11.5. Фильтрация газированной жидкости

Одним из распространенных видов подземного движения жидкостей и газов является совместное движение в пористой или трещиноватой среде жидкости и растворяющегося в ней газа. Такое движение происходит при разработке нефтяных залежей на режиме истощения. Нефть, как сложная смесь различных углеводородов, содержит в своем составе самые легкие углеводороды, объединяемые под общим названием «попутный» газ. При определенных давлении и температуре в пласте газ будет полностью растворен в нефти, которая в этих условиях будет представлять собой одну фазу. Если же в процессе разработки залежи давление в пласте при постоянной температуре уменьшается и станет ниже давления насыщения нефти газом, в пласте появляется кроме жидкой еще и газовая фаза.

Одним из простых видов подземного движения газированной нефти является ее установившееся движение. Такое движение может осуществляться, если на входе в пласт конечных размеров подавать в определенной пропорции нефть и газ, а на выходе из этого пласта извлекать нефть и газ в той же пропорции. В отдельных точках пласта и в пласте в целом насыщенность нефтью и газом, конечно, будет отличаться от пропорции, в которой подаются в пласт и извлекаются из него нефть и газ.

Рассмотрим в качестве примера установившуюся фильтрацию газированной жидкости, пользуясь представлениями теории фильтрации многокомпонентных систем.

Газ в целом условно принимается за одно вещество (первый компонент), а полностью дегазированная нефть — за второе вещество (второй компонент). Кроме того, считается, что в любой момент времени в любой точке пласта газожидкостная система находится в термодинамическом равновесии.

Если сравнивать фильтрацию однофазной и газированной жидкости, то дебит однофазной жидкости будет больше дебита газированной жидкости. В данном случае наличие газа в пористой среде приводит к снижению дебита скважины. Однако если взять перепад давления при движении однофазной жидкости равным 9,81*10⁶ Па (100 кгс/см²), что может быть обеспечено при достаточно большом пластовом давлении, то при таком перепаде давления дебит нефти, движущейся в пласте при режиме растворенного газа, был бы больше дебита однофазной жидкости. Это происходит из-за того, что наличие большого количества газа, растворенного в нефти, приводит к значительному снижению вязкости нефти, что снижает фильтрационное сопротивление более существенно по сравнению с ростом сопротивления движению нефти из-за наличия в пласте газовой фазы.

11.6. Влияние силы тяжести на подземное движение нефти и газа

На жидкости и газы, насыщающие нефтегазоносные пласты, всегда действует сила тяжести. В течение геологических периодов времени с начала формирования залежей нефти и газа, происходило гравитационное разделение веществ, насыщающих пласты. В результате этого в соответствующих условиях образовались залежи нефти с «газовыми шапками», произошло разделение нефти и воды. При разработке месторождений, содержащих нефть, газ и воду, нарушается естественное состояние, в котором находилось месторождение, и сила тяжести начинает перемещать флюиды в разрабатываемых объектах.

Разделение веществ, насыщающих нефтяные пласты, под действием силы тяжести оказывает существенное влияние на разработку пластов. Действие силы тяжести проявляется в пластах особенно существенно в случае притока нефти к скважинам, вскрывшим нефтяной пласт с подошвенной водой, или при эксплуатации скважин, вскрывших нефтяную часть пласта при наличии в нем газовой шапки. В этих условиях могут образоваться водяные, газовые или двойные (газоводяные) конусы. При эксплуатации скважины эксплуатирующей нефтяной пласт, подстилаемый водой, т.е. при наличии притока жидкости к ней, давление на различных расстояниях от оси скважины будет различным. Это вызовет деформацию водо-нефтяного контакта и подтягивание конуса воды к забою скважины. При остановке скважины конус воды осаждается.