1464
.pdfСЕРИЯ "СОВРЕМЕННЫЕ НЕФТЕГАЗОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ"
Редакционный совет:
Главный редактор К. С. Басниев
Ответственный редактор А. В. Борисов
Е.И. Богомольный (Удмуртнефть)
А.И. Владимиров (РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина)
В.И. Грайфер (РИТЭК)
В.А. Журавлев (Удмуртский государственный университет)
В.И. Кудинов (Удмуртнефть)
О.Л. Кузнецов (РАЕН)
Н.Н. Лисовский (Министерство энергетики)
И.С. Мамаев (Институт компьютерных исследований)
В.И. Резуненко (ОАО Газпром)
С.Холдич (США)
В.Н. Щелкачев, Б. Б. Лапук
ПОДЗЕМНАЯ
ГИДРАВЛИКА
Учебное пособие для студентов нефтегазовых специальностей университетов
R&C рю >
‘D<f*aMdc& Москва •Ижевск
УДК 532.5
Серия «Современные-нефтегазовые технологии»
Интернет-магазин
• ф и з и к а
• м а т е м а т и к а
• б и о л о г и я
• т е х ни к а
http:/ / shop.rcd.ru
Внимание!
Новые проекты издательства РХД
• Электронная библиотека на компакт-дисках http: / /shop.rcd.ru/cdbooks
•Эксклюзивные книги — специально для Вас любая книга может быть отпечатана в одном экземпляре
__________________ http: / /shop.rc^yu/exclusive______________________
Щелкачев В .Н ., Лапук Б. Б.
Подземная гидравлика. — Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001, 736 стр.
Книга представляет собой наиболее полное изложение основ гидромеха ники, теории фильтрации применительно к поведению нефтяных потоков. Книга открывает серию книг по современным нефтегазовым технологиям.
Рассчитана на студентов университетов нефтегазового профиля, аспи рантов и специалистов.
ISBN 5-93972-081-1
©В. Н. Щелкачев, 2001
©НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001
http://rcd.ru
Оглавление
От редакционного совета |
12 |
Предисловие академика Л . С. Лейбензона |
14 |
Предисловие |
15 |
Предисловие одного из авторов книги |
19 |
Часть I. |
Введение |
|
|
|
Глава I. Содержание курса и характеристика важнейших |
|
|||
этапов развития подземной гидравлики |
|
23 |
||
§ 1. |
Подземная гидравлика как основа технологии добычи |
23 |
||
§ 2. |
нефти и газа |
|
||
Краткая характеристика важнейших этапов развития |
|
|||
|
подземной гидравлики |
|
26 |
|
Глава II. Основные представления подземной гидравлики |
29 |
|||
§ 1. |
Развитие представлений, содействовавших |
обобщению |
29 |
|
|
задач технологии нефтедобычи и подземной гидравлики |
|||
§ 2*. Наблюдения за взаимодействием скважин и месторожде |
|
|||
|
ний |
|
|
34 |
§ 3*. Краткие сведения о классификации подземных вод |
40 |
|||
§ 4. |
Краткие сведения о классификации режимов нефте-га |
|
||
§ 5. |
зо-водоносных пластов |
|
44 |
|
Типовые схемы и моделирование пластовых водонапор |
|
|||
|
ных систем |
|
50 |
|
Глава |
III. |
Краткая характеристика свойств |
жидкостей |
|
и газов |
|
|
57 |
|
§ 1*. Свойства нефтей |
|
57 |
||
§ 2*. Свойства пластовых вод |
|
68 |
||
§ 3*. Свойства газов нефтяных и газовых’месторождений |
72 |
|||
Часть II. |
Теория фильтрации |
|
|
Глава IV |
Основные понятия |
79 |
|
§ 1. |
Определение и особенности фильтрации. Грунты идеаль |
|
|
§ 2. |
ный и фиктивный |
79 |
|
Пористость и просветность фиктивного грунта |
82 |
||
§ 3. |
Переход от фиктивного грунта к естественному |
89 |
|
§ 4. |
Скорость фильтрации и ее связь со скоростью движения |
91 |
|
Глава V Теоретические формулы, описывающие законы |
|
||
фильтрации жидкости и их обобщение |
94 |
||
§ 1. |
Законы фильтрации через фиктивный грунт |
94 |
|
§ 2. |
