ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Л.А.Ковалева физика нефтегазового пласта

Уфа

РИО БашГУ

2008

УДК 622.276

ББК 33.36

Ковалева Л.А. Физика нефтегазового пласта. – Учебное пособие.

В учебном пособии, состоящем из двух частей – петрофизики и физики насыщенных пористых сред – отражены современные представления о коллекторских, физико-механических, электрических, теплофизических и других свойствах горных пород, а также физико-химических свойствах насыщающих их флюидов, характере и закономерностях их взаимодействия со скелетом горных пород.

Предназначено для студентов специализации «Физика и гидродинамика нефтегазового пласта специальности «Физика» Башгосуниверситета, а также для студентов, магистрантов и аспирантов, изучающих физику, гидро- и термодинамику нефтегазовых пластов.

Рецензент:

Д-р техн. наук, профессор Валеев М.Д.

(директор Уфимского филиала «КогалымНИПИнефть»)

Предисловие

Физика нефтегазвого пласта в предлагаемом изложении включает в себя две части: петрофизику, как науку, изучающую строение, коллекторские, физико-химические, электрические, упругие, термические и другие свойства горных пород, и, физику насыщенных пористых сред, изучающую физико-химические свойства природных флюидов и их взаимодействие с породой – коллектором.

Сложившееся к настоящему времени представление о петрофизике предполагает рассмотрение ее в нескольких аспектах: это и наука о Земле, изучающая физические свойства горных пород и руд; исторически – это наука, освещающая состояние и эволюцию вещества Земли и других планет Солнечной системы и небесных сред. В ряде учебников петрофизика рассматривается как фундаментальная наука по отношению к геофизическим методам геологии и разведки полезных ископаемых: сейсморазведке, термо- и радиометрии и др.

Рассматривая петрофизику как часть физики насыщенных пористых сред, имеют в виду физику коллекторов нефти и газа в качестве базового раздела для дальнейшего изучения физики нефтегазового пласта. С этих позиций петрофизика является составной частью физики (механики) сплошных сред, которая использует макроскопический подход для описания весьма сложных явлений, связанных с хаотичным движением частиц в огромном множестве пор, сжимаемостью среды, ее деформацией и другими процессами и эффектами. Практическое применение такого макроскопического подхода требует осреднения параметров, характеризующих пористую среду как сплошную гетерогенную систему.

Кроме того, в процессе разработки нефтяных месторождений и изменения процессов, происходящих в недрах Земли, насыщенные пористые среды подвергаются внешнему воздействию в виде тектонических сил, тепловых, электромагнитных и др. полей

Вообще пористые среды широко представлены в различных природных процессах и технических задачах. Они являются частным случаем гетерогенных сред, т.е. с физической точки зрения неоднородных по составу неоднофазных систем. Встречающиеся на практике пористые среды насыщены различными жидкими и газообразными смесями (это относится, в первую очередь, к нефтяным и газовым месторождениям), а также и твердыми включениями различной природы - от нефтяных битумов и газогидратов до минералов и руд.

В традиционно разработанных курсах физики нефтяных и газовых пластов изучение коллекторских свойств горных пород, их механических, тепловых, электрических и других параметров носит, как правило, описательный характер. Однако современные достижения в этой области науки, которые ведутся весьма интенсивно, «благодаря» истощению запасов «легко» добываемых полезных ископаемых (в первую очередь, нефти), и необходимости в связи с этим поиска новых, высокоэффективных технологий, таких, например, как воздействие на продуктивные залежи тепловых, акустических и электромагнитных полей, показали, что такой описательный подход оказывается недостаточным. Требуется не только более глубокое понимание физико-химических процессов, протекающих в столь сложно построенных системах, но и умение прогнозировать их поведение при изменении факторов внешнего воздействия, вплоть до синергетического анализа процессов и явлений.

Во второй части – физике насыщенных пористых сред – основное внимание уделяется, во-первых, изучению физико-химических свойств пластовых жидкостей и природных газов и, во-вторых, степени их взаимодействия с коллекторами различного происхождения. Рассмотрены молекулярно-поверхностные явления в насыщенных пористых средах, процессы, связанные с фазовыми превращениями углеводородов в нефтяных пластах и т.д. Особое внимание уделено адсорбционным явлениям, сопровождающим фильтрационные процессы в насыщенных пористых средах, практически не освещенным в современной учебной литературе по физике нефтегазового пласта.

Последнее особенно важно для прогнозирования эффективности извлечения углеводородов из залежей и поиска новых методов повышения нефте- и газоотдачи пластов в современных условиях, когда доля «легкой» нефти стремительно уменьшается, и в разработку включаются месторождения со все более осложненными геолого-физическими условиями: низкая проницаемость коллектора, высокая вязкость нефти, возрастание доли карбонатных коллекторов и т.д. При этом основным методом вытеснения нефти остается заводнение, что позволяет извлекать из недр не более половины запасов нефти, обусловленное, прежде всего физико-химическими явлениями, происходящими в насыщенных пористых средах.

Поэтому целью настоящего курса является не только описание основных физических параметров продуктивных коллекторов и закономерностей их взаимодействия с пластовыми флюидами, но и анализ возможных изменений этих свойств и процессов под воздействием внешних факторов и физических полей.

Учебное пособие предназначено, в первую очередь, для студентов классических университетов со специализацией «Физика и гидродинамика нефтегазового пласта». Поэтому включает в себя, с одной стороны, некоторые известные для нефтяников сведения, в частности, из геологии и бурения скважин, с другой стороны, рассматривает процессы и явления, происходящие в продуктивных пластах, с более «физической» точки зрения. Такой подход, на наш взгляд, весьма полезен студентам и аспирантам нефтяных вузов.