ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Нестационарные режимы неравновесной двухфазной фильтрации из "Нелинейные и неравновесные эффекты в реологически сложных средах" Экспериментальные исследования показывают, что при вытеснении нефти водой из пористой среды вытесняемая фаза движется не как независимая фаза, а разбивается микропотоками вытесняющей фазы [141, 142], замещая в некоторых каналах воду после того, как она вытеснила из них нефть. Кроме того, все нефти содержат поверхностно-активные вещества, и вытеснение нефти водными растворами из пористой среды сопровождается как диспергированием, так и коалесценцией капель обеих жидкостей [189, 190], т.е. образованием водо-нефтяной микроэмульсии. Диспергирование нефти при ее контакте с водой в пористой среде происходит практически мгновенно. [c.138] Таким образом, в поровом пространстве реальных пластов вместо чистых фаз воды и нефти совместно движутся эмульсия нефти в воды (Н/В) и обратная эмульсия воды в нефти (В/Н). [c.138] Значительный вклад в исследования механизма образования эмульсии, их физико-химических свойств был внесен академиком П.А. Ребиндером и его школой [189, 190]. [c.138] Показано, что водо-нефтяные эмульсии являются неньютоновскими жидкостями. Причиной аномалии вязкости микроэмульсий является деформация диспергированных частиц с увеличением приложенного напряжения. В пористой среде микроэмульсия проявляет тиксотропные свойства. Напомним, что тиксотропными называются среды с нестационарными реологическими характеристиками, структура которых при деформировании с постоянной скоростью сдвига постепенно разрушается, что приводит к уменьшению эффективной вязкости со временем. [c.138] Характерные времена структурных перестроек оказываются сравнимыми с характерными временами изменения напряжений. Это приводит к тому, что связь между напряжением и деформацией становится неравновесной. Для установления равновесного значения напряжения, соответствующего определенному значению скорости сдвига, требуется некоторое время. [c.138] Результаты экспериментальных исследований с использованием пластовых жидкостей и естественных пород показывают, что значения основных параметров, характеризующих процесс вытеснения несмешивающихся жидкостей на различных стадиях, определяются не только свойствами фаз, но и степенью взаимодействия вытесняемой и вытесняющей жидкостей между собой и с породой, геометрией норового пространства, а также строением стенок норовых каналов. Процессы, происходящие в такой сложной системе, как пористая среда, насыщенной остаточной (или нагнетаемой) водой и нефтью, являющейся многокомпонентной системой, чаще всего находящейся в коллоидном состоянии, могут происходить с характерными временами релаксации, зависящими от строения, состава и состояния конкретной системы [212]. [c.139] Имеются экспериментальные данные [79], указывающие, что совместная фильтрация воды и нефти происходит в форме четок одной жидкости в другой. Предполагается, что при четочном режиме образуется микроэмульсия с аномально-высокими значениями вязкости, что в свою очередь обусловливает высокие фильтрационные сопротивления в зоне смеси. Прочность эмульсии, продолжительность существования отдельных капель зависят от прочности межфазных пленок в пластовых условиях, а степень дисперсионности определяется структурными свойствами коллектора и скоростью фильтрации фаз. [c.139] В работе [79] в результате анализа проведенных экспериментальных исследований выявлена возможность существования смеси флюидов в виде объемной структурной композиции, функционирующей в пульсирующем режиме вследствие порционного и поочередного характера реализующегося процесса массопереноса компонентов. Эта смесь флюидов проявляет себя самоорганизующейся системой. [c.139] Лабораторные эксперименты [190] показывают, что при увеличении градиента давления фильтрационные сопротивления в потоке микроэмульсии уменьшаются, а при уменьшении градиента давления возрастают. В этом смысле реологическое поведение микроэмульсии имеет неньютоновский характер (эффективная вязкость уменьшается с увеличением приложенного напряжения). Причины этого явления связаны со структурными перестройками в микроэмульсиях. Теоретическое описание некоторых возможных деталей данного процесса имеется в работе В.П. Николаевского [171]. Дан анализ влияния микроэмульсионного состояния части масс в фильтрационном потоке на фазовые проницаемости. [c.139] Новая модель фильтрации двух несмешивающихся, взаимонераство-римых жидкостей с образованием эмульсии и адсорбцией жидких компонентов на скелет рассмотрена в работе A.A. Бармина и Д.И. Гарагаш [29]. Модель учитывает влияние межфазного массообмена на динамику эмульсии и активную пористость. Рассмотрены режимы течения, образующиеся в задачах о вытеснении и зависящие от вида изотерм адсорбции и плотностей жидких компонент. Вопросы структурообразования в микроэмульсиях не рассматриваются. [c.140] Все особенности этого процесса до конца не исследованы, поэтому в представленной работе построена феноменологическая модель двухфазной фильтрации, учитывающая своеобразную неравновесность потока, связанную с изменением реологических свойств в микроэмульгированных системах. [c.140] В рамках феноменологического подхода фильтрующаяся двухфазная жидкость представляется в виде микроэмульсионной суспензии, частицы которой обладают вязкоупругими свойствами и размеры которых сопоставимы с размерами пор. Нри движении по норовым каналам, сопровождающемся деформацией частиц, происходит изменение фильтрационного сопротивления потока вследствие структурных преобразований микроэмульсии с характерным для данной системы временем релаксации. [c.140] С учетом этих представлений рассмотрим модель, описывающую процесс вытеснения нефти водой из образца пористой среды под действием постоянного напора вытесняющей жидкости. Нри ее выводе учитываются следующие эффекты. Нри нагружении (увеличении градиента давления), т.е. при больших скоростях фильтрации происходит разрушение структуры, уменьшение эффективной вязкости и, следовательно, уменьшение фильтрационного сопротивления. [c.140] Нри разгружении (уменьшении градиента давления), т.е. при малых скоростях фильтрации происходит восстановление структуры. Нри движении по норовым каналам частицы микроэмульгированной суспензии испытывают деформации, под действием которых постепенно твердеют за время, равное времени релаксации, т.е. происходит структурообразование в микроэмульгированной системе. Затвердевая , частицы забивают часть норовых каналов, что приводит к увеличению фильтрационного сопротивления. [c.140] И2 — вязкость вытесняемой фазы, - время релаксации. [c.142] Уравнения (4.15) и (4.17) берутся в качестве системы уравнений при формулировке краевых задач. [c.142] Система уравнений (4.24) - (4.25) расщеплена по физическим параметрам и позволяет последовательно рассчитывать по первому уравнению давление р, используя которое, по второму уравнению рассчитывать насыщенность 5. [c.144] Соответственно приводятся к безразмерному виду начальные и граничные условия (4.22). [c.144] При определении начального условия для градиента давления д предполагается, что время перераспределения давления за счет сжимаемости жидкостей пренебрежимо мало по сравнению со временем вытеснения. Отсюда следует, что нестационарные процессы упругого перераспределения давления заканчиваются в начале процесса вытеснения. Поэтому в масштабе медленного времени можно считать, что к началу процесса вытеснения градиент давления во всех точках области течения достигает начального значения gQ. [c.146] Выводы асимптотического анализа подтверждают результаты численных расчетов. [c.150] Вернуться к основной статье