Результаты экспериментального исследования радиогеохимического эффекта. Описание и способы его регистрации. Примеры экспериментального обнаружения эффекта. Уравнение неразрывности. Закон Фика. Уравнение конвективной диффузии. Химический потенциал.
Аннотация к работе
В настоящее время к числу нерешенных проблем в области контроля методами промысловой геофизики за процессами обводнения следует отнести выделение коллекторов, заводняемых закачиваемой водой, по скважинам, выходящим из бурения, и по скважинам, обводнившимися в период эксплуатации закачиваемой или пластовой водой. Эффект был экспериментально обнаружен более десяти лет назад и получил название «радиогеохимический», он заключается в многократном увеличении естественной гамма активности пород в интервале продуктивных пластов в процессе их обводнения, что проявляется в возникновении аномалий на кривых гамма-каротажа. Изза недостаточной изученности условий отложения радиоактивных веществ эффект не находит широкого применения. В первой главе описывается радиогеохимический эффект, рассматриваются способы регистрации и примеры результатов экспериментального обнаружения радиогеохимического эффекта. Во второй главе вводятся основные понятия и уравнения: уравнение неразрывности, химический потенциал, закон Фика, координаты Эйлера и Лагранжа, слабые растворы и равновесия в них по отношению к растворенному веществу, уравнение конвективной диффузии, метод характеристик с рассмотрением частных случаев.В этой главе приводятся результаты экспериментальных исследований полученных при замерах скважин в период и после их эксплуатации.В скважинах, обводняющихся вследствие заводнения пластов закачиваемой или пластовой водой, с заколонной циркуляцией и работающих практически без воды, часто наблюдается повышение радиоактивного излучения, достигая максимального значения в интервале контакта нефти с водой. Возникновение гамма-аномалии на границе вода-нефть связано с повышением концентрации радиоактивных веществ в пласте, источником которых является неподвижная пористая среда. Существует несколько способов регистрации радиогеохимического эффекта. В скважину опускается снаряд (рис.1), который заключает в себе приемник гамма-излучения. В качестве приемника используют счетчик Гейгера-Мюллера, который соединяется с пультом управления и питания.В скважине 3890 в пласте песчаника 1740-1758 м водонефтяной контакт находится на глубине 1751,3м, интервал перфорации 1740-1744 мм. Пласт «а» (1723-1725 м) представлен алевролитом, вскрыт перфорацией, но в работе скважины участия он не принимает. В пределах основной части пласта произошло резкое увеличение естественной гамма-активности; наиболее высокий уровень излучения зарегистрирован в интервале, вскрытом перфорацией (в 10 раз превышает уровень в глинах). Кроме того, увеличение гамма-активности отмечается и выше кровли этого пласта в интервале, представленном неколлектором (до глубины 1736 м). В скважине 3892 перфорацией вскрыт также пласт с подошвенной водой (водонефтяной контакт на глубине 1669 м).Радиогеохимический эффект наблюдается на границе нефть-вода в пласте. Интенсивность гамма-аномалий зависит от скорости фильтрации воды по пласту.Содержанием этой главы являются основные понятия и уравнения, и их решения, необходимые разработки теории на основе математической модели.Закон сохранения массы означает, что для любого с поверхностью изменение массы в должно равняться количеству массы протекающему через . Плотностью в точке пространства называют предел отношения массы в элементарном объеме этому объему, охватывающему точку , при стягивании его в эту точку, т.е.: ,(2.1) Выберем на поверхности ориентированный элемент поверхности, где - вектор внешней нормали, - площадь выбранной площадки. Тогда через элемент площади входит или выходит количество массы сплошной среды , где - вектор потока массы. Будем предполагать, что источники и стоки отсутствуют, тогда закон сохранения массы запишется в виде: (2.4)Закон Фика необходим для описания диффузии растворенного(радиоактивного) вещества пропорциональной градиенту их плотности. В уравнении (2.9) предыдущего параграфа вектор потока имеет вид (*) где - конвекционная компонента вектора потока, связанная с потоком вещества (массы). Для случая, когда движение массы происходит только за счет конвекции, поток записывается в виде диффузионная компонента, возникает при наличии в системе градиента концентрации.Пусть имеется раствор с плотностью растворителя и плотностью растворенного вещества -, тогда плотность раствора запишется в виде Запишем уравнение неразрывности для растворителя: (2.19) Будем считать, что растворитель является несжимаемым, т.е. не зависит от пространственных координат и (2.20) Запишем уравнение неразрывности для раствора: (2.22)Получим решение задачи методом характеристик. Уравнение (1) таким образом можно записать как систему двух уравнений: (4) Для того, чтобы получить решение задачи Коши нужно решить систему двух уравнений: ,(9) Подставим уравнение (10) в (9), получим Тогда уравнение (1) запишем в виде системы двух уравнений: (3)Рассмотрим термодинамические свойства слабых растворов, т. е. таких растворов, в которых число молекул растворенных веществ значительно меньше числа молекул растворителя. Рассмотрим сначала случай раствора с од
План
Содержание
Введение 3
Обозначения 4
1. Результаты экспериментального исследования радиогеохимического эффекта 6
1.1. Описание и способы регистрации радиогеохимического эффекта 6
2.6. Равновесие по отношению к радиактивному веществу веществу 28
2.7. Химический потенциал 30
3. Разработка теории радиогеохимического эффекта 32
3.1. Общие предположения теории 32
3.2. Математические модели радиогеохимического эффекта 34
3.3. Рельзультаты расчетов и их анализ 41
3.3.1. График модели 41
3.3.2 Условие возникновения радиогеохимического эффекта 43
Заключение 44
Литература 45
Введение
В настоящее время к числу нерешенных проблем в области контроля методами промысловой геофизики за процессами обводнения следует отнести выделение коллекторов, заводняемых закачиваемой водой, по скважинам, выходящим из бурения, и по скважинам, обводнившимися в период эксплуатации закачиваемой или пластовой водой.