Обобщенное выражение различных теоретических фор |
|
|
|
мул, описывающих закон фильтрации |
98 |
|
Глава |
VI. |
Линейный закон фильтрации, проницаемость |
|
пористой среды |
100 |
||
§ 1. |
Коэффициент фильтрации |
100 |
|
§ 2. |
Проницаемость пористой среды |
105 |
|
Глава VII. Границы применимости линейного закона филь |
|||
трации и другие законы фильтрации |
114 |
||
§ 1. |
Экспериментальные исследования вопроса о границах |
|
|
|
применимости линейного закона фильтрации |
114 |
|
§ 2. |
Теоретические исследования вопроса о границах приме |
121 |
|
|
нимости линейного закона фильтрации |
||
§ 3. |
Нелинейные законы фильтрации |
125 |
|
§ 4. |
Вывод законов фильтрации, основанный на использова |
|
|
|
нии принципа однородности размерностей |
128 |
|
Часть III. Задачи подземной гидравлики, допус |
|
||
кающие элементарное решение |
|
||
Глава VIII. Простейшие фильтрационные потоки и мето |
137 |
||
ды их исследования |
|||
§ 1. |
Описание простейших фильтрационных потоков |
137 |
|
§ 2. |
Напор и приведенное давление; поверхности равного на |
142 |
|
|
пора и изобары |
||
§ 3. |
Общие методы исследования одномерного, плоско-ради |
145 |
|
|
ального и трехмерного радиального потоков |
||
Глава IX. Одномерное и радиальное движение несжимае |
|
|
мой ж идкости в условиях водонапорного реж има |
149 |
|
§ 1. |
Одномерное движение по линейному закону фильтрации |
149 |
§ 2. |
Плоское радиальное движение по линейному закону |
|
|
фильтрации |
156 |
§ 3. |
Сферическое радиальное движение по линейному закону |
171 |
|
фильтрации |
|
§ 4. |
Одномерное движение при нелинейном законе фильтрации 176 |
|
§5. Радиальное движение при нелинейном законе фильтрации 177
§6. Особенности притока жидкости к скважине при одновре
|
менном существовании двух режимов |
180 |
|
§ 7. Влияние изменения давления с течением времени |
186 |
||
Глава X. |
Простейш ие случаи движения ж идкости со сво |
||
бодной поверхностью |
188 |
||
§ 1. |
Вводные замечания |
188 |
|
§ 2. |
Движение жидкости со свободной поверхностью к пря |
||
§ 3. |
молинейной галлерее |
189 |
|
Движение жидкости со свободной поверхностью к сква |
|||
|
жинам |
194 |
|
Глава XI. |
Одномерное и радиальное движения сжимаемой |
||
ж идкости в пористой среде по линейному закону филь |
|||
трации |
|
202 |
|
§ 1. |
Одномерная установившаяся фильтрация сжимаемой жид |
||
§ 2. |
кости |
202 |
|
Радиальная установившаяся фильтрация сжимаемой жид |
|||
|
кости |
208 |
|
§ 3. |
Приближенное решение задачи о неустановившейся ра |
||
|
диальной фильтрации сжимаемой жидкости |
211 |
|
§ 4. |
Неустановившаяся одномерная фильтрация сжимаемой |
||
|
жидкости |
222 |
|
§ 5. |
Приближенное решение задач о неустановившемся дви |
||
|
жении сжимаемой жидкости в упругом пласте |
225 |
|
Глава XII. |
Одномерное и радиальное движения газов в по |
||
ристой среде |
227 |
||
§ 1. |
Законы фильтрации газов. Экспериментальные исследо |
||
|
вания движения газов в пористой среде |
227 |
|
§ 2*. О |
термодинамических процессах при движении |
газов |
|
|
в пористой среде |
231 |
|
§ 3. |
Одномерное установившееся движение газов по линейно |
|
||
§ 4. |
му закону фильтрации |
|
238 |
|
Радиальное установившееся движение газов по линейно |
|
|||
§ 5. |
му закону фильтрации |
|
245 |
|
Неустановившееся радиальное движение газов по линей |
|
|||
§ 6. |
ному закону фильтрации |
256 |
||
Установившееся движение газа, не подчиняющееся ли |
|
|||
|
