ОПРЕДЕЛЕНИЕ нефте -, водонасыщенности горных пород

При формировании нефтяных и газовых залежей в естественных резервуарах происходит процесс вытеснения воды, содержащейся в системе пустотного пространства пород, нефтью или газом. Однако при этом удаляется только свободная вода, тогда как пленочная вода, вода тонких капилляров и углов пор остается в породе. Таким образом, только часть порового пространства пород-коллекторов заполнена нефтью или газам.

Решая вопросы, связанные с нефтеотдачей пласта, необходимо знать количество остаточной воды. Качество-остаточной воды имеет важное значение при искусственном заводнении нефтяного пласта с целью увеличения нефтедобычи. Так, С. Л. Закс (1947) указывает на важность обработки нагнетаемой в пласт воды, чтобы при контакте ее с остаточной водой избежать выпадения в пласте осадка, способного закупорить поровые каналы.

Содержание остаточной воды обычно выражают в процентах от суммарной емкости пор. Оно может меняться от нескольких процентсв до 70% и более. В большинстве хорошо проницаемых песчано-алевритовых коллекторов эта содержание нефти составляет 15-25%.

Количества остаточной воды в породах-коллекторах в значительной мере зависит от характера структуры порового пространства, содержания и типа глинистых минералов.

Остаточная вода, находясь в поровой системе горных пород- коллекторов, занимает часть их объема. Разность объемов, занимаемых открытыми порами и остаточной водой, характеризует полезную емкость коллектора. Выраженная в процентах к объему породы она по существу отражает эффективную (полезную) пористость, а отнесенная к объему открытого порового пространства - степень нефтегазонасьпценности, иначе характеризует коэффициенты нефтегазонасьпценности. Эффективная пористость равна произведению пористости открытой на коэффициент нефтегазонасьпценности.

При водонасыщенности пласта, превышающей содержание остаточной воды, пласт содержит и свободную воду. Эта вода принимает участие в движении пластовой жидкости к забоям эксплуатационных скважин и может извлекаться на поверхность.

Остаточная вода может быть адсорбционной, или физически связанной, капиллярной или; содержаться в углах пор.

Образование адсорбционной воды на поверхности грунтовых частиц обусловливается как химическими, так и физическими силами, которые по своей природе являются силами электрическими.

Вода углов пор может быть также названа капиллярно разобщенной водой или капиллярно неподвижной грунтовой водой. Н. М. Герсеванов (1937) определяет влажность грунта, содержащего воду углов пор, как состояние защемленной воды в грунте. При увеличении влажности пород капиллярные поры нацело заполняются водой. В этом случае капиллярная вода подразделяется на собственно капиллярную и подвешенную воду. Схема распределения воды в капиллярах почвы приведена на рис. 1. Содержание остаточной воды в плате определяется, не только структурой порового пространства породы, но и влиянием емкости поглощения пород, что в свою очередь относится к глинистым породам с большой емкостью поглощения. В этом случае количество связанной воды находится в некоторой зависимости от физико-химических факторов.

При разном составе поглощенных оснований и при одной и той же структуре пород содержание прочно связанной воды может быть различным: Экспериментальные данные подтверждают, что величина гигроскопичности грунтов изменяется в зависимости от состава обменных катионов (Роде, 1952). Вода, взаимодействующая с твердой поверхностью породы, называется связанной, потому, что ее дипольные молекулы, потеряв под взаимодействием силового поля твердой поверхности породы часть степеней свободы движения ориентируются и располагаются более стройно и плотно, С постоянным переходом от свободного состояния к связанному по мере приближения к твердой поверхности. Чем больше суммарная поверхность соприкосновения породы с водой, тем большего содержания воды следует ожидать в пласте.

Слои воды, находящиеся на разном расстоянии от поверхности твердых частиц, неравноцены по своему физическому состоянию и неоднородны по химическому составу. Некоторую часть воды в подобных системах обычно называют связанной водой, отличая ее от воды свободной, не подверженной влиянию дисперсной фазы.

В разбавленных системах - суспензиях и коллоидных растворах - связывание жидкости с дисперсными частицами обнаруживается в уменьшении скорости оседания этих частиц и в увеличении внутреннего трения системы. В сцементированных и: не сцементированных горных породах связывание жидкости с дисперсными частицами сказывается в уменьшении живого сечения капилляров, что приводит к уменьшению фильтрации флюидов через пористые среды.

Для гидрофильных систем количество связанной воды во много раз превышает количество твердой фазы. Из присутствующих в осадочных породах дисперсных систем такой высокой способностью связывать воду обладают минеральные коллоиды - глинистые минералы, особенно пины группы монтмориллонита.

Прочно связанная вода не способна растворять в себе растворимые вещества (соли, сахар и т. д.). Она лишена электропроводности, имеет плотность выше единицы, не замерзает при охлаждении до .:-78С, ее диэлектрическая постоянная равна 2-2,2 (Роде, 1952; Пирсон, 1961). Наибольшее содержание влаги, обладающей всеми этими свойствами, по большей части несколько ниже величины максимальной гигроскопичности.

Образование адсорбированной воды может происходить одновременно на поверхности минеральных частиц, внутри их кристаллических решеток и вокруг адсорбционного слоя ионов. На (прил. 1) представлено распределение адсорбированной воды в частицах монтмориллонита. А. Ф. Лебедев (1936), исходя из состояния воды и ее подвижности, выделяет в породах воду кристаллизационную и химически связанную, гироскопическую, пленочную, гравитационную, парообразную и в твердом состоянии.

К категории воды, содержащейся в тонких капиллярах, относится вода, находящаяся в капиллярно неподвижном и стыковом (контактная) состояниях. Вода, находящаяся в более крупных поровых каналах, имеет капиллярно-подвижное, четочное и капиллярно-легкоподвижное состояние. Ее движение осуществляется главным образом за счет капиллярных (менисковых) сил.

Толщина слоя

Толщина слоя связанной воды обусловлена сферой действия электромолекулярных сил и взаимоотношением связанной воды мельчайших капилляров (Андрианов, 1946)., В литературе опубликован ряд работ, касающихся изучения толщины тонких смачивающих слоев жидкости. Однако большинство их относится к измерению толщины тонких слоев жидкости на плоской твердой поверхности.

Толщина слоя связанной воды зависит от гидрофильности минерального скелета, от внешних условий (относительной влажности, давления, температуры), от условий равновесия между силой, отнимающей воду, и силой, связывающей воду у твердой поверхности, от присутствия тех или иных катионов, от степени концентрации электролитов в пластовой воде, а также от размеров частиц породы.

Исходя из особенностей образования нефтяных газовых месторождений, а также характера смачиваемости пород, обычно считают, что связанная вода может находиться в пленочном состоянии, Когда она окружает поверхность обломочных зерен; в виде менисков в случае нахождения на контактах минеральных зерен; в виде капель на поверхности зерен, что бывает при малом ее содержании в породе и при гидрофобных свойствах составляющих породу частиц; она также находится в тонких поровых каналах, удерживаемая капиллярными силами.

Распределение остаточной воды даже в пределах образца керна может быть неоднородным, в особенности при наличии различных по гранулометрическому составу разностей пород, что находит отражение в различии электросопротивлений отдельных участков керна. В пластовых условиях они возрастают.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: