МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

Кафедра розробки та експлуатації нафтових і газових родовищ

Я.В. Соломчак, М.О. Псюк

НАФТОГАЗОВА МЕХАНІКА

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДЛЯ ВИВЧЕННЯ ДИСЦИПЛІНИ

Для студентів напряму підготовки 6.050304 – Нафтогазова справа

Рекомендовано методичною радою університету

Івано-Франківськ

2010

МВ 02070855 – 3109 – 2010

Соломчак Я.В., Псюк М.О. Нафтогазова механіка: Методичні вказівки для вивчення дисципліни. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2010. – с.

Методичні вказівки розроблені відповідно до навчаль-ного плану OVNG2d09.

В роботі подані загальні положення, що вивчаються даною дисципліною, та її зв’язок з іншими дисциплінами, стан нафтогазовидобувної галузі та проблеми нафтогазовидобутку. Наведений перелік модулів та характеристика змістових модулів дисципліни з контрольними запитаннями для перевірки засвоєння матеріалу модулів.

Для виконання контрольних домашніх завдань за варіантами наведені умови задач та числові значення величин для визначення параметрів, що характеризують певні властивості порід-колекторів та насичуючих флюїдів. Як допомога в розв’язуванні наведених 12 задач даються методичні вказівки до кожної з них.

Методичні вказівки виконані згідно з існуючими вимогами та стандартами, доповнюють навчально-методичну літературу і призначені для глибшого засвоєння теоретичного матеріалу даної дисципліни та підготовки бакалаврів за напрямом 6.050304 – «Нафтогазова справа».

Рецензент: кандидат технічних наук,

доцент кафедри РЕНГР Р.М.Попадюк

Рекомендовано методичною радою університету (протокол № _______ від _________ 2010 р. )

©Соломчак Я.В., Псюк М.О., 2010.

©ІФНТУНГ, 2010.

ЗМІСТ

Вступ 4

1 Тематичний план дисципліни 7 2 Зміст дисципліни 8

3 Зміст модулів та змістових модулів дисципліни 13

4 Контрольні і домашні завдання 25

5 Методичні вказівки до виконання контрольних задач 34

Перелік використаних джерел 39

ВСТУП

У сучасному світі нафта, газ та продукти, які з них одержують, мають досить широкий вжиток. Їх використання має значний вплив на науково-технічний прогрес нашого віку тому, що вони є основними енергоносіями. Практично немає такої галузі економіки, де б не використовувалась нафта, газ та продукти їх переробки. Вони є «кров» сучасної економіки. Щорічний світовий видобуток, який ведеться майже у 80 країнах, досяг гігантських масштабів і становить понад 3 млрд. т нафти та близько 2 трлн. м³ газу.

На сьогоднішній день в Україні гостро стоїть проблема енергоносіїв, таких як нафта і газ, оскільки в Україні в останні роки видобувається біля 4 млн. т нафти та 17 – 18 млрд. м³ природного газу. Малий видобуток зумовлений виснаженням старих родовищ і рідким введенням в розробку нових родовищ та значною тривалістю їх освоєння. Для нормаль-ного функціонування економіки країни необхідно 48 – 55 млн. т нафтопродуктів та 65 – 70 млрд. м³ газу, тобто необхідно значно більше, ніж видобувається.

На даний час в Україні розвідано дуже багато нафтових і газових родовищ на суші, а також проводиться інтенсивний пошук і розвідка родовищ на морі і акваторіях морів, де за прогнозами вчених лежить перспектива розвитку нафто-газової промисловості. Крім того, великі надії покладаються на великі глибини, де можливе знаходження нафти і газу. Гостро стоїть проблема збільшення ступеня вилучення нафти з пластів на старих родовищах, а це питання є дуже складним для вирішення.

Для забезпечення України нафтою і газом є такі шляхи вирішення цієї проблеми: імпорт, економія в споживанні та покращення переробки, нарощування видобутку на родовищах, що розробляються, пошук і освоєння нових родовищ, а також нові джерела і альтернативні рішення. На нашу думку, слід більше уваги приділяти нарощуванню видобутку нафти та газу, тому що собівартість видобутку нафти і газу в Україні значно нижча за ціну на нафту і газ на світовому ринку.

Нафтогазова механіка – це наука, яка вивчає фізичні властивості нафтових і газових колекторів, фізико-хімічні властивості пластових рідин, газів та газоконденсатних сумішей та їх фільтрацію в породах-колекторах, методи, закони та прилади для визначення їх параметрів, а також фізичні основи і обладнання для піднімання флюїдів на поверхню та методів підвищення нафтогазоконденсато-вилучення пластів.

Знання даної дисципліни необхідне і сприяє вивченню необхідних для спеціаліста-нафтогазовика (згодом наукового співробітника) таких дисциплін, як «Підземна гідрогазо-механіка», «Буріння нафтових і газових свердловин», «Технологія та техніка видобування нафти і газу», «Технологія розробки нафтових, газових та газоконденсатних родовищ», «Збір та підготовка нафти і газу на промислах», «Обладнання нафтових і газових промислів», «Транспортування промислової продукції».

