МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

К ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО КУРСУ «ПОДЗЕМНАЯ ГИДРОМЕХАНИКА»

Уфа

2011

В учебно-методическом пособии рассмотрены теоретические вопросы по курсу «Подземная гидромеханика», приведены лабораторные методы изучения фильтрации жидкостей в неоднородных и однородных пластах и исследования скважин при установившихся и неустановившихся режимах фильтрации. Изложены безопасные приемы выполнения работ, вопросы к самоподготовке студентов, приведен список литературы по каждой работе.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 130500 «Нефтегазовое дело», квалификации специалиста инженер по специальности 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» специализаций «Разработка и эксплуатация нефтегазовых месторождений» и «Методы повышения нефтеотдачи пластов и капитальный ремонт скважин»; бакалавр техники и технологии по специализации «Разработка и эксплуатация нефтегазовых месторождений»; магистр техники и технологии по программам 553606 «Моделирование разработки нефтяных месторождений», 553607 «Разработка нефтяных месторождений», 553608 «Эксплуатация скважин в осложненных условиях», 553609 «Физика пластовых флюидов», а также для студентов заочной формы обучения, слушателей ФПК и ДПО.

Составители: Яркеева Н.Р., доц., канд. техн. наук

Семенова Л.В., ст. преподаватель

Рецензент Шамаев Г.А., доц., канд. техн. наук

Сакаев Р.М., доц., канд. техн. наук

© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2011

Введение

Подземная гидромеханика – это наука о фильтрации жидкостей и газов в пористых и трещиноватых горных породах, слагающих продуктивные пласты. Положения этой науки используются для решения вопросов проектирования рациональной разработки нефтяных и газовых месторождений. В связи с этим при подготовке горных инженеров-нефтяников изучению этой науки уделяется большое внимание. Закрепление знаний ведется и путем выполнения лабораторных работ по курсу.

В этом учебно-методическом пособии рассмотрены вопросы по разделу «Установившаяся и неустановившаяся фильтрация несжимаемых ньютоновских и аномальных жидкостей в пористой среде». Представлены лабораторные работы, которые знакомят с особенностями фильтрации жидкостей в однородных и неоднородных пластах, с методикой проведения, обработки и анализа результатов гидродинамических исследований скважин на установившихся и неустановившихся режимах фильтрации. Кроме того, в нем изложены меры безопасного выполнения работ, список необходимой литературы и перечень вопросов к самоподготовке по каждой работе.

Оформление лабораторной работы следует производить в следующей последовательности:

1. кратко и четко сформулировать цель работы;

2. кратко изложить теорию, написать основные формулы;

3. начертить схему лабораторной установки и дать краткое ее описание;

4. привести результаты измерений в виде таблиц;

5. дать результаты обработки опытов и измерений в виде таблиц или рисунков;

6. сформулировать выводы; в выводах высказать суждение о полученном результате.

Для выполнения лабораторных работ следует иметь при себе вычислительное устройство, метрическую линейку и карандаш. Работа оформляется с соблюдением общепринятых требований в международной системе измерения единиц (СИ).

Меры безопасности при выполнении лабораторных работ

Лабораторные работы проводятся на моделях пласта. На этих моделях постоянное пластовое давление (контурное) создается напором жидкости из сосуда Мариотта. Сосуд Мариотта размещен на высоте около 2 м от уровня пола в лаборатории и заполнен водой. Перед выполнением работ на моделях пласта следует убедиться в надежном закреплении этого сосуда на площадке.

Регулирование расхода жидкости на моделях пласта производится с помощью стеклянных кранов. Следует осторожно обращаться с ними и остерегаться порезов осколками при их разрушении. Такие же меры предосторожности следует предпринимать при работе со стеклянными пьезометрами.

Подсветка пьезометра осуществляется с помощью ламп дневного света. Следует обращать внимание и убедиться в исправности розетки, вилки и электрического шнура в сети освещения моделей пласта.

Особые меры предосторожности следует предпринимать при эксплуатации аппаратуры для изучения фильтрации аномально вязких нефтей. При работе на этой аппаратуре необходимо убедиться в исправности заземления электродвигателей установки, вакуумного насоса и термостата.

Перед включением установки необходимо убедиться в правильности положений вентилей на всех узлах установки, а также в отсутствии посторонних предметов на станине и вращающихся деталях.

При включенном состоянии следует находиться со стороны передней панели установки и следить за исправной работой по приборам.

Нельзя оставлять работающую установку без присмотра. Запрещается прием пищи и пользование открытым огнем в помещении, где находится экспериментальная установка.

Лабораторная работа 1. Изучение одномерной установившейся фильтрации жидкости в однородной пористой среде

1. Общие положения

Одномерным называется фильтрационный лоток жидкости, в котором скорость фильтрации и давление являются функциями только одной координаты, отсчитываемой вдоль линии тока. При установившейся фильтрации траектории движения частиц жидкости совпадают с линиями тока. Предположим, что при фильтрации жидкости траектории всех частиц жидкости являются параллельными прямыми, а скорости фильтрации во всех точках любого поперечного (перпендикулярно к линиям тока) сечения потока равны друг другу. Законы движения вдоль всех траекторий такого фильтрационного потока совершенно одинаковы, а потому достаточно изучить движение вдоль одной из траекторий, которую можно принять за ось координат – ось Ох (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Схема прямолинейно-параллельного фильтрационного потока

Такой фильтрационный поток называется прямолинейно-параллельным. Прямолинейно-параллельный поток имеет место:

1) в лабораторных условиях при движении жидкости или газа через цилиндрический керн или через прямую трубу постоянного диаметра, заполненную пористой средой;

2) на отдельных участках продуктивного пласта при притоке жидкости к галерее скважин (сплошной горной выработке, вскрывшей пласт на всю толщину), если пласт постоянной толщины имеет в плане форму прямоугольника.

Задачи одномерного потока относятся к классу краевых задач математической физики. Дифференциальное уравнение одномерной установившейся фильтрации несжимаемой жидкости в однородной пористой среде имеет вид:

– уравнение Лапласа. (1.1)

Путем решения этого дифференциального уравнения при граничных условиях получают закон распределения давления при установившейся фильтрации жидкости в залежи полосообразной формы:

(1.2)

или

, (1.3)

где P_к и P_г – давление соответственно на контуре питания залежи и в галерее;

L_к – длина залежи;

х – переменная координата точки.

Пластовое давление распределяется вдоль линии тока (оси Ох) по линейному закону. В любой плоскости уОz давление одинаково во всех точках, для которых постоянна абсцисса х, т.е. уравнение х=const представляет собой уравнение семейства изобар (линий равного давления) – семейства горизонтальных прямых, препендикулярных к линии тока Ох. Таким образом, гидродинамическое поле такого фильтрационного потока можно представить двумя семействами взаимно перпендикулярных прямых линий – изобар и линий тока.

Градиент давления при установившейся фильтрации жидкости в такой залежи определяется из следующего выражения:

. (1.4)

Таким образом, градиент давления для прямолинейно-параллельного потока есть величина постоянная.

Скорость фильтрации жидкости составляет

, (1.5)

где k – коэффициент проницаемости пласта;

μ – динамическая вязкость фильтрующейся жидкости.

Дебит галереи Q определяется по формуле

, (1.6)

где F – площадь поверхности фильтрации, перпендикулярной к траектории движения жидкости в пласте.

Как видно из формул, дебит и скорость фильтрации также не зависят от х, то есть являются величинами постоянными.