Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Проницаемость нефтяного пласта представляет собой способность горной породы пропускать флюиды при наличии перепада давления. Этот параметр измеряется в миллидарси и является критическим фактором, определяющим продуктивность скважин. Коллекторы с проницаемостью от 1 мД считаются промышленно значимыми, а высокопроницаемые пласты с показателями выше 100 мД обеспечивают максимальную добычу углеводородов.
Проницаемость характеризует фильтрационную способность горных пород и представляет собой основной параметр, определяющий возможность коммерческой разработки месторождения. При относительно небольших перепадах давления в продуктивных пластах многие породы оказываются практически непроницаемыми для жидкостей и газов из-за незначительных размеров пор.
Физический смысл коэффициента проницаемости заключается в том, что его размерность соответствует площади сечения каналов пористой среды, по которым происходит фильтрация флюидов. В нефтяных и газовых коллекторах проницаемость варьируется от нескольких миллидарси до 2-3 Дарси, редко превышая эти значения.
Проницаемость напрямую влияет на производительность скважин: чем выше этот показатель, тем больше дебит, быстрее передается давление по пласту и эффективнее работают методы поддержания пластового давления и повышения нефтеотдачи.
Количественная оценка проницаемости основана на законе линейной фильтрации Дарси, установленном французским инженером Анри Дарси в 1856 году. Согласно этому закону, скорость фильтрации жидкости прямо пропорциональна градиенту давления и обратно пропорциональна динамической вязкости флюида.
Закон Дарси для жидкостей записывается следующим образом: расход жидкости через образец породы равен произведению коэффициента проницаемости, площади поперечного сечения и перепада давления, деленному на вязкость жидкости и длину пути фильтрации. Для газов формула модифицируется с учетом закона Бойля-Мариотта, описывающего изотермическое расширение газа.
Закон Дарси является фундаментальным для подземной гидродинамики и служит основой для методов проектирования разработки месторождений, контроля процессов добычи и проведения промысловых исследований скважин. На основе этого закона функционируют системы очистки жидкостей и газов различного назначения.
В Международной системе единиц СИ проницаемость измеряется в квадратных метрах. На практике применяются более удобные единицы: Дарси и миллидарси. Один Дарси соответствует проницаемости пористой среды, при которой жидкость вязкостью 1 сантипуаз имеет скорость фильтрации 1 кубический сантиметр в секунду через образец площадью 1 квадратный сантиметр при перепаде давления 1 атмосфера на сантиметр длины.
Величина миллидарси наиболее распространена в нефтегазовой промышленности, поскольку проницаемость большинства коллекторов находится в диапазоне от долей до сотен миллидарси. По действующему ГОСТ 26450.2-85 принято, что 1 Дарси равен приближенно 0,9869 мкм².
По величине коэффициента проницаемости продуктивные нефтяные и газовые пласты подразделяются на три основные категории. Низкопроницаемые коллекторы характеризуются значениями от 0 до 100 миллидарси и требуют применения методов интенсификации добычи. Среднепроницаемые пласты с показателями от 100 до 500 миллидарси обеспечивают стабильную добычу при стандартных технологиях. Высокопроницаемые коллекторы с проницаемостью более 500 миллидарси отличаются высокой продуктивностью скважин.
Проницаемость гранулярного коллектора зависит главным образом от размера поровых каналов. Единой зависимости между пористостью и проницаемостью не существует. Породы с большой пористостью могут обладать весьма малой проницаемостью, если поры изолированы или имеют субкапиллярные размеры. Напротив, некоторые известняки с небольшой пористостью демонстрируют высокую проницаемость благодаря наличию системы трещин.
Абсолютной называют проницаемость пористой среды при фильтрации через нее одного флюида, химически инертного по отношению к породе. Этот параметр характеризует исключительно физические свойства горной породы и не зависит от типа насыщающей жидкости. Абсолютную проницаемость обычно определяют при фильтрации азота или воздуха через образец керна в лабораторных условиях.
Данный показатель служит эталонным значением для сравнения фильтрационных свойств различных коллекторов и используется при геологическом моделировании месторождений. Абсолютная проницаемость измеряется на сухом керне при атмосферных условиях и представляет собой максимально возможное значение для данной породы.
В продуктивных пластах нефтяных месторождений всегда содержатся две или три фазы: нефть и вода, газ и вода, либо нефть, газ и вода одновременно. При совместном движении нескольких несмешивающихся флюидов проницаемость породы для каждой фазы оказывается меньше абсолютной проницаемости.
Фазовая проницаемость определяется как способность породы пропускать конкретный флюид при наличии в порах многофазной системы. Этот параметр зависит от количественного содержания каждого флюида в пласте и его физико-химических свойств. На практике применяется понятие относительной фазовой проницаемости, представляющей собой отношение эффективной проницаемости к абсолютной.
