МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ государственный НЕФТЕГАЗОВЫЙ университет»

Д.С. Герасимов

ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПОНЯТИЯ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ.

СРЕДЫ И ГРАНИЦЫ ПРИМЕНЯЕМОСТИ ЗАКОНА ДАРСИ

Допущено УМО по образованию в области

подземной гидромеханики в качестве методического пособия

для студентов высших учебных заведений,

обучающихся по специальности 130500 "Бурение нефтяных и газовых скважин"

Тюмень

ТюмГНГУ

2013

УДК 338

ББК 65.05

Г66

Р

ецензенты:

доктор технических наук, профессор В. П. Овчинников

кандидат технических наук Н. А. Аксенова

	Герасимов, Д. С.
Г66	Подземная гидромеханика[Текст] : методическое пособие /Д. С.Герасимов. – Тюмень : ТюмГНГУ, 2013. – 41с.
	ISBN 978-5-9961-0223-5
	Метдическое пособие посвящено изложению гидродинамической теории фильтрации жидкостей и газов в одно­родных и неоднородных, изотропных и анизотропных пористых и трещиноватых средах. Рассмотрены задачи стационарной и нестационарной фильтрации и основы расчета интерференции скважин. Изложены основные положения теории упругого режима, постановки задач и их аналитические и приближенные решения. Описаны гидродинамические методы повышения нефтеотдачи. Пособие предназначено для изучения теоретических основ и выполнения практических заданий по дисциплине «Подземная гидромеханика» для студентов, обучающихся по специальности «Бурение нефтяных и газовых скважин» дневной и заочной формы обучения.

УДК 338

ББК 65.05

ISBN 978-5-9961-0223-5

© Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет», 2013

Введение

Подземная гидромеханика - наука о движении жидкостей, газов и их смесей в пористых и трещиноватых горных породах. Она является той об­ластью гидромеханики, в которой рассматривается не движение жидкостей и газов вообще, а особый вид их движения — фильтрация, которая имеет свои специфические особенности. Она служит теоретической основой раз­работки нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений. Вместе с тем методами теории фильтрации решаются важнейшие задачи гидрогео­логии, инженерной геологии, гидротехники, химической технологии и т.д. Расчет притоков жидкости к искусственным водозаборам и дренажным со­оружениям, изучение режимов естественных источников и подземных по­токов, расчет фильтрации воды в связи с сооружением и эксплуатацией плотин, понижением уровня грунтовых вод, проблемы подземной газифи­кации угля, задачи о движении реагентов через пористые среды и специ­альные фильтры, фильтрация жидкостей и газов через стенки пористых со­судов и труб — вот далеко не полный перечень областей широкого ис­пользования методов теории фильтрации.

Естественно, что при ограниченном объеме учебника изложить весь круг вопросов, решаемых методами подземной гидромеханики, не пред­ставляется возможным. В связи с тем, что книга предназначена для студен­тов нефтегазовых вузов, а также инженерно-технических и научных ра­ботников, изложение ведется, главным образом, применительно к пробле­мам разработки месторождений жидких и газообразных углеводородов.

Начало развитию подземной гидромеханики было положено фран­цузским инженером А. Дарси (1803-1858 гг.), который в процессе работы над проектом водоснабжения г. Дижона (Франция) провел многочислен­ные опыты по изучению фильтрации воды через вертикальные песчаные фильтры. В опубликованной в 1856 г. замечательной книге А. Дарси дал подробное описание своих опытов и сформулировал обнаруженный им экспериментальный закон, в соответствии с которым скорость фильтрации жидкости прямо пропорциональна градиенту давления.

В эти же годы другой французский инженер Ж. Дюпюи (1804- 1866 гг.) опубликовал монографию, в которой впервые изложил гидрав­лическую теорию движения грунтовых вод, вывел формулы для расчета дебитов колодцев и дрен, названные его именем, решил другие фильтра­ционные задачи.

Существенный вклад в развитие теории напорного и безнапорного движения грунтовых вод внесли также Ж. Буссинеск (1842-1929 гг.) и Ф. Форхгеймер (1852-1933 гг.).

Ч. Слихтер (1864—1946 гг.), работавший в США, внес значительный вклад в развитие теории фильтрации. Им впервые предложены модели идеального и фиктивного грунта и показано, что пористость и просвет- ность фиктивного грунта зависят не от диаметра частиц, а лишь от плотно­сти их укладки.

Основоположниками отечественной школы теории фильтрации яв­ляются профессор Н.Е. Жуковский, академики Н.Н. Павловский, JI.C. Лей- бензон. Исследования этих выдающихся ученых, их многочисленных учеников и последователей стали фундаментальной основой развития тео­рии фильтрации в нашей стране.

Н.Е. Жуковский (1847-1921 гг.) в 1889 г. опубликовал первую работу по теории фильтрации «Теоретическое исследование о движении подпоч­венных вод». Им впервые выведены общие дифференциальные уравнения теории фильтрации, показано, что напор как функция координат удовлетво­ряет уравнению Лапласа, указано на математическую аналогию теплопро­водности и фильтрации. Им исследованы также вопросы капиллярного под­нятия воды в пористой среде, решен ряд задач о притоке воды к скважинам.

Н.Н. Павловскому (1884-1937 гг.) принадлежит определяющая роль в развитии теории фильтрации в гидротехническом направлении. В опуб­ликованной монографии «Теория движения грунтовых вод под гидротех­ническими сооружениями и ее основные приложения» изложена разрабо­танная им строгая математическая теория движения фунтовых вод под гидротехническими сооружениями. Им впервые многие задачи фильтра­ции воды были сформулированы как краевые задачи математической фи­зики. Н.Н. Павловский впервые обосновал и предложил применение мето­да электрогидродинамической аналогии (ЭГДА) для решения фильтраци­онных задач, что в последующем нашло широкое применение для решения задач фильтрации воды, нефти и газа в неоднородных коллекторах.

Н.Н. Павловский впервые предложил использовать параметр Рей- нольдса в качестве критерия существования закона Дарси, что имеет важ­ное значение для исследования законов сопротивления при фильтрации. Фундаментальные результаты в развитии теории движения грунтовых вод получены академиком П.Я. Полубариновой-Кочиной.

Л.С. Лейбензон (1879-1951 гг.) — основатель советской школы уче­ных и специалистов, занимающихся развитием теории фильтрации приме­нительно к проблемам разработки нефтяных и газовых месторождений.

Теоретические и экспериментальные исследования Л.С. Лейбензона начались в 1921 г. в Баку. Ему принадлежит приоритет в постановке и ре­шении ряда задач нефтегазовой и подземной гидромеханики. Им проведе­ны первые исследования по фильтрации газированных жидкостей, сфор­мулированы задачи нестационарной фильтрации при расчетах стягивания контуров нефтеносности при вытеснении нефти водой, получены фунда­ментальные результаты в развитии теории фильтрации природного газа.

Обобщение этих исследований приведено в обширной монографии «Нефтепромысловая механика», в которой, по существу, впервые изложе­ны основы нефтегазовой подземной гидромеханики.

Трудами учеников и последователей академика Л.С. Лейбензона сложилась школа, которая по праву называется школой Л.С. Лейбензона.

Выдающийся вклад в развитие теории фильтрации в нефтегазоводо- иосных пластах внесли академик С.А. Христианович, профессоры Б.Б. Ла- пук, И.А. Чарный, В.Н. Щелкачев. Написанные ими монографии и учебники стали классическими, основополагающими. Они имеют большое научно-методическое значение, способствуя успешной подготовке в вузах инже­нерных и научных кадров.