1464

От редакционного совета

Авторами настоящего учебника являются выдающиеся ученые и педагоги, профессора Московского нефтяного института им. И. М. Гу­ бкина, ныне Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина, Владимир Николаевич Щелкачев и Бернард Бори­ сович Лапук, благодаря научным трудам и учебникам которых многие поколения российских и зарубежных специалистов познавали фунда­ ментальные основы нефтегазовой подземной гидромеханики и разра­ ботки нефтяных и газовых месторождений.

Написанный ими в 1949 г. учебник подземной гидравлики послу­ жил первым учебным пособием такого рода в мире, на основе которого было начато широкое развитие преподавания курсов подземной гидро­ механики в вузах. Переведенный на китайский, румынский и венгер­ ский языки, он и поныне является настольной книгой инженеров-неф- тяников. Напомним, что учебник вышел под общей редакцией и с пре­ дисловием их учителя, академика Л. С. Лейбензоном. Рецензентами книги были профессор И. А. Парный и профессор Г. Б. Пыхачев.

Прошло более 50 лет со времени издания учебника, но он сохра­ няет свое основополагающее значение. Вместе с тем, книга стала биб­ лиографической редкостью. Сегодня ее трудно найти даже в вузовских библиотеках. Современные поколения студентов и аспирантов, специ­ алистов нефтяной и газовой промышленности не имеют возможности прикоснуться к страницам учебника, продолжающего иметь огромное значение для изучения основ нефтегазовой науки.

Переиздание книги осуществлено научно-издательским центром «Регулярная и хаотическая динамика». При этом было принято реше­ ние не вносить никаких изменений в текст, оставив его в первозданном виде.

Единственное добавление к публикуемому второму изданию кни­ ги — список литературы. В.Н. Щелкачев поместил в изданную в 1995 году монографию (В.Н. Щелкачев. Основы и приложения теории неустановившейся фильтрации, ч. I и ч. II, 1995 г.). Список литерату­ ры, насчитывающий более тысячи наименований. Этот список помещен в данное издание, что позволяет читателю с исчерпывающей полнотой охватить практически всю обширную область нефтегазовой гидроме­ ханики и ее приложений и их развитие со времени первого издания учебника до настоящего времени.

Редакционный совет «Современные нефтегазовые технологии» планирует издание и переиздание важнейших книг как отечественных, так и зарубежных авторов в области нефтегазовой науки и технологий. Публикуемая книга является первой из этой серии.

Считаю своим приятным долгом представить читателям второе из­ дание замечательного учебника, авторами которого являются мои ближайшие учителя.

Российский Государственный Университет нефти и газа им. И. М. Губкина

Доктор технических наук, профессор К. С. Басниев 26.11.2001 г.

Предисловие академика Л . С. Лейбензона

Подземная гидравлика — наука о движении жидкостей, газов и их смесей в пористых и трещиноватых горных породах — теоретическая основа разработки нефтяных и газовых месторождений, одна из профи­ лирующих дисциплин в учебном плане промыслового и геологического факультетов нефтяных вузов.

В основе подземной гидравлики лежит представление о том, что нефть, газ и вода, заключенные в пористой среде, составляют единую гидравлическую систему.

Подземная гидравлика создана главным образом трудами совет­ ских ученых. Настоящая книга является первым учебным пособием по курсу «Подземная гидравлика», введенному в нефтяных вузах с 1941 г.

На протяжении всей книги и в ее заключительной главе ярко и убе­ дительно показан приоритет советских ученых в решении самых важ­ ных вопросов теории движения жидкостей и газов в пористой сре­ де. Сюда относятся основные вопросы теории фильтрации, взаимодей­ ствия скважин, упругого режима, движения газов и газированной жид­ кости в пластах. Пособие «Подземная гидравлика» не только обобщает все, что сделано в области подземной нефтяной гидравлики, но и под­ нимает ее на новую ступень.

Особая ценность книги — элементарное и вместе с тем строго на­ учное изложение всего курса.

Авторы поставили перед собой важнейшую задачу — сделать под­ земную гидравлику доступной не только для студентов нефтяных вту­ зов, но и самому широкому кругу инженерно-технических работников нефтяной и газовой промышленности. С выходом настоящей книги эту задачу можно считать успешно решенной.

Весьма существенно, что изложение теории дается в органической связи с ее приложением на практике. Во всем изложении виден инже­ нерный подход к решению всех поставленных задач.

