Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова

(технический университет)

Кафедра разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений

ПОДЗЕМНАЯ ГИДРОМЕХАНИКА

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАЦИОНАРНОЙ И НЕСТАЦИОНАРНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ

Методические указания лабораторным работам

для студентов специальности 130503

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2011

УДК 622.276.031:532.5

ПОДЗЕМНАЯ ГИДРОМЕХАНИКА: Методические указания к выполнению лабораторной работы / Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). Сост.: М.К. Рогачев, А.В. Максютин, А.Р. Мавлиев. СПб, 2011. 55 с.

Приведены методические указания к курсовой работе, выполняемой студентами специальности 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» в соответствии с учебным планом и программой дисциплины «Подземная гидромеханика».

Табл.1. Ил.63.

Научный редактор проф. М.К. Рогачев

© Санкт-Петербургский горный

институт им. Г.В.Плеханова, 2011 г.

Лабораторная работа №1 «исследование скважин на установившихся режимах фильтрации» Введение

Центральная задача, которую необходимо решить в ходе выполнения данной лабораторной работы – подтвердить (или опровергнуть) на практике основные положения теории стационарной фильтрации. Такая проверка, по замыслу авторов, дает ключ к теории, позволяет понять цели гидродинамических исследований скважин и верно оценивать их результаты.

Лабораторная работа проводится на установке, выполненной компанией «FESTO».

Основные теоретические сведения

Приведенные далее теоретические сведения не претендуют на полноту. Они содержат основные определения, схемы и формулы с краткими комментариями. За более подробными сведениями можно обратиться к источникам, указанным в списке литературы.

Фильтрацией называется процесс течения (просачивания) жидкости или газа сквозь пористую среду под действием перепада давления. Фильтрация жидкости описывается такими параметрами как скорость фильтрации, расход жидкости, перепад давления. Величина расхода определяется также свойствами среды, через которую происходит течение. Основными из этих свойств являются гидропроводность и проницаемость. Стационарным называется такой режим фильтрации, при котором величины скорости, расхода и перепада давления остаются постоянными. Рассмотрим схему притока жидкости к скважине, изображенную на рис. 1.

При такой геометрии пласта фильтрация называется плоскорадиальной, так как частицы жидкости двигаются от контура питания к скважине вдоль радиуса. Если на контуре питания и забое скважины поддерживаются постоянные во времени давления, то величину притока (дебита) в скважину можно определить по формуле Дюпюи [1, 2]

(1)

где Q - расход жидкости, м³/с; k - коэффициент проницаемости пласта, м²; h - толщина пласта, м;  - коэффициент динамической вязкости жидкости, Па*с; P_K - давление на контуре питания, Па; P_C - давление в скважине, Па; R_K - радиус контура питания, м; R_C - радиус скважины, м.

Рисунок 1 - Схема плоскорадиальной фильтрации жидкости

Напомним основные допущения, при которых справедлива формула Дюпюи:

1. течение жидкости в пласте подчиняется линейному закону фильтрации Дарси;

2. проницаемость, вязкость и толщина пласта не зависят от координат и давления;

3. жидкость в пласте ньютоновская;

4. давления на контуре питания и на забое скважины постоянны во времени.

Если величины, стоящие в правой части уравнения (1) и не зависящие от давления, объединить в один коэффициент, то формулу Дюпюи можно записать в виде

, (2)

где

(3)

. (4)

Таким образом, согласно теории, зависимость дебита скважины от перепада давления (депрессии) должна быть линейной. Это означает, что при увеличении перепада давления, например в два раза, дебит также увеличится вдвое. Если полученная на практике зависимость оказывается не линейной, вероятнее всего нарушается одно из допущений, указанных ранее. Поэтому график Q(P) называют индикаторной диаграммой.

Схематично она показана на рис. 2.

Рисунок 2 - Индикаторная диаграмма

Построение индикаторной диаграммы производится по результатам измерений нескольких различных значений давления на забое скважины и соответствующих им дебитов. Изменение забойных давлений производится путем смены диаметров штуцеров, устанавливаемых на устье скважины.

Коэффициент пропорциональности η называют коэффициентом продуктивности скважины, так как он показывает, на сколько изменится дебит скважины, при изменении депрессии. Он находится как тангенс угла наклона линии, построенной по точкам депрессии и дебита (рис. 2).

После того, как определен коэффициент продуктивности, можно рассчитать фильтрационные параметры пласта (см. формулу 3):

коэффициент гидропроводности пласта

, (5)

и коэффициент проницаемости

. (6)

Итак, для определения характера фильтрации (линейная или нелинейная) и расчета фильтрационных параметров необходимо сделать один за другим несколько перепадов давления и произвести замеры следующие шаги:

• установить расхода жидкости;

• построить индикаторную диаграмму;

• рассчитать коэффициент продуктивности и фильтрационные свойства пласта.