Физические основы применения химических реагентов при заводнении нефтяных пластов

8.1. ТЕМА: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ ПРИ ЗАВОДНЕНИИ НЕФТЯНЫХ ПЛАСТОВ


ПЛАН

1. 
   Физические основы использования химических реагентов при закачке воды в нефтяные пласты.
   
2. 
   Вывод системы уравнений двухфазной фильтрации с активной примесью.
   
3. 
   Движение скачков насыщенности и концентрации.
   
4. 
   Вытеснение нефти раствором активной примеси.
   

1. При вытеснении нефти водой значительная часть нефти остается в пласте неизвлеченной. Низкая нефтеотдача при заводнении связана с особенностями гидродинамики водонефтяной системы в пористой среде.
Капиллярные силы, действующие на границе между водой и нефтью, защемляют нефть, препятствуя ее вытеснению. Поскольку вязкость нефти больше вязкости воды, более подвижная вода стремится прорваться через нефть к добывающим скважинам. Неоднородность пласта приводит к тому, что вытеснение происходит в основном из высокопроницаемых зон, в низкопроницаемых зонах остается много нефти. Поэтому в настоящее время разрабатываются и внедряются в практику методы повышения нефтеотдачи пластов. Суть физико-химических методов состоит в добавлении в вытесняющую воду химических реагентов и растворителей, улучшающих гидродинамические условия вытеснения. При заводнении нефтяных пластов используют полимеры, поверхностно-активные вещества (ПАВ), углекислый газ, минеральные соли, спирты, мицеллярные растворы. Близки по механизму процессы вытеснения нефти и выпавшего в пласте газового конденсата углеводородными и углекислотными растворителями.
Однако несмотря на широту спектра применяемых при вытеснении нефти химических реагентов, по своему влиянию на гидродинамику водонефтяной системы в пористой среде они похожи друг на друга. При добавке полимеров в закачиваемую воду происходит увеличение ее вязкости и уменьшение фазовой проницаемости, несколько уменьшается остаточная нефтенасыщенность. При вы­теснении нефти карбонизированной водой (водным раствором углекислого газа) в процессе растворения СО₂ в нефти уменьшается поверхностное натяжение на границе раздела фаз, снижается остаточная нефтенасыщенность, увеличивается фазовая проницаемость нефти и снижается ее вязкость, увеличивается вязкость воды. При добавлении ПАВ в нагнетаемую воду происходит уменьшение поверхностного натяжения и снижение остаточной нефтенасыщенности.
Таким образом, механизм эффективного вытеснения нефти различными химическими реагентами в значительной степени состоит в изменении вязкостей фаз, фазовых проницаемостей, капиллярного скачка давления между фазами. Относительные фазовые проницаемости и вязкости фаз зависят от концентрации с химического реагента в водном растворе:

Такая унифицированность действия различных химических реагентов на механизм вытеснения позволяет их объединить под названием активная примесь. Многие процессы заводнения нефтяных пластов с использованием химических реагентов рассматриваются в рамках математической модели вытеснения нефти раствором активной примеси. Процессы вытеснения нефти и выпавшего в пласте газового конденсата различными растворителями с учетом межфазного массообмена также описываются в рамках математической модели, близкой к модели вытеснения нефти раствором активной примеси.