И.А. Чарный - Подземная гидрогазодинамика (1132329), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Шестая глава посвящена безнапорной фильтрации. На первый взгляд безнапорная фильтрация в газо-нефтяных задачах представляет ограниченный интерес, поскольку гравитационное двинские нефти со свободной поверхностью встречается довольно редко, например при шахтной добыче нефти.
Однако на самом деле это не так: основным признаком безнапорной фильтрации можно считать условие линейной зависимости напора или потенциала точек свободной поверхности от их вертикальной координаты. А это условие имеет место в часто встречающихся случаях течения в пористой среде, когда движется одна жидкость, соприкасающаяся с другой, которая неподвижна. На границе раздела движущейся и неподвин<ной жидкостей напор или потенциал является линейной функцией вертикальной координаты. В эту главу включены установленные в свое время автором некоторые интегральные соотношения, оказавшиеся весьма полезными при исследовании ряда задач безнапорной н напорной фильтрации.
Седьмая глава посвящена одной из сложнейших проблем теории фильтрации и еще далекой от своего должного разрешения — задачам равновесия и движения двух жидкостей в пористой среде. С атой проблемой связаны такие важные практические задачи, как движение контуров нефтеносности, водо-нефтяных контактов, устойчивость водяных и газовых конусов, образующихся во время притока к несовершенным скважинам, и т. д. Большинство из пих решается в настоящее время приближенными методами, основные из которых приведены в главе. Для некоторых задач указываются способы оценки искомых величин сверху и снизу, а также результаты сопоставления приближенных решений с более точными.
По просьбе автора В. Л. Данилов любезно согласился написать основную часть $ 4, в котором приведено полученное им решение задачи о стягивании контура нефтеносности с учетом различия вязкостей нефти и воды. Эта задача сведена В. Л. Даниловым к решению некоторого интегро-дифференциального уравнения специального вида, что было выполнено при помощи быстродействующей электронной вычислительной машины. Полученные В. Л. Даниловым результаты могут рассматриваться, как первые точные расчеты этой весьма сланской и давно привлекавшей внимание задачи.
Восьмая глава посвящена нестационарной фильтрации однородной упругой жидкости и газа. Этот круг вопросов в части задач, Преджмовие сводящихся к линейным уравнениям упругого режима фильтрации, к настоящему времени довольно хорошо рааработан. Относительно хуже исследованы аадачи, связанные с нелинейным уравнением Л. С. Лейбензона для нестационарной фильтрации газов. В главе в сжатом виде изложены основные сведения, относящиеся К нестационарной фильтрации однородной жидкости и газа, и приведено описание некоторых точных и приближенных методов расчета. Девятая глава посвящена фильтрации смесей нескольких жидкостей.
Основное содержание главы составлено в рамках теории Баклея— Леверетта, дополненной рассмотрением одномерных схем течения в трубке переменного сечения при произвольном поле массовых сил и в некоторых случаях с учетом капиллярных эффектов. Задачи движения взаиморастворимых жидкостей и вопросы конвективной диффузии в пористых средах в этой главе только упоминаются. Теория этих процессов создается в настоящее время и не может считаться в какой-либо мере завершенной. Тем не менее ознакомление читателя в общий чертах с выводом исходных уравнений фильтрации многокомпонентной жидкости при наличии фазовых превращений является, несомненно, целесообрааным. Этот вывод приведен в ~ 9, который по просьбе автора любезно согласились написать Ю.
П. Желтов и М. Д. Розенберг. Круг задач такого рода представляет интерес в связи с весьма перспективными н развивающимися в настоящее время методами интенсификации нефтедобычи при помощи вытеснения сжиженными газами, пенами и т. п., не говоря уже о необходимости построения физически н термодинамически обоснованной теории разработки газоконденсатных месторождений. В последней десятой главе рассмотрено несколько специальных задач вытеснения в пористых средах, представляющих с точки зрения автора не только теоретический, но и значительный практический интерес — особенности процесса вытеснения в многослойных пластах и движение газового объема в неограниченном водоносном пласте. Последняя задача в точной постановке сводится к некоторой системе нелинейных ннтегро-дифференциальных уравнений, для которой указан процесс решения с любой желаемой степенью точности и даны примеры расчетов, выполненных быстродействующими электронными вычислительными машинами.
для современного этапа нефтяной подземной гидрогазодинамики, как и для остальных разделов механики сплошных сдед, характерным является стремление по возможности правильнее и точнее отразить сложную картину явлений, возникающих при движении однофазных и особенно многофазных ясидкостей в пористых средах. Классическая теория фильтрации однородной жидкости, основанная на законе Дарси и рассматриваемая согласно Н. Е. Жуковскому как задача движения идеальной жидкости в поле особых Предисловие массовых сил сопротивления, постепенно преобразуется на наших глазах в физико-химическую подземную гидрогазодинамику, органически сочетающую как экспериментальные методы и результаты, так и аналитические методы механики сплошных сред, включая и вероятностные.
Создание обобщающей монографии или руководства по физико- химической подземной гидрогазодинамике является делом ближайшего будущего. Автор ставил себе гораздо более ограниченную н скромную задачу. Современный размах научно-исследовательской работы по вопросам подземной гидрогазодинамики можно представить себе хотя бы из того факта, что в книге А.
