К.С. Басниев, А.М. Власов, И.Н. Кочина, В.М. Максимов - Подземная гидравлика

ПОДЗЕМНАЯ ГИД РАВЛИЕА Допущено Министерством выссигго и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специалвности чТехнология и комплексная механизация разработки не4тяньх и газовик месторождений» й ч „»ц»»Р МОСКВА "НЕДРА" 1986 УДК 532.6 (075.8) А в т о р ы: К. С, Басниев, А. М. Власов, И.

В. Кочина, В. М. Мшс- симов Р е ц е и з е н т ы: кафедра гидравлики Ухтинского индустриального института, В. М. Енгаов, д-р техн. наук (Институт проблем механики АН СССР) 2504030300 — 325 033(61) — 66 © Издательство «Недра», 1986. Подземная гидранлика: Учебник для вузов1К. С. Г>асниев, А. М. Власов, И.

Н. Кочина, В. М. Максимов. — Мн Недра,' 1986, 363 с. Приведена гндродинамическая теория однофазной н многофазной филь. трации жидкостей и газов в однородных и неоднородных пористых и трещиноватых средах. Рассмотрены стационарная и нестационарная фильтрация и методы расчета интерференции совершенных и несовершенных скважин. Впервые изложены теория фильтрации неньютоновских жидкостей, термо. динамика фнльтрацнонного потока, теория «укрупненной» газовой скважины.

Даны методы моделирования технологических процессов, связанных с по. вышением нефте- и газоотдачи пластов, н примеры решения задач фильтра. ции с использованием электронно-вычислительных машин. Для студентов нефтяных вузов и факультетов, обучающихся по спе. циальности «Технология и комплексная механизация разработки нефтяных н газовых месторождений».

Табл. 6, ил, 126, список лиг.— 23 назв. ВВЕДЕНИЕ Т1одземная гидравлика — наука о движении жидкостей, газов и их смесей в пористых и трещиноватых горных породах. Она является той областью гидромеханикн, в которой рассматривается не движение жидкостей и газов вообще, а особый вид их движения— фильтрация, которая имеет свои специфические особенности. Она является теоретической основой разработки нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений. Начало развитию подземной гидравлики было положено французским инженером А. Дарси, который в 1858 г.

сформулировал и опубликовал обнаруженный им экспериментально закон, в соответствии с которым скорость фильтрации прямо пропорциональна градиенту давления. Значительный вклад в развитие подземной гидравлики сделан Ч. Слихтером, рассмотревшим модели идеального и фиктивного грунта и показавшим, что пористость и просветность фиктивного грунта зависят не от диаметра частиц, а лишь от плотности их укладки. В конце Х 1Х в.

Н. Е. Жуковский опубликовал работу «Теоретическое исследование о движении подпочвенных вод»ь Им впервые выведены дифференциальные уравнения фильтрации, показано, что напор как функция координат удовлетворяет уравнению Лапласа, указано на математическую аналогию теплопроводности и фильтрации. Н. Н. Павловскому принадлежит определяющая роль в развитии теории фильтрации в гидротехническом направлении, введении критерия Рейнольдса в подземную гидродинамику. Существенный вклад в развитие теории фильтрации грунтовых вод внесла академик П.

Я. Полубаринова-Кочина. В начале 20-х годов ХХ в. начала развиваться нефтегазовая подземная гидромеханика. Основателем этого направления в теории фильтрации в СССР стал академик Л. С. Лейбензон. Ему принадлежит приоритет в постановке и решении ряда задач подземной гидрогазомеханики. Им проведены первые исследования по проблеме вытеснения газированной жидкости, созданы основы теории фильтрации природных газов.

В 1934 г. он опубликовал первую в мировой литературе обширную монографию «Нефтепромысловая механика», в которой систематически изложены основы подземной гидравлики. Дальнейшее развитие нефтегазовой подземной гидромеханики в СССР связано с именами многочисленных учеников академика »Е С. Лейбензона. Выдающийся вклад в развитие теории фильтрации в нефтегазоводоносных пластах внесли академик С.

А. Христианович, профессора Б. Б. Лапук, И. А. Чарный, В. Н. Щел- 3 качев. Написанные ими монографии и учебники стали классическими, основополагающими. Они имеют большое научно-методическое значение. Следует отметить также учебные пособия по нефтяной подземной гидравлике А. М. Пирвердяна и Г.Б. Пыхачева. В послевоенный период теория фильтрации нефти, газа и воды развивается трудами советских ученых, среди которых следует отметить работы М.

Т. Абасова, И. М. Аметова, Г. И. Баренблатта, Ю. П. Борисова, С. Н. Бузинова, Г. Г. Вахитова, М. М. Глоговского, Г. Л. Говоровой, А. Т. Горбунова, М. А. Гусейн-Заде, В. Л. Данилова, Ю. В. Желтова, Ю. П. Желтова, С. Н. Закирова, Г. А. Зотова, В. М. Ентова, Р. Г. Исаева, Ю. П. Коротаева, Е. М. Минского, А. К.

