miklina_o.a._issledovanie_stacionarnoy_filtracii_2013

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ухтинский государственный технический университет» (УГТУ)

О. А. Миклина, А. Н. Рочев

Исследование стационарной фильтрации

Методические указания

Ухта, УГТУ, 2013

Оглавление

3

Введение

ВВЕДЕНИЕ

Центральная задача, которую необходимо решить в ходе выполнения данной лабораторной работы, – подтвердить (или опровергнуть) на практике основные положения теории стационарной фильтрации. Такая проверка, по замыслу авторов, даёт ключ к теории, позволяет понять цели гидродинамических исследований скважин и верно оценивать их результаты.

Лабораторная работа проводится на установке, выполненной компанией «FESTO». Установка создана при финансовой поддержке Некоммерческой организации «Благотворительный фонд «ЛУКОЙЛ».

При составлении методических указаний использованы материалы «Технического описания лабораторного стенда по исследованию модели нефтеносного пласта» (авторы Ю. Артюшин, Д. Можаев, К. Разин, А. Сергеев).

Повторное издание методических указаний вызвано необходимостью описать изменение программ и интерфейса новых видов пакета MS Office.

4

Основные теоретические сведения

1 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Приведённые далее теоретические сведения не претендуют на полноту. Они содержат основные определения, схемы и формулы с краткими комментариями. За более подробными сведениями можно обратиться к источникам, указанным в списке литературы.

Фильтрацией называется процесс течения (просачивания) жидкости или газа сквозь пористую среду под действием перепада давления. Фильтрация жидкости описывается такими параметрами, как скорость фильтрации, расход жидкости, перепад давления. Величина расхода определяется также свойствами среды, через которую происходит течение. Основными из этих свойств являются гидропроводность и проницаемость. Стационарным называется такой режим фильтрации, при котором величины скорости, расхода и перепада давления не меняются с течением времени. Рассмотрим схему притока жидкости к скважине, изображённую на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Схема плоскорадиальной фильтрации жидкости

При такой геометрии пласта фильтрация называется плоскорадиальной, так как частицы жидкости двигаются от контура питания к скважине вдоль радиуса. Если на контуре питания и забое скважины поддерживаются постоянные во времени давления, то величину притока (дебита) в скважину можно определить по формуле Дюпюи [1, 2].

5

Основные теоретические сведения

h– толщина пласта, м;

μ– коэффициент динамической вязкости жидкости, Па·с;

pk – давление на контуре питания, Па; pc – давление в скважине, Па;

Rk – радиус контура питания, м; Rc – радиус скважины, м.

Напомним основные допущения, при которых справедлива формула Дюпюи:

1)течение жидкости в пласте подчиняется линейному закону фильтрации Дарси (жидкость в пласте ньютоновская);

2)проницаемость, вязкость и толщина пласта не зависят от координат и давления;

3)давления на контуре питания и на забое скважины постоянны во времени. Если величины, стоящие в правой части уравнения (1.1) и не зависящие

от давления, объединить в один коэффициент, то формулу Дюпюи можно записать в виде

где

Таким образом, согласно теории, зависимость дебита скважины от перепада давления (депрессии) должна быть линейной. Это означает, что при увеличении перепада давления, например в два раза, дебит также увеличится вдвое. Если полученная на практике зависимость оказывается не линейной, вероятнее всего, нарушается одно из допущений, указанных ранее. Поэтому график Q ( p ) называют индикаторной диаграммой. Схематично она показана на рисунке 1.2.

6

Основные теоретические сведения

Q

η

∆p

0

Рисунок 1.2 – Индикаторная диаграмма

Построение индикаторной диаграммы производится по результатам измерений нескольких различных значений давления на забое скважины и соответствующих им дебитов. Изменение забойных давлений производится путём смены диаметров штуцеров, устанавливаемых на устье скважины.

Коэффициент пропорциональности η называют коэффициентом продуктивности скважины, так как он показывает, насколько изменится дебит скважины при изменении депрессии. Он находится как тангенс угла наклона линии, построенной по точкам депрессии и дебита (рисунок 1.2).

После того, как определён коэффициент продуктивности, можно рассчитать фильтрационные параметры пласта (см. формулу 1.3):

− коэффициент гидропроводности пласта:

− коэффициент проницаемости:

Итак, для определения характера фильтрации (линейная или нелинейная) и расчёта фильтрационных параметров необходимо сделать следующие шаги:

−установить один за другим несколько перепадов давления и произвести замеры расхода жидкости;

−построить индикаторную диаграмму;

−рассчитать коэффициент продуктивности и фильтрационные свойства пласта.

7

Лабораторная установка

2 ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Эксперимент производится на лабораторном стенде, общий вид которого представлен на рисунке 2.1. На рисунке 2.2 приведена принципиальная пневмогидравлическая схема стенда.

Рисунок 2.1 – Общий вид лабораторной установки

Рисунок 2.2 – Принципиальная пневмогидравлическая схема

В таблице 1.1 представлены основные узлы лабораторной установки, их назначение и обозначение на схеме рисунка 2.2.

8

Лабораторная установка

9

Лабораторная установка

10