|
Практически во всех нефтяных залежах
присутствует газ, в тех или иных количествах растворенный в нефти. Чисто
нефтяные залежи, совершенно лишенные растворенного газа, встречаются
настолько редко, что должны рассматриваться как аномальные. Природный газ
обладает крайне низкой вязкостью и очень высокой плавучестью, не идущими ни в
какое сравнение с вязкостью и плавучестью воды и нефти. Изменения объема газа
при изменении пластовой температуры и давления также несравнимо больше, чем
изменения объема воды и нефти. Сжатый газ обладает огромной потенциальной
энергией, легко высвобождающейся при изменении объема газа в соответствии с
изменением пластовых условий. Расширение сжатого газа вследствие снижения
пластового давления - один из важнейших факторов, способствующих движению
нефти из пласта в скважины в процессе разработки залежи. Возникает вопрос, не
играет ли газ активную роль в процессе миграции, обусловливающем концентрацию
нефти в залежи?
О значении газа для движения нефти по продуктивному пласту
говорил еще в 1912 г. Джонсон [23]. Он указал на необычную легкость
концентрации газа и полагал, что именно благодаря наличию газа нефть может
двигаться сквозь поровое пространство горных пород. Джонсон считал, что нефть
образует вокруг газовых пузырьков тонкую пленку и передвигается вместе с
ними.
Впоследствии классические эксперименты Тиля [24] и работы Эммонса [25]
показали, что в лабораторных условиях присутствие даже небольших количеств
газа в нефте-водопесчаной смеси приводит к концентрации газа и нефти в
верхней части сосуда, в то время как в случае отсутствия газа никакой
концентрации не происходит¹.
Позже исследование движения нефти в присутствии газа проводил Додд
[26]. Он обнаружил, что в случае движения воды, содержащей небольшое
количество растворенного газа, через водонасыщенные пески, в которых
содержится рассеянная нефть, последняя начинает мигрировать вверх по
восстанию пласта.
Миллс [27], проводя опыты с газом и рассеянной в водонасыщенном песке
нефтью, заключенными в запечатанный стеклянный сосуд, установил, что каждый
раз, когда сосуд лопался, в образовавшиеся трещины немедленно начинал бурно
выходить газ, а затем и нефть с водой; это продолжалось до тех пор, пока
давление внутри и вне сосуда не выравнивалось².
Миллс предположил, что, когда нефть, газ и вода находятся в смеси в
одном сосуде, газ, будучи под давлением, начинает диффундировать сквозь нефть
и воду. Когда сосуд трескается, газ расширяется и устремляется к месту
пониженного давления (трещине), увлекая за собой нефть. Такое же явление
должно происходить и в случае образования тектонической трещины в природном
резервуаре. Большая часть нефти должна будет уйти через эту трещину вместе с
газом; меньшая часть, лишенная газа, останется в пласте вследствие своей
высокой вязкости. Миллс указал на то обстоятельство, что многие минералы,
обычно встречающиеся в сбросовых зонах в виде жил (кальцит, барит, гипс,
включения озокерита), нередко обнаруживаются в нефти, поступающей из
скважины. Действительно, эти примеси в нефти очень часто доставляют много
хлопот эксплуатационникам.
Логичный вывод из всех этих экспериментов заключается в следующем.
Основным результатом снижения давления до величины, близкой к величине
давления насыщения, является увеличение объема газо-нефтяной смеси,
образование пузырьков и капель, соединяющихся в непрерывную фазу,
 ¹В экспериментах Тиля нефть
разбавлялась на ⅓ ее объема керосином (для понижения вязкости), морской
водой, подкисленной 0,5% уксусной кислотой и смешивалась с раздробленным
кварцитом, пропущенным через сито. Вся эта смесь помещалась в трубку
диаметром 2,54 см и длиной 120 см, изогнутую в виде миниатюрной
антиклинальной складки. Затем с обоих концов трубка на 10 см заполнялась дробленым доломитом и концы запечатывались. Образующийся в результате реакции между
уксусной кислотой и доломитом углекислый газ начинал двигаться в
«присводовую» часть трубки, увлекая за собой нефть. В «своде» трубки уже
через 24 часа наблюдалось разделение нефти и газа, еще более четко проявившееся
через 48 часов. В таком же опыте, но не сопровождавшемся образованием
углекислого газа, концентрации нефти в изогнутой части трубки не происходило.
Различные
модификации этого эксперимента описал Эммонс. В некоторых случаях применялся
газолин и смесь подогревалась, чтобы создать давление газа; в других случаях
делали дополнительные изгибы трубки, имитируя структурные террасы. Кроме
того, использовался песок с различным размером зерен для воссоздания
различных условий проницаемости. В каждом случае нефть концентрировалась в
локальной ловушке, и движение нефти изучалось при различных давлениях.
Минимальное количество нефти составляло несколько унций (28,3 г) на кубический дюйм (~16 см³), а минимальный наклон (изгиб трубки) ‑
0,5-1°.
²Исследуя
это случайное открытие, Миллс проделал следующий опыт. Он смешал нефть с
жидкостью, вызывающей брожение (смесь воды, яблочного сока, сахара и
дрожжей), и тонкозернистым гидрофильным песком. Этой смесью он доверху
заполнил несколько пивных бутылок, запечатал их и оставил стоять на три дня.
Наблюдалось лишь незначительное гравитационное разделение флюидов.
Практически весь образующийся газ растворялся в воде или нефти. Затем в
крышках бутылок были проделаны отверстия. Газ начал немедленно выходить через
эти отверстия, а нефть – двигаться вверх и отделяться от воды. Через 2 минуты
нефть с небольшим количеством воды начала струей бить из каждой бутылки.
Аналогичный результат был получен и в том случае, когда бутылки находились в
лежачем положении: нефть двигалась в сторону точки выхода газа.
повышение
плавучести и подвижности газо-нефтяной смеси и в конечном счете - движение
этой смеси в направлении снижения давления. Растворенный в нефти газ
обусловливает расширение рассеянных капелек нефти до тех пор, пока они не
соединятся и не образуют скопления, достаточно большие, чтобы силы плавучести
могли привести их в движение. Такое нефтяное скопление может двигаться сквозь
воду или вместе с ней, однако в любом случае присутствие газа значительно
облегчает это движение (см. также стр. 553-559: 13-12 – 13-18).
Если нефть и газ перемещаются независимо от воды, то это движение может
как совпадать с направлением потока воды, так и быть направленным против
него. На 12-2 видно, что вода движется от точки А к точке В
вследствие разницы их высот. Вода может нести и нефть и газ в коллоидальном,
дисперсном или растворенном состоянии. Всплывание нефти и газа слева от точки
Н в направлении точки F будет направлено против течения воды, а
справа от точки Н в направлении точки В - совпадать с потоком
воды. Высокая скорость движения воды может привести к тому, что эффект
всплывания станет обратным, однако в большинстве случаев эта скорость,
по-видимому, достаточно низка и должна лишь несколько замедлять движение
нефти и газа.
|