нейному закону фильтрации |
269 |
||
§ 7. Движение реальных газов в пористой среде по линейному |
|
|||
|
закону фильтрации |
|
279 |
|
Глава XIII. |
Движение неоднородных жидкостей в пори |
290 |
||
стой среде |
|
|||
§ 1. |
Предварительные замечания . |
290 |
||
§ 2. |
Фазовая (эффективная) проницаемость пористой среды |
292 |
||
§ 3. |
Установившееся движение газированной жидкости в по |
|
||
§ 4. |
ристой среде |
|
300 |
|
Неустановившееся радиальное движение газированной |
|
|||
|
жидкости в пористой среде |
309 |
||
§ 5. Движение смеси нефти и воды в пористой среде |
324 |
|||
§ 6. |
Движение смеси нефти, воды и газа в пористой среде |
330 |
||
Глава XIV. |
Влияние радиуса и степени гидродинамиче |
|||
ского несовершенства скважины на ее производитель |
||||
ность |
|
|
338 |
|
§ 1. |
Влияние радиуса скважины на ее производительность |
338 |
||
§ 2. Влияние гидродинамического несовершенства скважины |
352 |
|||
|
на ее производительность |
|||
Глава XV Некоторые вопросы, связанные с исследовани |
||||
ем скважин на приток |
|
373 |
||
§ 1*. Вводные замечания |
|
373 |
||
§ 2*. Законы изменения забойного давления в скважине после |
374 |
|||
|
ее остановки |
. |
||
§ 3*. Факторы, влияющие |
на форму индикаторных кривых |
|
||
|
при установившихся режимах работы скважины |
379 |
||
§ 4*. Классификация индикаторных кривых и их аналитиче |
382 |
|||
|
ское выражение |
. . |
||
§ 5*. Важнейшие свойства |
коэффициентов продуктивности |
388 |
||
|
скважины |
|
||
§ 6*. Замечания по поводу методов исследования скважин |
395 |
|||
Глава |
XVI. |
Влияние |
различия в |
удельных весах |
двух |
ж идкостей в пласте |
на распределение давлений |
и по |
|||
ведение скважин |
|
|
399 |
||
§ 1. |
Анализ явления поднятия подошвенной воды к забою |
||||
|
нефтяной скважины . |
|
399 |
||
§ 2*. Замечания по поводу некоторых гидрогеологических |
|||||
|
проблем |
|
|
405 |
|
Глава XVII. |
Движение жидкостей и газов в пластах с неод |
||||
нородной проницаемостью |
|
408 |
|||
§ 1. |
Вводные замечания |
|
408 |
||
v § 2. |
Одномерное движение жидкости в неоднородных пластах 409 |
||||
§ 3. |
Плоско-радиальное движение жидкости в неоднородных |
||||
|
пластах |
|
|
417 |
|
§ 4*. Влияние неоднородности пласта при движении несжима |
|||||
§ 5. |
емой жидкости по закону фильтрации Краснопольского 428 |
||||
Обобщение предыдущих выводов |
|
433 |
|||
Глава XVIII. |
Вытеснение нефти и |
газаводой |
437 |
||
§ 1. Одномерная задача о вытеснении нефти водой |
438 |
||||
§ 2. |
Вытеснение нефти водой при плоском радиальном дви |
||||
§ 3. |
жении |
|
|
|
449 |
Одномерная задача о вытеснении газа водой |
456 |
||||
§4. Вытеснение газа водой в условиях радиальной фильтрации464
§5. Замечание о влиянии вязкости газа на продвижение кон
тура водоносности при вытеснении газа водой |
474 |
Часть IV. Нерадиальное движение жидкостей и газов к одной скважине и теория взаимодействия скважин (задачи, решаемые методами гидромеха
ники)
Глава XIX . Исследование фильтрационного потока от на гнетательной скважины к эксплуатационной и исследо
вание нерадиального установившегося |
движения ж ид |
костей и газов к одной скважине. Выяснение влияния |
|
ф орм ы контура области питания на |
дебит скважины |
и распределение давления в пласте |
479 |
§ 1. Замечания о постановке задач |
479 |
§2. Исследование фильтрационного потока от нагнетатель ной скважины к эксплуатационной
§ 3. |
