Подземная гидромеханика

1. 
   Под пористой средой понимается множество твердых частиц, тесно прилегающих друг к другу, сцементированных или несцементированных, пространство между которыми (поры, трещины) может быть заполнено жидкостью или газом. Горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду и отдавать их под действием перепада давлений, называются породами-коллекторами. В большинстве случаев коллекторами являются песчаники (алевролиты, песчаники) и карбонатные (известняки, доломиты) породы. Коллекторские свойства горных пород обусловлены наличием в них пустот – пор, каверн и трещин, которые заполнены нефтью, газом или водой. Поры – пространства между отдельными зернами, слагающими породу.
   

Классификация коллекторов:

1. 
   По типу пустотного пространства:
   

А) поровые - коллекторы, представленные песчано-алевритовыми породами, реже известняками и доломитами (оолитовыми и органогенными); поровое пространство в них состоит из межзерновых, межоолитовых и биопустотных полостей.

Б) Трещинные коллекторы сложены преимущественно карбонатами, реже терригенными породами; поровое пространство в них образуется системой трещин. При этом участки коллектора между трещинами представлены плотными непроницаемыми и малопроницаемыми нетрещиноватыми блоками пород, поровое пространство в которых практически не участвует в процессах фильтрации.

В) Каверновые коллекторы сложены в основном карбонатными породами; пустотное пространство в них представлено кавернами выщелачивания

Г) В коллекторах смешанного типа отмечается сочетание систем трещин, порового пространства блоков и пор.

2. 
   Классификация коллекторов по типу горных пород:
   

• 
  Терригенные
  
• 
  Карбонатные
  

Поры могут быть сообщающимися и несообщающимися. Сообщающиеся образуют эффективное поровое пространство. Совокупность сообщающихся и несообщающихся пор образуют общее поровое пространство. Пористые материалы по структуре разделяют на неупорядоченные и упорядоченные:

---

• 
  К неупорядоченным пористым средам относятся естественные горные породы.
  
• 
  К упорядоченным пористым средам относят два вида грунта: фиктивный и идеальный. Фиктивный грунт – грунт или система, составленный из шариков одинакового диаметра при правильной их упаковке. Идеальный грунт – система цилиндрических поровых каналов одинакового диаметра и параллельны друг к другу.
  

Основные емкостные и динамические характеристики пористых сред

Пористость горных пород – наличие в горной породе пустот и пор. Пористость показывает какой объем запасов нефти и газа может содержаться в пустотах. Для оценки пористости горных пород введены три коэффициента:

• 
  Коэффициент общей пористости – отношение объема всех пустот в породе к объему образца: . Измеряется в процентах или долях.
  
• 
  Коэффициент открытой пористости – отношение суммарного объема открытых взаимосвязанных пор к общему объему образца породы: . Измеряется в процентах или долях.
  
• 
  Коэффициент динамической пористости – отношение суммарного объема пор, в котором жидкость или газ при существующем перепаде давления (градиенте давления) охвачены фильтрацией, к общему объему образца породы: . Измеряется в процентах или долях.
  

Пористость коллекторов изменяется от долей % до 52%.

Просветность или поверхностная пористость пород — это часть сечения пород, которая свободна для прохода газа или жидкости. Она характеризуется коэффициентом просветности (n), который представляет отношение площади поперечного сечения пор (S_n) к площади породы (S), т. е. . Важное значение представляет определение не наименьшего, а среднего значения просветности (n_с) для данного объема пород.

Проницаемость – способность горных пород пропускать через себя жидкости и газы при наличии перепада давления. Коэффициент проницаемости показывает суммарную площадь пор, сквозь которую проходит фильтрация жидкостей и газов.

---

.

Различают следующие коэффициенты проницаемости:

• 
  Абсолютная проницаемость – проницаемость горных пород, которая определяется при фильтрации в ней лишь одной фазы, инертной не взаимодействующей с пористой средой. Зависит только от свойств самой породы.
  
• 
  Эффективная (фазовая) проницаемость – проницаемость г.п. для одной из движущихся в порах двухфазной или многофазной системы. Коэффициенты фазовых проницаемостей определяются из закона фильтрайии Дарси:
  
• 
  Относительная проницаемость – отношение фазовой проницаемости к абсолютной проницаемости.
  

Измеряется проницаемость в мм², мкм², D. Проницаемость пород меняется в пределах 0,001 – 5 мкм².

Теория фильтрации

Движение жидкостей, газов и их смесей через твердые (деформируемые) тела, содержащие связанные между собой поры или трещины, называется фильтрацией. Теория фильтрации, являющаяся разделом механики сплошной среды, получила большое развитие в связи с потребностями гидротехники, гидромелиорации, гидрогеологии, горного дела, нефтегазодобычи, химической технологии и т.д. Теоретической основой разработки нефтегазоводоносных пластов служит нефтегазовая подземная гидромеханика, изучающая фильтрацию нефти, газа и воды в пористых и (или) трещиноватых горных породах.

