Институт геологии и нефтегазового дела им.К. Турысова

Казахский Национальный Технический УниверситетИм.К.И. Сатпаева

Институт геологии и нефтегазового дела им.К. Турысова

Кафедра: Разработки нефтяных и газовых месторождений

Курс лекций

дисциплины: «ПОДЗЕМНАЯ ГИДРОМЕХАНИКА»

Алматы 2011 г.

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Подземная гидромеханика» для студентов КазНТУ имени К.И.Сатпаева по специальности 5B070800 –Нефтегазовое дело

Составитель: кафедра РНГМ, А.Г. Танирбергенов, Алматы: КазНТУ, 2011 - с.

Составитель: Танирбергенов Аманжол Гиззатович – к.ф.-м.н., ст. преподаватель

СОДЕРЖАНИЕ

Лекция №1………………………………………………………………………………………4

Лекция №2………………………………………………………………………………………4

Лекция №3………………………………………………………………………………………5

Лекция №4………………………………………………………………………………………7

Лекции №5, 6…………………………………………………………………………………….8

Лекция №7……………………………………………………………………………………...11

Лекции №8, 9……………………………………………………………………………………12

Лекция №10…………………………………………………………………………………….17

Лекции №11, 12…………………………………………………………………………………18

Лекция №13……………………………………………………………………………………..21

Лекции №14, 15, 16………………………………………………………………………………22

Лекция №17……………………………………………………………………………………..25

Лекция №18……………………………………………………………………………………..26

Лекция №19……………………………………………………………………………………..27

Лекция №20……………………………………………………………………………………..28

Лекции №21, 22………………………………………………………………………………….29

Лекция №23……………………………………………………………………………………..33

Лекция №24……………………………………………………………………………………..34

Лекция №25……………………………………………………………………………………..36

Лекции №26, 27………………………………………………………………………………….37

Лекция №28……………………………………………………………………………………..41

Лекции №29, 30………………………………………………………………………………….43

Глоссарий……………………………………………………………………………………….48

Литература……………………………………………………………………………………...49

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ

Лекция № 1. Введение

Подземная гидромеханика (ПГМ) – наука о движении (фильтрации) нефти, воды, газа и их смесей в пористых и трещиноватых горных породах, слагающих продуктивные пласты и массивы.

Так как ПГМ изучает разновидность механического движения, то её можно считать отделом механики.

Те или иные положения ПГМ устанавливаются и развиваются строгими или упрошенными математическими методами на основе данных о движении жидкости и газа в реальных пластах.

Существуют естественные подземные потоки пластовой жидкости. Движение жидкости и газа в пластах возникают каждый раз, когда начинают добывать из залежи нефти и газ. Это движение обладает специфическими особенностями, отличающими его от движения жидкости и газа по трубам и по открытым руслам. Знать особенности движения их движения в пористой и трещиноватой среде необходимо для того, чтобы вести успешную разработку нефтяных и газовых месторождений.

ПГМ – наука, применяемая не только для решения вопросов рациональной, разработки нефтяных и газовых месторождений. Гидротехнические сооружения (плотины, каналы, шлюзы, водоспуски и др.) проектируют на основе законов движения воды в грунтах. Законы ПГМ лежат в основе расчетов, относящихся к водоснабжению, ирригация, подземной газификации угля и др.

Чтобы успешно решать задачи ПГМ необходимо знание математики, физики, геологии, физики пласта, жидкости и газа и др. наук.

Начало развития ПГМ было положено в середине XIX столетия трудами французского инженера А.Дарси как и всякая наука ПГМ прошла до настоящего времени определенные этапы развития.

Основная литература: 2 [3-5]

Дополнительная литература: 4 [5-13]

Контрольные вопросы:

1. Что понимается под подземной гидромеханикой?

2. Кто считается основоположником подземной гидромеханики?

3. Этапы развития подземной гидромеханики.

Лекция № 2. Основные понятия подземной гидромеханики.

Под пористой средой подразумевается множества твердых частиц, тесно прилегающих друг другу, сцементированных или несцементированных, пространство между которыми (поры, трещины) может быть заполнено жидкостью и газом.

