Пласт, как термодинамическая система

Методы изучения пласта.

1.

 

 

2. Моделирование пласта (на микро и макро уровнях)

Физическое свойство – способность взаимодействовать с искусственными и природными физическими полями.

Конкретной числовой характеристикой является мера взаимодействия пласта с полями.

Действующими полями являются: гравитационное, барическое, электромагнитное, радиационное и др.

Под действием полей пласт приобретает свойство саморегуляции.

 

Технологическое свойство пласта – его реакция на технологическое воздействие. К таким свойствам относятся: буримость (скорость разбуривания), проницаемость и проч.

 

Пласт как многофазная, многокомпонентная система.

 

Нефтегазовый пласт – это сложная многопараметрическая система, насыщенная различными фазами и имеющая свойства, способные изменяться во времени.

 

Самая главная задача разработки – физическое обоснование управления процессами, протекающими в пласте. (Управление процессом разрушения природной системы).

 

Основные задачи физики пласта:

A разработка и создание принципиально новых технологий воздействия на пласт, с целью получения максимального извлечения углеводородов

A разработка новых и усовершенствование технологий, сооружение горных выработок

A изыскание методов и путей создания систем контроля за состоянием, динамикой и реализацией технологий извлечения нефти и газа из пласта.

 

Физика пласта подразумевает два аспекта:

1. фундаментальный

2. прикладной

Можно выделить следующие разделы:

@ механика нефтегазового пласта

@ акустика нефтегазового пласта

@ электродинамика нефтегазового пласта

@ физика трещиноватых и трещинно-пористых сред

@ физика закоэнизированных пород

@ физика околоскважинных зон

 

Горная порода – природный агрегат минералов неоднородного состава.

При описании нефтяного и газового пласта такого объяснения недостаточно.

Нефтяной пласт – гетерогенная, многокомпонентная, многофазная термодинамическая система.

Термодинамическая система – совокупность макроскопических материальных тел и полей, способных взаимодействовать между собой.

Благодаря термодинамическому подходу сформировалась синергетика.

Синергетика – физика процессов самоорганизации систем.

Всякое термодинамическое тело состоит из огромного числа частиц.

Полная энергия равна сумме внутренней и внешней энергий.

Внешняя энергия – это, например, потенциальная, а внутренняя – реакция на расширение газа или реакция на снижение пластового давления.

 

Лекция №2.

 

Типы взаимодействия пластов.

 

1. механическое взаимодействие (например, снижение давления)

2. тепловое взаимодействие (например, нагнетание пара)

3. массообмен (например, закачка иной массы)

 

Пласт, как термодинамическая система

 

 

 

Пробурив скважины, мы можем изменить состояние системы.

 

 

 

 

Из определения пласта мы обозначили пласт как гетерогенную систему.

 

Гетерогенная система – система, состоящая из отдельных систем, разграниченных поверхностями раздела, причём при переходе через эти поверхности хотя бы одно из свойств изменяется скачкообразно.

 

 

Виды гетерогенности.

 

1. Строения пласта (состоит из разных минералов).

2. Находящиеся внутри нефть и газ – т.н. фазы.

 

Тв.ф.+ж.ф.+г.ф.=пласт

 

Вода, нефть SiО₂

или газ полевой шпат

Фаза – гомогенная система.

Гомогенная система – однородная система, в которой свойства меняются плавно или совсем не изменяются.

Фазой называется гомогенная часть гетерогенной системы, которая ограничена поверхностью раздела.

Т.о. неоднородность имеет ещё и фазовый характер. Т.е. пласт – фазово-неоднородная система.

3. Внутри каждой фазы можно выделить компоненты.

Компоненты – индивидуальные вещества, состоящие из одинаковых молекул и наименьшее число этих молекул необходимо и достаточно для образования всех фаз этой системы.

Многокомпонентная система состоит из одного и более индивидуальных веществ.

 

5. Особенности твёрдой фазы.

1. минералогический состав твёрдой фазы

(например наличие обломков (доломиты, кварц, полевой шпат, кальцит); органической части (оолиты, мшанки, серпулы); хемогенной части (гипсы, ангидриды))

2. размер гранул (гранулометрический состав)

3. наличие пустот между гранулами (пористость)

Пористость – дефекты сплошности.

Пористость – отличительный признак (с точки зрения физики), выводящий пористость сред из физики сплошной среды.

4. структура порового пространства определяет возможность движения флюидов в пласте и характеризуется проницаемостью.

5. поры обладают большой площадью, а, значит, удельной поверхностью.

Удельная поверхность – площадь контактов между скелетом и внутрипоровым пространством.

6. механические свойства (например, нагрузка)

7. степень насыщенности пор

 

Т.о. неоднородность скелета породы характеризуется структурно-текстурной неоднородностью пласта.

Примером является наличие глинистой компоненты.

Цемент может быть карбонатный, состоящий из соли и др. минералов.

Масштабность зависит от природы компонентов фазы.

Итак, в зависимости от структуры пласта (т.е. формы и размера гранул) можно различить:

­ псефитовую (>2 мм)

­ псамитовую (0.1 - 2 мм)

­ алевритовую (0.01 – 0.1 мм)

­ пелитовую (<0.01 мм) структуры

Текстура указывает на слоистость, характер размещения и расположения пород, взаиморасположение и количественное соотношение цемента.

 

Выделяются разные уровни неоднородности.

 

Уровни неоднородности.

 

a Уровни атомов и ионов 0.5×10^-4¼2×10^-4 мкм

b Уровень молекул 10^-4¼10^-3 мкм

c Моно- и полимолекулярные слои 10^-4¼10^-1 мкм

d Поры, заполненные жидкостью или газом 10^-4¼10³ мкм

e Зёрна скелета 10^-3¼10⁵ мкм

f Полости выщелачивания/каверны 10²¼10⁷ мкм

g Прослои, линзы, включения 10³¼10⁷ мкм

 

 

Широкий спектр неоднородности пласта приводит к большой сложности описания. В зависимости от способа определения имеются различные материалы.

 

Различают три основных вида пород, которые могут быть коллекторами, т.е. проводящими и флюидосодержащими, и неколлекторами:

терригенные породы – это осадочные образования, сложенные терригенными минералами или обломками материнских пород (обломки + глины).

пирокластические – осадочные, обломочные породы, на 50 и более % состоящие из продуктов вулканического извержения. Могут быть коллекторами.

Непроницаемые породы – тонкие слои, имеющие подчинённое значение.

 

Пласты делятся на микропористые и макропористые. Пласты – неколлекторы содержат субкапилляры и микропоры.

 

По степени проницаемости коллекторы можно разделить на:

 

	Низкопроницаемые 0 – 0.1 Д		Среднепроницаемые 0.1 – 0.5 Д		Высокопроницаемые 0.5 Д и выше

 

Лекция №3.