К оглавлению журнала

 

УДК 550.38:553.98

©Коллектив авторов, 1996

ГЕОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ И МЕСТОРОЖДЕНИЯ НЕФТИ И ГАЗА

А.Х. Мирзаджанзаде, А.Х. Шахвердиев (ВНИИнефть), О.Л. Кузнецов (ВНИИЯГГ), А.М. Мамедзаде (Азербайджанская государственная нефтяная академия)

Во второй половине двадцатого столетия в б. СССР, США, Франции развернулись широкомасштабные исследования влияния физических полей (гравитационных, электрических) на процессы генерации, миграции, аккумуляции и диссипации жидких и газовых углеводородов (ВНИГРИ, ИГиРГИ, ИФЗ АН СССР, ВНИИЯГГ, ВНИИнефть и др.). В работах ВНИГРИ рассматривалось влияние естественных радиационных излучений на поведение карбосферы.

Практически параллельно в этих же институтах проводилось изучение характеристик природных и техногенных (искусственно создаваемых) физических полей, при которых последние оказывали существенное влияние на ускорение процессов фильтрации, конечную величину коэффициента нефтеотдачи. В результате были разработаны эффективные технологии термического, электрического, сейсмоакустического и СВЧ-электромагнитного воздействия на нефтяные пласты. Все эти технологии характеризуются применением относительно малых энергий и использованием нелинейных и нестационарных свойств нефтяного пласта. Неоднократно предпринимались попытки исследования возможного влияния геомагнитного поля Земли и искусственно создаваемых магнитных полей на динамику поведения углеводородных систем в пористых средах.

Степень и характер влияния магнитного поля на процессы массопереноса исследовались в различных средах. Влияние магнитного поля на химические реакции считалось ничтожным, так как энергия взаимодействия атомов и молекул в самом сильном магнитном поле в миллион раз меньше энергии их теплового движения и в сотни миллионов раз меньше энергии, необходимой для химических реакций.

Вопреки устоявшемуся мнению А.Л. Бучаченко, Ю.Н. Молин, Р.З. Сагдеев, К.М. Салихов и Е.Л. Франкевич (1965-1986) убедительно доказали эффективность влияния даже слабых магнитных полей напряженностью 7958-79578 А/м на химические процессы в растворах и молекулярных твердых телах.

"Магнитный эффект" по таким параметрам, как выход продуктов реакции, излучение света или проводимость, достигал нескольких десятков процентов, а скорость взаимодействия радикалов между собой – даже нескольких сотен процентов.

Простейшее объяснение этих явлений состоит в следующем. Известно, что электроны являются своего рода квантовыми волчками, т.е. обладают вращательным моментом – спином, для которого характерна определенная сохраняющаяся в пространстве ориентация. Атом и магнитное ядро можно представить квантовыми гироскопами, которые подвергаются сортировке во время химической реакции.

В работах А.Л. Чижевского, Ю.Г. Шишиной говорится о том, что нет оснований обвинять гелиобиологов в покушении на закон сохранения энергии, несмотря на вполне ощутимые по своим энергетическим характеристикам изменения некоторых биологических процессов в результате слабых возмущений.

Как всякий трансформатор, живой организм не может отдавать на "выходе" больше энергии, чем получает на "входе". Однако с помощью соответствующей системы можно воздействовать на коэффициент полезного действия трансформатора, качественные и количественные показатели трансформируемого им энергетического потока и даже увеличить мгновенную мощность, если, конечно, имеется соответствующий "аккумулятор". Можно, наконец, совсем "выключить" (т.е. убить) организм подобно тому, как отключает мощную электростанцию крошечное реле на пульте ее управления.

По оценкам В.И. Классена 1 г вещества в коллоидном состоянии обладает суммарной площадью до 1 км2. На этой обширной поверхности возникают электрические заряды, поля и происходят частые изменения водородных связей. Естественно, что для такого чувствительного приемника не нужны сильные воздействия.