Курбанова, Ю. М. Молоковича, А. Х. Мирзаджанзаде, Н. Н. Непримерова, В. Н. Николаевского, А. М. Пирвердяна, Г. Б, Пыхачева, Г. В. Рассохина, М. Д. Розенберга, Э. В. Соколовского, М. Л. Сургучева, М. М. Саттарова, Ф, А. Требина, Э. Б. Чекалюка, М. В. Филинова, М. И. Швидлера, И. Д. Умрихина, А. Л. Хейна. Работы этих ученых и их учеников обеспечили успешное развитие подземной гидрогазомеханики, явившейся теоретической основой теории и практики разработки нефтяных и газовых месторождений, что обеспечило ускоренное развитие нефтегазодобывающей промышленности нашей страны.

За рубежом также ведутся широкие исследования в области нефтегазовой подземной гидрогазомеханики. Стали классическими экспериментальные исследования, проведенные в США еще в 30-е годы Р. Виковым и Г. Ботсетом по изучению фазовых проницаемостей. Существенное значение имеют основы теории двухфазной фильтрации, предложенные С. Баклеем и М. Левереттом. В области теории упругого режима и фильтрации неоднородных жидкостей известны труды М. Маскета. Значительное влияние на развитие теории фильтрации оказала работа А.

Ван Эвердингена и У. Херста о притоке упругой жидкости к скважине. Большое значение имеет фундаментальная работа Р. Коллинза, посвященная течению жидкостей через пористые материалы. Монографии по подземной гидрогазомеханике изданы во Франции А. Упером, в Канаде— А. Э. Шейдеггером, Х. Азизом и Э. Сеттари, в СРР— Н.

Кристеа. В последнее десятилетие нефтегазовая подземная гидрогазомеханика получает дальнейшее развитие под влиянием новых актуальных задач, выдвигаемых практикой разработки нефтяных и газовых месторождений, усложнением горно-геологических и термобарических условий их залегания и эксплуатации. В связи с этим интенсивно развиваются: теория многофазной многокомпонентной фильтрации флюидов в деформируемых неоднородных пластах; физико-химическая гидродинамика и гидродинамика новых методов извлечения нефти и газа из недр; подземная гидродинамика неньютоновских жидкостей; подземная гидротермодинамика и некоторые другие специальные разделы теории фильтрации нефти и газа.

Для гидродииамического исследования этих вопросов приме- 4 ияют широко развитый аппарат математической физики, а также вероятностно-статистические и другие методы. Огромное значение для развития этих исследований имеет широкое использование возможностей современной вычислительной техники. В настоящее время получает интенсивное развитие новый раздел нефтегазовой подземной гидромеханики — вычислительная подземная гидрогазомеханика.

Некоторые из этих новых вопросов нашли отражение в предлагаемом вниманию учебнике, написанном преподавателями кафедры нефтегазовой и подземной гидромеханики МИНГ им. И. М. Губкина. При написании книги авторы исходили из следующих трех основных концепций. 1. Современное состояние и перспективы дальнейшего развития нефтяной и газовой промышленности характеризуются переходом на интенсивные методы разработки месторождений, усложнением горно-геологических условий их эксплуатации и в связи с этим многообразием гидродинамических, термических и физико- химических методов воздействия на природные резервуары и насыщающие их флюиды в целях повышения степени извлечения углеводородов из недр.

Все это требует от инженера-разработчика глубоких знаний в области подземной гидравлики. 2. В свете сказанного в студенческом курсе подземной гидравлики должны быть представлены не только фундаментальные основы дисциплины, ио и современные научные разработки. Поэтому в учебник включены разделы, которые до настоящего времени в курсе не читались и в учебных пособиях не излагались (физико- химическая подземная гидравлика, фильтрация неньютоновских жидкостей и т. д.). 3. Практика показывает, что проектирование разработки нефтяных и газовых месторождений в настоящее время не может обойтись без существенного использования электронно-вычислительной техники.

Видно, что применение ЭВМ будет в дальнейшем расширяться. Поэтому в курсе показано, как доводятся до расчетов на ЭВМ решения основных задач нефтегазовой подземной гидромеханики. В заключение авторы выражают благодарность тем, кто помогал им в создании этого учебника. Большую помощь при написании гл. 1О оказал канд. техн. наук П. Г. Бедриковецкий, а гл. 13— канд. физ.-мат. наук Г. П. Цыбульский. Авторы выражают искреннюю благодарность проф. Г.

И. Баренблатту и проф. А. К. Курбанову, просмотревшим некоторые разделы учебника и сделавшим ценные замечания по улучшению их содержания. Авторы благодарны Н. А. Поповой, 3. А. Сухотиной, Н. А. Таировой, А. Я. Требиной за большую помощь, оказанную при подготовке рукописи книги. Глава 1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ФИЛЪТРАЦИИ НЕФТИ, ГАЗА И ВОДЫ й К ОСОБЕННОСТИ ДВИЖЕНИЯ ФЛЮИДОВ В ПРИРОДНЫХ ПЛАСТАХ Нефть и природные газы заключены в недрах Земли. Скопления их теснейшим образом связаны с вмещающими горными породами, а также со структурными и другими особенностями пластов. Горные породы, которые могут служить вместилищем нефти и газа и в то же время отдавать их при разработке, называются породами-коллекторами.