2.3. Сжимаемость пород коллектора и пластовых жидкостей

Запас упругой энергии, освобождающейся при снижении давления, служит одним из основных источников движения нефти по пласту к забоям скважин.

В соответствии с законом Гука изменение объема жидкости выражается через объемный коэффициент упругости _ж. Он характеризует податливость жидкости изменению ее объема и показывает, на какую часть первоначального объема изменяется объем жидкости при изменении давления на единицу:

.

Знак «–» указывает на то, что объем жидкости увеличивается при уменьшении давления. Конечное приращение объема: V_ж = _жV_жр.

Коэффициент сжимаемости породы численно характеризует относительное уменьшение объема породы (по отношению ко всему выделенному элементу объема пласта) при снижении давления на 0,1 МПа:

.

Изменение (уменьшение) объема скелета породы определяется по формуле V_п = _пV_пр.

Упругий запас (по В.И.Щелкачову) – это количество жидкости, высвобождающейся в процессе отбора из некоторой области пласта при снижении давления до заданной величины, если высвобождение происходит за счет объемного расширения жидкости и уменьшении порового пространства пласта,

V_з = V_ж + V_п.

Коэффициент упругости пласта ^* показывает, какую долю от выделенного элемента пласта составляет объем жидкости, высвобождающейся из элемента пласта при снижении пластового давления на единицу:

^* = _жm + _п.

Общая сжимаемость системы, включающей породы и флюиды, насыщающие поры и пустоты, может быть представлена в виде суммы произведений насыщенностей и сжимаемостей всех флюидов в порах и сжимаемости пор:

_общ = _н_н + _в_в + _г_г + _п.

Эффективной сжимаемостью для данной фазы называется общая сжимаемость, отнесенная только к одной фазе.

Пьезопроводность – способность среды передавать давление. Упругие свойства пласта и насыщающих его жидкостей обуславливают перераспределения давления в пласте при изменении давления в любой его точке.

Перераспределение давления передается во все стороны не мгновенно. Скорость распространения изменения давления в пласте характеризуется коэффициентом пьезопроводности . Это комплексный коэффициент, который определяется по зависимости

,

где _ж – динамическая вязкость жидкости, мПас.

2.4. Молекулярно-поверхностные явления

К молекулярно-поверхностным явлениям относят поверхностное натяжение и краевой угол смачивания воды и нефти в пористой среде, которые влияют на фильтрацию многофазной жидкости.

Поверхностное натяжение на границе двух фаз характеризуется избытком энергии молекул поверхностного слоя по сравнению с равным объемом молекул, находящихся во внутреннем слое жидкости. Поверхностное натяжение  характеризуется силой внутреннего давления, втягивающей молекулу внутрь жидкости и направленной перпендикулярно к поверхности. Единица натяжения – ньютон на метр. Поверхностное натяжение можно также определять как работу, необходимую для образования 1 см² новой поверхности dS:

А = dS.

Смачиваемость может быть оценена как свойство флюида предварительно прилипать к поверхности породы или смачивать ее в присутствии других несмешивающихся жидкостей.

Краевой угол  находится в прямой зависимости от смачиваемости поверхности. Если краевой угол   90, то жидкость смачивает поверхность (рис.2.2).

По смачиваемости водой различают поверхности гидрофобные, несмачиваемые (рис.2.3, а), промежуточные (рис.2.3, б) и гидрофильные, смачиваемые (рис.2.3, в). С повышением температуры смачиваемость водой увеличивается и пористая среда гидрофилируется. В гидрофильной породе вода занимает поры малого размера и контактирует с поверхностью пород в больших порах. Нефть в такой системе находится внутри крупных пор. Для нефтяных залежей смачиваемыми фазами могут быть либо нефть, либо вода. Газ не является смачиваемой фазой. Смачиваемость может быть как однородной, так и неоднородной. В первом случае смачиваемость стенок пор всегда одинакова – 100 % (гидрофобной или гидрофильной). Порода характеризуется гетерогенной смачивамостью, с изменением смачиваемости от пор к порам.

Неоднородная сма­чиваемость может быть избирательной и смешанной. Смешанная смачиваемость характеризует систему, в которой нефть мигрирует в гидрофильном коллекторе, занимая большие пустоты и не заполняя самые мелкие. При этом смачиваемость может изменяться благодаря адсорбции полярных компонентов или разложению органических веществ, что превращает поверхность поры в гидрофобную.