6 Линейный закон фильтрации

Закон Дарси (линейный закон фильтрации)

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 объёмным расходом жидкости Q, текущей в трубке с площадью поперечного сечения F ,заполненной пористой средой . Напор для несжимаемой жидкости имеет вид ,где z- высота положения; р/ - пьезометрическая высота;  - объёмный вес; u - скорость движения жидкости.

Т.к. при фильтрации скорость обычно мала, то под напором понимается величина . Закон Дарси имеет вид:

,

где с - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом фильтрации и имеющий размерность скорости.

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. Этот коэффициент обычно используется в гидротехнических расчетах, где приходится иметь дело с одной жидкостью - водой. При наличии различных жидкостей, что чаще бывает в подземной гидромеханике, использовать его неудобно. Поэтому закон Дарси записывается обычно в несколько ином виде

или

,

где  - коэффициент динамической вязкости; k - коэффициент проницаемости, характеризующий среду; р= H - приведённое давление, равное истинному при z=0.

В системе СИ [k]=м². В смешанной системе, когда [p]=кГ/см², []=0.01г/см^.с=1спз, [s] =см, [u]=см/с, k измеряется в дарси (1д=1мкм²=10^-12м² =10^-8см²). Тысячная доля дарси называется миллидарси.

Проницаемость песчаных коллекторов обычно находится в пределах k=100-1000мд, а для глин характерны значения проницаемости в тысячные доли миллидарси.

Проницаемость определяется геометрической структурой пористой среды, т.е. размерами и формой частиц и системой их упаковки.

Имеется множество попыток теоретически установить зависимость проницаемости от этих характеристик, исходя из закона Пуазейля для ламинарного движения в трубах и Стокса для обтекания частиц при той или иной схематизованной модели пористой среды. Поскольку реальные породы не укладываются в рамки этих геометрических моделей, то теоретические расчеты проницаемости ненадёжны. Поэтому обычно проницаемость определяют опытным путём.

7 .Нелинейные законы фильтрации

Законы фильтрации при Re > Re_кр

От точности используемого закона фильтрации зависит достоверность данных исследования скважин и определение параметров пласта. В связи сэтим в области нарушения действия закона Дарси необходимо введение более общих, нелинейных законов фильтрации. Данные законы разделяются на одночленные и двухчленные.

Одночленные законы описываются степенной зависимостью вида

где C, n - постоянные, 1 n  2.

Данные зависимости не удобны, т.к. параметр n в общем случае зависит от скорости фильтрации. В связи с этим наибольшее употребление нашли двухчленые зависимости, дающие плавный переход от закона Дарси к квадратичному, называемому формулой Краснопольского

Коэффициенты А и В определяются либо экспериментально, либо теоретически. В последнем случае

где  - структурный коэффициент и по Минскому определяется выражением