Теоретическое и экспериментальное исследование течения растворов электролитов в глинистых коллекторах

• Автор: Чагиров, Павел Станиславович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Особенности течения растворов электролитов в глинистых коллекторах

1.1. Состояние исследований по теме диссертации

1.2. Ионообменные процессы на границе между раствором электролита и глинистым минералом

1.3. Механизмы осмотического набухания и дезагрегации глинистых минералов.

1.4. Влияние степени минерализации и ионного состава электролита на изменение структуры порового пространства и ёмкостных параметров глиносодержащих пластов
Глава 2. Перколяционная модель течения электролита в глиносодержащей пористой среде
2.1. Влияние электрокинетических явлений на процесс течения в пористой среде. Отклонение от линейного закона фильтрации при низких скоростях течения
2.2. Влияние минерализации и ионного состава вытесняющего агента на относительные фазовые проницаемости глиносодержащих пластов и кривые капиллярного давления
2.3. Модель двухфазной плоскорадиальной фильтрации с учетом капиллярного давления, минерализации и состава водной фазы
2.4. Моделирование циклической закачки раствора электролита в глиносодержащий пласт
Глава 3. Экспериментальное исследование течения растворов электролитов в глинистых коллекторах
3.1. Исследование закона течения при низких градиентах давления
3.1.1. Описание установки. Определение порометрической кривой. Погрешности измерения
3.1.2. Определение зависимости скорости фильтрации раствора электролита от градиента давления. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными
3.2. Исследование влияния минерализации и ионного состава растворов электролитов на фильтрационные свойства глиносодержащих пород
3.2.1. Описание установки. Подготовка образцов глин
3.2.2. Определение зависимости проницаемости пласта от времени закачки и прокаченного объема растворов электролитов. Анализ полученных результатов..
Заключение
Приложение
Теоретическое определение верхней границы применимости закона Дарси
Список используемой литературы

Введение
Актуальность исследования. Породы-коллекторы нефти и газа в той или иной мере содержат в себе различные глинистые минералы. В процессе их разработки часто происходит нарушение гидрохимического равновесия в системе «флюид-порода». В результате глинистые минералы изменяют свой объем, что в значительной степени влияет на фильтрационно-ёмкостные свойства коллекторов. Следовательно, изучение процесса течения жидкостей в глиносодержащих пористых средах имеет важное значение для оптимизации разработки нефтяных месторождений.
На сегодняшний день существует большое количество малых и средних по запасам месторождений, находящихся на завершающей стадии разработки с высокой обводненностью продукции. Рентабельность разработки таких месторождений низкая, следовательно, весьма актуальна задача снижения обводненности продукции и увеличения дебитов по нефти без вовлечения существенных вложений.
Продуктивность нефтяных и приемистость нагнетательных скважин, в числе других факторов, зависят от проницаемости породы-коллектора по отношению к соответствующим флюидам. Следовательно, снижение проницаемости коллекторов, вызванное разбуханием глин, приведет к снижению темпов извлечения нефти. В связи с этим, при проектировании системы поддержания пластового давления на сегодняшний день рекомендуется добиваться полного соответствия ионного состава и минерализации закачиваемой воды с пластовой с целью минимизации эффекта разбухания глин [1, 2]. В то же время промысловый опыт [3, 4, 5, 6] указывает на существование положительных эффектов от закачки воды другой минерализации, не схожей с пластовой как по количеству растворенных солей, так и по их составу. К таким положительным эффектам относят выравнивание фронта вытеснения, рост коэффициента вытеснения, снижение обводненности скважинной продукции и, как следствие, рост коэффициента извлечения нефти (КИН) [7].

Таким образом, возникшая неоднозначность в рекомендациях по выбору состава закачиваемой воды приводит к необходимости детального исследования данной проблемы как с точки зрения физики явления, так и в плане оптимизации разработки нефтяных месторождений.
Цель работы: построение модели течения раствора электролита в
глиносодержащей пористой среде, учитывающей наличие двойного электрического слоя, ионообменных и осмотических процессов на границе между раствором и глинистым минералом.
Основные задачи исследования:
1. Изучение влияния осмотических и ионообменных процессов, а также электрокинетических явлений на процесс течения флюидов в глиносодержащих пористых средах.
2. Получение зависимостей фильтрационно-ёмкостных свойств глинистых коллекторов от ионного состава и минерализации закачиваемой жидкости.
3. Проведение расчетов технологических показателей разработки глиносодержащих пластов по модели двухфазного течения, учитывающей капиллярные силы, тип глинистых минералов коллекторов, ионный состав и минерализацию вытесняющего агента.
4. Проведение экспериментов по течению раствора электролита в глиносодержащей пористой среде при низких скоростях фильтрации. Сравнение теоретических зависимостей с полученными экспериментальными результатами.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является инвазионное двухфазное течение системы «нефть-раствор электролита» в глинистых коллекторах. Предмет изучения - поведение фильтрационно-

течение дисперсной системы замедляется в результате электростатического взаимодействия частиц, а также роста их эффективного радиуса. Вязкость такой системы описывается следующим уравнением
( ЕгС Л
+ а(р + а<р л ■—
(1.18)
V 4л- г ац0 ,
где а — удельная проводимость жидкости, с — диэлектрическая проницаемость среды.
Установлено, что при размере частиц г = 10'8 м в дистиллированной воде второй член превышает первый скр в десять раз.
В экспериментальной работе [96] определялись размеры частиц, содержащихся во взвеси различных глинистых водных растворов. Опыт был проведен на образцах иллитов, каолинитов и монтмориллонитов. Методом дифракции рентгеновских лучей было установлено, что размер частиц колеблется в пределах от 10 до 12 мкм, причем размер частиц не зависит от типа глинистого минерала. Можно сделать вывод, что размер глинистых частиц, образующихся при дезагрегации глинистых минералов, одинаков. Также в работе установлено, что объемная концентрация частиц колеблется в пределах от 4% для каолинитов до 10% для иллитов.
Важно отметить, что на величину дзета-потенциала в уравнении (1.18) будет влиять концентрация растворенного электролита и тип электролита.
Рост объемной концентрации глинистых частиц в растворе и увеличение концентрации электролита приводит к коагуляции частиц и, как следствие, их укрупнению и осаждению. В работе [54] экспериментально установлено, что коагуляция частиц глин в дисперсной среде происходит также вследствие снижения дзета-потенциала и уменьшения диффузионного слоя ДЭС. В дисперсной системе, состоящей из частиц глин размером от 2 до 10 мкм, в дистиллированной воде коагуляция не происходит. С добавлением в систему электролита наблюдается снижение дзета-потенциала вплоть до достижения