Реология ньютоновских и неныотоновских нефтей; физические причины аномальных явлений; фильтрация аномальных нефтей.

Реология – наука, изучающая механическое поведение твердо-жидкообразных тел, структурно–механические свойства нефтей.

Для ньютоновских жидкостей уравнение Ньютона можно записать:

                                           dV/dt = τ/μ

    Уравнение, описывающее связь между касательным напряжением (τ) и скоростью сдвига (dV/dt), называется реологическим.

У ньютоновских жидкостей скорость сдвига пропорциональна касательному напряжению (давлению) и обратно пропорциональна вязкости жидкости. По аналогии с законом Гука: упругое поведение характеризуется пропорциональностью между напряжением и деформацией сдвига.

Вязкость ньютоновской жидкости (μ) зависит только от температуры, давления.

Рис. 1. Схема сдвига слоев жидкости

 

 Вязкость неньютоновской жидкости (μ) зависит от температуры, давления, скорости деформации сдвига и времени нахождения в спокойном состоянии.

Реологические характеристики нефтей в значительной степени определяются содержанием в них смол, асфальтенов и твердого парафина.

Вязкопластичное течение жидкости описывается уравнением Бингама:

τ = τ₀ + μ* (dV/dt)

где τ₀ – динамическое напряжение сдвига;

μ* – кажущаяся вязкость пластичных жидкостей

Движение вязкопластичных нефтей аппроксимируется степенным законом зависимости касательного напряжения (τ) от модуля скорости деформации (dV/dt):

τ = К(dV/dt)ⁿ

где К – мера консистенции жидкости;

n – показатель функции.

С увеличением вязкости величина консистенции жидкости возрастает. Линии консистентности для различных типов реологически стационарных неньютоновских жидкостей приведены на рис.2.

При n = 1, уравнение описывает течение ньютоновских жидкостей (рис.2 кривая 3), проявляющие упругие свойства. К ньютоновским жидкостям относятся, растворы индивидуальных углеводородов, смеси углеводородов до С₁₇, газоконденсатные системы, легкие нефти, молекулярные растворы.

Нефти с малым содержанием асфальто-смолистых веществ в зависимости от содержания парафина могут образовать структуру в статическом состоянии и проявлять аномалию вязкости. Такие нефти не могут быть отнесены к ньютоновским жидкостям. Аналогичные явления могут наблюдаться и при повышении обводненности нефти.

При n < 1 поведение нефти соответствуют псевдопластикам (кривая 2) – упруго-пластичной жидкости, которые текут как только приложено усилие (нефти и водонефтянные эмульсии при пониженных температурах). Примером могут служить нефти, компоненты которых склонны к образованию надмолекулярных структур, высокопарафинистые дегазированные нефти, высокополимерные буровые растворы и др. Псевдопластичные тела, имеющие предельные напряжения сдвига τ₀, ниже которого течение не происходит. Поэтому такие течения относят к твердообразным структурам. Пластичные свойства нефтей обусловлены образованием в их объеме структурной решетки из кристаллов парафина, для разрушения которой необходимо приложить дополнит усилие.

При n > 1 поведение нефти соответствует дилатантной жидкости (кривая 4) – вязко-пластические жидкости. Дилатантная жидкость, предел текучести равен 0, а вязкость с возрастанием скорости сдвига повышается. Примером могут служить буровые растворы, водные растворы полимеров для повышения нефтеотдачи, представляющие собой высокомолекулярные соединения со сложным строением молекул и др.

Псевдопластичная и дилатантная жидкости относят к структурированным жидкостям.

Реологическая кривая 1 (рис.2) относится к бингамовским пластикам – пластическая жидкость. Рис. 2. Виды линий консистентности: 1. – бингамовские пластики; 2. – псевдопластики; 3. – ньютоновские жидкости; 4. – дилатантные жидкости

 

В состоянии равновесия нефтяная система ведет себя как пластическая жидкость и обладает некоторой пространственной структурой, способной сопротивляться сдвигающему напряжению (τ), пока величина его не превысит значение статического напряжения сдвига (τ₀). После достижения некоторой скорости сдвига, нефть способна течь как ньютоновская жидкость. Примером пластической жидкости могут служить нефти с высоким содержанием парафина при температурах ниже температуры кристаллизации, аномально-вязкие нефти, с высоким содержанием асфальтенов, структурированные коллоидные системы, используемые для повышения нефтеотдачи пласта.

 

12. Давление насыщения нефти газом; способы определения; физические особенности фильтрации газированной жидкости.

Давлением насыщения называют max равновесное давление, при котором газ начинает выделяться из нефти при изотермическом ее расширении в условиях термодинамического равновесия. Давление насыщения зависит от соотношения объема нефти и объема растрастворенного газа, от их состава и пластовой температуры. При всех прочих равных условиях с увеличением молекулярной массы нефти (и плотности) этот параметр увеличивается. Осо6енно высокими Рн характеризуются нефти со значительным количеством растворенного азота. В природных условиях Рн может соответствовать Рпл или же быть меньше его. При первом условии нефть будет полностью насыщена газом, при втором - недонасыщена. Разница между Рн и Рпл может колебаться в значительных пределах - от десятых до десятков МПа. Для проб нефти, отобранной из одной и той же залежи, Рн часто бывает различным. Это связано с изменением свойств и состава нефти и газа в пределах залежи.

Давление насыщения и закономерности выделения газа изучают в лаборатории по пробам нефти, отобранный с забоя скважин. По результатам исследований можно сделать вывод, что в пластовых условиях на закономерности выделения газа из нефти оказывают влияния типы пород, количество остаточной воды и ее свойства и другие факторы, обусловленные законами капиллярности и физико-химическими свойствами пластовых жидкостей и горных пород. Влияние пористой среды на давление начала тесно связано с изменением углеводородного состава нефти в капиллярных каналах в результате адсорбции некоторых углеводородов на границе раздела и с зависимостью давления парообразования от смачиваемости поровых каналов пластовыми жидкостями.                              

Предполагается , что пузырьки газа при снижении давления вначале образуются у твердой поверхности, так как работа, необходимая для образования, пузырька у стенки (за исключением полного смачивания поверхности жидкостью), меньше , чем для его образования в свободном пространстве жидкости.                                       

Степанова обнаружила, что при очень незначительном выделении газа (сотые проценты) происходит эффект смазки и фазовая проницаемость по нефти аномально возрастает.

Когда мы облучаем породу ультразвуком, начинают выделяться пузырьки газа, контроль над этим процессом позволит регулировать фазовую проницаемость. Количество выделяющихся пузырьков зависит от скелета слагаемой породы, состава пласта. Отсюда можно заключить, что давление насыщения варьируется по пласту.

Кроме всего прочего, давление насыщения зависит от температуры и повышается с её ростом.

                               Р, МПа

                                          23

 

 

                                          17

                                                                                     Т°

Если давление насыщения приблизительно равно пластовому давлению, а мы будем закачивать холодную воду, то пластовая температура снизится, а, значит, газ может выделиться за счёт снижения давления.

 

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: