25. Модели процессов вытеснения нефти водой. Характеристики моделей поршневого и непоршневого вытеснения нефти водой. Распределение насыщенности в пласте при вытеснении нефти водой.

Модель поршневого вытеснения.

Поршневое вытеснение – это идеальный случай вытеснения нефти, когда в пласте между нефтью и водой образуется четкая граница раздела, впереди которой движется только нефть, а позади – только вода, т. е. текущий ВНК совпадает с фронтом вытеснения (рисунок 9.6).

На рисунке 9.7 схематически показан профиль насыщенности при фиксированном положении фронта x_Ф.

По этой модели предполагается, что по пласту движется вертикальный фронт (граница) вытеснения, впереди которого нефтенасыщенность равна начальной (S₀ НАЧ. = 1- S_СВ.), а позади этого фронта остается полностью промытая зона с остаточной нефтенасыщенностью s_{н ост}. Перед фронтом фильтруется только нефть, а позади – только вода, в связи с этим на графике наблюдается резкий скачок нефтенасыщенности.

Согласно модели поршневого вытеснения, из обводнившихся пропластков нефть не извлекается – из них поступает только вода. В соответствии с этой моделью полное обводнение продукции скважин должно произойти мгновенно в момент подхода фронта вытеснения к скважинам.

Модель непоршневого вытеснения. В реальных нефтяных пластах, разрабатываемых при водонапорном режиме, вода обычно не заполняет полностью область, первоначально занятую нефтью. В этой области происходит одновременное движение вторгшейся воды и оставшейся, постепенно вымываемой нефти.

В этом случае происходит непоршневое вытеснение – это вытеснение, при котором за его фронтом движутся вытесняющий и вытесняемый флюиды, т. е. за фронтом вытеснения происходит многофазная фильтрация (рисунок 9.8).

Из-за действия капиллярных сил и неоднородности коллектора вытеснение нефти водой не носит поршневого характера. Вода постепенно замещает нефть в пласте, и поэтому в нем формируются несколько зон с различной насыщенностью порового пространства (рисунок 9.9).

В зоне I, ещё не охваченной заводнением, сохраняется начальная насыщенность коллектора. Часть порового пространства занимает неподвижная связанная вода, а в остальном объеме движется нефть. В зоне II под действием гидродинамических сил происходит замещение основного объема нефти в поровом пространстве на воду. Насыщенность резко возрастает от S_CB. до насыщенности на фронте вытеснения S. В этой зоне из порового пространства может быть вытеснено до 70 — 80 % нефти. В зоне III насыщенность меняется значительно медленнее. Здесь происходит доотмыв оставшейся нефти, и движется в основном вода. Даже при длительной промывке порового пространства водой в нем остается некоторое количество нефти, удерживаемой капиллярными и поверхностными силами. Классической моделью непоршневого вытеснения является схема Баклея-Леверетта (рисунок 9.10). В пласте предполагается движущийся фронт вытеснения. Скачок нефтенасыщенности на фронте вытеснения значительно меньше, чем при поршневом вытеснении (отрезок S_Ф на рисунке 9.10). Перед фронтом вытеснения движется только нефть, позади него – одновременно нефть и вода со скоростями, пропорциональными фазовым проницаемостям (вытеснение нефти происходит с остаточной нефтенасыщенностью заводненной зоны; в основу расчетов закладываются графики относительных проницаемостей).

Причем по мере продвижения фронта вытеснения скорости изменяются не только в зависимости от насыщенности в пласте, но и во времени. В момент подхода фронта вытеснения к добывающей скважине происходит мгновенное обводнение продукции до некоторого значения, соответствующего скачку насыщенности на фронте вытеснения S_Ф, а затем обводненность продукции увеличивается медленно.

Большинство реальных пластов, содержащих нефть и газ, являются неоднородными по геолого-физическим параметрам. Поэтому в моделях пластов следует учитывать эти особенности. В противном случае при проектировании разработки результаты расчетов будут сильно отличаться от фактических данных. В настоящее время применяют следующие модели неоднородных пластов.