- •Кафедра “Геофизические методы поисков и разведки мпи”
- •Якутск 2014
- •Оглавление
- •Предмет курса
- •Раздел 1. Свойства и характеристики горной среды и флюидов в подземных условиях
- •1.2. Физико-химические свойства углеводородного газа
- •1.3. Физико-химические свойства нефти и воды
- •1.4. Энергетические свойства нефтегазоносных пластов
- •Раздел 2. Закон Дарси в задачах подземной гидравлики
- •2.1. Общие положения
- •2.2. Границы применимости закона Дарси
- •2.3.Закон Дарси для двухфазного течения несмешивающихся жидкостей
- •2.4. Понятие о режимах нефтегазоводоносных пластов
- •Раздел 3. Установившаяся фильтрация несжимаемой жидкости в нефтегазоносных пластах
- •3.1 . Дифференциальные уравнения фильтрации флюидов
- •Тогда поток через правую грань
- •3.2 Дифференциальные уравнения движения
- •3.3. Уравнения состояния флюидов и параметров пористой среды
- •3.5 Одномерные фильтрационные потоки несжимаемой жидкости в однородном пласте
- •Лекция № 11
- •Лекция № 12
- •Для рассматриваемой модели линии тока жидкости совпадают с радиусами полусферы, поэтому частные производные по координатам и равны 0 и уравнение Лапласа будет иметь вид:
- •3.6. Одномерные фильтрационные потоки несжимаемой жидкости при нелинейных законах фильтрации
- •3.7. Фильтрационные течения несжимаемой жидкости в неоднородных пластах Лекция № 14
- •Градиент давления также одинаков:
- •3.8. Интерференция скважин. Лекция № 15
- •Потенциал в любой точке м пласта определяется как сумма потенциалов от двух источников:
- •Поэтому удельный дебит q определяется из неравенства:
- •Лекция №16
- •3.9. Метод электрогидравлических аналогий метод эквивалентных фильтрационных сопротивлений.
- •При этом удельный дебит каждой скважины по методу отображения равен:
- •Введение фильтрационных сопротивлений и / позволяет записать удельный дебит в форме аналогичной закону Ома: ,
- •3.10. Приток жидкости к несовершенным скважинам. Лекция № 17
- •3.11. Решение плоских задач фильтрации методом теории комплексного переменного Лекция №18
- •Раздел 4. Установившееся движение упругой жидкости и газа в пористой среде
- •4.1. Дифференциальное уравнение установившейся фильтрации упругой жидкости и газа по закону Дарси Лекция № 19
- •Н Упругий флюид Функция Лейбензона Массовый расход флюида массовая скорость фильтрации есжимаемый флюид
- •4.2.Прямолинейно-параллельный фильтрационный поток идеального газа
- •4.3. Плоскорадиальный фильтрационный поток идеального газа по закону Дарси.
- •4.4. Плоскорадиальный фильтрационный поток идеального газа по двухчленному закону фильтрации.
- •4.5. Плоскорадиальный фильтрационный поток реального газа по закону Дарси.
- •4.6. Фильтрационный поток реального газа по двухчленному закону фильтрации к несовершенной скважине.
- •Раздел 5. Основы моделирования процессов фильтрации нефти, газа и воды
- •2.2 Виды моделирования процессов фильтрации пластовых флюидов
- •2.3. Основы анализа размерностей и теории подобия
- •2.4. Применение методов теории размерностей в подземной гидравлике
- •Раздел 6. Задачи для самостоятельной работы студентов (срс) Параметры пористой среды и флюида. Закон Дарси (к разделу1)
- •Пределы применимости закона Дарси. Нелинейные законы фильтрации (к разделу 2)
- •Установившаяся плоская фильтрация. Интерференция скважин. Связь плоской задачи теории фильтрации с теорией функции комплексной переменной (к разделу 3)
- •Влияние гидродинамического несовершенства скважин на их дебит (к разделу 3)
- •Движение жидкости в пласте с неоднородной проницаемостью (к разделу 3)
- •Установившаяся фильтрация сжимаемой жидкости и газа (к разделу 4)
- •Литература
Предмет курса
Лекция № 1
Вода, нефть и природный газ заключены в недрах Земли. Природные флюиды (нефть, газ и подземные воды) находятся в основном в пустотах – порах, кавернах и трещинах осадочных горных пород. Их движение происходит или вследствие естественных процессов (миграция углеводородов), либо в результате деятельности человека, связанной с извлечением полезных ископаемых и эксплуатацией гидротехнических сооружений. Движение жидкостей, газов и их смесей через деформируемую горную среду по связанным между собой порам и трещинам называется фильтрацией. Теория фильтрации, являющаяся разделом механики сплошных сред, получила широкое развитие в связи с потребностями гидротехники, гидромелиорации, гидрогеологии, горного дела, нефтегазодобычи и т.д.
