ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.11.2023
Просмотров: 297
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
3. Дисциплина «Подземная гидромеханика»
-
Основные физические представления разработки месторождений нефти и газа. Горное и пластовое давление. Режимы работы залежи.
Разработка нефтяного или газового месторождения — это комплекс мероприятий, направленных на обеспечение притока нефти и газа из залежи к забою скважин, предусматривающих с этой целью определенный порядок размещения скважин на площади, очередность их бурения и ввода в эксплуатацию, установление и поддержание определенного режима их работы. Всякая нефтяная и газовая залежь, обладает потенциальной энергией, которая в процессе разработки залежи переходит в кинетическую, и расходуется на вытеснение нефти и газа из пласта. Горное давление обусловлено весом горных пород с насыщающими их флюидами в интервале от земной поверхности до точки измерения. Пластовое давление - это давление, под которым находятся жидкости и газы, заполняющие поровое пространство пород-коллекторов. Пластовое давление определяет силу, движущую флюиды в природных резервуарах и является важным параметром, характеризующим энергетический потенциал залежей нефти и газа в недрах, а также определяет их фазовое состояние и состав. Водонапорный режим.Фильтрация нефти происходит под действием давления краевых или законтурных вод, имеющих регулярное питание (пополнение) с поверхности за счет талых или дождевых вод или за счет непрерывной закачки воды через систему нагнетательных скважин.Газонапорный режим –движение нефти в пласте происходит за счет напора расширяющегося газа, сосредоточенного в сводовой части залежи (газовой шапки)
Режим растворенного газа.При эксплуатации залежей в режиме растворенного газа, когда пластовое давление становится меньше давления насыщения, то происходит выделение пузырьков газа из нефти, которые распределяются равномерно по всему поровому пространству, и расширяясь вытесняют нефть из пласта. Упругий режим– за счет упругого расширения горных пород и находящихся в них жидкостей. При снижении давления объем пластовой жидкости увеличивается, а объем порового пространства уменьшается за счет расширения скелета породы- коллектора. Все это обуславливает вытеснение жидкости из пласта в скважину.Гравитационный режим-нефть движется по пласту к забоям скважин под действием силы тяжести. Этот режим проявляется в том случае, когда в пласте давление снизилось до атмосферного, а в нефти не содержится растворенный газ. В этом случае нефть стекает в скважины только под действием гравитационной силы (силы тяжести). Смешанный режим – режим работы залежи, когда при ее эксплуатации заметно одновременное действие двух или нескольких различных источников энергии.
-
Скорость фильтрации (определение). Понятие градиента давления. Линейный закон фильтрации Дарси для несжимаемой жидкости. Коэффициент проницаемости. Размерности.
Под скоростью фильтрации понимают расход жидкости, т. е. объем жидкости, протекающей в единицу времени через единицу площади, выделенную в пористой среде.Градиент давления - перепад давления на единицу длины пути, необходимой для преодоления сопротивлении при движении нефти через пористую среду. Закон фильтрации Дарси устанавливает линейную зависимость между объемным расходом несжимаемой жидкости и потерей напора, приходящейся на единицу длины, и имеет вид:
где Н 1и Н 2 – полные напоры в начальном и конечном сечениях образца пористой среды (скоростные напоры отброшены вследствие их малости); l – длина образца; ω – площадь поперечного сечения; kф – коэффициент фильтрации, зависящий как от свойств пористой среды, так и от свойств фильтрующейся жидкости.Способность пористой среды пропускать сквозь себя жидкости и газы называется проницаемостью. Это свойство характеризуется коэффициентом проницаемости k. В отличие от коэффициента фильтрации kф коэффициент проницаемости k зависит только от свойств пористой среды. Учитывая коэффициент проницаемости, закон Дарси примет вид:
или, поделив на ω, получаем скорость фильтрации:
Коэффициенты проницаемости и фильтрации связаны соотношением:
Коэффициент проницаемости имеет размерность площади (м 2 ), а коэффициент фильтрации – размерность скорости (м/с). На практике проницаемость нефтяных и газовых пластов измеряется единицами, называемые дарси (Д). За единицу проницаемости 1 Д принимают проницаемость такой пористой среды, при фильтрации через образец которой площадь 1 см2 , длиной 1 см при перепаде давления в 1 кгс/см2 (98000 Па) расход жидкости вязкостью 1 сП (1 мПа·с) составляет 1 см3 /с. Величина равная 0,001 Д, называется миллидарси (мД).
-
Причины, вызывающие нарушение линейного закона Дарси при больших и малых скоростях фильтрации.
При малых и больших скоростях фильтрации закон Дарси не выполняется. Нарушение закона Дарси при малых скоростях обычно связано с неньютоновскими свойствами нефти.
При больших скоростях начинают проявляться инерционные силы, которые возникают при движении жидкости по извилистому пористому каналу. Проведем аналогию с трубной гидравликой. Потери давления пропорциональны скорости, как при ламинарном режиме движения жидкости в трубе, так и при фильтрации жидкости по закону Дарси. Потери давления пропорциональны квадрату скорости, как при сильно развитом турбулентном режиме движения жидкости в трубе, так и при больших скоростях фильтрации (закон Дарси не выполняется). В трубной гидравлике режим движения определяется по числу Рейнольдса:
Рейнольдса:
 , |
где V - средняя скорость в трубе;
D - диаметр трубы.
Если число Рейнольдса меньше критического Reкр = 2320, то режим движения ламинарный, а если больше, то турбулентный.
В нефтяных скважинах нарушение закона Дарси происходит достаточно редко. Большинство газовых скважин работают при нарушении закона Дарси.
При малых скоростях также происходит нарушение закона Дарси. Это связано или с большой площадью соприкосновения породы и жидкости (в низкопроницаемых коллекторах) или с наличием в нефти смол, парафинов и т.д
-
Число Рейнольдса. Его смысл и использование при нарушении линейного закона фильтрации. Уравнение Форшгеймера.
Физический смысл – число Рейнольдса Re характеризует смену режимов течения от ламинарного к турбулентному. смена режимов движения жидкости определяется отношением сил инерции к силам вязкости в потоке жидкости. Если преобладают первые, то режим движения турбулентный, если вторые – ламинарный. 20) значение числа Re оказывается меньше нижнего критического значения Reкр , то закон Дарси справедлив, если Re больше верхнего значения Reкр , то закон Дарси заведомо нарушен. Скорость фильтрации, при которой нарушается закон Дарси, называется критической скоростью фильтрации (Wкр ). Однако, нарушение линейного закона фильтрации еще не означает перехода от ламинарного движения к 14 турбулентному. Закон Дарси нарушается вследствие того, что силы инерции, возникающие в жидкости за счет извилистости каналов и
изменения площади их поперечных сечений, становятся при соизмеримыми с силами трения.
формула Форхгеймера представляет собой один из возможных вариантов представления нелинейного закона фильтрации. Широкое распространение получила эмпирическая зависимость, обобщающая нелинейные законы фильтрации, называемая двухчленной формулой Форхгеймера:
-
Формула Дюпюи. Допущения при ее выводе. Коэффициент продуктивности (приемистости) скважины. Понятие фильтрационного сопротивления.
Дебит скважины определяется формулой Дюпюи .
это формула установившегося плоско-радиального притока несжимаемой жидкости в гидродинамически совершенную скважину, по которой определяется значение объёмного расхода (Qо) нефти (жидкости). Здесь k – коэффициент фазовой проницаемости, h – толщина, вскрытой нефтенасыщенной части пласта, Δp=Pпл –Pз– депрессия на забое скважины, µ – динамическая вязкость. Прелесть формулы Дюпюи заключается в следующем: при заданной депрессии дебит скважины определяется параметрами пласта и свойствами фильтруемой жидкости. При больших проницаемостях получаем больший дебит. Чем больше нефтенасыщенная толщина, тем больше дебит. Чем больше вязкость нефти, тем меньше дебит. То есть, для однородного коллектора (пласта, прослоя) можно с достаточной точностью спрогнозировать добываемую продукцию. Как происходит приток с учетом допущений:1.Закон Дарси (скорость фильтрации)
2.Пласт однороден
3.Процесс установившийся-изотермический
4Отсутствуют фазовые превращения (P>Pнач), ( не выпадают отложения парафинов, не выделяется свободный газ и тд.)
Продуктивность — это коэффициент, характеризующий возможности пласта по флюидоотдаче. По определению коэффициент продуктивности — это отношение дебита скважины к депрессии.
Фильтрационное сопротивления - учитывающий потери давления на трение (сопротивление движению флюидов в породе-коллекторе, являющееся величиной, обратной гидропроводности пласта)
-
Индикаторные диаграммы для жидкости и газа, их построение и применение.
Индикаторная диаграмма скважины - построенный по данным исследования скважины методом установившихся отборов график зависимости дебита (приемистости) скважины (ось абсцисс) от забойного давления или от перепада между пластовым и забойным давлениями (ось ординат). Его использование позволяет определять продуктивность скважины, установить оптимальную норму отбора жидкости (газа) или закачки рабочего агента по скважине, судить об изменении проницаемости в призабойной зоне скважины (В.Н. Васильевский, А.Н. Петров, 1973). На различных режимах работы скважин измеряются дебиты и забойные давления. Полученные данные используют для построения индикаторной диаграммы, которая может иметь различную форму: прямая линия,
выпуклая к оси дебитов, выпуклая к оси давлений, S-образная. При линейном законе фильтрации однородной жидкости в пористом пласте индикаторная диаграмма будет изображена прямой линией, по которой определяют коэффициент продуктивности. По газовым скважинам индикаторные диаграммы строят в виде графической зависимости дебита от разности квадратов пластового и забойного давлений или в других видах. Или: диаграмма, отражающая по скважине зависимость между дебитом и перепадом давления, основное назначение которой состоит в том, чтобы по данным небольшого числа исследований предсказать добычные возможности скважины при изменении перепада давлений и, кроме того, с помощью дополнительных данных в некоторых случаях оценивать такие фильтрационные характеристики пласта, как его гидропроводность и проницаемость.
-
Распределение давления в пласте при установившемся течении жидкости к скважине в плоскорадиальном случае. (Воронка депрессии). Понятие изобары.
Приток жидкости в скважины происходит под действием разницы между пластовым давлением и давлением на забое скважины. При постоянной толщине пласта и открытом забое скважины жидкость движется к забою по радиально-сходящимся направлениям. В таком случае говорят о плоскорадиальной форме потока.
Если скважина достаточно продолжительно работает при постоянном забойном давлении, то скорость фильтрации и давление во всех точках пласта перестает изменяться во времени и поток является установившемся.
Вблизи ствола гидродинамический несовершенной скважины происходит искажение плоскорадиальной формы потока и возникают дополнительные фильтрационные сопротивления потоку жидкости.
При расчете дебита скважин их гидродинамическое несовершенство учитывается введением в формулу Дюпюи коэффициента дополнительных фильтрационных сопротивлений С.
Давление от пластового на контуре питания до давления на забое скважины изменяется по логарифмическому закону. Вокруг забоя скважины образуется воронка депрессии (Воронка изменения давления) В процессе эксплуатации для рационального использования энергии пласта необходим постоянный контроль распределения пластового давления в залежи.
Осуществляется это путем систематических замеров забойных и пластовых давлений и построением карт изобар.