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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238

1. Законы фильтрации газов. Экспериментальные. . .

Сопоставление результатов экспериментального изучения неустановившейся фильтрации газов с теорией акад. Л. С. Лейбензона (см. главу XXII) показывает достаточно xoponiee совпадение с экспериментальными данными (см. по этому вопросу книги Л. С. Лейбензона 100, 107] и Б.Б. Лапука [91]).

Границы применимости линейного закона фильтрации при фильтрации газов определяются критическими значениями числа Рейнольдса, величины которых так же, как и для жидкости, даются формулами (15, VII) или (9, VII).

Обобгцепный закон фильтрации газов, выведенный на основе принципа однородности размерностей и справедливый для любых значений чисел Re, дается уравнениями (44, VII) или (40, VII).

В главе VI, рассматривая вопрос о проницаемости пористой среды, мы подчеркивали, что величина коэффициента проницаемости не зависит от свойств жидкости или газа, а определяется лигаь свойствами пористой среды. Чтобы избежать физико-химического взаимодействия между жидкостью и пористой средой, многие авторы предлагают лабораторные определения проницаемости образцов пористой среды производить при помогци газов.

Однако результаты опытов [71] показали, что в ряде случаев проницаемость пористой среды для жидкостей и газов различна и при отсутствии физико-химического взаимодействия между жидкостью и породой (проницаемость для газов определялась при давлениях, близких к атмосферному). В качестве пористой среды применялись стеклянные фильтры и керпы, взятые из различных месторождений.

Газами служили воздух, азот, водород, углекислый газ, жидкостью - изооктап - химически инертная жидкость. Значения коэффициентов проницаемости определялись па основании линейного закона фильтрации (но формулам (14, VI) для изооктапа и (24, XII) для газа).

Результаты опытов показывают, что при весьма малых значениях коэффициента проницаемости к измерение величины к при помогци газов при давлениях, близких к атмосферному, дает сильно завыгаенные по сравнению с изооктаном результаты. Так, при /с = 4, 36 миллидарси (для изооктапа) проницаемость пористой среды для воздуха в 2,27 раза больгае, чем для изооктапа. В образцах пористой среды, проницаемость которых составляет 85 и 190 миллидарси, проницаемость для газа соответственно на 14 и 17% больгае, чем для жидкости. И, наконец, в хороню проницаемых образцах (при к = 1,35 дарси) разница в результатах определения коэффициента проницаемости при помогци жидкости и газа составляет всего 4%.

На рис. 68 приведены кривые, иллюстрируюгцие зависимость коэффициента проницаемости образца С для водорода, воздуха и угле-

iZOO ffOO

SQQ \ BOO 700

500 Ш

ZOO 100

0 mzo301*06060708030100 no m wo wo zoo

<г/77

Рис. 68. Зависимость проницаемости образца С для водорода, воздуха и углекислого газа от давления. 1 - водород, 2 - воздух, 3 - углекислый газ.

кислого газа от давления. По оси ординат отложены значения коэффициента проницаемости для газа в миллидарси, а по оси абсцисс - зна-

чения -, причем среднее давление р v

Pi +р2

где Pi р2 - соответ-

ственно давления газа на входе и выходе из образца. Проницаемость образца С для изооктана равна 32,1 миллидарси. Как видно из рис. 68,

при малых давлениях (а следовательно, больгаих значениях 4) газо-

проницаемость зависит от давления и является линейной функцией

величины 4, причем при одних и тех же давлениях различные газы Р

имеют различные значения коэффициента проницаемости.

При малых значениях р проницаемость образцов пористой среды для воздуха может резко отличаться от проницаемости их для жидкости.

Получение более высоких значений коэффициента проницаемости для газов по сравнению с жидкостями Клинкенберг объясняет эффектом скольжения, заключаюгцимся в том, что скорость слоя газа, нахо-дягцегося в непосредственной близости от неподвижной твердой стенки, в отличие от жидкости не равна нулю. Поэтому расход газа оказывается ббльгаим, чем при линейном законе фильтрации, гидравлическое обоснование которого базируется на формуле для потери напора при ламинарном движении жидкости по трубам.

Как показали исследования, проницаемость пористой среды для газа является функцией средней длины свободного пробега молекул.

Мы не рассматриваем здесь вопрос о термодинамических процессах, происходящих в нефтяных пластах при закачке в них горячих газов. Интересующегося читателя отсылаем к статьям Б. Б. Лапука «К итогам работ по подземной газификации нефтяных пластов» («Азерб. нефт. хоз.» № 2, 1939) и «О термическом воздействии на нефтяные пласты в целях повыгаения нефтеотдачи» («Азерб. нефт. хоз.», № 12, 1939).

и, следовательно, проницаемость зависит от давления, температуры и природы газа, влияюгцих па величину свободного пробега молекул.

Исходя из выгаеизложенпого и учитывая, что значения ряда величин, входягцих в уравнения подземной гидравлики (плогцадь F сечепия продуктивных пластов, пористость т, расстояния до контуров питания, а часто и данные о вязкости жидкостей и газов /i), в больгаинстве случаев известны с точностью, не нревыгааюгцей 10-15%, а давления в пласте обычно гораздо выгае атмосферного давления, при решении задач, связанных с разработкой нефтяных и газовых месторождений, проницаемость пористых пластов для жидкостей и газов можно принимать одинаковой. Исключение составляют лигаь малопроницаемые породы, для которых в условиях низких давлений, па основе нриведепных выгае данных, следует вносить соответствуюгцие коррективы. При лабораторных определениях при помогци газов величины коэффициента проницаемости малопроницаемых пород необходимо прокачку газа через образцы производить при средних давлениях, превыгааю-гцих 2 ати.

§ 2*. О термодинамических процессах при движении газов в пористой среде

1. Установившееся движение газа в пласте как дроссельный

процесс

Прежде чем приступить к выводу уравнений движения газа в пористой среде, необходимо выяснить вопрос о том, какие термодинамические процессы происходят при фильтрации газов. С этой целью рассмотрим установившееся движение газа в призабойной зоне пласта, ограниченной поверхностью цилиндра, коаксиального скважине. Введем следующие допущения.

Каждый элемент пористого пласта и весь пласт в целом рассматриваются как термически изолированная система, т. е. принимается, что теплопередача от одного элемента к другому, а также от подстилающих и перекрывающих пористый пласт горизонтов отсутствует, не принимается также во внимание теплопередача от пористой породы к газу, обусловленная разностью температур между газом и пористой средой. Газ принимается совершенным.

Обозначим -Rk и -Rc - радиусы соответственно внешней границы призабойной зоны пласта и скважины, р - давление, 7 - удельный вес газа.