Чтобы от фиктивного грунта перейти к естественному грунту используют понятие эффективный диаметр. Обозначается d_ф. Эффективный диаметр частиц естественного грунта – диаметр частиц такого фиктивного грунта, который имеет такое же сопротивление, как и естественный грунт.

Скорость движения жидкостей и газов в пористых средах – величины очень и очень малые.

Скорость фильтрации и её связь со скоростью движения

При изучении микродвижения жидкостей и газов в пласте используют понятие средне истинная скорость движения жидкости. Она обозначается w.

Площадь фильтрации – суммарная площадь пустот и зерен, находящихся в просматриваемом поперечном сечении.

Для изучения законов распределения давления и закона распределения других параметров используется понятие скорость фильтрации (v). Скорость фильтрации – такая воображаемая скорость, с которой двигалась бы жидкость между кровлей и подошвой пласта, если бы самой пористой среды не было.

---

, где F – площадь фильтрации.



Абсолютная скорость движения жидкости – скорость, когда вся масса жидкости находится в движении.

Динамическая скорость движения жидкости – скорость той жидкости, которая находится в движении.

Капиллярная скорость – средняя скорость движения жидкости в той части порового канала, где жидкость неподвижна, но теоретически ее движение возможно.

Линейный закон фильтрации Дарси

В 1856 году Дарси проводил исследование для улучшения системы водоснабжения и изучал приток воды к колодцам через песчаные фильтры. И установил основной закон.

Линейный закон фильтрации Дарси – основное соотношение теории фильтрации. Он устанавливает связь между вектором скорости фильтрации и тем полем давления, которое вызывает фильтрационное течение. Дарси получил экспериментальную формулу



– коэф. фильтрации, определяется экспериментально в приборе пермеаметре, который содержит образец исследуемого грунта.

Q – общий расход фильтрационного поток, поддерживается постоянно; H₁, H₂ – напоры, которые измеряются двумя пьезометрами (в сечениях 1 и 2 установлены пьезометры для определения напоров); z₁, z₂ – геометрические отметки (превышение центров сечений над плоскостью сравнения), p₁, p₂ – давления; расстояние между сечениями - ∆L.

Q = const, следовательно речь идет об установившейся или стационарной фильтрации.



С опоставив формулы, получаем:

, i – градиент напора или гидравлический уклон.



- приведенное давление, - изменение приведенного давления.

---

Коэффициент фильтрации имеет размерность скорости, зависит от структуры пористой среды и от свойств фильтрующихся жидкостей. Коэффициент фильтрации характеризует расход потока через единицу площади сечения перпендикулярного к потоку под действием единичного градиента напора.

Подставим :



В дифференциальной форме получим формулу:



Знак показывает, в какую сторону направлен вектор скорости фильтрации. Вектор скорости фильтрации направлен в сторону убывания приведенного давления. При изучении фильтрационного потока давление всегда надо приводить к одному уровню. Особенно это необходимо в случае фильтрации в пласте наклонного вида или если пласт имеет большую толщину. Необязательно приводить давление, если пласт горизонтальный z=0, следовательно, p^*=p, или в случае фильтрации газа.

Закон Дарси справедлив для следующих условий:

• 
  Пористая среда – мелкозернистая;
  
• 
  Скорость фильтрации и градиенты давления – величины малые;
  
• 
  Скорость фильтрации и градиенты давления изменяются очень медленно во времени и практически постоянны;
  
• 
  Жидкость должна быть ньютоновская.
  

В 1930 году ученый Нутинг предложил ввести параметр, который назвал коэф. проницаемости. Введя такое обозначение, сформулируем линейный фильтрации Дарси:

Скорость фильтрации прямо пропорциональна градиенту давления и обратно пропорциональна динамической вязкости.



Границы применимости закона Дарси

В процессе всех исследований по проверке закона Дарси показано, что можно выделить верхнюю и нижнюю границу применимости.

Нижняя граница определяется проявлением неньютоновсих реологических свойств жидкости, ее взаимодействием с твердым скелетом пористой среды при достаточно малых скоростях фильтрации

---

Смотрите также файлы

• Мектеп Кні.docx

• Производство, передача и распределение электрической энергии.docx

• Календарнотематическое планирование курса внеурочной деятельности В мире танца.docx

• 1. Теоретические определения и сущность управления знаниями организации 1 Сущность и понятия управления знаниями Проблематика управления знаниями.rtf

• Контрольная работа 1 По дисциплине Технология строительства Обучающийся Группа Новосибирск, 2022 Лабораторная работа 1.docx