По данным Дж. Пиккарди солнечные вспышки влияют на равновесие коллоидной системы и скорость осаждения оксихлорида висмута резко увеличивается в день солнечной вспышки.

Известно, что во время магнитных бурь (данные экспериментов А.А. Дмитриева и др.) замерзание воды (кристаллизация) наступает быстрее. Аналогичный эффект наблюдается и с расплавленным парафином.

В наших исследованиях изучалось влияние магнитного поля на процесс вытеснения углеводородов из пористой среды. Возникает вопрос, почему из всей гаммы физических полей (магнитное, электрическое и т.д.) предпочтение отдается одному из них. Дело в том, что магнитное поле обладает рядом уникальных свойств, которые выдвигают его на первые позиции. Так, при малой энергетической затрате самого магнитного поля получается эффект, по энергетическим возможностям превышающий ее в кратном размере.

Установлено, что магнитное поле может снижать набухание глинистых частиц среды. Аналогичный эффект можно получить и за счет применения, например, химических реагентов, однако это требует существенных затрат и, кроме того, по воздействию на пласт магнитное поле экологически предпочтительнее. Таким образом, эти особенности являются серьезными предпосылками для создания энерго- и природосберегающих технологий.

Изучение влияния магнитного поля на процесс вытеснения углеводородов из пористой среды показало существенное увеличение (до 30 %) коэффициента вытеснения. Установлено, что искусственное магнитное поле воздействует на процесс набухания глинистых частиц, что в свою очередь увеличивает коэффициент вытеснения. Однако процесс увеличения коэффициента вытеснения в пластовых условиях наблюдался и в песчаных коллекторах. Следовательно, рост коэффициента вытеснения нельзя объяснить только за счет снижения набухания глинистых частиц при магнитной обработке пористой среды. Были проведены дополнительные лабораторные исследования песчаных, глинистых и карбонатных пористых сред, адекватных нефтеносным коллекторам. Эти исследования выявили присутствие на поверхности пористых сред мельчайших минералов типа гё-тит, обладающих магнитными свойствами. Таким образом, при искусственном наложении магнитных полей происходит компенсация ферромагнитных частиц, что влечет за собой увеличение коэффициента вытеснения.

Однако эти исследования при всей своей позитивности исключают одно важное обстоятельство, что сама Земля является магнитом, следовательно, необходимо учитывать ее действие на процессы, происходящие как на поверхности, так и в ее недрах. В предлагаемой работе излагаются результаты изучения влияния силы естественного магнитного поля различной пространственной ориентировки на процессы вытеснения углеводородных жидкостей водой. Исследования проводились в металлических колонках, являющихся экраном для магнитного поля Земли.

Известно, что резина – диамагнетик, поэтому лабораторные эксперименты комплексного воздействия магнитного поля Земли проводились также на моделях пласта, помещенных в резиновые трубки.

Напряженность магнитного поля максимальна в направлении с юга на север. В эксперименте с целью изучения действия магнитного поля Земли было проведено вытеснение углеводородных жидкостей водой по четырем направлениям: 1) с юга на север, 2) с севера на юг, 3) с востока на запад, 4) с запада на восток.

Обвязка экспериментальной установки производилась таким образом, чтобы процесс вытеснения во всех шести колонках (две металлические и четыре резиновые) происходил одновременно. Это важное обстоятельство связано с тем, что магнитное поле Земли в течение суток изменяется не только по направлению, но и по силе. Одновременное вытеснение исключает влияние колебания величины магнитного поля Земли.

Результаты исследований приведены в таблице и на рис. 1-3. Из анализа кривых вытеснения углеводородных жидкостей водой под действием магнитного поля и без его влияния получены следующие значения коэффициентов конечного hкон и безводного hБВ вытеснения в зависимости от направления магнитного поля.