Фильтрацией называют движение жидкостей, газов и их смесей через твердые тела (вообще говоря, деформируемые) связанные между собой порами или трещинами.

Чрезвычайно малые размеры поровых каналов (единицы и десятки микрометров), их неправильная форма, большая поверхность шероховатых стенок все это создает огромные сопротивления движению жидкости и газа. Эти сопротивления служат главной причиной очень низкой скорости перемещения жидкости и газа в пористой среде.

Если объем пространства, занятого порами, не изменяется так, что его изменениями можно пренебречь, то пористая среда считается недеформируемой. Если же под влиянием упругих сил происходят такие изменения объема порового или трещиноватого пространства, величиной которых пренебрегать нельзя, то среду следует рассматривать как упругую (деформируемую).

В виду того, что поровые каналы имеют неправильную форму и самые разнообразные размеры, невозможно исследовать движение частиц жидкости или газа по всему множеству каналов. С самого начала развития теории фильтрации пошли по пути построения упрощенных моделей реальной пористой среды, называемых идеальными и фиктивными грунтами. Под идеальным грунтом понимается модель пористой среды, поровые каналы которой представляют собой пучок тонких цилиндрических трубок (капилляров) с параллельными осями. Фиктивным грунтом называется модель пористой среды, состоящая из шаров одинакового диаметра.

Одним из важных параметров, характеризующих пористую среду является пористость, измеряемая коэффициентом пористости (m), равного отношению объема пор V_п в некотором элементе пористой среды ко всему объему V данного элемента. Другим параметром пористой среды служит просветность (площадная пористость), измеряемая коэффициентом просветности n, равная отношению площади просветности F_п в некотором сечении пористой среды ко всей площади этого сечения F.

Средняя просветность по пласту равна пористости ( =m).

Рассмотрим величину, называемую скоростью фильтрации , под которой понимается объемный расход жидкости (газа) в единицу времени Q через единицу площади поперечного сечения F, т.е.

=∆ Q/∆ F (1)

Так как расход (∆ Q) делится на полную площадь (∆ F), а не на ее часть, занятую порами, то очевидно, что скорость фильтрации не является действительной средней скоростью движения W в живом сечении фильтрационного потока. Учитывая, что =m, будем иметь:

W= /m (2)

Основная литература: 2 [6-9]

Дополнительная литература: 4 [14-20]

Контрольные вопросы:

1. Что понимается под фильтрацией?

2. Коэффициент пористости.

3. Коэффициент просветности.

4. Скорость фильтрации.

Теория Баклея-Леверетта

Добыча нефти в большинстве случаев происходит при замещении ее в поровом пространстве продуктивного пласта водой или газом.

Взаимодействие пластовых флюидов между собой и с пористой неоднородной структурой обуславливает капиллярные явления, неполное и неравномерное вытеснение, образование в пласте зон совместного течения флюидов.

Как только начинается движение контура нефтеносности (КН), в пласте возникает область между первоначальным положением КН и его положением в данный момент времени, в которой, кроме вторгшейся воды, содержится еще остаточная нефть.

При движении смеси двух фаз возникает капиллярный эффект. Для одной и той же точки фильтрующей среды давления воды не равны друг другу.

Разность их есть капиллярное давление. В практических расчетах для однородного пласта капиллярное давление можно не учитывать, так как можно считать, что капиллярный эффект учитывается кривыми фазовых проницаемостей.

Суммарная скорость фильтрации смеси записывается так:

(1)

Пусть движение прямолинейно-параллельное, а жидкость несжимаема. Подставим (1) в уравнение неразрывности:

0 (2)

где х заменяет основную координату r.

Из (2) следует, что суммарная скорость фильтрации неизменна вдоль оси ОХ

(3)

Найдя из (3) значение подставим его в выражение скорости фильтрации для воды :

(4)

где функция С. Ф. Баклея и М. С. Леверетта;

s – водонасыщенность.

Составим уравнение неразрывности для воды:

(5)

Дифференцируя (4) по х и подставляя результат в (5), получим:

0 (6)

Вычислим полную производную от S по времени:

(7)

из (7) найдем и подставим его в (6).