Процеси розробки та експлуатації нафтових, газових та газоконденсатних родовищ тісно пов’язані із законо-мірностями фільтрації вуглеводнів та води в гірських породах, з яких складені продуктивні пласти. Тому знання властивостей гірських порід та пластових рідин, закономірності взаємодії їх між собою та з поверхнею гірсь-ких порід визначає раціональну технологію розробки покладів нафти і газу, а також економічні показники їх вилучення з надр та подальше транспортування споживачам.

Останнім часом все частіше до експлуатації за-лучаються родовища, які залягають на значній глибині. Це явище закономірне, оскільки розвідка та розробка корисних копалин взагалі і зокрема нафти, газу чи газового конденсату звичайно здійснюється від поверхні, а потім в глибину. Ця тенденція, очевидно, буде зберігатись і в майбутньому. Тому необхідно приділяти належну увагу методам аналізу властивостей гірських порід та пластових флюїдів в умовах високих тисків та температур.

Надзвичайно гострою залишається проблема росту ступеня вилучення з надр нафти, газу та газового конденсату.

Нафтогазова механіка – це наука, що інтенсивно розвивається. Подальший її розвиток пов’язаний із застосуванням нових технологій вилучення нафти з надр, нових методів розпізнавання характеру протікання внутрішньо-пластових процесів, з розвитком методів детального вивчення будови пластів та пористого середовища, характеру поверхні пластів-колекторів, зміни та причин зміни змочуваності поверхні порових каналів, характеру процесів, що протіка-ють в порах пласта під час реалізації різних методів підвищення ступеня вилучення нафти з пластів, з вивченням процесів на фізичних та математичних моделях пластів з подальшою їх апробацією та реалізацією в промислових умовах.

В курсі «Нафтогазова механіка» комплексно використовуються важливі положення геології, фізики, хімії, фізико-хімії нафтогазового пласта, підземної гідрогазомеханіки, механіки та термодинаміки гірських порід, технології експлуатації свердловин та систем видобутку.

Мета вивчення дисципліни: Ознайомити студентів з властивостями порід-колекторів та пластових флюїдів, параметрами, що їх характеризують, методами, приладами та установками для їх визначення та фізичними основами законів руху флюїдів в продуктивних пластах, свердловинах та продуктопроводах.

Основним видом рубіжного контролю з атестації студентів є залік.

Навчальна програма розрахована почасово відповідно до наступної сітки:

№ п/п	Фор- ма навчан- ня	Нормативні дані
		курс	се- местр	аудиторна робота		самостій-на робота	разом
				лекції	лабо-ра- торні
1	денна	2	4	54	36	72	180
2	заочна	2	4	6	16	158	180

1 Тематичний план дисципліни

№ п/п	Назва моду-лів та змістових модулів	Лекції	Лаборатор- ні роботи	Самостійна робота
1	М-1 – Механіка рідин і газів	18/2	18/6	18/58
2	ЗМ 1 – Механіка газів	9	9	9
3	ЗМ 2 – Механіка рідин	9	9	9
4	М 2 – Механіка гірських порід і грунтів	36/4	18/10	54/100
5	ЗМ 3 – Механіка гірських порід	12	6	18
6	ЗМ 4 – Механіка у нафтогазо-насичено-му пласті	12	6	18
7	ЗМ 5 – Механіка грунтів і будівельна механіка	12	6	18
8	Разом	54/6	36/16	72/158

2 Зміст дисципліни

Таблиця 2.1 – Структура модулів дисципліни

Шифр модулів, змісто- вих мо-дулів та навчаль- них еле- ментів	Модулі, змістові модулі	Обсяг лекцій- них занять, год.
М 1	Механіка рідин і газів	18/2
ЗМ 1	М е х а н і к а г а з і в	9/1
НЕ 1.1	Предмет і зміст курсу, його зв’язок з іншими дисциплінами. Основні завдання дисципліни в зв’язку зі станом розвитку нафтогазової галузі. Модулі та змістові модулі дисципліни	2
НЕ 1.2	Фізичні та термодинамічні власти-вості ідеальних та реальних газів і газових сумішей. Рівняння стану ідеального та реального газу. Об’єд-наний закон газового стану	2
НЕ 1.3	Склад і фізико-хімічні властивості природних газів та методи визначення їх фізико-хімічних характеристик. Фазові перетворення вуглеводневих систем	2
НЕ 1.4	Характеристика термодинамічних про-цесів природних газів. Закони збереження маси газу, зміни кількості руху та моменту кількості руху газу та збереження енергії	2
НЕ 1.5	Усталена ізотермічна течія газу в газопроводах та вертикальних трубах. Витікання газу через отвори та насадки. Основи неусталеного руху газу в трубопроводах	1

