Zwil˙zalno´s´c jest jednym z wa˙zniejszych z punktu widzenia efektywno´sci eksploatacji zja-wisk wyst˛epuj ˛acych na kontakcie skały zbiornikowej z płynami wypełniaj ˛acymi przestrze´n po-row ˛a. Dlatego znajomo´s´c jej charakteru ma kluczowy wpływ na nasycenie płynami zło˙zowymi, ich dystrybucj˛e, ci´snienie kapilarne czy te˙z charakterystyk˛e przepuszczalno´sci fazowych. Tym samym, ma przeło˙zenie na stopie´n sczerpania zło˙za, jak równie˙z na dobór metod umo˙zliwiaj ˛ a-cych zwi˛ekszenie wydobycia w˛eglowodorów (Alotaibi et al., 2010). Przez zwil˙zalno´s´c rozumie si˛e naturaln ˛a tendencj˛e jednego z płynów wypełniaj ˛acych przestrze´n porow ˛a do przylegania do powierzchni skały przy obecno´sci drugiego nie mieszaj ˛acego si˛e z nim, tym samym, termin zwil˙zalno´s´c odnosi si˛e do interakcji zachodz ˛acej mi˛edzy płynem, a skał ˛a. Skala tego zjawiska mo˙ze by´c wyra˙zona przez napi˛ecie adhezyjne (AT) b˛ed ˛ace ró˙znic ˛a mi˛edzy napi˛eciami mi˛edzy-fazowymi dwóch płynów, a skał ˛a. Matematycznie zale˙zno´s´c t ˛a wyra˙za poni˙zszy wzór.
AT = σos− σws= −σow· cos(Θ) (1.1) gdzie: σos - napi˛ecie powierzchniowe na granicy ropa-skała, σws - napi˛ecie powierzchniowe na granicy woda-skała, σow - napi˛ecie powierzchniowe na granicy ropa-woda.
Ujemna warto´s´c napi˛ecia adhezyjnego wskazuje, i˙z płyn o wi˛ekszej g˛esto´sci preferencyjne zwil˙za powierzchni˛e skały. Warto´s´c napi˛ecia adhezyjnego równa zeru ´swiadczy o równowa˙z-nym przyleganiu obu płynów do powierzchni skały. Skały zbiornikowe dzieli si˛e na wodo-zwil˙zalne, ropo-zwil˙zalne oraz neutralne. Najprostsz ˛a miar ˛a stopnia zwil˙zalno´sci skały przez dany płyn jest k ˛at zwil˙zalno´sci. W przypadku gdy jego warto´s´c mie´sci si˛e w zakresie od 0°
do 90° na całej powierzchni o´srodka porowatego, wówczas mówi si˛e, ˙ze taki o´srodek jest wodo-zwil˙zalny, w przypadku gdy k ˛at równy jest 90°, to skała jest neutralna, a gdy k ˛at przyj-muje warto´sci wi˛eksze od 90° to skała jest ropo-zwil˙zalna. Gdy k ˛at zwil˙zalno´sci przyjmuje ró˙zne warto´sci, pocz ˛awszy od warto´sci mniejszych od 90°, jak i wi˛ekszych, to skała taka cha-rakteryzuje si˛e tzw. zmienn ˛a zwil˙zalno´sci ˛a (Donaldson i Alam, 2008). Rys. 1.17 przedstawia schematycznie kontakt płynu ze skał ˛a w zale˙zno´sci od k ˛ata zwil˙zalno´sci. W przypadku skał ropo-zwil˙zalnych, gdzie ropa wykazuje naturaln ˛a tendencj˛e do przywierania do powierzchni skały, metody oparte o zatłaczanie wody bez dodatków chemicznych jak na przykład metody wtórne eksploatacji, mog ˛a by´c nie efektywne co wymusza konieczno´s´c stosowania rozwi ˛aza´n bardziej zaawansowanych (Anderson, 1987).
Rysunek 1.17: Charakterystka o´srodka porowatego w oparciu o k ˛at zwil˙zania (Ahmed, 2006).
