Система для определения свойств переходной зоны при смешивающемся вытеснении нефти газом

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована для исследования процессов взаимодействия в пористой среде нефти и других флюидов с газами.
Процесс смешивающегося вытеснения нефти газом характеризуется высокими значениями коэффициента вытеснения - свыше 0,9 и является одним из наиболее эффективных по сравнению с другими вытесняющими агентами.
Основная черта смешивающегося вытеснения - отсутствие четкой границы между закачиваемым газом и вытесняемой им нефтью. Вместо нее наблюдается переходная зона, в которой происходит многоконтактный процесс массообмена между нефтью и газом и свойства флюидов (плотность, вязкость, компонентный состав) плавно изменяются от нефти к газу.
Известны модели пористой среды типа Slim Tube, на которых, как правило, производятся исследования процессов вытеснения нефти газом [1]. Эти модели представляют собой металлические трубки, длина которых многократно превышает их диаметр, заполненные плотно упакованным гранулярным наполнителем (песком или другим аналогичным материалом), снабженные фильтрами для удержания в ней наполнителя и фитингами для подключения к фильтрационной установке. Длина таких моделей составляет, как правило, от 6 до 25 метров, внутренний диаметр - от 4 до 10 мм. Для удобства размещения в лаборатории и монтажа трубки обычно свиваются в спираль. Уменьшение диаметра модели позволяет сгладить концевые эффекты и считать движение флюидов в ней плоскопараллельным. Поэтому для качественного исследования процессов вытеснения нефти газом оказываются наиболее применимыми модели пласта Slim Tube.
В ходе исследований процессов вытеснения нефти газом значительный интерес для последующего компьютерного моделирования представляют параметры переходной зоны между ними:
ее длина, составляющая, согласно расчетам, порядка нескольких метров;
изменение вязкости флюида по длине переходной зоны;
изменение компонентного состава многоконтактного флюида по мере продвижения переходной зоны через пористую среду.
Для оценки вязкости нефти при пластовых условиях (повышенные давление и температура) известна конструкция капиллярного вискозиметра, представляющего собой тонкий металлический капилляр малого диаметра (как правило, несколько десятых долей миллиметра) и большой длины (как правило, несколько метров), оба конца которого подключены к выходам дифференциального манометра /2/. Зная перепад давления на капилляре и имея тарировочные зависимости перепада давления от вязкости прокачиваемой среды, полученные для жидкостей с известной вязкостью при известных термобарических условиях, можно определять вязкость прокачиваемого флюида.
Модель пласта типа Slim Tube и капиллярный вискозиметр являются прототипами для предлагаемой полезной модели.
Полезная модель для определения длины переходной зоны и вязкости многоконтакного флюида представляет собой модель пласта Slim Tube (1), в которую интегрирован капиллярный вискозиметр, установленный между ее частями на расстоянии от входа, обеспечивающем формирование переходной зоны между нефтью и газом (рисунок 1). Вискозиметр герметично присоединен к модели Slim Tube, имеющей фильтры, чтобы не допустить выноса наполнителя в капилляр вискозиметра. Вискозиметр состоит из тонкого капилляра (2), рассчитанного на давление эксперимента, и дифференциального манометра (3).
В ходе продвижения фронта газа по первой части модели Slim Tube в ней формируется переходная зона, которая по мере ее расширения проходит через петлевой вискозиметр и вторую часть модели Slim Tube. Чтобы исключить влияние на процесс вытеснения нефти выходной части модели и получить картину, характерную для срединной зоны продуктивного пласта, а, кроме того, исключить влияние оборудования, установленного после модели Slim Tube (сепаратор для сбора выходящей продукции, блок противодавления и другое оборудование), требуется установка второй части модели Slim Tube, в которой будет продолжаться стационарный режим фильтрации.
При стационарном режиме закачки газа в зависимости от вязкости проходящих через капилляр флюидов на дифманометре будут отмечаться три режима изменения перепада давления:
1. При движении через капилляр неизмененной нефти перепад давления будет постоянным либо с незначительными колебаниями. На этом этапе возможна оценка вязкости неизмененной нефти в пластовых условиях по замеренному перепаду давления.
2. При подходе переходной зоны и попаданию измененного многоконтактного флюида в капилляр вискозиметра будет отмечаться снижение перепада давления, по которому может быть рассчитана его вязкость, изменяющаяся по мере продвижения фронта вытеснения. Перепад давления будет снижаться постоянно на протяжении всего прохода через капилляр переходной зоны между нефтью и газом.
3. Стабилизация перепада давления на уровне, соответствующем вязкости закачиваемого газа. По стабилизации перепада определяется окончание прохода многоконтактного флюида через капиллярный вискозиметр.
По результатам обработки динамики изменения перепада давления определяется длина переходной зоны и динамика изменения вязкости составляющего ее флюида по мере развития многоконтактного процесса взаимодействия нефти с закачиваемым газом.
Оценка длины переходной зоны позволит выбирать длину модели пласта Slim Tube таким образом, чтобы длина этой модели превышала длину переходной зоны; таким образом, может быть подобрана заведомо корректная длина модели Slim tube, что существенно повысит качество проводимых исследований.
Оценка вязкости позволит уточнить математическую методику расчета процесса вытеснения нефти газом в смешивающемся режиме, внеся в компьютерную модель переменную вязкость многоконтакного флюида применительно к конкретным составам нефти и газа, а также пластовым давлению и температуре. Таким образом, повышается корректность используемых для моделирования процессов вытеснения нефти математических моделей и точность прогнозируемых с их помощью результатов внедрения той или иной технологии вытеснения нефти газовыми методами.
Кроме того, возможно точное определение момента подхода переходной зоны к выходу из второй части модели Slim Tube, что позволит провести отбор и хроматографический анализ компонентного состава многоконтактного флюида с привязкой к объему прокачки газа и последующим построением динамики его изменения. Это также повысит точность и корректность используемых математических моделей процессов взаимодействия нефти с закачиваемым газом.
Литература:
1. Использование слим-моделей пласта (Slim Tube) для физического моделирования процессов вытеснения нефти смешивающимися агентами. Часть 1. Методология эксперимента / А.М. Полищук, В.Н. Хлебников, В.Б. Губанов // Нефтепромысловое дело: НТЖ / ВНИИОЭНГ. - 2014. - №5. - С. 19-24.
2. Особенности определения вязкости пластовых нефтей на капиллярном вискозиметре при проведении PVT-тестов / Даренский А.Н., Гончаров И.В., Обласов Н.В. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. №7, 2016 - с. 825-833.