Трудно переоценить значение курса подземной гидравлики в под­ готовке кадров нефтедобывающей и газовой промышленности и обеспе­ чении ее дальнейшего технического прогресса. В этой связи я особенно приветствую выход настоящей книги, авторами которой являются мои

Предисловие

Подземная гидравлика является основой современной технологии нефтедобычи и добычи газа и имеет обширные области приложения в гидрогеологии, гидротехнике, инженерной геологии. Курс подземной гидравлики введен в учебный план нефтяных институтов с 1940 г.

Работы профессора Н. Е. Жуковского, академика Н. Н. Павловско­ го, академика Л. С. Лейбензона заложили основу самой крупной в мире советской школы ученых, работающих в области теории фильтрации. Советские ученые прочно удерживают приоритет в разработке важ­ нейших вопросов подземной гидравлики и гидромеханики. Тем не ме­ нее до сих пор ни в СССР, ни за рубежом не написано книги, в которой бы подземная гидравлика излагалась достаточно полно, систематично и доступно для читателей, начинающих изучать этот предмет и инте­ ресующихся проблемами технологии добычи нефти и газа. Понятно, что необходимость в такой книге давно назрела. Специальное пособие по курсу подземной гидравлики необходимо не только для студентов нефтяных институтов, но и для широких кругов инженеров и геоло­ гов, окончивших институты до 1942 г. (т. е. не изучавших в вузах этого курса) и работающих в соответствующих отраслях нефтяной и газовой промышленности.

Имея в виду, что эти кадры инженеров и геологов должны изу­ чать курс подземной гидравлики самостоятельно, авторы старались обратить особое внимание на доступность изложения, на иллюстрацию теории приложениями к практике. Последнее мы считали особенно по­ лезным и для студентов.

Учитывая, что в нефтяных институтах курс подземной гидравли­ ки проходится либо до, либо одновременно (в зависимости от факуль­ тетов) с курсами нефтепромысловой геологии, эксплуатации нефтяных месторождений, гидрогеологии, нам пришлось ввести краткие сведения о классификации подземных вод и о классификации режимов нефте­ газоводоносных пластов.

Учебное пособие построено по следующему плану:

Часть I посвящена определению целей курса, краткому описанию содержания курса, обзору важнейших этапов развития подземной гид­ равлики, пояснению основных представлений этой науки и характери­ стике некоторых физических свойств нефти, газов и воды. Помещать

подробную историю развития подземной гидравлики в вводной части т. е. предлагать ее читателю до ознакомления с основами этой науки мы считали нецелесообразным. Некоторые исторические сведения приво­ дятся в тексте промежуточных глав курса, но систематический исто­ рический обзор развития подземной гидравлики приведен в последней главе.

Часть II посвящена теории фильтрации.

В части III собраны те задачи подземной гидравлики, которые до­ пускают элементарные решения, выполняемые с помощью простого ап­ парата дифференциального и интегрального исчисления. Те же задачи можно было бы решить, используя общие дифференциальные уравне­ ния движения жидкостей и газов в пористой среде; последний способ решения задач был бы даже более коротким, но, несомненно, более трудным для начинающего читателя. Задачи, собранные в части III, посвящены одномерному движению и радиальным притокам к одной скважине различных жидкостей, газов и газожидкостных смесей при различных режимах фильтрации и при различных режимах пласта. В виде исключения в третьей части рассмотрено несколько таких за­ дач, сложное гидродинамическое решение которых не могло быть при­ ведено в рамках данной книги. Учитывал важность этих задач (свя­ занных в основном с притоком жидкостей и газов к гидродинамически несовершенной скважине и с притоком к скважине двух жидкостей разных удельных весов), мы ограничились пояснением их постановки и анализом готовых решений — расчетных формул, иллюстрируемых числовыми таблицами и графиками.

Часть IV содержит теорию нерадиального притока жидкостей к скважинам, теорию взаимодействия скважин и исследование законов стягивания контуров нефтеносности в процессе эксплуатации взаимо­ действующих скважин. Строгое решение всех этих вопросов требует применения методов гидродинамики, связанных с использованием те­ ории функций комплексного переменного и дифференциальных урав­ нений с частными производными.

Учитывая назначение пособия, мы не могли привести решения этих задач — выводы расчетных формул. Однако сами задачи столь важны для теории и практики технологии добычи нефти и газа, что оставить их совершенно без рассмотрения было невозможно. Поэто­ му мы постарались изложить соответствующие вопросы в доступной форме: подробно пояснить физическую постановку каждой задачи, по­ яснить общий метод ее решения, привести готовое решение готовую расчетную формулу и выводы из каждой формулы. Попутно всегда указывались статьи и книги, в которых более подготовленный чита­ тель может найти полное решение соответствующей задачи.