Подземная гидравлика – наука о движении жидкостей газов и их смесей в пористой и трещиноватой горной среде. Она охватывает ту область гидромеханики, в которой рассматривается особый вид движения флюидов их фильтрацию. Фильтрация имеет свои специфические особенности и является теоретической основой разработки нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений, т.к. описывает законы, по которым происходит движение нефти и газа к скважинам.
Начало развитию подземной гидравлики было положено французским инженером А. Дарси, который в 1856 г. сформулировал и опубликовал обнаруженный им экспериментально закон, в соответствии с которым скорость фильтрации прямо пропорциональна градиенту давления. Значительный вклад в развитие подземной гидравлики сделан Ч.Слихтером, рассмотревшим модели идеального и фиктивного грунта и показавшим, что пористость и просветность фиктивного грунта зависят не от диаметра частиц, а лишь от плотности их укладки. Н.Н. Павловскому принадлежит определяющая роль в развитии теории фильтрации в гидротехническом направлении, введении критерия Рейнольдса в подземную гидродинамику
Основы развития нефтегазовой подземной гидромеханики и теории фильтрации в СССР были заложены академиком Л.С. Лейбензоном. Ему принадлежит приоритет в постановке и решении ряда задач подземной гидрогазомеханики. Им проведены первые исследования по проблеме вытеснения газированной жидкости и созданы основы фильтрации природных газов.
Дальнейшее развитие нефтегазовой подземной гидромеханики в СССР связано с именами многочисленных учеников академика Л.С. Лейбензона. Выдающийся вклад в развитие теории фильтрации в нефтегазоводоносных пластах внесли академик С.А. Христианович, профессора Б.Б. Лапук, И.А. Чарный, В.Н. Щелкачев. Написанные ими монографии и учебники стали классическими, основополагающими. Они имеют большое научно-методическое значение.
В послевоенный период теория фильтрации нефти, газа и воды развивается трудами советских ученых, работы которых обеспечили успешное развитие подземной гидрогазомеханики, явившейся теоретической основой теории и практики разработки нефтяных и газовых месторождений, что обеспечило ускоренное развитие нефтегазодобывающей промышленности в нашей стране.
За рубежом также ведутся широкие исследования в области нефтегазовой подземной гидрогазомеханики. Стали классическими экспериментальные исследования, проведенные в США еще в 30-е годы Р. Виковым и Г. Ботсетом по изучению фазовых проницаемостей. Существенное значение имеют основы теории двухфазной фильтрации, заложенные С. Баклеем и М. Левереттом. В области теории упругого режима и фильтрации неоднородных жидкостей получили известность труды М. Маскета. Большое значение имеет фундаментальная работа Р. Коллинза, посвященная течению жидкостей через пористые материалы.
В последнее десятилетие нефтегазовая подземная гидрогазомеханика получает дальнейшее развитие под влиянием новых актуальных задач, выдвигаемых практикой разработки нефтяных и газовых месторождений, усложнением горно-геологических и термобарических условий их залегания и эксплуатации. В связи с этим интенсивно развиваются: теория многофазной многокомпонентной фильтрации флюидов в деформируемых неоднородных пластах; физико-химическая гидродинамика и гидродинамика новых методов извлечения нефти и газа из недр; подземная гидродинамика неньютоновских жидкостей; подземная гидротермодинамика и некоторые другие специальные разделы теории фильтрации нефти и газа.
Для гидродинамического исследования этих вопросов применяют широко развитый аппарат математической физики, а также вероятностно-статистические и другие методы. Огромное значение для развития исследований имеет широкое использование возможностей современной вычислительной техники. В настоящее время получает интенсивное развитие новый раздел нефтегазовой подземной гидромеханики - вычислительная подземная гидрогазомеханика.