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

одновременно рассматривать процессы в областях, характерные размеры которых различаются на порядки: размер пор (единицы и десятки микрометров), диаметр скважин (десятки сантиметров), толщины пластов (единицы и десятки метров), расстояния между скважинами (сотни метров), протяженность месторождений (до десятков и даже сотен километров). Кроме того, неоднородность пластов (по толщине и площади) имеет характерные размеры практически любого масштаба.

Сведения о пласте при всем их разнообразии всегда ограничены. Они складываются из геологической и геофизической информации: данных исследования образцов породы и гидродинамических исследований скважин, результатов анализа отобранных из скважин проб нефти, газа и пластовой воды; и, наконец, из истории разработки, т. е. совокупности данных по динамике изменения давлений, отбора или закачки нефти и воды по отдельным скважинам и в целом по объекту. Даже если имеется весь перечисленный объем информации, что бывает далеко не всегда, ее недостаточно для однозначного построения модели пласта. Это ясно хотя бы из того, что любая модель строится на интерполяции по пласту данных, полученных на основе единичных скважинных измерений, и обычно нет веских оснований считать это адекватным представлением того, что на самом деле происходит в пласте. В этих условиях основная задача исследования заключается в установлении качественных закономерностей, устойчивых тенденций, а также количественных соотношений, устойчивых к вариации исходных данных. Целью расчета оказывается не столько точное определение всех характеристик процесса, сколько расширение той совокупности сведений, которые учитываются при выборе, например, системы разработки месторождения или метода воздействия на пласт. Последующее поведение пласта позволяет внести

коррективы и уточнить при-

РИС. 1. Шлиф нефтяного песчаника

пятую модель.

Все это сближает подземную гидродинамику с теоретической физикой. Решающую роль играет постановка задачи и такой анализ результатов ее решения, который позволяет сделать некоторые общие, скорее, качественные, заключения. Напротив, увеличение точности качественно ясных результатов оказывается зачастую ненужным.

Такое положение дел существовало всегда, и появление и широкое распространение вычислительных

РИС. 2. Схема залежи нефтн и газа:

1 - глины; 2 - глн-истые песчаники; .?- плотные прослои; 4 - пески, оесчаннкн

Скважины

машин лишь усугубило его. С помощью машинной математики многие технические трудности были преодолены, в результате чего возможности гидродинамических расчетов неизмеримо выросли. Однако познавательная ценность извлекаемых результатов еще более чем в домашинную эру определяется адекватностью модели, четкостью постановки задачи расчета и глубиной предварительного анализа имеющихся данных.

§ 2. Пористые среды

Движение жидкостей, газов и их смесей в пористых средах составляет предмет изучения особого раздела гидродинамики - подземной гидродинамики (теории фильтрации).

Сложный и нерегулярный характер структуры порового пространства не позволяет изучать движение жидкости и газов в нем обычными методами гидродинамики, т. е. путем решения уравнений движения вязкой жидкости для области, представляющей собой совокупность всех пор. Действительно, простая оценка показывает, что если бы мы хотели построить такое решение, то оказалось бы невозможным записать граничные условия даже для небольшого месторождения. Однако в такой записи и таком решении нет необходимости: с увеличением числа отдельных микродвижений, составляющих макроскопическое фильтрационное движение, начинают проявляться суммарные статистические закономерности, характерные для движения в целом и несправедливые для одного или нескольких поровых каналов. Это характерно для систем с большим числом однородных элементов, слабо связанных между

собой. Такие системы могут быть описаны как некоторые сплошные среды, свойства которых не выражаются непосредственно через свойства составляющих элементов, а являются осредненными характеристиками достаточно больших объемов среды.

Так, в гидродинамике не изучается движение отдельных молекул, а вводятся некоторые осредненные динамические характеристики жидкости как сплошной среды и рассматриваются только объемы жидкости, размеры которых достаточно велики по сравнению с межмолекулярными расстояниями, чтобы в любом элементе содержалось достаточно большое число молекул и было бы возможно использование осредненных характеристик

Аналогично этому теория фильтрации строится на представлении о том, что пористая среда и заполняющая ее жидкость образуют сплошную среду. Это означает, что элементы системы жидкость - пористая среда, которые считаются физически бесконечно малыми, все же достаточно велики по сравнению с размерами пор и зерен пористой среды; только для объема, в котором заключено большое число пор и зерен, достаточно представительны вводимые осредненные характеристики. В применении к меньшим объемам выводы теории фильтрации теряют силу.

С точки зрения теории фильтрации значение твердого скелета пористой среды прежде всего геометрическое, он ограничивает ту область пространства, в которой движется жидкость. Лишь в более специальных случаях, о которых будет сказано ниже, приходится рассматривать силовое взаимодействие между скелетом и прилежащими к нему слоями жидкости. Поэтому свойства пористой среды в теории фильтрации описываются некоторым набором геометрических средних характеристик.

Важнейшая характеристика элемента пористой среды - ее пористость т, равная отношению объема Уп, занятого в выделенном эле-менте порами, к общему объему элемента V:

m = VJV. (1.1)

Соотношением (1.1) определяется средняя пористость данного элемента. Выбрав некоторую точку пористой среды, окружая ее элементами все меньшего объема, можно найти локальную пористость как предельное значение при стягивании объема. Существенно, что это - «промежуточный» предельный переход: при «стягивании» размеры элемента должны оставаться большими по сравнению с микромасштабом пористой среды (размером пор или зерен). Ситуация здесь вполне аналогична положению в других разделах механики сплошной среды; так, прн определении локальной плотности газа размер объема всегда выбирается большим п-о сравнению с длиной свободного пробега.

Как известно из теории вероятностей, чем больше число одинаково распределенных случайных величин, образующих некоторую совокупность, тем меньше вероятность отклонения среднего по совокупности значения параметра для даииой реализации от наиболее вероятного значения. Тем самым указанные ниже требования делают интегральные характеристики движения достаточно устойчивыми.