6. Основные гидродинамические модели

Основные гидродинамические модели разработки залежей при вытеснении нефти водой (водонапорный режим):

1 модель поршневого вытеснения нефти водой;

2 модель непоршневого вытеснения нефти водой.

Поршневое вытеснение нефти водой - 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 водонефтяной контакт (ВНК) совпадает с фронтом вытеснения.

Р ассмотрим процесс поршневого вытеснения нефти водой из прямолинейного однородного пласта проницаемостью k_i, пористостью m, толщиной h_i, шириной В и длиной l. Начальное положение ВНК определяется координатой l, а текущее в момент времени t — координатой x_вi(t), где соответствующие давления составляют р_о и р. На пласт создан постоянный перепад давления Δр=р₁—p₂, где р₁, р₂ — постоянные давления соответственно на контуре (входе) пласта и на галерее (выходе) (остальные поверхности непроницаемые). Жидкости несжимаемыми, взаимно нерастворимыми и химически не реагирующими одна с другой и с пористой средой. Плоскость контакта нефти и воды вертикальная (для пласта с проницаемостью в вертикальном направлении k=0 или при плотности нефти равной плотности воды ρ_н=ρ_в). Вязкости нефти μ_н и воды μ_в различны. В пласте выделяются водяная, заводненная и нефтяная зоны. В водяной и заводненной зонах движется вода, а в нефтяной зоне - нефть. До начала вытеснения насыщенность неподвижной связанной водой в нефтяной зоне составляла S_св. В заводненной зоне остаточная нефтенасыщенность постоянна и равна S_{н ост}, а связанная вода неподвижна и смешивается с закачиваемой водой. Скорости фильтрации во всех 3-х зонах будут одинаковыми, т.к. поток несжимаем и неразрывен. Скорость фильтрации и расход изменяются (увеличиваются с уменьшением фильтрационного сопротивления) во времени с перемещением ВНК, следовательно, движение жидкости неустановившееся. Искривленное (горизонтальное) положение ВНК по отношению к галерее приводит к более быстрому обводнению галереи по подошве наклонного пласта. В реальных условиях неизбежны возмущения на границе раздела и проявление вязкостной неустойчивости вытеснения. Неустановившееся движение жидкостей вызывает изменение давления в разных точках пласта. В случае сжимаемых жидкостей такое перераспределение давления приводит к изменению скоростей движения. Влиянием сжимаемости на процесс вытеснения пренебрегаем, т.к. время перераспределения давления значительно меньше, чем время вытеснения из-за сжимаемости жидкостей.

19. Основные гидродинамические модели

Основные гидродинамические модели разработки залежей при вытеснении нефти водой (водонапорный режим):

1 модель поршневого вытеснения нефти водой;

2 модель непоршневого вытеснения нефти водой.

Непоршневое вытеснение нефти водой - вытеснение, при котором за его фронтом движутся вытесняющий и вытесняемый флюиды, т. е. за фронтом вытеснения происходит многофазная фильтрация.

1 – нефть; 2 – вода.

Рассмотрим механизм вытеснения нефти водой из микронеоднородных гидрофильных пористых сред. В чисто нефтяной зоне пористой среды перед фронтом внедрения воды движение нефти происходит непрерывной фазой под действием гидродинамических сил. По крупным поровым каналам нефть движется быстрее, чем по мелким. На фронте внедрения воды в нефтяную зону, в масштабе отдельных пор, движение воды и нефти полностью определяется капиллярными силами, так как они превосходят гидродинамические силы на малых отрезках пути. Вода под действием капиллярных сил устремляется с опережением преимущественно в мелкие поры, вытесняя из них нефть в смежные крупные поры до тех пор, пока разобщенные крупные поры не окажутся со всех сторон блокированными водой. В крупных порах образованных непрерывными каналами, вода будет двигаться по ним с опережением. Отставшая нефть из мелких пор под действием капиллярных сил также переместится в обводненные крупные поры и останется в них в виде отдельных глобул. Мелкие поры заводнены, а крупные остаются в разной степени нефтенасыщенными. В зоне пористой среды, между передним фронтом внедряющейся воды и задним фронтом подвижной нефти идет совместная фильтрация воды и нефти. Вода движется по непрерывным заводненным каналам, обтекая уже блокированную нефть в крупных порах, а нефть перемещается в незаводненной части среды. Соотношение скоростей движения воды и нефти определяется распределением пор по размерам, водонасыщенностью и объемом нефти, блокированной в крупных порах заводненной части среды, а также распределением пор, объемом нефти и связанной воды в нефтенасыщенной части среды. За задним фронтом подвижной нефти нефтенасыщенность обусловлена наличием нефти в разрозненных, крупных, блокированных водой порах. Непрерывных, нефтенасыщенных каналов, вплоть до добывающих скважин, в этой зоне нет, нефть является остаточной, неподвижной. Но нефть в глобулах не теряет способности двигаться при устранении капиллярных сил.

Теории поршневого и непоршневого вытеснения нефти водой разработаны применительно к модели однородного пласта. Реальные пласты неоднородны по толщине (h) и по длине (l). При использовании моделей поршневого и непоршневого вытеснения пласт разбивают на отдельные элементарные объемы прямолинейного пласта длиной l, общей толщиной h и шириной b. Для каждого элементарного объема строится своя модель слоисто-неоднородного пласта. В результате расчетов определяют текущую добычу нефти, воды; обводненность продукции; текущую и конечную нефтеотдачу для одного элемента системы разработки и для месторождения в целом.