Для плоскости, в которой насыщенность S сохраняет постоянное значение, 0; следовательно, из (6) и (7) получим уравнение:

(8)

Уравнение (8) называется уравнением Баклея-Леверетта, которое позволяет определить скорость распределения заданной насыщенности S.

Проинтегрировав (8) по t, найдем (9)

где х и - координаты рассматриваемой плоскости в моменты времени t и 0; полный объем жидкости, отнесенный к единице площади поперечного сечения, вторгшейся в данную область за время t.

Основная литература: 2 [205-211]

Дополнительная литература: 4 [252-258]

Контрольные вопросы:

Суммарная скорость фильтрации в зоне водонефтяной эмульсии.
Фазовые проницаемости.
Функция Баклея-Леверетта.
Уравнения Баклея-Леверетта.

ГлоссариЙ

Фильтрация ― движение жидкостей, газов и их смесей через твердые тела по связанным между собой порам или трещинам.

Пористая среда ― множество твердых частиц, тесно прилегающих друг к другу, пространство между которыми может быть заполнено жидкостью и газом.

Коэффициент пористости ― отношение объема пор в некотором элементе пористой среды ко всему объему данного элемента.

Скорость фильтрации ― объемный расход жидкости в единицу времени через единицу площади поперечного сечения.

Проницаемость ― свойство пористой среды пропускать через себя жидкость, газ или их смеси под воздействием приложенного перепада давления.

Одномерные фильтрационные потоки ― поток, в котором скорость фильтрации и напор являются функциями только одной координаты, отсчитываемой вдоль линии тока.

Уравнение неразрывности фильтрационного потока ― уравнение баланса массы в элементарном объеме пористой среды.

Уравнение состояния ― зависимость плотности однородного флюида от давления.

Коэффициент объемного расширения (сжимаемости) ― изменение объема 1м³ флюида (пласта) при изменении давления на 1Па.

Коэффициент продуктивности скважины ― отношение дебита скважины к перепаду давления.

Индикаторная диаграмма ― график зависимости дебита от перепада давления.

Неоднородный пласт ― пористая среда, фильтрационные характеристики которой (пористость, проницаемость) различны в разных областях.

Точечный сток (источник) ― точка на плоскости, поглощающая (выделяющая) жидкость.

Интерференция скважин ― явление взаимодействия вновь вводимых скважин с существующими.

Коэффициент упругоемкости ― количество жидкости, получаемое за счет расширения 1м³ пласта и содержащейся в этом объеме жидкости при изменении давления на 1 Па.

Коэффициент пьезопроводности ― скорость перераспределения давления по пласту при упругом режиме.

Давление насыщения ― давление, при котором из жидкости начинается выделение растворенного в ней газа в свободное состояние.

Газовый фактор ― отношение объемного расхода газа к объемному расходу жидкости через сечение пласта.

Фазовые проницаемости ― проницаемость пласта для отдельных фаз при фильтрации многофазных смесей.

Густота трещин ― отношение числа трещин, секущих нормаль, к длине нормали, приведенной к поверхности, образующей трещины.

Раскрытие трещин ― высота трещин.

Коэффициент трещиноватости ― отношение объема трещин в пласте к объему всего пласта.

Трещиновато-пористая среда ― совокупность пористых блоков, отделенных друг от друга развитой системой трещин.

литература

Основная литература

1. Щелкачёв В.Н., Лапук Б.Б. Подземная гидравлика. ― М.: Недра, 2001

2. Басниев К.С., Кочина И.Н., Максимов В.М. Подземная гидравлика. ― М.: Недра, 1986.

3. Абайылданова К.Ж., Тен В.А. Практические расчёты по подземной гидромеханике.

― КазНТУ, 2003.

Дополнительная литература

4. Пыхачев Г.Б., Исаев Р.Г. Подземная гидравлика. ― М.: Недра, 1973.

5. Евдокимова В.А., Кочина И.Н. Сборник задач по подземной гидравлике. ― М.: Недра, 1976.

Казахский Национальный Технический УниверситетИм.К.И. Сатпаева

Институт геологии и нефтегазового дела им.К. Турысова

12 3 4 5 6 7 Следующая ⇒