Максимум напряженности магнитного поля с юга на север способствует более устойчивому вытеснению углеводородной жидкости водой. В этом направлении проявляется преимущественное воздействие магнитного поля на процесс вытеснения с характерным ростом как конечного, так и безводного коэффициентов вытеснения.

Результаты этих исследований показывают, что магнитное поле способствует устойчивому вытеснению углеводородной жидкости, снижению расхода энергии и как следствие снижению затрат.

В то же время можно высказать гипотезу о существенном влиянии геомагнитных полей на миграцию углеводородных систем в процессе формирования нефтяных месторождений. Здесь уместно вспомнить о так называемых тектономагнитных эффектах, связывающих распределение величин компонент тензора упругих (механических) напряжений и компонент напряженности магнитного поля в массивах горных пород.

Изложенная информация может оказать существенное влияние на решение практических задач нефтедобычи, принципы оптимального управления процессом разработки нефтяных месторождений и в первую очередь на систему размещения скважин.

ABSTRACT

The article deals with results of studies concerning magnetic field effect on hydrocarbon displacement process from porous medium. Magnetic field exhibits a number of unique properties which put its application in the forefront. In that case, low energy consumption of magnetic field per ce may produce an effect multiply exceeding costs by energy potentialities. Studies of magnetic field effect on hydrocarbon displacement process from porous medium showed a significant increase of displacement efficiency (up to 30%). It was concluded that artificial magnetic field acts on the process of clay particles swelling that increase displacement efficiency. However, the process of displacement efficiency increase under formation conditions was also observed for sandy reservoirs. Thus, displacement efficiency increase can not be only explained as a result of decrease in clay particle swelling under magnetic treatment of porous medium. Additional laboratory tests on sandy, clay and carbonate porous media which mainly make up oil-bearing reservoirs have been carried out. These tests revealed on the surface an existence of porous media of subfinest particles of goethite type which display magnetic properties. This is explained by the fact that when magnetic fields are artificially superimposed, ferromagnetic particles compensation takes place that may result in displacement efficiency increase. The present article provides information both on natural magnetic force effect and its direction as regards processes of hydrocarbon liquids displacement by water. Experimental tests demonstrated magnetic field's influence on displacement efficiency, water cutting and oil discharge relationship versus time factor. Analysis of curves of hydrocarbon liquids displacement under magnetic action or without it allowed to observe significant changes in end and nonaqueous displacement efficiency versus magnetic field direction. The information presented may have a pronounced influence on practical tasks of oil production, principles of optimum control of oil fields development process and, first of all, well spacing system.

Направление магнитного поля Земли

hкон

hБВ

Юг-север

0,60

0,285

Север-юг

0,45

0,152

Юг-север (с экраном)

0,66

0,343

Восток-запад

0,60

0,150

Запад-восток

0,40

0,137

Запад-восток (с экраном)

0,58

0,390

Рис.1. ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА ВЫТЕСНЕНИЯ h ОТ ФАКТОРА ВРЕМЕНИ В МЕРИДИОНАЛЬНОМ (А) И ШИРОТНОМ (Б) НАПРАВЛЕНИЯХ

1 - кривые вытеснения А: а - юг-север, б - север-юг, s - юг-север (о экраном), Б: а - восток-запад, б запад-восток, в - запад-восток (с экраном), 2 - точки безводной нефтеотдачи (значения hБВ см в таблице)

Рис.2. ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА ОБВОДНЕННОСТИ b ОТ ФАКТОРА ВРЕМЕНИ В МЕРИДИОНАЛЬНОМ (А) И ШИРОТНОМ (Б) НАПРАВЛЕНИЯХ

Рис.3. ЗАВИСИМОСТЬ РАСХОДА НЕФТИ QH ОТ ФАКТОРА ВРЕМЕНИ В МЕРИДИОНАЛЬНОМ (А) И ШИРОТНОМ (Б)

НАПРАВЛЕНИЯХ