Нерадиальное движение жидкости к скважине при пря |
|
|
|
молинейном контуре области питания |
|
495 |
§ 4. |
Нерадиальное движение жидкости к скважине при кру |
|
|
|
говом контуре области питания |
. |
497 |
§5. Влияние формы контура области питания на дебит сква жины. Замечания о возможности использования форму лы радиального притока в случае нерадиального движе
|
ния жидкости к скважине |
|
501 |
Глава XX. Теория взаимодействия скважин |
506 |
||
§ 1. |
Постановка основных задач |
. |
506 |
§ 2. |
Основные формулы, характеризующие работу двух вза |
|
|
|
имодействующих скважин |
. |
514 |
§3. Анализ семейств траекторий и изобар и распределения скоростей фильтрации в пласте в случае двух взаимо
§ 4* |
действующих скважин |
524 |
Решение простейшей задачи об условиях заглушения од |
||
|
ной из двух скважин в процессе их взаимодействия |
534 |
§ 5*. Свойства коэффициентов продуктивности взаимодей |
||
§ 6. |
ствующих скважин |
535 |
Количественная оценка эффекта взаимодействия |
двух |
|
|
скважин |
543 |
§ 7. |
Взаимодействие скважин кольцевой батареи |
548 |
§ 8. |
Оценка эффекта взаимодействия многих скважин |
при |
|
расположении их вдоль прямой линии и по квадратной |
|
|
сетке |
554 |
§ 9*. Анализ простейших гидродинамических полей взаимо |
||
|
действующих скважин и выводы по поводу влияния на |
|
|
их работу непроницаемых границ в пласте |
562 |
§ 10* Оценка эффекта взаимодействия скважин прямолиней |
||
|
ной батареи при наличии непроницаемых границ в пла |
|
|
сте; сравнение дебитов прямолинейной галлереи и батареи 571 |
|
Глава XXI. Простейшие законы стягивания контура неф |
|
||
теносности к скважинам. Выводы по поводу рациональ |
577 |
||
ных методов расстановки скважин |
|
||
§ 1. |
Замечания по поводу постановки задач |
. |
577 |
§ 2. |
Стягивание контуров нефтеносности |
различных форм |
578 |
|
к одной скважине |
|
|
§ 3. |
Стягивание контуров нефтеносности к двум взаимодей |
583 |
|
|
ствующим скважинам |
|
|
§ 4*. Стягивание контура нефтеносности к скважинам кольце
вой батареи |
590 |
§ 5*. Особенности стягивания |
овально вытянутого контура |
нефтеносности к скважинам, расположенным вдоль длин |
|
ной оси овала |
596 |
§6*. Особенности стягивания контура нефтеносности к одно рядной батарее скважин в пласте, замкнутом с трех сторон599
§7*. Некоторые соображения по поводу расстановки скважин
|
в нефтеносных пластах с водонапорным режимом |
605 |
|
Часть |
V. |
Дифференциальные уравнения под |
|
земной гидравлики. Заключение |
|
||
Глава XXII. |
Дифференциальные уравнения движения ж ид |
||
костей и газов в пористой среде по линейному закону |
|
||
фильтрации и их интегрирование в простейших случа |
|
||
ях |
Уравнение неразрывности при движении однородных |
613 |
|
§ 1. |
613 |
||
§ 2. |
жидкостей и газов в недеформируемой пористой среде |
||
Уравнение движения капельно-сжимаемой и несжимае |
|
||
|
мой жидкости в недеформируемой пористой среде |
617 |
|
§ 3. |
Уравнения движения газов в пористой среде |
625 |
|
§ 4. |
Движение газированной жидкости в пористой среде |
636 |
|
§ 5. |
Дифференциальное уравнение движения сжимаемой жид |
|
|
§ 6. |
кости в упругой пористой среде |
638 |
|
Аналогия между движением жидкостей и газов в пори |
|
||
|
стой среде и другими физическими явлениями |
642 |
|
Глава XXIII* |
Краткая история развития подземной гид |
|
|
равлики. Заключение |
647 |
||
Литература |
|
659 |
|
Дополнительный список литературы |
676 |
||