Подземная гидромеханика

Учебное пособие

(курс лекций)

Ставрополь

Издательство СевКавГТУ

УДК 622.276.031:53(075)

ББК 26.325.31

Л 55

Рецензенты:

доктор геол. – минералог. наук, проф. кафедры НД, СевКавГТУ

Петренко В. И.

канд. техн. наук, доцент кафедры НД, СевКавГТУ Зиновьева Л. М.

Л 55 Ливинцев, П. Н. Подземная гидромеханика (курс лекций) / П. Н. Ливинцев, В. Ф. Сизов, А. В. Хандзель – Ставрополь: ФГБОУ ВПО «Северо - Кавказский государственный технический университет», 2012. –140 с.

Курс лекций по дисциплине «Подземная гидромеханика» разработан в соответствии с учебной программой и Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования для студентов по специальности 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений». Целью лекций является освещение теории фильтрации нефти, газа, воды и их смесей в поровых и трещиноватых пластах, неодномерной плоской фильтрации, неустановившейся фильтрации, движения неньютоновских жидкостей в подземных коллекторах.

УДК 622.276.031:53 (075)

ББК 26.325.31

©Ливинцев П. Н., 2011

©Сизов В. Ф., 2011

©Хандзель А. В., 2011

© ФГБОУ ВПО «Северо - Кавказский государственный технический университет», 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 6

ЛЕКЦИЯ 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДЗЕМНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ.. 6

1.1. Понятие о моделировании. 6

1.2. Модель фильтрационного течения. 11

1.3. Модели коллекторов. 13

ЛЕКЦИЯ 2. ХАРАКТЕРИСТИКИ КОЛЛЕКТОРОВ.. 19

2.1. Параметры пористой среды.. 19

2.2. Параметры трещинной среды. 24

ЛЕКЦИЯ 3. Законы фильтрации.. 26

3.1. Скорость фильтрации в пористой среде. 26

3.2. Линейный закон фильтрации Дарси……………………………………..26

3.3. Границы применимости закона Дарси. 29

3.4. Законы фильтрации при Re > Reкр. 31

3.5. Закон фильтрации в трещиноватой среде. 32

ЛЕКЦИЯ 4. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИИ.. 33

4.1. Уравнения течения для пористой среды.. 33

4.2. Уравнения потенциального движения. 35

4.3. Уравнения фильтрации для трещиновато-пористой среды.. 36

ЛЕКЦИЯ 5. НАЧАЛЬНЫЕ И ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ. ЗАВИСИМОСТИ ПАРАМЕТРОВ ПЛАСТА И ФЛЮИДОВ ОТ ДАВЛЕНИЯ.. 38

5.1. Начальные и граничные условия. 38

5.2. Зависимости плотности и вязкости флюидов от давления. 39

5.3. Зависимость пористости и проницаемости пласта от давления. 40

ЛЕКЦИЯ 6. УСТАНОВИВШАЯСЯ ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ОДНОМЕРНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ.. 41

6.1. Виды одномерных потоков. 41

6.2. Решения дифференциального уравнения установившегося потенциального одномерного потока. 44

6.3. Потенциальные функции. 47

ЛЕКЦИЯ 7. ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ОДНОМЕРНОЙ
ФИЛЬТРАЦИИ.. 49

7.1. Течение несжимаемой жидкости через недеформируемый пласт. 49

7.2. Течение несжимаемой жидкости в трещиноватом деформируемом
пласте. 52

7.3. Течение совершенного газа через недеформируемый пласт. 55

7.4. Фильтрация реального газа в недеформируемом пласте. 58

ЛЕКЦИЯ 8. ПОТОКИ ПРИ НЕЛИНЕЙНЫХ ЗАКОНАХ ФИЛЬТРАЦИИ.. 59

8.1. Несжимаемая жидкость в недеформируемом пласте. 59

8.2. Идеальный газ в недеформируемом пласте. 60

8.3. Однородная несжимаемая жидкость в деформируемом (трещиноватом) пласте 60

8.4. Идеальный газ в деформируемом (трещиноватом) пласте. 61

8.5. Фильтрация в неоднородных средах. 62

ЛЕКЦИЯ 9. ПЛОСКИЕ ЗАДАЧИ ТЕОРИИ ФИЛЬТРАЦИИ ОБ УСТАНОВИВШЕМСЯ ПРИТОКЕ К СКВАЖИНЕ. 64

9.1. Поток от нагнетательной скважины к эксплуатационной. 67

9.2. Приток к скважине в пласте с прямолинейным контуром питания. 71

9.3. Приток к скважине, расположенной вблизи непроницаемой прямолинейной границы.. 72

9.4. Приток к скважине в пласте с удаленным контуром питания произвольной формы.. 73

ЛЕКЦИЯ 10. ПРИТОК К ГРУППАМ СКВАЖИН.. 75

10.1. Приток к группе скважин с удаленным контуром питания. 75

10.2. Приток к скважинам кольцевой батареи. 77

10.3. Приток к прямолинейной батарее скважин. 81

10.4. Метод эквивалентных фильтрационных сопротивлений. 85

ЛЕКЦИЯ 11. ПРИТОК К НЕСОВЕРШЕННЫМ СКВАЖИНАМ.. 87

11.1. Виды несовершенств скважин. Приведённый радиус. Добавочное фильтрационное сопротивление. 87

11.2. Течение жидкости по закону Дарси к несовершенной скважине …..89

11.3. Течение реального газа по двухчленному закону к несовершенной скважине 91

11.4. Интерференция несовершенных скважин. 93

11.5. Взаимодействие скважин в неоднородно проницаемом и анизотроп-
ном пластах. 94

11.6. Влияние радиуса скважины на её производительность. 96

ЛЕКЦИЯ 12. НЕСТАЦИОНАРНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ УПРУГОЙ
ЖИДКОСТИ.. 97

12.1 Понятия об упругом режиме пласта. 97

12.2. Основные параметры теории упругого режима. 98

12.3. Дифференциальное уравнение неустановившейся фильтрации
упругой жидкости (уравнение пьезопроводности) 100

12.4. Вывод основного уравнения упругого режима………………………100

ЛЕКЦИЯ 13. ПРИТОК К СКВАЖИНЕ ПРИ УПРУГОМ РЕЖИМЕ. 105

13.1. Анализ основной формулы теории упругого режима. 105

13.2. Определение коллекторских свойств пласта по данным исследования скважин нестационарными методами………………………………………107

ЛЕКЦИЯ 14. НЕУСТАНОВИВШАЯСЯ ФИЛЬТРАЦИЯ ГАЗА В ПОРИСТОЙ СРЕДЕ. 111

ЛЕКЦИЯ 15. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ФИЛЬТРАЦИИ
МНОГОФАЗНЫХ СИСТЕМ.. 113

15.1. Основные характеристики многофазной фильтрации……………….114

15.2. Исходные уравнения многофазной фильтрации. 120

ЛЕКЦИЯ 16. Модели вытеснения несмешивающихся жидкостей 123

ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ ФИЛЬТРАЦИИ НЕНЬЮТОНОВСКИХ ЖИДКОСТЕЙ 130

17.1. Реологические модели фильтрующихся жидкостей и нелинейные законы фильтрации. 130

17.2. Одномерные задачи фильтрации вязкопластичной жидкости. 135

17.3. Образование застойных зон при вытеснении нефти водой. 138

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.. 140