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

§ 6. ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В НЕОДНОРОДНЫХ И ТРЕЩИНОВАТЫХ ПЛАСТАХ

Неоднородность реальных пластов весьма разнообразна. Вместе с тем из всех форм неоднородности, пожалуй, можно выделить, как наиболее характерные, две формы - слоистость и трещиноватость. В свою очередь слоистые пласты могут быть представлены либо сообщающимися между собой прослоями, либо практически совершенно несообщающимися. Гидродинамические модели пластов с несообщающимися прослоями в настоящее время широко используются при расчетах процессов вытеснения нефти водой. Использование этих моделей при проектировании и анализе разработки нефтяных месторождений изложено в известном руководстве по разработке нефтяных месторождений А. П. Крылова и др. [94]. В моделях, развитых в работах Ю. П. Борисова [23], М. М. Саттарова [101],

Б. Т. Баишева [10] и др., пласт принимается состоящим из большого числа не сообщающихся между собой пропласт-ков, фильтрационные свойства которых подчиняются статистическому распределению в соответствии с законами Гаусса, Максвелла и др.

М. И. Швидлером [121] предложены общие статистические модели для описания процессов разработки реальных пластов.

Гидродинамические модели пластов, состоящих из сообщающихся друг рассматривались А. Н. Мятиевым [81], 93], М. А. Гусейн-Заде [37] и др.

У Л

W/УУУУ/УУ/У/УУУЛ

Рис. 55. Распределение скорости вязкой жидкости в щели

с другом пропластков, П. Я. Полубариновой-Кочиной

Использование численных методов при решении задач разработки неоднородных пластов изложено в работе Г. Г. Вахитова [26]. Процессы вытеснения моделей нефти водой из моделей слоистых пластов изучались экспериментально В. Г. Оганджанянцем [86].

Следует отметить, что механизм многих внутрипластовых процессов, происходящих в сообщающихся друг с другом слоистых пластах, сходен с механизмом аналогичных процессов, происходящих в порово-трещиноватых коллекторах.

Трещиноватость является одним из очень распространенных свойств нефтяных и газовых пластов. Горные породы, в частности коллекторы нефти и газа, в течение геологических времен испытывали различного рода деформации и физико-химические превращения. Многие горные породы не обладают достаточной текучестью, которая при деформации пород вызывала бы релаксацию напряжений. Поэтому напряжения, которые возникали в породах при движениях земной коры или при физико-химических превращениях пород, превышали пределы прочности пород и вызывали появление трещин. В настоящее время имеются многочисленные прямые и косвенные

данные о наличии трещин в нефтяных, газовых и угольных пластах.

Движение жидкостей и газов, и в особенности многофазных веществ, в трещиноватых пластах обладает целым рядом особенностей. Рассмотрение этих особенностей начнем с примера движения однородной жидкости в трещиноватом и трещиновато-пористом пласте, т. е. в таком пласте, который состоит из пористого материала, разбитого равномерно или хаотично системой трещин.

Однако прежде чем перейти к рассмотрению движения жидкости в этих пластах, уделим внимание вопросу движения вязкой жидкости в щели. Закон движения вязкой жидкости в прямолинейной щели с параллельными стенками (рис. 55) получается из решения уравнений движения вязкой жидкости (уравнений Навье - Стокса) и имеет вид:

где V - вектор осредненной по ширине щели скорости движения жидкости; W - ширина трещины; р - вязкость нефти; dpidx - градиент давления.

Имеются экспериментальные данные [67], показывающие, что зависимость между скоростью и градиентом давления (6.1) выполняется до определенных значений числа Рейнольдса:

Ане-------

{я - расход жидкости в щели, приходящийся на единицу ее ширины, измеряемой в направлении, перпендикулярном плоскости рис. 55). При значениях Nrb, примерно больших 500, закон движения (6.1) перестает быть справедливым, так как движение в щели становится турбулентным.

Известны также экспериментальные данные [98], согласно которым закон (6.1) при ламинарном течении выполняется для очень узких щелей, шириной в несколько микрон.

Сравнивая формулу (6.1) с законом Дарси, можно получить выражение для «проницаемости» единичной трещины к - w4i1. Эта проницаемость очень велика. Так, например, при w = 10" см к 10" см = 10 Д. Однако такую проницаемость имеют лишь отдельно взятые трещины. Практически же таких трещин в породе немного, и поэтому суммарная проницаемость трещиноватой породы может оказаться не такой большой. Так, например,если на один квадратный метр фильтрующей поверхности пласта приходится одна трещина шириной ш = 10" см, а проницаемость самой породы равна нулю, то эффективная проницаемость такой породы будет равна всего 0,1 мД.

Следовательно, рассматривая трещиноватую породу как фильтрующую среду, нужно определить проницаемость трещиноватой породы в целом.

Прежде чем это сделать, введем понятия густоты и средней ширины трещин. Под густотой трещин Гт будем понимать отношение полной длины Д2/; всех трещин, находящихся в данном сечении трещиноватой породы, к удвоенной площади сечения AS. Таким образом,

- (6.2)

Если сетка трещин квадратная (рис. 56), то Гт = 1/Л Отсюда определяется и «средняя длина трещины» 1, равная также «среднему

размеру блока породы». Имеем

I L

(6.3)

Рис. 56. Трещиноватая среда:

1 - трещины; 2 - блоки породы

ЦИИ жидкости в среде формулу [50]:

Средняя физическая ширина трещин = AIiwJAn - ширина г-й трещины, Дп - число трещин в сечении AS). Среднюю гидравлическую ширину трещин определяют, исходя из гидравлического параметра - проводимости системы трещин.

Основываясь на представлении о квадратной сетке трещин (можно, конечно, использовать и другие геометрические представления), получаем для осредненной по сечению AS (см. рис. 56) скорости фильтра-с чисто трещинной пористостью следующую

Ад wAli цзр У=-г =--,о..лс gradjo =--5-

12ц Д5

Д8-»-0

•grad р.

(6.4)

Выражение (6.4) можно считать законом движения (фильтрации) жидкости в среде с чисто трещинной пористостью и проницаемостью.

Ширина трещин в трещиноватых породах может существенно зависеть от давления жидкости, действующего на поверхность трещины. Поэтому трещиноватый пласт вообще следует считать деформируемой средой. Развитию теории фильтрации жидкостей и газов в деформируемых коллекторах посвящены работы А. Вана, К. С. Басниева, В. Н. Николаевского [И], А.Т.Горбунова и В. Н. Николаевского [34] и др. В работах [4, 34] широко используется экспоненциальная зависимость пористости и проницаемости пород от давления. Однако в первом приближении для описания деформации трещиноватых пород можно использовать следующую зависимость:

w = wo[i-{p - p)], (6.5)