§ 8. Использование теории капиллярных явлений для установления зависимости нефтеотдачи от различных факторов

Нефтеотдача пластов зависит от свойств пород, пластовых жидкостей и условий вытеснения. Влияние всех этих факторов на нефтеотдачу можно установить различными методами. На­пример, можно систематически анализировать большой экспери­ментальный материал, накопившийся при изучении физики и физико-химии вытеснения нефти из пористых сред. Однако такой метод связан со значительными трудностями, возникающими при сравнении результатов экспериментов различных авторов, вслед­ствие несопоставимости условий, в которых исследователи прово­дили опыты, и вследствие противоречивости их результатов.

Зависимости нефтеотдачи от различных факторов можно установить, если в механизме вытеснения будут выявлены про­цессы, влияющие в большой степени на нефтеотдачу пластов и связанные одновременно со всеми или с большинством из упо­мянутых факторов, также влияющих на нефтеотдачу. Эта мысль впервые была высказана д.т.н. Г. А. Бабаляном. По результатам его исследований, нефтеотдача существенно зависит от некоторых элементов кинетики вытеснения — механизма раз­рушения аномального слоя нефти на поверхности породы, ди­спергирования и коалесценции нефти в поровом пространстве, процессов отрыва и приливания нефти к твердой поверхности породы. С другой стороны, интенсивность и закономерности раз­вития этих процессов тесно связаны со свойствами пористых сред и пластовых жидкостей, что позволяет установить зависимость нефтеотдачи от многочисленных свойств пластовых систем. Для этого необходимо лишь определить влияние каждого из них на процессы диспергирования, коалесценции капель жидкости и разрушения аномального слоя нефти на твердой поверхности породы.

Метод Г. А. Бабаляна, однако, имеет свои трудности в связи с чрезвычайно сложной картиной развития процессов дисперги­рования, коалесценции капель жидкости и разрушения аномаль­ного слоя нефти на поверхности породы. Трудно также увязать неоднородность коллекторских свойств пород с течением этих процессов. Поэтому идея Г. А. Бабаляна получила другое на­правление развития.

В предыдущем разделе было показано, что на процесс форми­рования результатов вытеснения нефти водой (и на нефтеот­дачу) значительно влияют капиллярные силы, процессы пере­распределения нефти и воды в пористой среде и формирование водонефтяных смесей. Капиллярные процессы, таким образом, являются важным элементом механизма вытеснения нефти водой из пласта.

Вместе с тем известно, что интенсивность и направление действия капиллярных сил зависят так или иначе от всего многообразия свойств пластовых систем и от гидродинамических условий вытеснения. Знак и величина капиллярных сил представляют со­бой как бы суммарный результат физических свойств и физико-химических характеристик пласта, горных пород и пластовых жидкостей. Это позволяет наметить единую качественную связь: между большинством параметров пластовых систем, условиями вытеснения и нефтеотдачей пласта, так как характер влияния большинства этих параметров на интенсивность и направление действия капиллярных процессов известен (или может быть установлен из большого экспериментального материала, накопивше­гося в области физики и физико-химии вытеснения нефти из по­ристых сред). Для этого необходимо прежде всего установить, как анализируемое свойство пласта, жидкостей или всей системы влияет на интенсивность и направление действия капиллярных сил. Если, например, процессы капиллярного пропитывания и перераспределения жидкостей на водонефтяном контакте отрица­тельно влияют на нефтеотдачу пластов, то лучший результат можно получить при вытеснении нефти водами, развивающими на контакте с нефтью низкое капиллярное давление, т, е. во­дами, обладающими значением cos (натяжение смачивания), приближающиеся к нулю. Следовательно, если это предполо­жение справедливо, то лучшая нефтеотдача может быть достигнута при вытеснении нефти из гидрофильных пород водами с низкими значениями поверхностного натяжения и т. д. Поэтому изучение процессов вытеснения нефти водой совместно с капиллярными процессами и капиллярными характеристиками пласто­вой системы — один из путей, позволяющий увязать и одновре­менно учесть влияние на нефтеотдачу как условий вытеснения, так и большей части физических и физико-химических свойств пластовых жидкостей и пород.

Следует, однако, отметить, что заметная роль капиллярных процессов не означает того, что можно тем или иным ходом их течения объяснить все многообразие явлений, происходящих в пористой среде при вытеснении нефти водой. Для этого необ­ходимо использовать обширный опыт, накопленный в области физики и физико-химии многофазного потока. Процессы капил­лярного впитывания и перераспределения жидкостей в поровом пространстве следует рассматривать лишь как суммарное след­ствие многочисленных свойств пластовой системы. Изучение этих процессов позволяет объединить в связанную систему все фак­торы, одновременно влияющие на нефтеотдачу и на интенсив­ность проявления капиллярных сил. Рассмотрим пример прило­жения теории капиллярности для решения задачи зависимости нефтеотдачи от скорости вытеснения нефти и газа.