4.3. Водонасыщенность и обводненность.

Рассмотрим два важных физических понятия, которые широко используются для описания и моделирования процессов, характеризующих извлечение нефти. Водонасыщенность и обводненность, оба слова однокоренные, корень «вода», но имеют совершенно разный физический смысл.

В главе 1 параграфе 1 было сказано, что коэффициент водонасыщенности определяет долю воды в поровом пространстве пласта и определяется как

(4.1)

Коэффициенты относительной фазовой проницаемости (а значит и фазовые проницаемости) зависят от коэффициентов насыщенности. Эта связь устанавливается интерпретацией лабораторных исследований керна. Для каждого литологического состава образца, состава и свойств флюидов будет «своя», индивидуальная зависимость. Обычно строят зависимость между коэффициентами относительных фазовых проницаемостей и коэффициентом водонасыщенности, рисунок 4.6.

Рис. 4.6. Экспериментально построенная зависимость между относительными фазовыми проницаемостями нефти k_н^*() и воды k_в^*() от коэффициента водонасыщенности . _св – коэффициент остаточной связанной воды, ^*- предельное значение коэффициента водонасыщенности, при котором фильтрация нефти прекращается.

Из рисунка 4.6 видно, что в интервале < <^* в пласте существует зона двухфазной фильтрации – нефть - вода. При k^*_н(^*) – фильтрация нефти прекращается и в пласте движется только вода. Значения коэффициентов связанной и предельной водонасыщенностей варьируются в широких пределах. Важно, что ^* всегда меньше 1.

По аналогии с коэффициентом обводненности глава 3 параграф 3.6.3., рассмотрим долю движущейся в пласте воды в общем объеме фильтруемой жидкости, обозначения оставим те же.

(4.2)

Здесь V_в, V_н – объемы воды и нефти в произвольном сечении пласта, q_в,,q_н – объемные расходы води нефти. Закону Дарси получим

, , (4.3)

где S - площадь фильтрации, v_в,, v_н скорости фильтрации воды и нефти, k, k^*_в, k^*_н - абсолютная и относительные фазовые проницаемости воды и нефти, - градиенты давлений воды и нефти.

Подставляя (4.3) в (4.2), получим

(4.4)

- отношение динамических вязкостей воды и нефти в пластовых условиях.

Если капиллярными эффектами на границе раздела фаз нефть – вода, пренебречь, то градиенты давлений равны. Такая модель называется моделью Бакли – Леверетта.

(4.5)

Функция f() называется функцией Бакли – Леверетта. Описывает непоршневое вытеснение нефти водой при известных функциональных зависимостях относительных фазовых проницаемостях от водонасыщенности.

Физический смысл функции Бакли – Леверетта - характеризует долю воды в фильтрационном потоке жидкости в произвольном сечении двухфазной зоны фильтрации. В поверхностных условиях f() равна коэффициенту обводненности. При =^* из (4.5) и рисунка 4.4, следует, что обводненность равна 1, а водонасыщенность меньше 1.

Таким образом, коэффициент водонасыщенности характеризует долю воды в поровом пространстве пласта, причем необязательно движущейся. Коэффициент обводненности определяется на поверхности после раздела продукции на воду и нефть, и соответствует доли воды в добытой жидкости.