Для характеристики многофазной фильтрации строят кривые относительных фазовых проницаемостей, показывающие изменение проницаемости для нефти и воды в зависимости от водонасыщенности пласта. Эти зависимости критически важны для расчета процессов вытеснения нефти водой при заводнении.
Наиболее точным способом определения проницаемости является исследование образцов керна в лабораторных условиях. Стандартные цилиндрические образцы диаметром 30 миллиметров и длиной 50 миллиметров подвергаются испытаниям с пропусканием через них газа или жидкости известной вязкости при контролируемом перепаде давления.
При измерении проницаемости применяют воздух или сухой газ при минимальном давлении, обеспечивающем ламинарное течение флюида. Турбулентный поток приводит к значительным погрешностям измерений. Образцы предварительно очищаются от загрязнений и тщательно высушиваются для удаления остаточной влаги, которая может существенно занизить результаты измерений.
Промысловые методы определения проницаемости основаны на гидродинамических исследованиях скважин. Наиболее распространенным является метод снятия кривой восстановления давления после остановки скважины. По скорости восстановления забойного давления рассчитывают коэффициент проницаемости пласта в зоне дренирования скважины.
Метод установившихся отборов предполагает работу скважины на нескольких режимах с различными дебитами и измерением соответствующих значений забойного давления. По полученным данным строится индикаторная линия, наклон которой характеризует продуктивность скважины и позволяет определить гидропроводность пласта.
Проницаемость, определенная по керну, обычно выше значений, полученных при гидродинамических исследованиях. Это объясняется тем, что лабораторные измерения проводятся на небольших образцах в идеальных условиях, тогда как промысловые испытания охватывают значительный объем пласта с его неоднородностью, трещинами и зонами различной проницаемости.
Проницаемость пласта является определяющим фактором продуктивности нефтяных скважин. Коэффициент продуктивности, характеризующий отношение дебита к депрессии, прямо пропорционален проницаемости и мощности продуктивного пласта. При проницаемости менее 1 миллидарси добыча нефти экономически нецелесообразна без применения методов интенсификации.
Пласты с проницаемостью 10-50 миллидарси обеспечивают дебиты 5-15 кубических метров в сутки при механизированной добыче. Высокопроницаемые коллекторы свыше 100 миллидарси позволяют получать дебиты 30-100 кубических метров в сутки и более, особенно при фонтанной эксплуатации или применении электроцентробежных насосов.
Чем выше проницаемость, тем быстрее передается давление по пласту от нагнетательных скважин к добывающим. Это определяет эффективность систем поддержания пластового давления и методов заводнения. В высокопроницаемых пластах реакция добывающих скважин на закачку воды наступает через несколько месяцев, тогда как в низкопроницаемых коллекторах этот процесс может занимать годы.
Проницаемость существенно влияет на конечную нефтеотдачу пласта. В высокопроницаемых коллекторах при заводнении достигается коэффициент извлечения нефти 0,4-0,55. Низкопроницаемые пласты характеризуются коэффициентом извлечения 0,2-0,35 без применения специальных методов повышения нефтеотдачи. Для трудноизвлекаемых запасов необходимо применение гидроразрыва пласта, кислотных обработок и других технологий интенсификации.
Проницаемость определяется не только размером пор, но и характером их связности. Породы с изолированными порами практически непроницаемы даже при высокой пористости. Наибольшей проницаемостью обладают коллекторы с хорошо сообщающимися порами крупного и среднего размера.
Система трещин может значительно повышать проницаемость коллектора. Трещиноватые карбонатные породы демонстрируют проницаемость на порядки выше, чем межзерновая проницаемость матрицы. При гидроразрыве пласта искусственно создаваемые трещины увеличивают проницаемость призабойной зоны в десятки раз.
При многофазной фильтрации проницаемость для каждой фазы снижается по сравнению с абсолютной проницаемостью. Наличие остаточной водонасыщенности уменьшает проницаемость по нефти. По мере обводнения пласта относительная проницаемость для нефти падает, а для воды возрастает.
Проницаемость нефтяного пласта является фундаментальным параметром, определяющим возможность и экономическую эффективность разработки месторождения. Понимание закономерностей фильтрации флюидов, правильное определение абсолютной и фазовой проницаемости, применение адекватных методов исследования позволяют оптимизировать системы разработки и повысить нефтеотдачу пластов. Современные технологии гидроразрыва и кислотной обработки делают возможным извлечение углеводородов даже из низкопроницаемых коллекторов, расширяя ресурсную базу нефтяной промышленности.
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для технических специалистов нефтегазовой отрасли. Информация представлена на основе актуальных технических данных и авторитетных источников. Автор не несет ответственности за возможные последствия применения изложенных сведений в практической деятельности без соответствующей экспертной оценки и соблюдения действующих нормативных требований.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.