1.2.1 Metody pomiaru zwil˙zalno´sci
Metody pomiarowe umo˙zliwiaj ˛ace okre´slenie charakteru zwil˙zalno´sci skały zbiornikowej, ze wzgl˛edu na sposób okre´slania parametrów opisuj ˛acych to zjawisko podzieli´c mo˙zna na dwie grupy. S ˛a to metody jako´sciowe i ilo´sciowe (Anderson, 1986). Metody jako´sciowe okre´slaj ˛a zwil˙zalno´s´c w sposób po´sredni, tzn. poprzez pomiar ci´snie´n kapilarnych czy przepuszczalno´sci fazowych. Metody ilo´sciowe s ˛a metodami bezpo´srednimi, gdzie zwil˙zalno´s´c mierzona jest na rzeczywistych próbkach skalnych. Do metod tych zalicza si˛e: test USBM, bezpo´sredni pomiar k ˛ata zwil˙zania oraz pomiar metodyk ˛a Amotta (Dandekar, 2013).
Bezpo´sredni pomiar k ˛ata zwil˙zania
Bezpo´sredni pomiar k ˛ata zwil˙zania polega na zmierzeniu k ˛ata pomi˛edzy skał ˛a, a kropl ˛a cieczy w otoczeniu innego płynu. Na rys. 1.18 przedstawiono schemat ideowy okre´slania zwil-˙zalno´sci o´srodka porowatego dla ró˙znych charakterów powierzchni. Zalet ˛a metody jest mo˙z-liwo´s´c bezpo´sredniej obserwacji k ˛ata mi˛edzy dwoma płynami ró˙zni ˛acymi si˛e własno´sciami
fizykochemicznymi. Pomiar taki uwa˙zany mo˙ze by´c jako punktowy, w zwi ˛azku z czym, wy-nik nie mo˙ze by´c traktowany jako wska´zwy-nik reprezentatywny dla analizowanego rodzaju skały, tym samym pomiar nale˙zy wykona´c na kilku przygotowanych płytkach skalnych. Ponadto ze wzgl˛edu na to, ˙ze pomiar nie odbywa si˛e bezpo´srednio w przestrzeni porowej, jego wyniki mog ˛a znacznie odbiega´c od rzeczywistego stanu maj ˛acego miejsce wewn ˛atrz skompilowanego układu por w skale zbiornikowej.
Rysunek 1.18: Charakterystka o´srodka porowatego w oparciu o k ˛at zwil˙zania (Amirpour et al., 2015).
Metoda USBM
Metoda USBM jest technik ˛a okre´slania zwil˙zalno´sci o´srodka skalnego w oparciu o in-terpretacj˛e wykresów diagnostycznych ci´snienia kapilarnego w funkcji nasycenia płynem. Krzywe ci´snienia kapilarnego zarejestrowa´c mo˙zna wykorzystuj ˛ac wirówk˛e szybkoobrotow ˛a lub metod˛e płytki porowej (Dullien i Fleury, 1994). W celu okre´slenia zwil˙zalno´sci wyzna-cza si˛e indeks USBM (IUSBM), który jest równy logarytmowi dziesi˛etnemu z ilorazu pól po-wierzchni pod krzyw ˛a drena˙zu i chłonno´sci (rów. 1.2). W przypadku gdy logarytm przyjmuje warto´s´c dodatni ˛a, wówczas o´srodek taki jest wodo-zwil˙zalny, natomiast dla warto´sci ujemnych jako ropo-zwil˙zalny. Dla wariantu równego zero, skała okre´slana jest mianem neutralnej (Ba-khshi i Torab, 2016). Na rys. 1.19 przedstawiono 3 wykresy diagnostyczne, w oparciu które mo˙zna wyznaczy´c charakter zwil˙zalno´sci o´srodka porowatego. Zalet ˛a tej metody jest pomiar zjawiska z wykorzystaniem rdzeni skalnych skały zbiornikowej.
IU SBM = log A1 A2
gdzie: A1 - pole powierzchni pod krzyw ˛a drena˙zu, A2 - pole powierzchni pod krzyw ˛a chłon-no´sci.
