11.3. Проницаемость
Это свойство горных пород пропускать через себя жидкости, газы и их смеси при наличии перепада давления. Характеризуется коэффициентом фильтрации [см/сек, м/сек, м/сутки и т.д.], т.е. размерность скорости или коэффициентом проницаемости [ед. дарси].
Согласно закону Дарси количество воды Q, просачивающееся через породу в ед. вр., пропорционально падению напора h, площади поперечного сечения породы F и обратно пропорционально длине пути фильтрации L, измеряемой по направлению движения воды:
Q = К·F·J; Q/ F = V; V = К·J; V = К, при J = 1.
В нефтегазовой и нефтепромысловой геологии и гидрогеологии, физике нефтяного пласта, подземной гидравлике при гидродинамических расчетах, связанных с разработкой нефтяных и газовых месторождений, для оценки проницаемости горных пород обычно пользуются единицей Дарси, которая выводится также из закона Дарси
Кп – коэффициент проницаемости в единицах Дарси (милидарси 0,001 Дарси)
Q – расход, см3/сек
µ - вязкость жидкости в спз
L – длина пути фильтрации, см
∆p – перепад давления, атм
10.4.1 Связь проницаемости горных пород с коэффициентом фильтрации.
На значительных глубинах, где расположены нефтегазовые месторождения, подземные воды имеют повышенную минерализацию вплоть до рассолов, а фильтрация жидкости происходит в неоднородных по составу и свойствам фильтрационных потоках. Основными величинами, характеризующими фильтрующуюся жидкость, служат плотность и вязкость. Скорость фильтрации обратно пропорциональна вязкости, а последняя прямо пропорциональна минерализации подземных вод. Увеличение вязкости значительно снижает скорость движения потоков на больших глубинах; значительные отклонения дает и повышенная плотность вод. Если для пресных вод пьезометрические высоты равны pгидр.(ρ = 1), то в минерализованных водах необходимо учитывать плотность воды. На больших глубинах поправка на гидростатическое давление становится значительной. Например, если ρ воды = 1,1 г/см3, то при глубине скважины h = 2000 м, поправка ∆ h = 200 м, или 20 атм. Поскольку уравнение Дарси не учитывает эти две величины, в нефтегазовой гидрогеологии пользуются вместо коэффициента фильтрации К коэффициентом проницаемости (Кп), т.к. К становится некорректным.
Переход от Кп к К имеет вид:
где ρ – плотность подземных вод.
μ – вязкость подземных вод.
11.4. Пьезопроводность и уровнепроводность
В связи с тем, что водоносные и нефтеносные пласты обладают определенной упругостью, изменение давления по пласту передается не сразу, а за определенное время. Происходит перераспределение давления. Скорость распространения изменения давления по пласту характеризуется коэффициентом пьезопроводности.
1) Для нефтяных пластов :
где a – коэффициент пьезопроводности, см2/с,
Кп – коэффициент проницаемости, дарси,
µ - вязкость жидкости, спз.
n – коэффициент пористости
βж – коэффициент сжимаемости жидкости, 1/атм.
βп – коэффициент сжимаемости породы, 1/атм.
Если заменить (n·βж+βп), на β*, тогда
где, β* - коэффициент упругости пласта.
2) Для водоносных горизонтов (µ = 1)
где, K – коэффициент фильтрации, м/сутки;
β* - коэффициент упругости водоносного горизонта.
Коэффициент сжимаемости нефти в зависимости от состава, давления, температуры, газонасыщения изменяется в широких пределах: βн = (7÷150)·10-5 1/атм.
Коэффициент сжимаемости воды возрастает с увеличением содержания в ней газа, уменьшается с повышением минерализации и варьирует в пределах:
Коэффициент сжимаемости пород βв = (2,7÷5) 10-5 1/атм.
Вариации коэффициента сжимаемости пород составляют
βп = (0,3÷1,7)·10-5 1/атм.
Если бы не было сжимаемости, то β = 0 и передача давления происходила бы мгновенно; на самом деле этот процесс длительный (иногда месяцы).
Уровнепроводность
Применяется для безнапорных водоносных горизонтов
где, aу – коэффициент уровнепроводности;
hср – средняя мощность водоносных горизонтов в пределах зоны влияния откачки в данный момент времени, М;
µв – коэффициент водоотдачи, доли единицы. Чем лучше фильтрация, чем больше мощность, чем меньше водоотдача, тем быстрее будет перераспределение уровней. Эти коэффициенты широко используются при разработке нефтяных месторождений, эксплуатации подземных вод, осушении месторождений и др.