Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 [ 114 ] 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177

ких и стратиграфических нарушений (разрывов сплошности горной породы). Разведка месторождений, исследование пластов, извлечение иефти и газа осуществляются через отдельные скважины диаметром 10-20 см и более, отстоящие друг от друга иа сотни, а иногда и тысячи метров.

Кроме перечисленных особенностей фильтрации иефти и газа в природных пластах, можно еще отметить следующее:

- невозможность изучать движение флюидов в пластах прямым при-меиеиием классических методов гидродинамики, т.е. решением уравиеиий движения вязкой жидкости для области, представляющей собой совокупность всех пор;

- сочетание значительно различающихся масштабов фильтрационных процессов, определяемых характерными размерами, отличающимися по величине иа многие порядки: размер пор (единицы и десятки микрометров), диаметр скважии (десятки сантиметров), протяжеииость месторождений (десятки километров); масштаб иеодиородиости пластов вдоль и поперек простирания может иметь практически любые значения;

- ограиичеииость и неточность сведений о строении и свойствах пласта и пластовых флюидов, что часто ие позволяет построить однозначную модель флюидоиасыщеииой пластовой залежи.

Перечисленные особенности нефтегазовой подземной гидромеханики приводят к формулировке основных модельных представлений и разработке методов, иаправлеииых прежде всего иа установление качественных закономерностей процессов и иа создание расчетных схем, мало чувствительных к точности исходных данных. При этом познавательная и практическая ценность результатов в значительной степени определяется четкостью постановки расчетной задачи и глубиной предварительного анализа имеющихся данных.

§2. Исходные модельные представления подземной гидромеханики жидкости и газа

Нефтегазовая подземная гидромеханика, как уже отмечалось, является специальным разделом гидромеханики. Это означает, что при определении физических величии, характеризующих процесс фильтрации, и написании законов сохранения будет использоваться гипотеза сплошности, согласно которой изучаемые объекты (например, движущийся флюид) считаются заполняющими всю область (пространство, в котором ставится и решается задача) непрерывно. Но под пористой средой понимается множество твердых частиц, тесно прилегающих друг к другу, сцемеитироваииых или ие-сцемеитироваииых, пространство между которыми (поры, трещины) запол-

ГЛАВА XVIII

нено жидкостью и/или газом. Таким образом, фильтрационное течение пластовых флюидов предстляет собой совокупность множества отдельных микродвижений в неупорядоченной системе поровых кжалов (рис, 18,2), Следовательно, истинное фильтрационное течение не является «сплошным», и при определении физических характеристик вводятся эффективные (фиктивные) величины, которые «размазываются» по всему объему непрерывным образом (рис, 18,3), Реальные скорости, давления и т,д,, заменяются на эффективные, которые представлены на рисунке в виде равномерной сетки из квадратов.

Р!Бая1йг»Я1ПМ111Ж1а1ВвВ

gHKBHMaHuiBjnBijBiMBiiM

Рис 18,2, Схематическое представление пористой среды, 1 - поровые каналы, 2 - твердый скелет

Рис, 18,3, Схематическое представление эффективного описания

Из статистической физики известно, что системы типа пористых сред могут быть описаны как сплошные среды, эффективные свойства которых выражаются не через свойства отдельных составляющих элементов, а являются усредненными характеристиками достаточно больших объемов этих сред.

Переход к макроскопическому описанию процессов в подземной гидромеханике означает, что все вводимые характеристики и параметры, используемые в постановке и решении задач, являются в общем случае функциями точек пористой среды. Выделение курсивом данного термина связано с тем, что далее понятия пористой среды и точек пористой среды будут употребляться в модельном смысле, то есть в смысле математической модели и характеристики математической модели, используемой для описания физического процесса (в данном случае - фильтрации).

Понятия точки в математическом и физическом смыслах представляются совершенно разными объектами. Если вырезать объем пористой среды и ввести систему координат, связанную с образцом, то каждому бесконечно малому элементу объема можно приписать упорядоченную тройку

чисел, которые и будут задавать «математическую точку» пористой среды. Однако, объем «математической точки» настолько мал, что оиа всегда будет полиостью находиться или в поре (тогда, например, скорость флюида отлична от нуля), или в твердом скелете (тогда скорость флюида будет равна нулю). Поэтому при вычислении физических модельных характеристик в подземной гидромеханике используется «физическая точка». Под «физической точкой» подразумевается такой объем пористой среды, который является достаточно большим для того, чтобы вводимая физическая характеристика ие зависела от объема образца, ио достаточно малым по сравиеиию со всей областью, в которой вводится эта характеристика. Последнее обстоятельство - малость объема образца по сравиеиию со всей рассматриваемой областью - позволяет говорить о том, что рассматривается физически бесконечно малый объем - «физическая точка». Объем пористой среды, который можно принять за физическую точку, называется элементарным или представительным объемом. Все вводимые далее характеристики будут определяться иа элементарных объемах и для элементарных объемов. Рассмотренная ситуация с введением физических и материальных характеристик в подземной гидромеханике представляется обычной для всех моделей механики сплошных сред. Например, газ так же, как и жидкость, состоит из отдельных молекул и атомов. Поэтому при введении в гидромеханике и газовой динамике физических характеристик также рассматриваются физические точки, ио величины элементарных объемов много меньше, чем в подземной гидромеханике. В самом деле, в кубике воздуха с ребром 10" мм при нормальных условиях содержится 27 ТО молекул, и элементарный объем составляет доли миллиметра. В подземной гидромеханике вместо молекул, например, в песчанике, выступают песчинки, и элементарный объем может составлять уже кубические сантиметры, а для других типов коллекторов десятки кубических сантиметров и даже метров. Однако по сравиеиию с объемом залежи элементарный объем все равно очень мал. Подобное введение характеристик практически всегда возможно.

§3. Фильтрационно-емкостные свойства пористых сред. Коэффициенты пористости и просветности. Удельная поверхность

Понятно, что фильтрация определяется свойствами флюида и пустотного пространства (типа грунта или коллектора), в котором оиа происходит. Поэтому перейдем к определению емкостных и фильтрационных характеристик пористой среды. Одной из важнейших характеристик пористой среды является пористость, которую в дальнейшем будем обозначать через т.