Подземная гидромеханика - Учебное пособие

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮВ учебном пособии рассмотрены основные разделы теории установившейся однофазной фильтрации флюидов в пористых и трещиноватых коллекторах. Освещены вопросы неустановившейся одномерной фильтрации флюидов и методы исследования плоских течений. Пособие рекомендуется студентам направления 130500 «Нефтегазовое дело» и специальности 130304 «Геология нефти и газа» для изучения курса «Подземная гидромеханика». Рекомендуется к печати Редакционно-издательским советом J(s) безразмерная функция Леверетта m пористость %; доли единицы мт трещиноватость %; доли единицы ms просветность %; доли единицы р давление Па (паскаль) =н/м2 атм.Жидкость, газ, смесь жидкости и газа, то есть всякая текучая среда, часто именуется общим термином флюид, если не ставится задача выделить характерные особенности движения данной среды. Это означает необходимость осреднения кинематических и динамических параметров по пространству, которое требует малости элементов системы флюид - порода, но при этом они должны быть достаточно большими по сравнению с размерами пустот и зерен породы. Необходимо отметить, что в отдельных случаях (тщательное изучение призабойной зоны, использование термических методов интенсификации добычи флюидов) используют и общую постановку - с учетом изменения температуры не только флюида, но и породы. В области контакта флюидов при вытеснении одного другим или при выделении одного флюида из другого в каждом микрообъеме содержится два или больше флюидов, занимающих отдельные четко различимые объемы (пузырьки газа в жидкости, капли или пленки в газе) и взаимодействующих на поверхностях раздела. Трещинно-пористые коллекторы рассматриваются как совокупность двух разномасштабных пористых сред (рис.1.2): системы трещин (среда 1), где пористые блоки играют роль “зерен”, а трещины - роль извилистых “пор” и системы пористых блоков (среда 2).Для замыкания системы уравнений необходимо введение замыкающих соотношений, определяющих зависимость силы трения, пористости и ряда другиз параметров от давления и скорости фаз. Уравнение такого вида широко используется в подземной гидродинамике и носит название уравнения фильтрации в форме Дарси: , (2.6) где р*=р zrg, z - вертикальная координата. В 1856г. французским инженером Дарси был установлен основной закон фильтрации - закон Дарси или линейный закон фильтрации, устанавливающий линейную связь между потерей напора Н1-Н2 и объемным расходом жидкости Q, текущей в трубке с площадью поперечного сечения F ,заполненной пористой средой. При повышении скорости движения жидкости закон Дарси нарушается изза увеличения потерь давления на эффекты, связанные с инерционными силами: образование вихрей, зон срыва потока с поверхности частиц, гидравлический удар о частицы и т.д. При очень малых скоростях с ростом градиента давления изменение скорости фильтрации не подчиняется закону Дарси.Приближение тем лучше, чем меньше расстояние между скважинами и если заменить батарею сплошной прямолинейной выработкой - галереей, то движение жидкости к галерее будет строго прямолинейно-параллельным. б) Поток между круговыми батареями нагнетательных и эксплуатационных скважин в случае больших радиусов батарей (угол схождения векторов скорости бесконечно мал). Плоскорадиальным потоком будет занята вся зона от стенки скважины до контура питания. б) Гидродинамически несовершенная скважина (скважина с перфорированным забоем - несовершенство по характеру вскрытия или не полностью вскрывшая пласт - несовершенство по степени вскрытия). Вблизи скважины линии тока искривляются, и поток можно считать плоскорадиальным только при некотором удалении от скважины. в) Круговая батарея эксплуатационных скважин - поток плоскорадиален на некотором удалении, т.к. жидкость движется как бы к укрупненной скважине радиуса, равного радиусу окружности батареи. Такой поток может реализовываться, когда скважина вскрывает только плоскую горизонтальную, непроницаемую кровлю пласта (рис.3.3). При условии вытеснения флюида из пласта или его нагнетания в пласт через галерею или скважину условимся принимать за координату произвольной точки пласта расстояние r до этой точки: от галереи (для прямолинейно-параллельного потока);При упругом режиме движение возникает в призабойной зоне в начале эксплуатации скважины за счет использования потенциальной энергии упругой деформации пласта и жидкости и только через некоторое время оно распространяется на более отдаленные области. Неустановившиеся процессы протекают тем быстрее, чем больше коэффициент проницаемости пласта k, и тем медленнее, чем больше вязкость жидкости m и коэффициенты объемной упругости жидкости и пласта. Здесь b* = m0bж bc - коэффициент упругоемкости пласта, показывающий долю объема жидкости от выделенного элемента объема пласта, высвобождающейся из элемента пласта при снижении давления на единицу.