6.4. Влияние пластовых и электрически заряженных компонентов на динамику перемещения нефти

Различия в скорости фильтрации электрически заряженных час­тиц и скорости движения основного флюида в низкопроницаемом коллекторе приводят к формированию электрически заря­женных областей с объемами порядка нескольких сотен кубических метров. Объемные заряды создают переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, изменяет дисперсность и заряды кол­лоидных частиц, а также вызывает электрофоретические эффекты, усиливающие изменение скоростей движения коллоидных частиц. При этом, как следует из лабораторных экспериментов, в по­ристой среде могут возникать значительные градиенты потенциала (вплоть до нескольких тысяч В/м), которые существенно влияют на электрохимическую картину взаимодействия флюида с поверхно­стью.

При этом носи­телями отрицательного заряда скелета будут являться распределен­ные в породе глинистые минералы, а носителями положительно за­ряженных частиц в смеси будут являться как ионы, так и металлосодержащие коллоидные частицы тяжелых компонентов нефти.

Возникновение электрических полей в нефтегазоводяной смеси изменяет дисперсность ее частиц, что проявляется в изменении проницаемости за счет кольматации-декольматации поровых каналов твердыми частицами или газовыми микропузырьками и компенсиро­вании капиллярного гистерезиса. Высокая чувствительность процес­сов коагуляции и пептизации к электрическим полям возможно является очень важным фактором для фильтрации нефтегазоводяной смеси. Образование объемных зарядов порождает электрические поля, которые распространяются со скоростью света и изменяют условия движения флюида на далеких расстояниях от места первичного фор­мирования, что может вызывать диспергирование нефти вдали от контакта нефть-закачиваемая вода ввиду сильной чувствительности коллоидных растворов к внешним воздействиям, а также возможной необратимости изменений, происходящих в таких системах под действием внешних факторов.

Уравнение фильтрации должно быть модифици­ровано с учетом распределенных по объему сил F₁ действия электри­ческого поля Е и градиентом электрического поля F₂, действующие на диэлектрик движущуюся жидкость. Диэлектрическая по­стоянная воды ( = 81) значительно больше, чем у нефти ( = 2), то F₂ кратно выше для воды, или капель воды в эмульсии, чем для нефти, что может приводить к разделению нефтегазоводяной смеси уже соб­ственно в нефтяном коллекторе. Для характерных размеров областей объемных зарядов более 1 м, величина электростатического давления будет превышать 0,001-0,05 МПа, что сопоставимо с величиной капиллярного гистерезиса, удерживающего нефтяные ганглии.

6.5. Особенности наноразмерного механизма регулирования взаимодействия глинистого материала и флюидов в пластовых условиях

Глинистые минералы это вещества способные к набуханию (т.е. к увеличению своего объема в воде), способные к диспергированию (т.е. к дезинтеграции), способные связывать воду, способные обрати­мо поглощать катионы, обладающие высокой удельной поверхностью на единицу веса вещества.

Можно выделить две существенно различные, с точки зрения поведения глинистых коллекторов, задачи. Первая задача касается оценки поведения пород, содержащих глинистые минералы, при вне­дрении в пласт воды с минерализацией отличной от пластовой, осо­бенно более пресной. Вторая задача касается условий дезинтеграции глинистых включений, мобилизации и миграции тончайших мине­ральных частиц. В первой группе задач особенно инте­ресны ситуации, учитывающие действие эффективного (расклини­вающего) давления на массив породы.

При заводнении нефтяных пластов изме­нение гидрохимического режима пласта приводит к трансформациям кристаллических структур глинистых минералов. Кроме того, частички глин мобилизуются потоком флюида, образуя под­вижную суспензию. Эти частички, механически фиксируясь в поровых каналах, создают за счет своего не успевающего компенсиро­ваться высокого заряда поверхности обратный электроосмотический поток, тормозящий фильтрацию.

Набухание (или диспергация) зависит не только от емкости ион­ного обмена, но и от плотности поверхностного заряда. При одинако­вом объемном содержании различных глинистых минералов требует­ся различное количество реагента для регулирования набухания. По­этому в 1984г. было предложено использовать, кроме коэф­фициента объемной глинистости (Кгл), коэффициент активной гли­нистости (Кгл^а), который подсчитывается как отношение физико-химической активности глинистой смеси к физико-химической ак­тивности Са-монтмориллонита. Значения Кгл^а приве­дены в таблице 4:

Таблица 4

Значения для различных типов глин

№	Образец глины
1	Аскангель	0, 879
2	Гидрослюда	0, 138
	Каолинит:
3	глуховицкий	0, 025
4	Na	0, 069
5	K	0, 057
6	Ca	0, 059
7	Fe	0, 027
	Монтмориллониты:
8	Na	0, 416
9	K	0, 425
10	Ca	1
11	Fe	0, 643
	Бентониты:
12	черкасский	0, 790
13	пыжевский	0, 759
14	огланлинский	1, 045
15	азкамарский	0, 489
16	гильаби	0, 743
17	гумбрин	0, 890
18	сагирюхский	0, 499
19	келесский	0, 683
20	таганский	0, 666
21	андреевский	0, 622
22	герасимовский	0, 678
23	смышляевский	0, 444
24	нурлатский	0, 476
25	биклянский	0, 347
26	листвинский	0, 622
27	славянский	1, 069
28	побиянковский	0, 876
29	горбский	0, 543
30	кил	0, 949
31	жабинский	1, 107

Известно, что глиносодержащий пласт обладает начальным гра­диентом давления, который тем больше, чем выше степень набухания глины.

По мере увеличения концентрации электролита появляется кон- курирующий внедрению протонов процесс - внедрение катионов в межплоскостное расстояние с вытеснением ассоциированных молекул воды, вследствие чего расстояние между слоями глинистого минерала уменьшается, поскольку размер катиона значительно меньше размера ассоциатов воды. В концентрированных растворах электролитов в межплоскостное пространство могут поступать только катионы электролитов, и процесс набухания глин не происходит. Набухшую глину можно вернуть практически в исходное состояние путем увеличения концентрации катионов в растворе. В пользу такого протонного_(наноразмерного) механизма набухания глин говорит известный экспериментальный факт, что при набухании глины в дистиллированной воде увеличивается рН.

Учитывая активное взаимодействие глин с закачиваемой водой, подчеркивалось, что технические методы воздействия на глиносодержащие пласты должны сочетаться с физико-химическим воздействием на глинистую составляющую.

Опытно-промышленньге работы магнитного воздействияй на закачиваемый флюид проведены в Татарии на Ромашкинском месторождении. Средняя удельная приемистость при закачке сточной воды возросла после установки устройства более чем в 1,3 раза, а при закачке пресной воды - более чем в 2 раза. Кроме того, увеличение приемистости скважин привело к большей надежности трубопроводов - трубопроводы скважин, обо­рудованные магнитными устройствами, не замерзали в зимнее время, хотя на соседних нагнетательных скважинах приходилось прогревать трубопроводы из-за замерзания. Результаты наблюдений за скважи­нами показали, что эффект увеличения приемистости сохраняется в течение нескольких месяцев после снятия магнитных устройств для обработки воды, что также подтверждает ионнообменный ме­ханизм этой технологии (т.е. нанотехнологии).