- •12 Основи теорії фільтрації багатофазних систем у пористих пластах
- •12.1 Основні диференціальні рівняння фільтрації багатофазних систем
- •12.2 Узагальнена модель руху двофазних систем
- •12.3 Модель Баклея – Леверетта
- •12.5 Модель Маскета – Мереса
- •12.6 Усталена фільтрація газованої нафти в пористому пласті
- •Контрольні питання
12.2 Узагальнена модель руху двофазних систем
Ця модель враховує гідродинамічні, капілярні та гравітаційні сили. Вона може бути представлена одним рівнянням для насиченості.
Прямолінійно-паралельна фільтрація. Виведемо це рівняння на прикладі одновимірної фільтрації, коли , у полі сил гравітації. Систему рівнянь записуємо у вигляді:
; (12.27)
; (12.28)
; (12.29)
; (12.30)
, (12.31)
де v1, v2 – швидкості фільтрації фаз; ;.
Перетворюємо систему в такій послідовності:
1) додаємо обидва рівняння нерозривності для двох фаз (12.30) та (12.31) та інтегруємо:
; (12.32)
; (12.33)
2) диференціюємо рівняння капілярного тиску (12.29) по х:
; (12.34)
3) підставляємо обидва рівняння руху (12.27) та (12.28) в (12.33):
, (12.35)
де ;– сумарна швидкість фільтрації потоку.
Рівняння (12.33) показує, що сумарна швидкість фільтрації v не залежить від координати х, тобто є або постійною, або відомою функцією часу (аналогічно сумарна витрата рідин ). Це є наслідком припущення про нестисливість фаз.
Далі із рівняння (12.34) знаходимо , підставляємо його в рівняння (12.35) і визначаємо, яке підставляємо в рівняння руху першої фази (12.27). Диференціюючи одержаний вираз для швидкостіv1 по х і підставляючи в рівняння нерозривності потоку першої фази (12.30), одержуємо шукане рівняння для насиченості
, (12.36)
де частка витіснювальної рідини в потоці (іншими словами функція розподілу потоків фаз, або функція Баклея-Леверетта)
; (12.37)
;.
Для зручності аналізу рівняння (12.35) записуємо в безрозмірному вигляді, вводячи безрозмірні незалежні змінні величини
;, (12.38)
де L – характерний лінійний розмір (довжина пласта); m L F – поровий об’єм пласта; – безрозмірна координата (можна розглядати як частку об’єму пласта між початковим перерізом і перерізом з координатою х); – безрозмірний об’єм рідини, який запомповано в пласт на момент часу t і виражено в частках порового об’єму (кратність промивання пласта).
Тоді рівняння для насиченості (12.36) з урахуванням виразу (12.20) для капілярного тиску рк набуває вигляду:
, (12.39)
де ;Аг, Ак – безрозмірні параметри,
;. (12.40)
Безрозмірні параметри Аг та Ак характеризують відношення відповідно сил гравітації та капілярних сил до сил в’язкості.
Рівняння (12.39) є нелінійним рівнянням параболічного типу другого порядку. Для деяких простих частинних умов одержано точні розв’язки, а також числові розв’язки з допомогою ЕОМ.
Плоско-радіальна фільтрація. Аналогічно можна дістати рівняння для плоско-радіального потоку, якщо взяти
,, (12.41)
де r – біжучий радіус; Rк – відстань від нагнітальної до видобувної свердловини; h – товщина пласта.
Так, у випадку плоско-радіального потоку, оскільки, як відомо, можна здійснити заміну ,,,, а відтак отримуємо рівняння руху
; (12.42)
(12.43)
і рівняння нерозривності потоку
; (12.44)
. (12.45)
Тоді послідовно маємо:
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
+
;
;
;
; ; (12.46)
(12.47)
Рівняння (12.47) стосовно плоско-радіального потоку теж є нелінійним диференціальним рівнянням параболічного типу другого порядку.