Rysunek 1.19: Wykresy diagnostyczne tworzone w celu okre´slenia zwil˙zalno´sci metod ˛a USBM (McPhee et al., 2015).
Test Amotta-Harveya
Test Amotta-Harveya jest najbardziej popularn ˛a metod ˛a okre´slania ´sredniej zwil˙zalno´sci skał zbiornikowych. Pomiar przeprowadza si˛e na rdzeniach skalnych zwykle o ´srednicy 1” lub 1.5” i długo´sci około 3”. Metoda ta oparta jest o spontaniczny i wymuszony proces wypiera-nia płynu z próbki skalnej (Kovalev et al., 2016). Pierwszym krokiem jest nasycenie rdzenika skalnego wod ˛a, nast˛epnie nast˛epuje wyparcie ropy wod ˛a celem okre´slenia warto´sci resztko-wego nasycenia wod ˛a. W kolejnym kroku próbk˛e skaln ˛a umieszcza si˛e w aparacie Amotta (rys. 1.20) i rejestruje si˛e obj˛eto´s´c spontanicznie wypartej ropy z zanurzonej w wodzie próbki skalnej. Nast˛epnie przeprowadza si˛e proces wymuszonego wypierania ropy z próbki skały za pomoc ˛a wody w warunkach zło˙zowych (komora pomiarowa pod ci´snieniem). W kolejnych krokach przeprowadza si˛e proces spontanicznego i wymuszonego wypierania wody rop ˛a naf-tow ˛a z rdzenia skalnego w aparacie Amotta i wysokoci´snieniowej komorze pomiarowej. Na podstawie zmierzonych obj˛eto´sci wypartych płynów okre´sla si˛e zwil˙zalno´s´c (Fleureau, 1992; Rabiei et al., 2013). W tym celu wprowadza si˛e współczynniki pomocnicze δw oraz δo, które definiowane s ˛a w nast˛epuj ˛acy sposób (Dandekar, 2013):
δw = Vos Vot
δo= Vws
Vwt (1.4)
gdzie: Vos – obj˛eto´s´c spontanicznie wypartej ropy, Vot – obj˛eto´s´c całkowita wypartej ropy, Vws– obj˛eto´s´c spontanicznie wypartej wody, Vwt– obj˛eto´s´c całkowita wypartej wody. Natomiast Indeks Amotta definiowany jest nast˛epuj ˛aco (Tiab i Donaldson, 2015):
IA= δw− δo (1.5)
W przypadku gdy warto´sci mieszcz ˛a si˛e z zakresu 0 do 1 to o´srodek uwa˙za si˛e za wodo-zwil˙zalny, a dla warto´sci -1 do 0, jako ropo-zwil˙zalny. Dla warto´sci 0, skał˛e uznaje si˛e jako neutraln ˛a (Goda i Behrenbruch, 2011).
Rysunek 1.20: Aparat Amotta stosowany w trakcie etapu spontanicznego wypierania ropy naftowej i wody z rdzenia skalnego celem okre´slania zwil˙zalno´sci (McPhee et al., 2015).
Zastosowanie metody Amotta-Harveya pozwala na chwil˛e obecn ˛a odtworzy´c procesy wy-muszone i spontaniczne, w sposób najbardziej zbli˙zony do rzeczywistego, tzn. odzwierciedli´c oddziaływania mi˛edzy wod ˛a i rop ˛a w warunkach zło˙zowych. Niew ˛atpliw ˛a wad ˛a pomiaru na-tomiast jest czas oczekiwania na wynik zwłaszcza w trakcie odwzorowywania procesów
spon-tanicznych. Eksperyment wykonywany jest na stosunkowo niewielkim rdzeniu skalnym, co mo˙ze nie mie´c przeło˙zenia na całe zło˙ze ropy naftowej. Tym, samym pomiar mo˙zna uwa˙za´c równie˙z za punktowy, dlatego wa˙zne jest aby okre´sli´c zwil˙zalno´s´c dla kilku rdzeni.