Перспективным направлением исследований с целью решения этих вопросов является использование эффекта увеличения естественной гамма-активности в заводняемом пласте. Эффект был экспериментально обнаружен более десяти лет назад и получил название «радиогеохимический», он заключается в многократном увеличении естественной гамма активности пород в интервале продуктивных пластов в процессе их обводнения, что проявляется в возникновении аномалий на кривых гамма-каротажа. Изза недостаточной изученности условий отложения радиоактивных веществ эффект не находит широкого применения.
Цель данной работы заключается в разработке теории радиогеохимического эффекта.
Задачи: - анализ экспериментальных исследований опубликованных в печати;
- вывод основных уравнений;
- формулировка задач математической физики, описывающих динамику радиоактивных примесей при вытеснении нефти водой;
- решение основных задач и проведение численных расчетов на их основе;
- определение условий возникновения радиогеохимического эффекта;
- анализ результатов расчетов, исследование зависимости величины эффекта от пористости, коэффициента равновесия растворенного вещества между жидкостью и скелетом и от плотности радиоактивных примесей в этих средах.
Практическая значимость заключается в возможности использования результатов исследования в нефтедобывающей промышленности .
Работа состоит из двух глав.
В первой главе описывается радиогеохимический эффект, рассматриваются способы регистрации и примеры результатов экспериментального обнаружения радиогеохимического эффекта.
Во второй главе вводятся основные понятия и уравнения: уравнение неразрывности, химический потенциал, закон Фика, координаты Эйлера и Лагранжа, слабые растворы и равновесия в них по отношению к растворенному веществу, уравнение конвективной диффузии, метод характеристик с рассмотрением частных случаев.
В третьей главе разрабатывается теория эффекта. Здесь строится математическая модель: постановка задач и их решение методом характеристик. Производятся расчеты и на основе их анализа строятся графики, выводится условие возникновения радиогеохимического эффекта. Глава завершается определением выражения для его величины эффекта.
Выражаю глубокую признательность за помощь в написании работы профессору А. И. Филиппову.
Обозначения
- объем занимаемый порами и скелетом соответственно, м3;
- общий объем, м3;
- химический потенциал растворенных радиоактивных веществ относительно жидкости и скелета, Дж/кг;
, - плотность радиоактивных веществ в насыщающей жидкости и скелете, кг/ м3;
- коэффициент массообмена между скелетом и жидкостью, кг2/(Дж м3 с);
- скорость фильтрации насыщающей жидкости, м/с.
Вывод
В этой главе приводятся результаты экспериментальных исследований полученных при замерах скважин в период и после их эксплуатации. Проводится анализ практических материалов гамма-каротажа , который показывает, что в процессе длительной закачки сточных вод в продуктивные горизонты образуются аномалии, связанные с радиогеохимическим эффектом.На основе всего выше сказанного можно сделать следующие выводы: 1. Радиогеохимический эффект наблюдается на границе нефть-вода в пласте. Таким образом, в нефтяном пласте содержание радиоактивных веществ повышается.
2. Вероятность появления гамма-аномалии при заводнении нижних пластов больше, чем при заводнении верхних пластов.
3. Интенсивность гамма-аномалий зависит от скорости фильтрации воды по пласту.
4. Аномальная радиоактивность часто наблюдается в пластах, которые не являются источниками поступления воды в скважину. Образование этих гамма-аномалий, по-видимому, связано с адсорбцией бария и радия из жидкости, движущейся по стволу, на участках обсадной колонны, подвергшихся коррозии, и на цементе за колонной в интервале пластов, вскрытых перфорацией.
5. Радиогеохимический эффект можно применять при исследованиях в интервале пластов, не вскрытых перфорацией.