Свойства горных пород, пластовых жидкостей и газов

Свойства как горных пород, так и пластовых жидкостей и газов определяют прежде всего путём исследования глубинных образцов пород-кернов, отобранных из пластов во время бурения скважин, а также жидкостей и газов, поднятых с забоев скважин. Однако эти свойства можно определить и путём обработки данных о физических, физико-химических, гидродинамических и механических процессах, происходящих в пластах при их разработке, а также при геофизических, гидродинамических и других исследованиях. При расчётах процессов разработки нефтяных месторождений требуются не только те свойства горных пород, жидкостей и газов, которыми они обладали в начальном состоянии пласта, но и какими они могут обладать в изменившихся условиях при осуществлении методов извлечения углеводородов из недр. Поэтому свойства горных пород, жидкостей и газов познаются не путём проведения простых «определительских» работ, а в результате исследований.

Рассмотрим свойства пластовых жидкостей и газов. Пластовые нефть и газ –

сложные смеси веществ, главным образом углеводородов. Важную роль в процессах разработки нефтяных месторождений играет вода, содержащаяся в пористых средах пластов. При осуществлении методов повышения нефтеотдачи в пласты закачивают весьма разнообразные вещества, которые не содержались ранее в пластах: двуокись углерода, кислород, азот и др. При добыче из нефтяного месторождения нефти и газа фазовое состояние насыщающих пласт углеводородов может измениться, например, из нефти выделится газ при уменьшении давления. Изменение пластовой температуры также приводит к изменению фазового состояния веществ, насыщающих пласт. При разработке месторождений необходимо знать это фазовое состояние с тем, чтобы количественно прогнозировать отбор нефти, газа и воды из месторождения и управлять процессом его разработки.

При расчёте фазового состояния веществ, насыщающих пласт, нефть представляют как смесь ограниченного количества условных компонентов, объединяющих некоторые группы индивидуальных веществ. Наиболее простой и распространенный способ такого представления нефти заключается в разделении её на два условных компонента: «нефть» и «газ».

При добыче нефти из месторождения фазовое состояние насыщающих пласт углеводородов может измениться. Например, в результате падения пластового давления из нефти выделяется газ и соотношение нефть – газ в пласте изменится.

При этом с практически оправданной точностью считают, что в изотермических условиях () газ как условный компонент растворяется в условной нефти по закону Генри, т.е.

, (4.55)

где V_гр – объём растворённого газа в нефти в начальный момент времени; V_н.о – объём дегазированной нефти; р – давление; a – коэффициент растворимости.

Если начальное содержание пластовых углеводородов таково, что на объём дегазированной нефти V_н.о приходится ограниченный объём V_гро растворённого в ней газа, то при некотором давлении р_нас весь газ будет растворён в нефти. Это давление называют давлением насыщения.

Таким образом,

. (4.56)

Следовательно, при в пласте существует однофазная жидкость, а при – двухфазная, состоящая из нефти и газа. Причем соотношение компонент в двухфазной смеси зависит от р_пл.

Задача расчёта фазового состояния пластовых веществ существенно усложняется в неизотермических условиях и при закачке в пласт неуглеводородных веществ. Конечно, фазовое состояние любой многокомпонентной системы можно определить экспериментальным путём в лабораторных условиях. Однако в процессах извлечения нефти из недр состав пластовых веществ, давление и температура могут изменяться не только в пласте в целом, но и от точки к точке. Практически невозможно экспериментально изучить все условия, которые могут сложиться в пластах, и поэтому необходимо уметь рассчитывать фазовые состояния, опираясь на отдельные, «базовые» эксперименты.

Составим уравнения фазовых концентраций. Пусть N – масса всех компонентов в некотором объёме V, N_г – масса всех компонентов в паровой фазе (в газе) и N_ж – масса всех компонентов в жидкости. Тогда

. (4.57)

Если разделить левую и правую части выражения (4.57) на сумму молекулярных масс всех компонентов, содержащихся в объёме V, то получим

, (4.58)

где n_м – число молей компонентов в объёме; n_{м г} и n_{м ж} – число молей соответственно в газе и жидкости.

Насыщенность порового пространства жидкой фазой определяется по формуле:

. (4.59)

Для того чтобы найти насыщенность s жидкой фазой рассматриваемого объёма V, следует использовать значения кажущихся плотностей каждого из компонентов. Кажущейся плотностью r_{i к} называется плотность компонента, когда он растворён в жидкой фазе. Имеем

. (4.60)

Плотности веществ изменяются с давлением и температурой. Значения плотностей и характер их изменения с давлением и температурой можно найти в специальной литературе.