жием инженера и геолога-нефтяника в деле дальнейшего усовершен­ ствования методов разработки и эксплуатации нефтяных и газовых ме­ сторождений.

Примечание. Часть вторая и главы III, XI—XIII, XVIII и XXII данного учебника написаны проф. Б.Б.Лапуком; части первая (за исключением главы III) и четвертая и главы VIII-X, XIV-XVII и XXIII написаны проф. В. Н. Щелкачевым.

Москва, январь 1949 г.

Предисловие одного из авторов книги

Ожелательности переиздания книги заявляли многократно и а

а также многие производственники, инженеры и геологи.

Напомню, что еще на первом Всесоюзном съезде ВНИТО нефтяни­ ков в Баку 20-25 августа 1933 года в докладе профессора (впоследствии академика) Леонида Самуиловича Лейбензона было весьма четко отме­ чено, что успех развития нефтяной промышленности «основывается на умелом приложении к вопросам нефтедобычи ряда таких важных дис­ циплин как термодинамика, физика, механика и гидромеханика. Особо важное значение в этом приобретает гидромеханика, так как процес­ сы движения нефти в пластах представляют собой гидромеханические явления».

И еще напомню, что на этом же съезде был доклад инженера Ген­ надия Константиновича Максимовича (замечу, что проработав более 70 лет в нефтяной науке и ее приложениях к практике, я считаю Макси­ мовича лучшим инженером в области технологии нефтедобычи и раз­ работки) под названием «К методике составления генеральных планов разработки нефтяных месторождений». В этом докладе обращено осо­ бое внимание на то, чтобы план разработки имел геологическое, тех­ нологическое и экономическое обоснование.

Таким образом, уже в 1933 году созрела идея о том, что в планах разработки должны учитываться подземная гидродинамика, техника и экономика.

Все доклады упомянутого съезда были полностью опубликованы в 1934 году в общем сборнике под названием «Плановая разработка нефтяных месторождений (вып. 2)». К сожалению, этот сборник ока­ зался малоизвестным современным нефтяникам, чем и объясняется, что идеи о необходимости комплексного обоснования проектов разра­ ботки нефтяных пластов (в т. ч. и с помощью подземной гидродинами­ ки) появились якобы только в сороковых годах.

И после 1933 года Л. С. Лейбензон многократно подчеркивал необ­ ходимость учета новейших достижений подземной гидродинамики при проектировании разработки нефтяных месторождений.

Вспоминаю, что в суровые годы Великой Отечественной войны я был вызван Наркомнефтью из Грозного в Москву для прочтения

лекции по подземной гидродинамике на курсах усовершенствования инженерно-технических работников нефтяной промышленности. Сре­ ди слушателей лекций были специалисты из всех нефтяных районов нашей страны. Я понял, что передо мной была поставлена задача в до­ ходчивой форме дать такие знания по подземной гидродинамике, ко­ торые тесно связаны с актуальными задачами практики, Содержание моих лекций было в 1945 году опубликовано в книге под названием «Основы подземной нефтяной гидравлики».

Вернувшийся с фронта Бернард Борисович Лапук заинтересовал­ ся написанной мною книгой и предложил совместно поработать над созданием достаточно полного и доходчивого по содержанию учебника по подземной гидродинамике. В результате нашей совместной работы и появилось первое издание ныне переиздаваемой книги. Надо отме­ тить, что Б. Б. Лапук всегда интересовался новейшими достижениями науки и техники и использованием их для решения задач развития отечественной нефтяной промышленности. Б.Б.Лапука высоко ценил академик Л. С. Лейбензон.

Я считаю, что наиболее верные оценки содержания любой книги появляются не в ближайшие годы, а отступая по времени от момента

ееопубликования.

Вподсодержании этой моей мысли приведу такое весьма остроум­ ное высказывание крупнейшего математика и мыслителя Анри Пуан­

каре: «Получить представлении о внешнем облике слона нельзя рас­ сматривая его вблизи под микроскопом, а надо посмотреть на слона несколько отступив от него...». В заключение, считаю долгом побла­ годарить профессора К. С. Басниева за проявленные инициативу и ак­ тивную деятельность, связанную с опубликованием второго издания нашей книги.

К.С.Басниев широко известен результатами своей научной дея­ тельности в области подземной гидродинамики, теории и практики раз­ работки нефтяных и газовых месторождений и по итогам своей педа­ гогической, методической и организационной работы.

В. Н. Щелкачев 01.12.2001 г.

Часть I

Введение