Подземная нефтегазовая гидродинамика - Учебное пособие

ПОДЗЕМНАЯ ГИДРОДИНАМИКА

____________________________________________________________________________ ____Подземная нефтегазовая гидродинамика (ПГД)-наука о движении нефти, воды, газа и их смесей через горные породы, имеющее пустоты, одни из которых называют порами, другие трещинами.Месторождения нефти и газа чаще всего приурочены к пластам терригенных и карбонатных осадочных пород (песчаников, известняков, алевритов, глин), представляющих собой скопления зерен минералов, связанных цементирующим материалом. Сюда относятся трещины, вызванные тектоническими нарушениями, а также каверны и каналы, возникшие благодаря растворению скелета породы водой или его химической реакции с ней. Коллектора образуют чаще всего пласт конечной толщины, значительной ширины и протяженности, изолированный от выше-и нижележащих проницаемых пластов кровлей и подошвой: слоями непроницаемых пород, глин или солей. Из всего вышесказанного вытекает следующая особенность теории фильтрации нефти и газа в природных пластах, а именно, необходимость одновременного рассмотрения процессов в областях, характерные размеры которых различаются на порядки: размер пор (единицы и десятки микрометров), диаметр скважин (десятки сантиметров), толщины пластов (единицы и десятки метров), расстояния между скважинами (сотни метров), протяженность месторождений (десятки и сотни километров). Указанные неоднородности по строению залежей, широкомасштабность областей исследования, а также значительная широта фациального состава коллекторов и сложный нерегулярный характер структуры порового пространства обуславливают ограниченность и приближенность сведений о пласте и флюидах, полученных в результате геологических и геофизических исследований.Это означает, что элементы системы флюид - порода считаются физически бесконечно малыми, но достаточно великими по сравнению с размерами пустот и зерен породы. При исследовании фильтрационного течения в подземной гидромеханике используется только первые два уравнения, а изменением температуры флюида пренебрегается по причине малых скоростей течения и значительного теплообмена со скелетом пород, вследствие значительной поверхности контакта, которые практически не меняют своей температуры изза большой своей теплоемкости. 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. При этом в данных моделях по причине малости изменения скорости и значительного преобладания сил сопротивления над инерционными, уравнение количества движения используется независящим от времени и пренебрегается изменением импульса по пространству. 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.Поэтому свойства горных пород в теории фильтрации описываются некоторым набором геометрических характеристик, осредненных по достаточно малому, по сравнению с исследуемым объемом, но содержащему большое число элементов (частиц, пор, трещин). Пористость твердых материалов (песок, бокситы и т.д.) меняется незначительно при изменении даже больших давлений, но пористость, например, глины очень восприимчива к сжатию. Т.о. из формул (1.5) и (1.6) следует, что пористость и просветность фиктивного грунта не зависят от диаметра шарообразных частиц, а зависят только от степени укладки. Для реальных сред коэффициент пористости зависит от плотности укладки частиц и их размера - чем меньше размер зерен, тем больше пористость. (пористости) вводят параметры, связанные с наличием нефти, газа или воды, на пример: а) насыщенность - отношение объема Vf данного флюида, содержащегося в порах, к объему пор VпПлощадь пор связана с полной поверхностью через просветность (соотношение 1.2), а для неупорядочных (изотропных) сред справедливо допущение о равенстве просветности пористости. 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 (рис.1.6). Закон Дарси показывает, что между потерей напора и расходом существует линейная связь. Коэффициент фильтрации с характеризует среду и жидкость одновременно, т.е зависит от размера частиц, от их формы и степени шероховатости, пористости среды, вязкости жидкости. Закон Дарси может нарушаться и при очень малых скоростях фильтрации в процессе начала движения жидкости изза проявления неньютоновских реологических свойств жидкости и ее взаимодействия с твердым скелетом пористой среды.