Шифр модулів, змісто- вих мо-дулів та навчаль- них еле- ментів	Модулі, змістові модулі	Обсяг лекцій- них занять, год.
ЗМ 2	М е х а н і к а р і д и н	9/1
НЕ 2.1	Ньютонівська рідина, характеристика її течії, основні залежності, визначення та особливості розрахунку параметрів	2
НЕ 2.2	Склад, коротка характеристика компо-нентів та фізико-хімічні властивості пластової нафти. Методи визначення параметрів пластової нафти	2
НЕ 2.3	Усталена течія нафти і газонафтових сумішей у нафтопроводах і вертикаль-них трубах та основи неусталеного руху нафти і газонафтових сумішей в них	2
НЕ 2.4	Неньютонівські рідини. В’язко-пластичні та псевдопластичні рідини. Залежність реологічних властивостей від тиску і температури та основні роз-рахункові залежності в умовах ламінарного та турбулентного режимів	2
НЕ 2.5	Склад та фізико-хімічні властивості пластових вод	1
М 2	Механіка гірських порід і грунтів	36/4
ЗМ 3	М е х а н і к а г і р с ь к и х п о р і д	12/1
НЕ 3.1	Вступ до модуля. Змістові модулі. Мета вивчення та структура. Характе-ристика фізико-механічних властивос-тей гірських порід. Методи визначення фізичних властивостей порід-колек-торів	2

Шифр модулів, змісто-вих мо-дулів та навчаль-них еле-ментів	Модулі, змістові модулі	Обсяг лекцій-них занять, год.
НЕ 3.2	Теплові та акустичні властивості гірсь-ких порід. Неоднорідність та тріщину-ватість гірських порід	2
НЕ 3.3	Напружений стан гірських порід довкола гірничої виробки. Гірничий та пластовий тиск. Привибійна зона пласта та її стан	2
НЕ 3.4	Напружений стан і механізм та режи-ми руйнування гірських порід	2
НЕ 3.5	Абразивні властивості гірських порід та методи оцінки абразивності	2
НЕ 3.6	Буримість гірських порід, методи її ви-значення та фактори, що на неї впливають. Розчленування геологічно-го розрізу на інтервали однакової буримості	2
ЗМ 4	Механіка у нафтогазонасиченому пласті	12/2
НЕ 4.1	Типи порід-колекторів та їх власти-вості і параметри, що їх характеризу-ють	2
НЕ 4.2	Пористість та проникність порід-колекторів, їх види та розмірність. Питома поверхня та радіус порових каналів. Нафтогазоводонасиченість	2
НЕ 4.3	Лінійна фільтрація рідин та газів у пластах-колекторах. Лінійний закон фільтрації та границі його використання. Нелінійна фільтрація рідин та газів у пластах-колекторах	2

Шифр модулів, змісто-вих мо-дулів та навчаль-них еле-ментів	Модулі, змістові модулі	Обсяг лекцій-них занять, год.
НЕ 4.4	Плоско-радіальна фільтрація рідин та газів у пластах-колекторах. Приплив нафти і газу до свердловини. Основи неусталеної фільтрації рідин і газів	2
НЕ 4.5	Джерела пластової енергії. Режими роботи нафтових і газових покладів. Поверхневі явища при фільтрації пластових рідин. Механізм витіснення нафти із пласта водою і газом. Роль капілярних процесів при витісненні нафти із пористого середовища	2
НЕ 4.6	Поняття коефіцієнтів нафтогазокон-денсатовилучення, їх значення при різ-них режимах розробки покладів нафти і газу. Фізико-гідродинамічні, фізико-хімічні, газові і теплові методи збіль-шення нафтовилучення. Збільшення вуглеводневилучення із газових, газоконденсатних і нафтогазокон-денсатних покладів	2
ЗМ 5	Механіка грунтів і будівельна механіка	12/1
НЕ 5.1	Фізико-механічні властивості та гранулометричний склад грунтів. Стискування, ущільнення та бокове розширення. Опір грунту зсувним процесам	2

Шифр модулів, змісто-вих мо-дулів та навчаль-них еле-ментів	Модулі, змістові модулі	Обсяг лекцій-них занять, год.
НЕ 5.2	Фільтраційні властивості грунтів. Напруження в грунті від зовнішніх навантажень та умови граничної рівноваги	2
НЕ 5.3	Будівельні матеріали (цементи, бетони, арматура, залізобетонні конструкції, балки) та їх застосування і розрахунки	2
НЕ 5.4	Конструкція видобувних та нагніталь-них свердловин. Поверхневе та під-земне обладнання для буріння сверд-ловин	2
НЕ 5.5	Поверхневе та підземне обладнання для експлуатації свердловин (за спо-собами). Особливості морських буді-вельних споруд	2
НЕ 5.6	Заключне заняття. Підведення під-сумків	2

Отже, до структури дисципліни «Нафтогазова механіка» входять 2 модулі, причому перший містить 2 змістових модулі, а другий – 3 змістових модулі.