Учебное пособие 1459
.pdf
Во многих случаях в технике единицы длины L, времени Т и силы F принимаются за основные единицы. Однако среди единиц измерения вязкость μ, скорость υ и плотность ρ также могут быть приняты за основные. Такие величины называются величинами с независимыми размерностями.
Если обозначить независимые размерности длины, времени и силы соответственно через L, Т и F, то широко применяемые величины будут иметь следующие размерности:
скорость [υ] = L/T = LT-1;
вязкость [μ] = FT/L2 = FTL-2;
предельное напряжение сдвига [τ0] = F/L2 = FL-2;
давление [p] = F/L2 = FL-2; плотность [ρ] = FT2/L4 = FT2L-4; масса [m] = FT2/L = FT2L-1.
Если для математического описания нельзя составить дифференциальное уравнение или сделать другую математическую зависимость, то, применяя теорию размерностей, можно описать физическое явление без уравнения, описывающего процесс. Для этого необходимо знать поясняющие данное явление начальные и граничные условия.
Применение для этих целей π-теоремы (теоремы Букингема) позволяет выявить основные безразмерные параметры, характеризующие рассматриваемое явление.
p
2 .
Это выражение представляет собой отношение давления и инерции и называется параметром Эйлера.
150
15.3. Критерии подобия
При рассмотрении различных процессов можно выделить некоторые безразмерные параметры, характеризующие основные свойства этих процессов. Число таких параметров согласно π-теореме зависит от числа размерных единиц, используемых для описания процесса. Например, стационарная фильтрация ньютоновской жидкости характеризуется четырьмя величинами: скоростью υ, вязкостью μ, проницаемостью k и градиентом давления р/l, из которых формируется один безразмерный параметр μl/(k p), характеризующий отношение сил вязкого трения к силам давления.
В гидромеханике ньютоновской жидкости рассматривают шесть размерных параметров: скорость υ, линейный размер l, характерное время переходного процесса t, ускорение свободного падения g и две характеристики жидкости – плотность ρ и вязкость μ. Для несжимаемой жидкости из этих шести величин можно получить три классических безразмерных параметра ньютоновской гидромеханики:
число Рейнольдса Re = υlρ/μ; число Фруда Fr = υ2/(gl); число Струхаля Sr = υt/l.
151
16. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
При планировании лабораторных исследований необходимо быть уверенным, что исследуемый процесс соответствует реальному (натурному). Очевидно, что только в этом случае интерпретация полученных результатов будет иметь ценность. Это может быть достигнуто, если между лабораторным и натурным процессами имеется подобие. Рассмотрим обоснование условий моделирования процесса вытеснения нефти водой в одномерном случае.
Выпишем основные параметры, характеризующие процесс вытеснения. Будем при этом предполагать, что внутрипоровые пространства модели и натуры геометрически подобны, равны также и углы смачивания. Первое условие может быть выполнено, например, при использовании для экспериментирования кернов, второе – подбором жидкости.
С учетом этого имеем следующие определяющие размерные параметры: вязкость нефти и воды μн, μв; перепад давления р; модуль градиента давления |grad p|; проницаемость k; капиллярное давление в порах pк; коэффициент поверхностного натяжения σ. Из семи размерных параметров согласно π-теореме получаются четыре безразмерных, которые можно записать в виде
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
К |
|
|
|
|
p |
К |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
Н |
|
; |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
В Н |
|
|
В M |
|
|
|
|
|
|
p Н |
|
|
p M |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
|
|
|
|
k |
|
|
К |
|
|
|||||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
k |
grad |
p |
|
|
k |
grad |
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
k m .М
152
Последний параметр представляет собой не что иное,
как безразмерную функцию Леверетта.
16.1. Использование результатов моделирования
Для применения результатов экспериментального моделирования данные обычно обрабатывают с использованием соответствующих безразмерных параметров. Например, классическая зависимость безразмерного коэффициента гидравлических сопротивлений от безразмерного параметра Рейнольдса. В то же время экспериментальные данные в целях большей общности целесообразно обрабатывать в специальных асимптотических координатах. Нередко такой способ позволяет устанавливать универсальные зависимости, прогнозировать аналогичные эффекты и процессы в качественно сходных условиях.
153
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В учебном пособии изложены основы физики нефтяного и газового пласта, включая свойства пластовых жидкостей и газов, коллекторские, фильтрационные, механические и тепловые свойства горных пород, дана их классификация.
Учебное пособие предназначено для подготовки бакалавров всех форм обучения по направлению 21.03.01 «Нефтегазовое дело».
Автор выражает признательность студенту ВГТУ Мохову П.В. за помощь в подготовке учебного пособия.
154
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Михайлов Н. Н. Остаточное нефтенасыщение разрабатываемых пластов / Н. Н. Михайлов. М.: Недра, 1992. 270 с.
2.Михайлов Н. Н. Физика нефтяного и газового пласта / Н. Н. Михайлов. М.: МАКС Пресс , 2008 Т.1. - 448 с.
3.Адамс Дж. Физика нефтяного пласта / Дж. Адамс, Д. Басс, Р. Уайтинг. М.: Гостоптехиздат, 1962. 571 с.
