Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Проектирование разработки

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
17.13 Mб
Скачать

Последовательность закачки оторочек химических реагентов следующая: предото.рочка (20 % от объема пор дренируемой части пласта), оторочка мицел­ лярного раствора (5—10 % от объема пор пласта), буферная оторочка из поли­ мерного раствора (40—100 % от объема пор). Вслед за буферной оторочкой вплоть до окончания испытания или внедрения метода закачивается техни­ ческая вода. Общий объем закачиваемых агентов составляет 1,5—2,0 объема пор.

Предоторочка, применяемая для подготовки пласта к закачке мицеллярного раствора, понижает концентрацию двухвалентных ионов (особенно кальция и магния) в пластовой воде и в обменном комплексе минералов, способствуя сохранению свойств мицеллярного раствора. Получают ее при добавлении в воду поваренной соли. Вода можетбытьтехническая или специально умягченная щелоч­ ными растворами. Концентрация поваренной соли может изменяться от Одо 2 %.

Оторочка полимерного раствора закачивается как буферная, предохраня­ ющая размывание оторочки мицеллярного раствора. Вязкость полимерного раствора на контакте с мицеллярным раствором выбирается таким образом, чтобы вязкости или коэффициенты подвижности при этом были равными. Для экономии полимера проектируется «ступенчатая» оторочка раствора полимера, уменьшается концентрация раствора полимера от максимальной на контакте с оторочкой мицеллярного раствора до нулевой концентрации на контакте с про­ талкивающей водой (пресной, пластовой или морской).

Предложено несколько модификаций технологии использования мицелляр­ ных растворов.

Первая модификация — закачка углеводородных мицеллярных растворов, а технология общая.

Вторая модификация — закачка многоводных мицеллярных растворов с не­ большим содержанием углеводородной основы (керосина и др.) — около 10—20 %.

Третья модификация метода: исследования фазового поведения мицелляр­ ного раствора показали, что при смешивании его с водой, раствором полимера и нефтью в ряде случаев изменяется соотношение количества водной и углеводо­ родной фаз в них. Однако при этом сульфонаты не переходят в водную фазу и нефть.

При смешивании мицеллярного раствора с водой происходит перераспре­ деление изопропилового спирта (содетергента) между водной фазой мицелляр­ ного раствора и контактирующей с ним водой, что может существенно повлиять на свойства мицеллярного раствора. Последний может разложиться, рассло­ иться. В связи с этим в предоторочку и, в первую порцию, раствора полимера добавляется изопропиловый спирт в концентрации, равной его концентрации в мицеллярном растворе. Цель применения такой технологии мицеллярного заводнения — создание благоприятных условий для сохранения целостности оторочки мицеллярного раствора.

Вытеснение нефти серной кислотой

Нефтяная промышленность использует в основном сернокислотные отходы нефтеперерабатывающих заводов — алкилированную серную кислоту (АСК). Ее состав: 10—13 % сульфокислот со средней молекулярной массой 258, 5—7 % смолисто-масляных веществ и 80—85 % серной кислоты. Вязкость АСК соста­ вляет 46 мПа-с.

Технология метода несложная. У нагнетательной скважины в емкостях накапливается АСК в объеме, необходимом для образования 0,1—0,3 % от объ­ ема пор обрабатываемого участка пласта (500—2000 м:1). Затем насосами вся кис­ лота единовременно закачивается в пласт, после чего нагнетательная скважина подключается к общей системе заводнения. В дальнейшем обработанная серной кислотой скважина эксплуатируется на тех же режимах, что и остальные нагне­ тательные скважины месторождения.

Вытеснение нефти двуокисью углерода

Двуокись углерода закачивают во внутриконтурные нагнетательные сква­ жины в следующих видах:

|) йодного раствора заданной концентрации (карбонизированная вода);

303

2) оторочки жидкой пли газообразной двуокиси углерода;

3) чередующихся оторочек жидкой или газообразной

двуокиси углерода

и воды.

и эксперименталь­

Первая технология — малоэффективная. Теоретические

ные исследования показывают, что карбонизированная, вода быстро обедняется и вытеснение нефти происходит практически обычной водой.

Вторая технология более эффективная, но в неоднородном коллекторе при вытеснении нефти происходят прорывы двуокиси углерода в добывающие сква­ жины. Во избежание этого производится периодическая закачка воды и дву­ окиси углерода малыми порциями, примерно равными по объему в пластовых условиях (третья технология применения метода).

При периодической многократной закачке воды и двуокиси углерода пласт равномерно охватывается воздействием, в результате чего появляются возмож­ ности маневрирования процессом закачки двуокиси углерода.

Объем оторочки в пересчете на 100 %-ную концентрацию двуокиси углерода принимается от 0,1 до 0,2 (реже до 0,3) объемов от объема пор дренируемой части пласта.

§ 9. КОНТРОЛЬ ЗА ОСУЩЕСТВЛЕНИЕМ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ РАБОТ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДА

Для определения эффективности реализации рассмотренных методов вы­ теснения нефти и для контроля за процессом разработки до начала и в процессе закачки агента проводят комплекс геолого-промысловых, геофизических, гидро­ динамических и физико-химических исследований нагнетательных, добывающих, наблюдательных, оценочных скважин.

На опытном участке выбирают опорные (наблюдательные), нагнетательные и добывающие скважины, по которым выполняют полный комплекс исследований. Опорные скважины размещаются на участке равномерно.

Объем и виды промысловых и лабораторных исследований до и после начала опытно-промышленных работ предусматриваются технологической схемой или программой испытания и внедрения методов в зависимости от применяемого спо­ соба повышения нефтеотдачи пластов.

В общем случае до начала и в ходе проведения опытно-промышленных работ необходимо выполнить следующие исследовательские работы:

геофизические исследования по вновь пробуренным и контрольным скважи­ нам (стандартный промыслово-геофизический комплекс, применяемый на данном месторождении, включая электрические, радиоактивные, термические, магнит­ ные и другие виды исследований);

гидродинамические исследования (снятие индикаторных линий и кривых восстановления и падения давления, гидропрослушивание, снятие профилей приемистости и притока, замеры дебитов нефти и воды и приемистости нагнета­ тельных скважин, а также устьевого, забойного и пластового давлений).

Экономическая эффективность от применения метода определяется по сле­ дующим показателям (также по сравнению с базовым вариантом): по себесто­ имости добычи нефти, по удельным капитальным вложениям, по приведенным затратам на добычу нефти и по экономическому эффекту от внедрения метода.

ГЛАВА XV

ТЕРМОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ФИЛЬТРАЦИИ

Изменение температуры в продуктивных пластах может происходить вслед­ ствие различных причин и условий в зависимости от характера фильтрации природных флюидов в пористой среде и вида искусственного теплового воздей*

304

ствия на продуктивные коллекторы в процессе применения той или иной техно­ логии разработки.

Термогидродинамическнй режим, возникающий в продуктивных пластах, обуславливается, следовательно, физико-химическими процессами, протека­ ющими при фильтрации, и внешним тепловым воздействием на коллектор.

Можно выделить три основные группы причин, приводящих к нензотермическим условиям фильтрации.

1.Действие термодинамических эффектов при движении пластовых флюидов

впористой среде:

термодинамический эффект Джоуля — Томсона (дроссельный эффект); термодинамический эффект адиабатического расширения;

температурный эффект фазовых превращений (при выделении растворенного газа, кристаллизации парафина и др.).

2. Нагнетание в пласты различных вытеснителей с температурой, отличной от начальной пластовой, для поддержания пластового давления и вытеснения нефти к добывающим скважинам:

обычной холодной воды с температурой ниже начальной пластовой, Тх < Т0; горячей воды с температурой выше пластовой, Тг> 70; пара или пароводяной смеси, Тп > Т0;

3. Осуществление различных термохимических окислительных процессов и реакций, в результате чего происходит генерация тепла в продуктивных кол­ лекторах и в призабойных зонах скважин:

внутрипластовое горение; экзотермические кислотно-магниевые реакции при обработках пластов и др.

При разработке месторождений возникают различные сочетания и комби­ нации указанных процессов, что приводит к неизотермическнм условиям филь­ трации.

Температурные изменения могут происходить в различных областях — от небольших зон до значительных разрабатываемых залежей и месторождений. Последнее характерно для случая нагнетания в пласты больших объемов холод­ ной и горячей воды при заводнении или нагнетании пара и при внутрипластовом горении.

При воздействии на основные фильтрационные параметры — вязкость флю­ идов, капиллярные силы, реологические свойства движущихся агентов, силы адгезии (обусловливающие прилипание и сцепление частиц) — изменяются коэффициенты вытеснения, фазовые проницаемости и т. д., в связи с чем темпе­ ратурный фактор существенно влияет как на текущую фильтрацию, так и на конечную нефтеотдачу.

Вразличных условиях указанный фактор проявляется по-разному, в связи

счем в каждом конкретном случае необходимо выполнять термогпдродинамические расчеты по их количественной оценке. Учет влияния неизотермическнх условий на показатели разработки — важный элемент в современном проекти­ ровании разработки нефтяных и нефтегазовых месторождений.

§ 1. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ РАВНОВЕСНОЙ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ФИЛЬТРАЦИИ МНОГОФАЗНОЙ ЖИДКОСТИ

Теория неизотермической фильтрации упругих жидкостей -в деформируемом коллекторе базируется на предположении, что при равновесных условиях тепло­ обменный процесс проходит как бы через цепочку равновесных состояний. При этом тепловое взаимодействие между прилегающими элементарными макрообъ­ емами подчиняется законам теплопроводного и конвективного теплопереноса. Это упрощает построение основных количественных термогидродинамических зависимостей, лежащих в основе расчетных формул.

Ниже приведена общая система дифференциальных уравнений неизотерми­ ческой фильтрации многофазного упругого потока (п — фаз; j = 1,2, ..., п) в упругом коллекторе. При этом считаем, что плотности фаз и скелета коллектора зависят от температуры и давления. Рассматриваем обобщенный закон Дарси, учитывающий влияние структурно-механических свойств (начального градиента

305

давления сдвига) на процесс фильтрации, а также теплообмен между продук­ тивными коллекторами и окружающими горными породами.

Уравнения неразрывности (для фаз /') имеют вид

 

 

1— т

 

дТс

 

 

 

 

 

 

 

~ И Г а гс~дГ

 

 

 

 

 

= -

2

к (Р / V р, -

aTjVT/) +

div Wj]

 

(XV. 1)

 

/=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(/ = 1.

2,

. .

n).

 

 

Уравнения энергии для

коллектора:

 

 

 

 

 

 

д л я ф и л ь т р у ю щ и х с я ф аз

 

-

а п т }) dt

 

1— m

Eija Tc

дТс ]

 

 

 

m

dt

J

 

 

 

 

 

I - /л

 

1

V

dpj

E2j dsj

 

 

 

 

 

api

+ ~ТГ~дГ +

 

El$ i ~еГ +

~

 

~

2 j

~df

- 2 /=1

 

 

 

 

 

/=1

 

 

+

' [ ( £ i A + 1 7 ) VpJ + Ci 0 ~ arJTj) V7V] +

E2 /

->

Я*»

 

 

 

 

 

 

 

•t------ div 0У/ -)----- V2Tj —

 

 

 

 

 

msj

 

' Py

7

 

 

 

 

 

 

(/ = I. 2,

h)>

(XV.2)

306

 

д л я с к е л е т а

(1 — т) Сс

аТсА

I

VI

Pi

Pc

п

Z j

/=1

к о л л е к т о р а

дТс _ dt '

+

(! - " ■ ) -Г

 

V2Tc-

 

 

VT,

+

 

 

 

Рс

 

 

 

/=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

2

м

г ,

- 7'с)

 

 

 

 

 

 

/=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(/ = 1.2,

 

 

 

 

 

 

 

(XV.3)

д л я го р н ы х

п о р о д

к р о в л и

п л а с т а

 

г

дТк

 

 

V2/ к,

 

 

 

 

(XV.4)

Ск —Н7“ = —

 

 

 

 

 

 

о/

рк

 

 

 

 

 

 

д л я г о р н ы х п о р о д п од ош вы

п л а с т а

 

г

дТп

Хп

V2/ п-

 

 

 

 

(XV.5)

Сп —тг~ =

рп

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

Система (XV. 1)—(XV.5) дополняется уравнениями состояния и нормирующим

соотношением

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J \s ,

= l.

 

 

 

 

 

 

(XV.6)

/=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнение состояния для фильтрующихся фаз:

 

в

и н т е г р а л ь н о й

ф орм е

 

 

Р] = Pc} ехР [Р; {Pj -

P„j) - aTj (Tj - Toj)b

 

<XV-7)

в

д и ф ф е р е н ц и а л ь н о й

ф орм е

 

 

dp} = pJ [tJdpJ - * T]dT}]>

 

 

(XV.8)

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ро/ =

Ру (Ро>

То).

 

 

 

 

 

Уравнение состояния для коллектора (пористости т) в и н тегр ал ьн о й

форме

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m =

1— (1 — m0) exp —

Рс ( ~

S {Pj — Poj) ~ атс (Т'с

Тос)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(XV.9)

Шо =

ГПо {Pot То),

 

 

 

 

 

307

в

д и ф ф е р е н ц и а л ь н о й

ф орм е

dm —(1 — т)

7 , 1 > Г « г Л

 

 

 

 

Приведем обобщенный закон

фильтрации:

->

k (т) Fj (S;,

Т/)

->

 

->

»/ = --------^

{jj)

- °/ (* М -

г /) - Р/*Ь

k (m) = ka [\ — ак (т 0 — /л)**];

 

 

Eij = CjTj\

 

 

 

 

 

E*i = Etj +

Л;

 

 

 

 

 

Р/

 

 

 

^2J

V

- градиент

(vr = gradr);

V2r

=

+ ^ 2 ” + “^2

(XV. 10)

(XV. 11)

В (XV. 1)—(XV. 11) p — давление; T — температура; m — пористость; sy —

насыщенность

порового

объема /-й фазой;

р — плотность; С — теплоемкость;

К — теплопроводность;

а 7,

Р — соответственно

коэффициенты температурного

расширения и

коэффициент

сжимаемости

фаз;

Л — механический эквивалент

тепловой энергии; к — коэффициент, учитывающий теплообмен в единицу вре­ мени между фильтрующимися /-ми фазами и скелетом коллектора; k — прони­

цаемость

(абсолютная);

Fj (sy,

Ту) — относительная фазовая проницаемость;

(Ну — вязкость; Gy — градиент

давления сдвига, g — ускорение свободного

падения;

a/it bk — константы аппроксимации в зависимости проницаемости от

пористости.

 

к, п) относятся соответственно к /-й фазе, ске­

Индексы у параметров (/, с,

лету коллектора, кровле и подошве пласта.

Система уравнений

(XV. 1)—(XV.5) — достаточно общая, при этом предпо­

лагается, что заданы начальные и граничные условия для р, Т и s, а также ус­ ловия теплообмена между продуктивными коллекторами и прилегающими гор­ ными породами — сопряженность теплового потока и равенство температуры на границе кровли и подошвы.

Вприведенной системе уравнений допускается ряд упрощений путем отказа от учета отдельных явлений и процессов. Существенное упрощение — принятие условия равенства значений температуры в локальном объеме в фильтрующихся /-ых фазах и в скелете коллектора. Данное положение достаточно обосновано вследствие развитой поверхности контакта между указанными субстанциями. Это приводит к активному теплообмену между фазами и коллекторами и к срав­ нительно быстрому выравниванию температуры в локальном макрообъеме.

Втаком случае система уравнений имеет вид

У р а в н е н и е н е р а з р ы в н о с т и

/=1

 

 

+

п

 

 

 

 

 

= ~

2 A

(Pc VpJ - a Tj v r) + div Wjl

(XV. 12)

 

/=1

 

 

У р а в н е н и я

э н е р г и и

 

308

Продуктивный коллектор

 

 

 

 

 

sJ^j 0 — а? Т) +

1- m

(Сс ~

<эг -

 

m

а: ■Ег) dt

~

_ _

V

( е

21 dt

SjEljiij

dt /

X~ m F

дР°

~

Z

j \

m ~ Ег ~di

/'=1

П

^ (Wj-E3-\-Fij div wj) + Et V2T +

 

 

 

 

 

 

1—1П

ХЛ }4sj

. Xc

 

 

+

V — щ + 1— ^. ( y 4 -!-L + 2±

v r,

(XV. 13)

L

 

i P

} 1

m

\ ;=1

P;

Pc

 

L;= l

 

 

 

 

 

 

 

 

кровля

пласта

 

 

 

 

 

 

 

c „ I L

 

 

= is . v27\

 

 

 

 

 

(XV. 14)

 

d/

 

 

рк

 

 

 

 

 

 

подошва пласта

 

 

 

 

 

 

Сп 4 г

 

=

7Г V°T

 

 

 

 

 

(XV. 15)1

 

dt

 

 

р п

 

 

 

 

 

 

Здесь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

V .

 

 

 

 

 

 

рс = —

;

Рг

 

 

 

 

 

 

 

 

п

/= I

 

 

 

 

 

 

 

 

L/=l

 

 

 

 

 

 

 

^2 =

|

 

 

SjEij + —- (1 — PcPc) ;

 

 

 

E3

=

[ ( e i, P , + ^ ) v p J. f С .( 1 - а г .Г) v r ] ;

 

 

£4 =

 

 

1=1

 

 

pc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£5 = |Р с ^ с - а г Л 7’].

В системе уравнений (XIV. 12)—(XV. 15) также можно допустить определен* ные упрощения (например, можно пренебречь отдельными членами второго порядка малости).

309

С учетом известных термодинамических соотношений можно преобразовать уравнение (XV. 13) к форме, содержащей термодинамические коэффициенты Джоуля—Томсона (учитывающие дроссельный эффект) и термодинамические коэф­ фициенты адиабатического расширения, которые определяются эксперименталь­

ным путем.

случае

уравнение (XV. 13)

упрощается:

 

В

этом

 

 

п

 

 

 

 

 

дТ

 

т 2

SJC*9J

-

а ^ Г) + (1 ” т) (ап А

- ат Л )

L

dt

/=1

 

 

 

 

 

 

 

 

i=i

 

2

 

 

 

 

 

 

/=1

 

 

 

 

 

sM s

/ ^

r + i l - m)C^

c

dpc

(XV. 16)

 

 

dt

Здесь

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E\ = m Y V / +

— m) }'c

 

 

 

 

 

/=1

 

 

 

 

 

учитывает тепловой эффект сжатия (расширения) фазы.

В расчетной практике проектирования разработки нефтяных месторожде­ ний часто применяют систему уравнений (XV. 12)—(XV. 16); не учитывая тепловые расширения и упругие деформации пластовой системы. В таком случае обычно рассматривают движение только двух фаз — нефти (sH) и воды (sB). Данное по­ ложение отвечает процессу разработки с заводнением пластов, когда при эксплу­ атации не допускают существенного разгазирования нефти в пластовых условиях.

В этом случае ограничиваются рассмотрением насыщенности только одной фазы (например, вытесняющей фазы воды). Значение насыщенности второй фазы легко определяется из соотношения

sB+ sH=

l.

 

(XV. 17)

Опускаем в насыщенности индекс «в», тогда получим:

У р а в н е н и е

н е р а з р ы в н о с т и

 

ds

 

.. (kFH(st T) V [p-sp„(s, Г)]

+

i r = -

dlvl М П

 

-

ds_

= _ div ( kF* {S’ P

V [p + (1 - s) p„ (s, T)]\ +

m —

 

dt

\

Цп (T)

 

+

div £ kFB(s, T)

Gn (A. T)

(XV.18)

 

 

m o

 

 

У р а в н е н и е э н е р ги и :

310

коллектор

 

 

 

 

 

 

С*

дТ

 

 

 

->

 

у

(XV. 19)

-\i

 

= div А, иV7* — [^СнриШц

Ь (1—s) Снрн^н] • VT,

кровля

пласта

 

 

 

 

 

СкРк Ж

=

V27\

 

 

 

 

(XV.20)

подошва пласта

 

 

 

 

 

Спрп

Q-j- —? н V*T

 

 

 

 

(XV.21)

В

(XV. 16)—(XV.21) приняты

обозначения:

 

 

р = spu -f (1 — s) р„;

рк (s,

Т) = pQ— рн;

ni = m0 = const;

 

Рк (s,

71)

2о* (Г) cos 0 (Г)

J (s);

1

 

 

 

 

 

 

 

Vk/m

 

 

 

 

 

->

н =

 

h(s, Т*)

 

 

 

(XV.22)

 

------ ------— [Vpn и — 6Пн (к, Т)]\

 

 

 

 

 

Рв, н W)

 

 

 

 

 

С* =

(1 — tri) СсРс Ч" ^

[s^bPb -Ь (1 — s) Снри];

 

X* =

(1 — m) Кс tn [sXjj -h (1 — s) ^н] •

 

 

Рк — функция капиллярного давления; J (s) — капиллярная функция Леверетта; о* (Т) — поверхностное натяжение па границе раздела фаз; 0 (Т) — угол смачивания на границе раздела жидкости и породы.

Начальный градиент давления сдвига для вытесняющей фазы (воды) учи­ тывают в том случае, когда применяют специальные загустители воды (поли­ меры).

Система уравнений (XV. 17)—(XV.21), дополненная начальными и гранич­ ными условиями и замыкающими соотношениями, решается численными методами с применением ЭВМ.

Если не учитывают влияние температуры на процесс фильтрации, из системы (XI. 17)—(XV.21) получают известные уравнения Лиса и Раппопорта (учитываю­ щие капиллярный скачок давления) и уравнение Баклея—Леверетта, описываю­ щее изотермическую фильтрацию несжимаемой двухфазной жидкости без учета капиллярности.

Таким образом, был рассмотрен ряд систем уравнений, описывающих про­ цессы неизотермической фильтрации при различных условиях. Выбор системы уравнений зависит от объекта проектирования и наличия вычислительных воз­ можностей.

§ 2. НЕРАВНОВЕСНАЯ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ МНОГОФАЗНЫХ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ФЛЮИДОВ

Основные положения

Многие процессы, протекающие в продуктивных нефтегазонасыщенных пластах, по физической природе более сложны, чем те, которые описаны в § 1 данной главы.

Это прежде всего относится к процессам фильтрации, сопровождающимися фазовыми переходами, химическими превращениями в неизотермических усло­ виях, при разгазировании нефти в пластах в результате снижения пластовых Изабойцых давлений, нагнетании в пласты газов и пара, внутрипластовом горе-

зп

нии и различных физико-химических воздействиях на пласты и призабойные зоны, осуществленных с целью повышения нефтеотдачи коллекторов.

Учитывая, что теория неравновесной неизотермической фильтрации недо­ статочно освещена в нефтяной литературе, более подробно рассмотрим основные моменты и положения этой теории. Это необходимо для выяснения физической природы внутрипластовых процессов и структуры уравнений иеизотермической неравновесной фильтрации.

Теория неизотермической фильтрации многофазных многокомпонентных жидкостей — часть неравновесной термодинамики, отражающая гидромеханику вязких жидкостей, теории фазовых превращений, теплопроводности и диффузии.

Это связано с одновременным действием различных сил и явлений, протека­ ющих в пластовых условиях, механизм и закономерности которых изучаются названными теориями.

Математическая модель, используемая при проектировании и описании этого комплексного термогидродинамического процесса, должна учитывать связь между всеми его основными элементами.

Фазовые и химические превращения в пластах при фильтрации характери­ зуются значительными удельными потоками энергии. При этом они часто про­ ходят в отсутствии термодинамического равновесия: в процессе обмена энергией между частицами (компонентами) не успевает устанавливаться термодинамическое равновесие (свободная энергия одинаковых частиц в элементарных объемах ока­ зывается различной).

Если при условиях, близких к термодинамическому равновесию, характерной величиной, определяющей перенос энергии, является температура, то при от­ сутствии равновесия определяющая величина — объемная плотность энергии. Перенос энергии осуществляется в направлении ее наименьшей концентрации. Значение этого важного положения состоит в том, что с направлением перемеще­ ния энергии связано и направление перемещения ее материальных носителей.

В рассматриваемой теории процессы массо- и энергопереноса взаимосвязаны, учитывают взаимовлияние различных термодинамических сил и субстанций,.

Так, с перемещением массы компонентов вещества переносится тепловая энергия и образуется определенное температурное поле. С другой стороны, пере­ менное температурное поле вызывает перемещение подвижных компонентов, т. е. перемещение субстанции массы (термодиффузия, эффект Соре).

Происходит и обратное явление, состоящее в образовании теплового поля при наличии градиента концентрации вещества (эффект Дюфура) и др. Таким образом, в реальных пластовых процессах проявляются различные перекрестные эффекты.

Более полный учет перемещения компонентов вещества под воздействием различных сил необходим потому, что при фильтрации в пористой среде различные фазы смесей движутся с различными, так называемыми фазовыми скоростями. В этих условиях даже малые местные перемещения вещества влияют на переход компонентов из одной фазы в другую, что влияет и на последующий компонентоперенос в пласте за счет конвекции, т. е. увлечения компонентов потоками раз­ личных движущихся фаз.

Отметим основные положения неравновесной термодинамики необратимых процессов, которые непосредственно учитываются при построении системы диф­ ференциальных уравнений неравновесной неизотермической фильтрации много­ фазных многокомпонентных систем.

Наряду с законами сохранения (массы и энергии) центральную роль в этой

теории играет уравнение баланса энтропии

[18].

Энтропия S как функция состояния

 

dS = dtS + diS,

(XV.23)

где diS — энтропия, поступающая в рассматриваемый объем dV из окружающей среды (извне) (может быть положительной, отрицательной или равной нулю)! d(S — энтропия, образующаяся внутри рассматриваемого объема за счет проте­ кания различных необратимых процессов (всегда положительна).

При обратимых процессах diS = 0. В этом случае dS = diS. На этом полажении основана теория, рассмотренная в § 1 настоящей главы.

312

Соседние файлы в папке книги