Понятия, идеализированные модели

Лекция 1 Основные определения и понятия фильтрации

Жидкостей и газов

Скопления нефти и газа связаны с вмещающими горными породами (пластами) - пористыми и проницаемыми образованиями, имеющими непроницаемые кровлю и подошву.

Горные породы, слагающие нефтяное и газовое месторождение, в зависимости от свойств играют разную роль. Одни из них, имеющие большое число крупных пор, являются резервуарами нефти и газа (нефтяные и газовые залежи) и путями их движения к забоям скважин при эксплуатации месторождения.

Коллекторами наз. горные породы, которые могут служить вместилищем нефти и газа, а также отдавать их при разработке.

К проницаемым коллекторам принято относить породы, способные вмещать и пропускать через себя флюиды.

В зависимости от геометрии пустот коллекторы разделяют на:

- пористые, у которых емкость и фильтрация определяются

структурой порового пространства между зернами пор;

- трещиноватые, для которых характерно наличие развитой системы трещин, густота которых зависит от состава пород, степени уплотнения, мощности, структурных условий и так далее.

Чаще всего имеют место коллекторы смешанного типа ( трещиновато-пористые ), для которых ёмкостью служат трещины, каверны, поровые пространства, а ведущая роль в фильтрации флюидов принадлежит развитой системе микротрещин, сообщающих эти пустоты между собой.

Природные жидкости: нефть, газ, подземные воды и их смеси, находящиеся в пустотном пространстве коллектора обозначают общим термином «флюид».

Движение флюидов через твердые тела (деформируемые или недеформируемые) по связанным между собой порам и/или трещинам, наз. фильтрацией.

Фильтрация может быть обусловлена воздействием различных сил, но в дальнейшем будут рассмотрены течения, вызываемые действием градиента давления и/или силами тяжести.

Фильтрационные характеристики горных пород

Пористая среда: понятия, идеализированные модели

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

Реальные горные породы имеют очень сложную геометрию (рис. 3) порового пространства или трещин.

С целью количественного описания реальных пористых пород вводится понятие идеализированных моделей (рис.4):

- идеальный грунт - пористая среда, поровые каналы которой представлены пучком цилиндрических трубок с параллельными осями.

- фиктивный грунт – пористая среда, состоящая из шарообразных частиц одного размера, уложенных во всем объеме определенным образом.

Основным элементом фиктивного грунта является ромбоэдр, который получится, если принять центры восьми соприкасающихся частиц (шаров) за вершины его углов и каждой гранью которых является ромб.

Различные конфигурации частиц - шаров в вершинах ромбоэдра представляют возможность либо наиболее плотной, либо более свободной их укладки. При этом угол θ, образованный гранями ромбоэдра, соответственно может изменяться в пределах от 60  до 90  (рис. 5).

Фиктивный грунт является наиболее простой моделью естественного грунта, поддающейся математическому изучению его характеристик.

Под пористостью горной породы понимается наличие в ней пустот (пор), не заполненных твердым веществом.

Пористость характеризуется коэффициентом пористости “ m ”, который определяется по формуле:

                                           .                                     (1)

и для однородного порового (пустотного) пространства представляет собой отношение объема пор к общему объему образца пористой среды; выражается в процентах или долях.

Под просветностью понимается величина живого сечения пласта, через которое происходит фильтрация.

Характеризуется коэффициентом просветности “ n ”, который определяется по формуле:

                                             .                                       (2)

и для однородного порового пространства представляет собой отношение площади просветов в данном сечении пористой среды ко всей площади этого сечения; выражается в процентах или долях.

Для определения пористости фиктивного грунта используется формула Ч. Слихтера:

                                        .                                 (3)

Эффективным диаметром частиц, слегающих реальную пористую среду, называется такой диаметр шарообразных частиц, образующих эквивалентный фиктивный грунт, при котором гидравлическое сопротивление, оказываемое фильтрацией жидкости в реальном и эквивалентном грунте, одинаковы.

Удельная поверхность горных пород представляет отношение суммы всей площади внутренней поверхности всех поровых каналов (пустот), содержащихся в единице объема пористой среды:

                                                  .                                             (4)

Величина удельной поверхности зависит от степени дисперсности зерен горной породы (с уменьшением их радиуса удельная поверхность увеличивается).

Проницаемостью называют способность пород-коллекторов пропускать через себя жидкости и газы при наличии перепада давления.

В международной системе единиц (СИ) за единицу проницаемости принимается размерность площади - м², физический смысл которой заключается в том, что проницаемость характеризует площадь сечения каналов пустотного пространства, по которым происходит фильтрация. На практике проницаемость нефтяных и газовых пластов измеряется единицами, называемыми Дарси (Д).

За единицу проницаемости в 1 Д принимают проницаемость такой пористой среды, при фильтрации через образец которой площадью 1 м², длиной 1м при перепаде давления в 1 Па расход жидкости вязкостью 1 Па ˖ с составляет 1  (рис.6)

Рисунок 6 – Схема к понятию единицы проницаемости в 1 Д

Проницаемость реальных пластов изменяется от нескольких миллидарси до нескольких дарси.

Трещиноватая и трещиновато-пористая среда:

понятия, идеализированные модели

Рисунок 7 - Схема трещиноватой и трещиновато-пористой сред

В трещиноватых породах - трещины являются коллектором и проводником движения флюида к скважине, а блоки породы, расположенные между трещин практически непроницаемы.

Трещиновато-пористые коллекторы рассматриваются как совокупность разномасштабных пористых средств: системы трещин (среда1), где пористые блоки играют роль «зерен», а трещины - роль «извилистых пор» и системы пористых блоков (среда 2).

Трещиноватость горных пород обус ловливается наличием в них трещин, не заполненных твердым веществом.

Трещиноватостью называют отношение объема трещин ко всему объему образца трещиноватой среды:

                                           .                                    (11)

Коэффициент трещиноватости иногда обозначается как - .

Для трещиновато-пористой среды вводится суммарная (общая) пористость, путем прибавления к трещиноватости пористость блоков.

Под густотой трещин понимается, отношение полной длинны всех трещин , находящихся в данном сечении трещиноватой породы к удвоенной площади сечения S :

                                                ,                                            (12)

Если рассматривать идеализированную трещиноватую среду, то можно связать рассмотренные параметры формулой:

                                             ,                                         (13)

где  - безразмерный коэффициент, равный 1,2,3 – для одномерного, и пространственного случая соответственно; для реальных пород зависит от геометрии систем трещин в породе.

---

Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 480; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!