление больших и меняющихся капиллярных сил.

В заключении отметим, что при расчетах реальных фильтрационных процессов, когда учет капиллярных сил необходим, пользуются усредненной формулой для капиллярного давления в пористой среде:

, (2.4.12)

где r – средний радиус поровых каналов среды.

 

В гидрофильной пористой среде капиллярные силы становятся большими в мелких порах, в результате чего по ним продвигается вода, попадая в нефтяную часть, а нефть по крупным порам частично попадает в водную часть, что приводит к фрактальному виду водонефтяного контакта. В случае макронеоднородых коллекторов происходит языковый прорыв воды, в результате которого за фронтом вытеснения остается значительное количество нефти.



 

Вопросы для закрепления.

1. Сформулируйте правило Антонова.

2. Дайте «силовое» и «энергетическое» определения коэффициента поверхностного натяжения.

3. Как зависит коэффициент поверхностного натяжения от температуры и давления?

4. Что такое избирательной смачивание?

5. Дайте определение краевого угла избирательного смачивания.

6. Выведите уравнение Юнга.

7. Что такое работа адгезии? Единицы измерения.

8. Выведите и проанализируйте уравнение Дюпре - Юнга.

9. Какой физический смысл имеет работа когезии?

10. В чем заключается понятие теплоты смачивания?

11. От каких факторов зависит явление статического гистерезиса смачивания?

12. В чем различие наступающего и отступающего углов смачивания?

13. В чем состоит причина возникновения кинетического гистерезиса смачивания?

14. В чем проявляется капиллярное давление на искривленной поверхности раздела фаз?

15. Запишите и поясните физический смысл формулы Лапласа.

16. Выведите формулу для высоты поднятия жидкости в сферическом капилляре.

17. В чем состоит явление капиллярной пропитки?

18. Выведите и поясните формулу для капиллярного давления при вытеснении нефти водой.


Дата добавления: 2014-10-31; просмотров: 199; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2022 год. (0.014 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты