§ 72. Кинетика процесса вытеснения нефти водой из пористой среды

Наблюдения за продвижением водонефтяного контакта пока­зывают, что нефть и вода проникают друг в друга, теряют сплош­ность, образуя в пористой среде зоны, диспергированной нефти в воде и воды в нефти. Позади контакта вытеснение нефти проис­ходит не сплошной струей, а отдельными каплями. Причем отдельные крупные капли и линзы по пути движения дробятся на более мелкие (диспергируются) и вновь соединяются (коалесцируют). Наиболее вероятно, что в водный период вытесняются пленочная нефть, при­липшая к породе, и свободные капли, а также нефть в виде линз, обволакивающая отдельные группы зерен породы, которые остались позади водонефтяного контакта.

Прилипшие капли меньше размера пор. Некоторые из них воз­никают с самого начала процесса вытеснения, а другие появляются при перемещении их в поровом пространстве (вторичные капли). Прилипшие капли могут соединяться с твердым телом через гидратные слои остаточной воды или непосредственно с поверхностью породы. В коллекторах, содержащих больший объем остаточной воды, количество капель, связанных с твердой поверхностью через гидратный слой, возрастает.

Свободные капли нефти находятся в поровом пространстве в виде мелких капель, не связанных с твердыми частицами. На поверх­ности их адсорбированы поверхностно-активные вещества, обра­зующие прочные пленки, замедляющие коалесценцию капель. Они ведут себя как твердые частицы, так как почти не прилипают к смо­ченной водой твердой поверхности в процессе движения.

Микролинзы, обволакивающие агрегаты зерен, различают пер­вичные, не изменявшие своего положения в процессе вытеснения, и линзы вторичные, которые образовались в процессе перемещения части нефти в поровом пространстве. Предполагается, что нефть, оставшаяся в обводненной части пласта, состоит в основном из пер­вичных микролинз, трудно поддающихся диспергированию и удале­нию из пористой среды.

Возникновение и движение всех видов вытесняемой нефти по­зади фронта воды тесно связаны с механизмом разрушения слоя (который, по-видимому, обладает аномальными свойствами) нефти на твердой поверхности под воздействием воды.

Таким образом, кроме капиллярного перераспределения жидко­стей в пористой среде, в кинетике вытеснения нефти водой из пластов важную роль играют процессы:

1) диспергирования и коалесценции нефти в поровом простран­стве;

2) отрыва и прилипания капель нефти к твердой поверхности породы;

3) разрушения аномального слоя нефти на твердой поверхности под воздействием воды;

4) процессы взаимодействия пленок поверхностно-активных ве­ществ, адсорбированных на поверхности поровых каналов и капель жидкости.

Каждый из упомянутых элементов кинетики вытеснения нефти водой, с одной стороны, тесно связан с условиями вытеснения и физическими свойствами всей пластовой системы, а с другой — с величиной нефтеотдачи пласта. Это обстоятельство дает возможность, изучая отдельные стороны кинетики вытеснения, определить, как должна изменяться нефтеотдача от тех или иных свойств вытесняющих вод, нефти и горных пород, от физических условий в залежи и динамики вытеснения. Например, установлено, что при уменьшении времени коалесценции капелек нефти друг с другом безводная нефтеотдача возрастает в связи с уменьшением при этом степени дисперсности нефти в поровом пространстве и улучшением условий ее вытеснения. С другой стороны, коалесценция капель

нефти зависит от состава и свойств нефти, строения адсорбционного слоя, поверхностного натяжения нефти на границе с водой и т. д. На этом основании предполагается, что, изучая явления диспергирования и коалесценции нефти в пористой среде в совокупности с другими элементами кинетики вытеснения, можно установить зависимость нефтеотдачи от упомянутых параметров, определяющих процесс коалесценции капель нефти. Точно так же исследование других элементов кинетики вытеснения нефти позволяет найти новые и уточнить известные связи нефтеотдачи с параметрами пластовых жидкостей, пород и условиями вытеснения.

Следует, однако, отметить, что все упомянутые элементы кинетики вытеснения нефти водой из пористых сред связаны с поверхностными явлениями, вследствие сложности которых и недостаточной их изученности пока трудно установить не только количественные, но и многие качественные зависимости между нефтеотдачей и свойствами пластовых систем, исходя из кинетических представлений. Некоторые же качественные зависимости из них могут быть получены уже в настоящее время. Интересная и важная работа в этой области проведена Г. А. Бабаляном, который наряду с теоретическими соображениями, вытекающими из общей теории капиллярности и поверхностных явлений о различных сторонах кинетики вытеснения, на основе своих наблюдений высказал ряд соображений, помогающих уяснить сложный механизм вытеснения нефти водой [30].