4.Гиматудинов Ш. К. Физика нефтяного и газового пласта / Ш. К. Гиматудинов, А. И. Ширковский. М.: Недра, 1982. 312 с.
5. Движение жидкостей и газов в природных пластах / Г. И. Баренблатт и др. М.: Недра, 1984. 205 с.
6.https://studfiles.net/preview/724628/
7.Пирвердян А. М. Физика и гидравлика нефтяного пласта / А. М. Пирвердян. М.: Недра, 1982. 192 с.
8.Мирзаджанзаде А. Х. Физика нефтяного и газового пласта / А. Х. Мирзаджанзаде, И. М. Аметов, А. Т. Ковалев. Москва, Ижевск, 2005. 300 с.
9.Рузин Л. М. Методы повышения нефтеотдачи пластов
/Л. М. Рузин, О. А. Морозюк. Ухта: УГТУ, 2014. 17 с.
10.https://studopedia.ru/3_1641_kriterii-podobiya.html
155
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ……………... 3
2.ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ И КОЛЛЕКТОРСКИЕ
СВОЙСТВА ПОРОД…………………………………………... 13
3.ПОРИСТОСТЬ………………………………………………. 21
4.ПРОНИЦАЕМОСТЬ………………………………………… 30
|
4.1. Классификация проницаемых пор…………………… |
40 |
5. |
ЗАВИСИМОСТЬ ПРОНИЦАЕМОСТИ ОТ |
|
ПОРИСТОСТИ…………………………………………………. |
42 |
|
|
5.1. Виды проницаемости…………………………………... |
47 |
6. |
ВОДО-, НЕФТЕ- И ГАЗОНАСЫЩЕННОСТЬ…………… |
48 |
7. |
УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ……………………………… |
57 |
|
7.1. Карбонатность породы………………………………… |
58 |
7.2.Механические свойства горных пород……………….. 59
7.3.Тепловые свойства горных пород…………………….. 61
8.СОСТАВ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ…………………………………………. 67
8.1.Состав природных газов……………………………….. 69
8.2. Вязкость газов и углеводородных конденсатов……... 76
8.3.Растворимость газов в нефти и воде………………….. 78
9.СОСТАВ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
НЕФТЕЙ………………………………………………………… 81
9.1.Физико-химические свойства нефти………………….. 83
10.СОСТАВ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛАСТОВОЙ ВОДЫ………………………………………….. 91
10.1. Физико-химические свойства пластовых вод……… |
91 |
11. ФАЗОВЫЕ СОСТОЯНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ |
|
СИСТЕМ………………………………………………………... |
97 |
11.1.Фазовые переходы в нефти, газе и воде…………….. 101
11.2.Поверхностно-молекулярные свойства системы…... 103
12.ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫТЕСНЕНИЯ НЕФТИ, КОНДЕНСАТА И ГАЗА ИЗ ПОРИСТОЙ СРЕДЫ………….. 108
12.1.Источники пластовой энергии………………………. 108
12.2.Силы, действующие в залежи……………………….. 108
12.3.Причины нарушения закона Дарси…………………. 111
12.4. Общая схема вытеснения из пласта нефти водой и |
|
газом…………………………………………………………. |
111 |
12.5. Нефтеотдача пластов при различных условиях |
|
дренирования залежи……………………………………….. |
114 |
13. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ |
|
НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ |
118 |
13.1.Этапы разработки нефтяных месторождений………. 118
13.2.Факторы, влияющие на нефтеотдачу………………... 120
13.3.Недостатки традиционного заводнения……………... 124
13.4. Классификация методов увеличения нефтеотдачи |
125 |
13.5.Микробиологические методы………………………... 126
13.6.Условия успешного применения методов
повышения нефтеотдачи…………………………………… 127
13.7.Критерии применимости методов повышения…….. 129
13.8.Оценка эффективности методов повышения……….. 131
13.9. Оценка эффекта с начала разработки залежи |
132 |
13.10. Оценка технологического эффекта на поздней |
|
стадии разработки залежи………………………………….. |
133 |
13.11. Гидродинамические методы………………………... |
135 |
13.12. Закачка поверхностно-активных веществ (ПАВ) |
138 |
13.13.Вытеснение нефти из пласта растворителями…….. 140
13.14.Комбинированные методы повышения
нефтеотдачи…………………………………………………. 141
14.КОМПОНЕНТООТДАЧА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ И МЕТОДЫ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ……. 142
15.МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОИСХОДЯЩИХ В
НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ |
|
ПРОЦЕССОВ…………………………………………………… |
147 |
15.1. Основные принципы моделирования……………….. |
147 |
15.2. Основные понятия теории размерностей…………… |
149 |
15.3.Критерии подобия…………………………………….. 151
16.МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ
ПРОЦЕССОВ…………………………………………………… 152 16.1. Использование результатов моделирования……….. 153
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………… 154
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………. 155
Учебное издание
Булыгин Юрий Александрович
ФИЗИКА ПЛАСТА
Редактор Г. В. Биндюкова
Подписано в печать 23.07.2018.
Формат 60х84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 9,9. Тираж 350 экз.
Зак. № 129.
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
394026 Воронеж, Московский просп., 14
Участок оперативной полиграфии издательства ВГТУ 394026 Воронеж, Московский просп., 14