Э. П1ейдеггера «Физика течения жидкостей через пористые среды», изданной в 1957 г. и переведенной на русский язык (Гостоптехнздат, 1960), сделана попытка обобщения материалов более 2000 работ. С тех пор появилисьсотниновыхисследозаний. Хотя большинство работ по фильтрации реферируется в реферативком журнале «Механика» Института научной информации АН СССР, в журнале «Арр11е«1 Ме«Ьап1сз Ве»1евз», а также некоторых других информационных сборниках, составление учебного пособия, освещающего современное состояние подземной нефтяной гидро- газодинамики, является крайне трудной задачей, при выполнении которой неизбежпы промахи и пробелы, за которые автор заранее просит снисхождения. Значение подземной гидрогазодинамики не только для современной техники добычи нефти и газа, но и для ряда других областей промышленности достаточно хорошо известно.
Поэтому во избежание излишнего увеличения объема в книгу не включено введение с изложением задач и историческим очерком возникновения и развития этой дисциплины, тем более что эти вводные разделы достаточно полно освещены в имеющейся литературе по подземной гидрогазодинамике, в том числе и учебной. Автор выражает благодарность доц. В. А. Евдокимовой и бывшим аспирантам кафедры общей и подземной гидравлики МИНХ и ГП им.
И. М. Губкина, канд. техн. наук Г. Д. Розенбергу и Чэнь Чжунсяну за содействие в подготовке материалов, использованных при составлении настоящей книги. Особую признательность автор выражает аспирантам А. М. Власову, Лан Чжан-сину и В. М. Ентову за большую помощь при подготовке книги к печати.
Автор благодарит также рецензентов проф. Г. Г. Тумашева и сотрудников возглавляемой им кафедры гидромеханики Казанского государственного университета им. В. И. Ленина и д-ра техн. наук Ю. П. Борисова за высказанные ими замечания и пожелания, которые были учтены в окончательной редакции книги. гллвл г ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ФИЛЬТРАЦИИ й 1. Пористая среда.
Связь скорости фильтрации с действительной физической скоростью частиц жидкости. Закон Дарси. Коэффициенты фильтрации и проницаемости Фильтрацией называется движение жидкости в пористой среде. Для того чтобы описать этот процесс количественно, ну)кно ввести некоторую схематизацию пористой среды. Под пористой средой подразумевается множество твердых частиц, весьма тесно прилегающих друг к другу. Пустое пространство между ними может быть заполнено жидкостью или газом. Если в пористой среде, содержащей жидкость или газ, будет создан градиент напора, то начнется движение жидкости в направлении от большого напора к меньшему — фильтрация.
Основным свойством жидкости, которое влияет на ее фильтрацию, является вязкость. При фильтрации площадь соприкосновения между жидкостью и твердыми частицами огромна. Если сосчитать суммарную поверхность песчинок в 1 мз породы, то получится огромная цифра, порядка 10000 м'. Жидкости приходится, таким образом, преодолевать огромную силу трения, а трение между жидкостью и твердым телом обусловлено вязкостью. Кроме вязкости, поверхностно-активные свойства также влияют на процесс фильтрации. Имеются эксперименты Ф.
А. Требина, М. М. Кусакова и других [1, 2, 3[, которые указывают, что ряд обстоятельств физнко-химического характера также влияет на процесс фильтрации. Более подробно это рассматривается в курсах Физики нефтяного пласта [3, 4, 5!. Перейдем к характеристике пористой среды. Пористая среда представлена обычно совокупностью частиц разнообразной формы и различных размеров. 10 Га. 1. Оеноеные понятия теории фи ььтрации В некоторых случаях естественные пласты сложены так плотно, что фильтрация, как таковая, крайне незначительна и не имеет практического значения. Тем не менее скважины, которые пробурены в такой породе, иногда дают нефть, воду илп.газ.
Это может быть обусловлено трещиноватостью. Таким образом, помимо фильтрации, возможно движение жидкости в трещинах. Даик<ение в трещинах приближается к движению в трубах. Жидкость движется, как поток, текущий в трубе прихотливой формы. Мы будем рассматривать в основном фильтрационные задачи. Проще всего характеристи,о ' ° .'.',:....' - .- '.:..."'.-яр ку пористой среды дать на следующей физической модели. Представим себе трубку, являющуюся моделью газового или нефтяного пласта (рис. 1. 1).
Такие модели широко используются в лабораторной и экспериментальной практике. Пусть трубка заполнена пористой средой и до предела насыщена жидкостью. Предположим, что в двух сечениях трубы созданы разные давления рт и рю причем давление р„больше, чем давление ре Под действием разности давлений жидкость начинает двигаться. Важнейшей характеристикой пористой среды является пористость т. Под пористостью подразумевается отношение объема пустот 1ги„„ ко всему объему 1е пласта: ле =- Рите,/$'. Очевидно, пористость зависит от геометрии частиц и от схемы их укладки. В ряде случаев твердые зерна породы обволакиваются тонкой пленкой, остающейся неподвижной при обычных градиентах давления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
