Физика нефтяного пласта

Физическая сущность явлений адсорбции в нефтегазовых пластах; удельная поверхность и минералогический состав пласта; изотермы сорбции.

Адсорбция - Поглощение поверхностным слоем тела (адсорбентом) газа, жидкостей или растворенных в них веществ. Используется при очистке нефтепродуктов.
В нефтегазовых пластах, в основном, явление адсорбции наблюдается при фильтрации флюида:
Выпадение АСПО;
Образование пленочной нефти на поверхности пор;
Образование пленок воды на поверхности гидрофильной породы.
Явление адсорбции наблюдается также в случае применения ПАВ в процессах вытеснения. В результате адсорбции ПАВ, изменяется гидрофильность породы, что положительно сказывается на коэффициенте вытеснения нефти из коллектора.
В таких случаях наблюдается непрерывное замедление фильтрации со временем полной закупорки поровых каналов. А также, эффект затухания фильтрации нефти исчезает с увеличением перепадов давлений и повышение температуры до 65 С. С повышением депрессии до некоторого предела происходит размыв образованных ранее слоев. Это одна из причин нарушения закона Дарси (нелинейный характер зависимости расхода от депрессии) при изменении режима фильтрации углеводородных жидкостей в пористой среде. Аналогичные явления наблюдаются в промысловой практике – дебиты скважин уменьшаются вследствие образования в пласте парафиновых отложений. Чтобы улучшить, прогревают призабойную зону или обрабатывают кислотами. Следует отметить, что явление затухания фильтрации со временем не свойственны большинству пластов и скважины эксплуатируются многие годы.
Под удельной поверхностью (Sуд.) горных пород понимают суммарную поверхность всех ее зерен в единице объёма породы или суммарную свободную поверхность частиц в единице объёма (Sуд. = F/V, м²/м³).
Удельная поверхность характеризует степень дисперсности породы, более обобщенно, чем гранулометрический состав. Величина её выражается одним численным значением, а не функцией распределения фракций.
Если пористая среда, через которую происходит фильтрация жидкости крупнозернистая с относительно небольшой удельной поверхностью, роль молекул жидкости, адсорбированных на поверхности зёрен и защемлённых в углах их контакта невелика. Число молекул жидкости, связанных с породой, соизмеримо мало с числом молекул жидкости, движущийся в порах породы.
Если пористая среда, через которую происходит фильтрация жидкости тонкозернистая и имеет большую удельную поверхность (например, глины), число поверхностных молекул жидкости возрастает и становится соизмеримым с числом молекул жидкости, перемещающихся в объёме порового пространства. В этом случае молекулярно-поверхностные силы начинают играть значительную роль
С увеличением дисперсности удельная поверхность породы возрастает. Наибольшую удельную поверхность имеют глины. Чем больше мелких частиц пород в гранулярных коллекторах, а следовательно, и мелких пор, тем больше их удельная поверхность.
Основные черты строения коллекторов нефти и газа зависят от их происхождения, но происхождение в данном случае — лишь начало, которым обусловливаются многие свойства пород. В формировании коллекторов наряду с происхождением большое значение имеют вторичные процессы, а для терригенных пород, кроме того, их минералогический состав. Образование терригенных осадков схематически представляет собой процесс разрушения земной коры и концентрирование возникших в результате этого обломочных материалов. При этом в обломочные материалы могут входить обломки самой породы, частицы исходных минералов, а также продукты, прошедшие не только механическое дробление, но и химическую перестройку.
В процессе такой дезинтеграции первоначальный минералогический состав материнской породы нарушается, и вновь образованные осадочные породы имеют иной состав.
Минералогический состав пород влияет на их коллекторские свойства через гранулометрический состав, который при прочих равных условиях определяется неодинаковой прочностью минералов.
Изотерма сорбции — представленная графически зависимость концентрации вещества в неподвижной фазе от его концентрации в подвижной при постоянной температуре. Угол наклона изотермы сорбции определяет коэффициент распределения вещества между фазами.
Для описания сорбции ПАВ в элементе пласта обычно применяют два вида изотерм сорбции — изотерму Лэнгмюра и изотерму Генри. Для первой из них

где а и b — коэффициенты, определяемые экспериментальным путем.
Вторую изотерму сорбции получаем из первой в том случае, если коэффициент b очень мал.

Благодаря изотерме сорбции рассчитывают распределение водонасыщенности и концентрации ПАВ в пласте при непоршневом вытеснении нефти водным раствором ПАВ с учетом сорбции ПАВ на основе уравнений.
Однако более просто это определить для поршневого вытеснения нефти водным раствором ПАВ. ПАВ, адсорбируясь в пласте, занимает область координата границы сорбировавшегося в пласте ПАВ или фронта сорбции.

15.