1 z J k 5 |
S 7 |
8 9 |
Рис. 120. Схема вытеснения нефти из прямолинейного пласта оторочкой дву окиси углерода, проталкиваемой водой:
1 — вода; 2 — тяжелый остаток; 3 — область смешения С02 и воды; 4 — распределение
концентрации С 02 в |
воде; 5 — оторочка С 02; 6 — распределение концентрации |
С 02 » |
|
нефти |
(без тяжелого |
остатка); 7 — область смешения С 02 и нефти; 3 — нефть; |
9 — свя |
занная |
вода |
|
|
Из трех указанных разновидностей технологии разработки нефтяных пластов с закачкой в них двуокиси углерода первая, т. е. вытеснение нефти оторочкой СОг, проталкиваемой водой, имеет преимущества перед остальными, так как по сравнению со второй требует меньших затрат двуокиси углерода и в более значительной степени обеспечивает вытеснение тяжелого остат ка нефти после экстракции из нее легких углеводородов. По сравнению с третьей разновидностью первая более универсаль на и позволяет извлечь большее количество нефти из пластов. Ведь рассчитывать только на эффект отрыва пленок тяжелой нефти от зерен породы не всегда надежно: такие пленки могут составлять очень незначительную долю остаточной нефти. За метим, что увеличению нефтеотдачи способствует также «раз бухание» нефти при растворении в ней СОг.
Рассмотрим расчетную модель процесса вытеснения нефти из пласта оторочкой двуокиси углерода, которая может быть жидкой, газообразной или находиться в закритическом состоя нии. Оторочка двуокиси углерода продвигается по пласту во дой (рис. 120). В обводненной части пласта остаются тяжелые фракции нефти, которые будем считать невытесняемыми вожой. На границе х=х* происходит конвективная, в том числе разно-
вязкостная, диффузия и образуется область смешения СО$ с нефтью длиной Однако в отличие от рассмотренного жроцесса вытеснения нефти полным ее растворителем в ©горочку С02 переходят из нефти только легкие углеводороды и уже в- области смешения образуется малоподвижный остаток шефш, состоящий в основном из смол и асфальтенов. Количеств© это го остатка зависит от компонентного состава нефти и, конечно, может быть различным у различных нефтей. Эта величина оп ределяется экспериментальным путем. Следует отметить, что
■при вытеснении некоторых нефтей, содержащих смолы и ас фальтены, сжиженным пропаном также может наблюдаться вы падение из нефти твердого остатка. Размер области смешения нефти и СОг описывается уравнением конвективной разновяз костной диффузии (VI.6) и расчет ее длины Ai=2A,i производят по формуле (VI. 10).
Важнейшая цель расчета параметров процесса разработки нефтяного пласта с использованием закачки в него оторочки ■СОг, продвигаемой водой, — определение необходимого размера оторочки.
Поэтому нужно учитывать факторы, приводящие в конце концов к ее исчезновению. Один из факторов — растворение в нефти—уже указан и рассмотрен. Второй фактор заключается в растворении С02 в контактирующей с ней воде, т. е. в диф фузии двуокиси углерода в воду, продвигающую оторочку СО2. Как уже было сказано, СОг растворяется не только в нефти, но и в воде. Вязкость двуокиси углерода, как видно из графика (см. рис. 118), при одних и тех же пластовых давлении и тем пературе меньше вязкости воды, равной около 10-3 Па-с. По этому в отличие от конвективной разновязкостной диффузии менее вязкой СОг в более вязкую нефть в области смешения СОг и нефти, на контакте вода — С02, градиент вязкости смеси
направлен против потока и конвективное проникновение |
воды |
в СОг будет меньше. Однако конвективная диффузия |
СОг в |
воду все же будет происходить. Поэтому примем, что на кон такте вода — СО2 происходит односторонняя конвективная диф фузия по направлению против потока движущихся в пласте веществ. Влиянием разновязкостной диффузии будем пренебре гать, считая конвективную диффузию обычной.
На границе х = хв (см. рис. 120) концентрация СОг в воде будет равна предельной равновесной концентрации СОг в воде при данных пластовом давлении и температуре. На границе области смешения х= х в— удельная концентрация СОг в во де с2 = 0.
При расчете размера области смешения СОг и углеводород ной части нефти введем, аналогично тому, как это сделано в предыдущем параграфе, подвижную координату \\= х —W \ t , а для расчета области смешения воды и СОг — подвижную коор
динату £2 = *—w 2 t , где W \ — скорость движения |
координаты х *, |
||||
где концентрация СОг в нефти составляет 0,5, |
a w2— скорость |
||||
движения кординаты х= хв. |
двуокиси |
углерода в |
воде с2 |
||
Распределение концентрации |
|||||
будем искать в виде |
|
|
|
|
|
М £ ,т) - се2[ 1 + - § - - ^ |
2\23(т) |
• |
|
|
(VI. 14) |
где 0 2 — концентрация |
двуокиси |
углерода |
в воде на |
границе |
|
ее с углекислотой. |
|
|
|
|
|
222
Уравнение конвективной диффузии двуокиси углерода в во ду имеет вид
^ - 15>
Имеем
дс2 |
_ 3 |
/ |
123 |
* \ |
dX2 |
|
дх |
— 2 V |
[Х2* |
52j |
dx ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
(VI.16> |
d2c2 |
_ |
3^2 |
|
|
|
|
^ 22 |
“ |
V |
• |
|
|
|
Подставляя |
выражения (VI.16) в (VI.15) и интегрируя ле |
|||||
вую и правую части уравнения (VI.15) от Х2 до 0 по |
получим |
|||||
K2 = (8DET)V\ |
|
|
(VI.17> |
|||
Суммарный объем Уув двуокиси углерода, диффундировав шей в воду к моменту времени t, определится следующим об разом:
|
о |
|
Уув = bhmsa2j* с2 (£2, т) drc= |
|
|
|
-к |
|
= |
bhtnctzsX2= 1,0607b/imsa2 (D^)1/2. |
(VI.18> |
где |
s — водонасыщенность в обводненной области |
пласта. |
П р и м е р VI.2. Прямолинейный пласт длиной /=500 м, шириной &= 250 м, |
||
общей |
толщиной Л0=15 м предполагается разрабатывать путем |
вытеснения |
нефти оторочкой двуокиси углерода, продвигаемой водой. Коэффициент охвата пласта процессом г|2= 0,8. Пористость пласта т = 0,25, вязкость насыщающей
пласт нефти ц„= 4-10-3 Па-с, вязкость углекислого газа в пластовых условиях. (ху = 0,05-10-3 Па-с, насыщенность связанной водой sCB=0,05. Нефть содержит 20% по объему смол и асфальтенов. При вытеснении нефти оторочкой С02 смолы и асфальтены примерно наполовину вытесняются из пласта, а остальная их часть осаждается в пористой среде и не движется. Поэтому можно при нять, что в водонасыщенной части пласта остаточная нефтенасыщенность (на сыщенность смолами и асфальтенами) sH= 0,l и, следовательно, водонасыщен ность s = 0,9.
Расход закачиваемой в пласт углекислоты и затем воды, приведенный к пластовым условиям, составляет «7=400 м3/сут.
Требуется определить объем оторочки углекислоты VOT исходя из тогоусловия, что к моменту подхода к концу пласта х=1 середины области сме
шения СОг и нефти в пласте не остается |
чистой |
двуокиси |
углерода. Kw= |
|||
= 0,1 м; /(*1=2,45-105 м/(Па*с). |
|
|
|
|
||
Определим прежде всего скорость фильтрации в пласте. Имеем |
||||||
а |
400 |
м |
|
м |
|
|
v ~~bh~= |
250-15-0,8 = |
° . 1333 — = |
1,543-10-е |
|
|
|
Истинную скорость в области смешивания нефти и СОг определяем по- |
||||||
формуле |
|
|
|
|
|
|
|
v |
I ,543-10-в |
|
^ |
-в |
м |
ш= /ц(1 — 5HOCT— sCD) = |
0,25(1 — 0,1 — 0,05) = |
7’261' 10 6 |
“ • |
|||
223-
Отсюда время |
t* подхода сечения с концентрацией с=0,5 к концу пласта |
|||
определяется следующим образом: |
|
|
||
I |
500 |
6 >886107 с = |
797 сут. |
|
**= ~йГ== 7,261 ■Ю-6 = |
||||
Параметр |
|
|
|
|
2,45 -Юб-3,95-10-3 |
484 м. |
|
|
|
ip = ------------g------------- = |
|
|
||
Коэффициент конвективной диффузии |
|
|||
Х)£ = 10-9 + 0,1 -7,26 -10-в = 7,271-10-7 м*/с . |
|
|||
По второй асимптотике, т. е. по формуле |
(VI. 13), имеем |
|||
Aj = (96-484-7,271 • 10~7• 6,886-107)1/3= |
132,5 |
м. |
||
При уточнении по полной формуле получим Ai = 133 м.
Среднее количество С02 в зоне смеси ее с нефтью определяем по формуле
^ср — bhm( 1 — 5Ност — sCB) Aj |
0,25-250-12-0,85-133 |
= 42,39-103 м3. |
||
Поровый объем пласта, охваченный процессом воздействия двуокисью |
||||
углерода: |
|
|
|
|
Von = bhml = 0,25 • 250 ■12• 500 = |
375 • 103 м3. |
|
|
|
Учитывая незначительную растворимость С02 в воде по сравнению с ее |
||||
растворимостью в нефти, полагаем, что в сечении |
| 2= 0 |
в воде |
будет раство |
|
ряться 5% С02. Следовательно, а2=0,05. Объем |
углекислоты, |
растворенной |
||
в воде к моменту времени t= t *, определим по формуле |
(VI.18). Имеем |
|||
Уув = |
1,0607-0,25-250-12-0,9-0,05(7,271-10-7-6,886-107)1/2==253,3 м3. |
Всего будет затрачен на оторочку объем С02, равный |
|
Уу = |
42 3 9 0 + 253,3 = 42,65-Ю3 мз. |
По отношению к поровому объему пласта это составляет 11,4%.
§ 3. ВЫТЕСНЕНИЕ НЕФТИ ИЗ ПЛАСТОВ ВОДНЫМИ РАСТВОРАМИ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
При вытеснении нефти из пласта смешивающимся с ней ве ществом кардинально решается проблема полной ликвидации поверхности раздела между нефтью и веществом-вытеснителем, «исчезают» капиллярные силы, нефть растворяется в этом ве ществе, в результате чего можно полностью извлечь ее из обла сти пласта, охваченной процессом вытеснения. Но нельзя ли при обычном заводнении каким-либо образом снизить поверх ностное натяжение на границе нефти с водой в пористой среде, улучшить смачиваемость водой поверхностей зерен породы с тем, чтобы пленки лучше отмывались от пород и под воздейст вием потока воды перемещались к добывающим скважинам?
Оказывается, такая возможность в принципе имеется. Если добавить к закачиваемой в пласт воде поверхностно-активное вещество (ПАВ), то можно существенно снизить поверхност-
224