При движении воды, нефти и газа в поровом пространстве пород, в результате ряда процессов, происходит изменение смачиваемости поверхности порового пространства углеводородами, входящими в состав газа и нефти. Хроматографический процесс приводит к разделению и осаждению компонентов, в зависимости от размера пор породы и размеров молекул углеводородов. Изменение термобарических условий приводит к селективному осаждению или растворению углеводородных компонентов. На протяжении всего пути движения в неоднородной среде осадочных пород термодинамические условия могут меняться неоднократно, и состав движущихся смесей может претерпеть при этом существенные изменения.
Физическая адсорбция и химосорбция приводят к возникновению участков поверхности, где взаимодействие с водой незначительно — гидрофобных участков. Так как поровое пространство породколлекторов имеет большое количество активных центров, способных к образованию различных видов связей (от водородной до химической), то практически любой углеводород способен гидрофобизировать это пространство в той или иной степени. В сложной системе, какой является коллектор углеводородного сырья, существует постоянная конкуренция в адсорбционном процессе между водой и углеводородами. Преимущество имеет тот, кто имеет большую энергию адсорбции по отношению к породе.
Типы смачиваемости
Смачиваемость системы порода-нефть-вода может быть любой: от сильно гидрофильной до сильно гидрофобной, в зависимости от специфического взаимодействия всех трех компонентов. Когда порода не оказывает сильного предпочтения ни нефти, ни воде, то говорят о нейтральной или промежуточной смачиваемости породы. Помимо равномерной и нейтральной смачиваемости имеется третий тип — дробной (частичной) смачиваемости, когда отдельные части породы имеют различную смачиваемость на макроуровне.
Понимание того, что смачиваемость породы может быть изменена адсорбируемыми компонентами нефти, привела к идее, что могут существовать и другие промежуточные формы смачиваемости. В целом, внутренняя поверхность породы состоит из многих минералов с различными поверхностными химическими и адсорбционными свойствами, которые могут приводить к вариациям смачиваемости. При гетерогенной смачиваемости компоненты нефти сильно адсорбируются в определенных участках породы, так что часть породы является сильно гидрофобной, а другая часть сильно гидрофильной. Салатьел ввел понятие избирательной смачиваемости для специального типа гетерогенной смачиваемости, при которой гидрофобные поверхности образуют сквозные пути по крупным порам.
Нами введено понятие микроструктурной смачиваемости как характеристики микроуровня пласта. Это понятие соответствует масштабному уровню существенно большему, чем масштабы одного керна.
Взаимосвязь структуры порового пространства со структурой смачивания
Рассмотренные виды смачиваемости не связаны, непосредственным образом, с особенностями микростроения пласта – гранулометрический состав, распределение пор по размерам, характер распределения цемента и т.д. Однако, связь смачиваемости со структурой порового пространства интуитивно очевидна. Литологические особенности пористой среды, особенности формирования залежей приводят не только к пониманию существования гетерогенной смачиваемости, но и к существованию связи смачиваемых и несмачиваемых элементов пористой среды с пустотами определенного размера.
В 1990 г. нами была исследована возможность существования связи между размерами пор и их смачиваемостью. Данная гипотеза привела к очень интересным результатам, но, до определенного периода, она существовала только как гипотеза. В 1997 году М.Робин с соавторами провели опыты по исследованию смачиваемости образцов на сканирующем электронном микроскопе. Эти опыты проводились как на искусственно приготовленных образцах со смешанной смачиваемостью, так и на естественных образцах.
Методика исследований позволяла визуально наблюдать капиллярный подъем флюида в образцах породы. Было показано, что в карбонатных породах со смешанной смачиваемостью нефть появлялась сначала в самых крупных порах. Как видно из данного опыта, в естественных условиях гидрофобность смешанных по смачиваемости кернов может быть связана как с большими, так и малыми порами. При движении многокомпонентных углеводородных смесей, таких как газ, конденсат, нефть, через пласты — коллекторы происходит селективное осаждение их во внутрипоровом пространстве и формирование микроструктурной смачиваемости.
Таким образом, можно считать доказанным существование нового типа смачиваемости нефтяных и газовых пластов: микроструктурная смачиваемость, которая отличается от, известной ранее, гетерогенной смачиваемости тем, что участки с различным типом смачиваемости приурочены к микроструктурным неоднородностям пласта. В частности гидрофильные и гидрофобные участки смачивания приурочены к порам и капиллярам, что приводит к неоднородности смачивания на уровне отдельных пор (микроуровень). Проведенный анализ существующих экспериментов показал, что отдельные поры и капилляры могут проявлять как гидрофильный, так и гидрофобный тип смачивания. Усредненные параметры смачивания не соответствуют ни гидрофильному, ни гидрофобному, ни гетерогенному типу смачивания.
Микроструктурная смачиваемость приводит к необычным явлениям при двухфазной фильтрации и требует специального учета для обоснования технологий извлечения углеводородов из пластов с микроструктурным типом смачивания. Нами выявлено, что микроструктурная смачиваемость влияет на фазовую и относительную фазовую проницаемости, капиллярное давление, неподвижную водо- и нефтенасыщенность, и, в конечном итоге, обуславливает углеводородо-отдачу пласта.
