29. Фильтрация газированной жидкости.
Одним из распространенных видов подземного движения жидкостей и газов является совместное движение в пористой или трещи-новатой среде жидкости и растворяющегося в ней газа. Такое движение происходит при разработке нефтяных залежей на режиме исто-щения. Нефть, как сложная смесь различных углеводородов, содержит в своем составе самые легкие углеводороды, объединяемые под общим названием «попутный» газ. Поскольку начальный состав пластовой нефти является фиксированным (на некоторое количество де-газированной нефти приходится определенное количество газа), то при определенных давлении и температуре в пласте газ будет полностью растворен в нефти, которая в этих условиях будет представлять собой одну фазу. Если же в процессе разработки залежи давление в пласте при постоянной температуре уменьшается и станет ниже давления насыщения нефти газом, в пласте появляется кроме жидкой еще и газовая фаза.
Одним из простых видов подземного движения газированной нефти является ее установившееся движение. Такое движение может осуществляться, если на входе в пласт конечных размеров подавать в определенной пропорции нефть и газ, а на выходе из этого пласта из-влекать нефть и газ в той же пропорции. В отдельных точках пласта и в пласте в целом насыщенность нефтью и газом, конечно, будет отличаться от пропорции, в которой подаются в пласт и извлекаются из него нефть и газ.
Если сравнивать фильтрацию однофазной и газированной жидкости, то дебит однофазной жидкости будет больше дебита газированной жидкости. В данном случае наличие газа в пористой среде приводит к снижению дебита скважины. Однако если взять перепад давления при движении однофазной жидкости равным 9,81*106 Па (100 кгс/см2), что может быть обеспечено при достаточно большом пластовом давлении, то при таком перепаде давления дебит нефти, движущейся в пласте при режиме растворенного газа, был бы больше дебита однофазной жидкости. Это происходит из-за того, что наличие большого количества газа, растворенного в нефти, приводит к значительному снижению вязкости нефти, что снижает фильтрационное сопротивление более существенно по сравнению с ростом сопротивления движению нефти из-за наличия в пласте газовой фазы.
30. Образование горизонт. И вертик. Трещин при гидроразрыве пласта.
Рассмотрим процесс образования и распространения в горных породах единичных «длинных» трещин при вводе в эти трещины жидкости. Процесс образования и развития трещин в горных породах путем закачки в них жидкости, а потом твердого материала с целью удержания трещин от смыкания после прекращения закачки жидкости известен в технике как гидравлический разрыв пласта. Исследованию механизма этого процесса посвящено значительное число работ. Процессы, аналогичные гидравлическому разрыву, могут протекать и в природе, без вмешательства человека, в результате внедрения магмы и других разжиженных веществ в породы при вулканической деятельности и тектонических движениях земной коры. Трещины, образующиеся в горных породах таким путем, обычно бывают длинными и узкими, так что деформация пород при этом проявляется слабо, поэтому для ее вполне можно считать упругой.
В механизме распространения трещин в упругих материалах важное значение имеет условие конечности напряжений в концах трещины. Для того чтобы лучше понять смысл этого условия, рас-смотрим в качестве примера остроконечную трещину, образовавшуюся в бесконечной упругой плоскости под действием равномерной нагрузки р, приложенной к внутренней поверхности трещины. В концах такой трещины напряжения неограниченно возрастают.
Рис. 3.4. Образование вертикальной трещины под воздействием давления, изменяющегося по параболическому закону
Поскольку ни один реальный материал не может выдержать бесконечно больших напряжений, трещина, находящаяся только под действием сил, стремящихся ее расширить, будет распространяться неограниченно. Когда же на хрупкий материал, содержащий одну или несколько трещин, действуют две системы сил, одна из которых стремится расширить трещину, а другая — ее сомкнуть, то между размерами трещины и величиной действующие на материал сил может установиться строго определенное соотношение, причем напря-жения на концах трещин не будут бесконгчно большими, а поверхности трещин будут плавно смыкаться.
Рассмотрим теперь образование осесимметричных трещин. Пусть в упругом материале, занимающем все пространство, находит-ся горизонтальная трещина круговой формы (рис. 3.5) и к внутренней поверхности трещины симметрично относительно оси z приложено постоянное давление Р на участке от z = 0 до величины радиуса, рав-ного аR (R — радиус трещины). На бесконечно большом расстоянии от конца трещины материал сжат горным давлением.
В аналогичном случае, когда нагрузка на внутреннюю поверх-ность осесимметричной горизонтальной трещины распределена по параболическому закону, а все остальные условия — те же, что и в предыдущем случае, имеем условие конечности напряжений в конце трещины.