Основные сведения по теории фильтрации. Опорные слайды к лекции 2: «Основные сведения по теории фильтрации. » автор доцент Пахлян И.А. Цикл лекций по дисциплине: «Процессы, протекающие в призабойной зоне скважин» для направления «Нефтегазовое дело»

2 Введение Основная часть 1)Законы фильтрации жидкостей и газов Законы фильтрации жидкостей и газовЗаконы фильтрации жидкостей и газов 2) Движение жидкостей и газов в пластах Движение жидкостей и газов в пластахДвижение жидкостей и газов в пластах Заключение План лекции

3 Бурение нефтяных и газовых скважин неизбежно сопровождается различными физикохимическими процессами взаимодействия бурового раствора со слагающими стенки горной выработки породами. К этим процессам относится фильтрация, диффузия, теплообмен, капиллярная пропитка и др. Один из наиболее существенных процессов взаимодействия бурового раствора с окружающими скважину породами фильтрация, которая определяет опасность возникновения поглощений бурового раствора и нефтегазоводо- проявлений, глинизацию стенок скважины, кольматацию приствольной зоны продуктивных пластов, суффозию в фильтровой зоне скважины в процессе вызова притока и последующей эксплуатации, разуплотнение и набухание гли­нистых отложений и многие другие явления, существенно влияющие на качество буровых работ и безаварийные усло­вия проводки скважин. Для создания научно обоснованных приемов предотвращения ряда осложнений, достижения эф­фективных результатов при вскрытии и освоении пластов, реализации процессов бурения с минимальными противодавлениями на пласты необходимы количественные зависимости, описывающие движение жидкостей и газов в пластах, изучение которых составляет предмет теории фильтрации.диффузиятеплообменкапиллярная пропиткакольматациюсуффозию Лекция 2 Основные сведения по теории фильтрации. Введение Введение

4 В теории фильтрации движение жидкости или газа через пористую среду рассматривается не с точки зрения движения потоков по отдельным извилистым микроскопическим каналам, а распространяют расход жидкости или газа на всю поперечную площадь пористой среды. Эта фиктивная скорость называется скоростью фильтрации. Истинные скорости движения в отдельных каналах могут значительно превышать скорость фильтрации. В связи с этим все законы фильтрации, устанавливающие связь между скоростью фильтрации, градиентом давления и параметрами пористой среды и жидкости, носят статический характер. При изучении фильтрационного потока удобно отойти от размеров пор и их формы, допустив, что жидкость движется сплошной массой, заполняя весь объем пористой среды, включая пространство, занятое скелетом породы. В средине прошлого столетия в результате экспериментального изучения движения воды через песчаные фильтры был установлен основной закон фильтрации – закон Дарси (или линейный закон фильтрации). Этот закон является хронологически первым законом теории фильтрации. Его можно записать в виде:закон Дарси 1 Законы фильтрации жидкостей и газов. Q - объемный расход, F - площадь поперечного сечения образца или эффективная площадь рассматриваемого объема пористой среды, k - коэффициент проницаемости среды, - динамическая вязкость жидкости или газа, - перепад давления на длине среды. Лекция 2 Основные сведения по теории фильтрации.

Пористость - доля объема, приходящаяся на поры m=Vп/V – коэффициент пористости Vп – объем пор V – объем тела Проницаемость пористой среды – свойство пропускать через себя жидкость или газ под действием приложенного градиента давления, т.е. это проводимость пористой среды по отношению к жидкости или газу коэффициент проницаемости

6 При фильтрации газа При фильтрации жидкости h 2 Движение жидкостей и газов в пластах. Кривые распределения давления в плоскорадиальном потоке: 1 – для жидкости, 2 – для газа.

7 Таким образом, закон Дарси заключается в том, что скорость фильтрации пропорциональна градиенту давления. Закон Дарси имеет силу, если соблюдаются следующие условия: 1) мелкозернистая пористая среда или достаточно узкие поровые каналы; 2) малая скорость фильтрации при небольшом градиенте давления; 3) незначительные изменения скорости фильтрации или градиента давления. Эксперименты показали, что закон Дарси не является универсальным и нарушаются области малых и больших скоростей. Нарушение в области малых скоростей связано с молекулярным эффектом. Причины, вызывающие отклонение от закона Дарси при больших скоростях, являются до настоящего времени предметом дискуссии среди исследователей. 1 Законы фильтрации жидкостей и газов. 1 - баллон с газом (для жидкости - насос); 2 - вентиль; 3 - регулятор давления; 4 - входной манометр; 5 - модель (пористая среда); 6 - выходной манометр; 7 - расходомер. Техническая реализация закона Дарси

8 Рассмотрим несколько частных решений, представляющих интерес с позиций проводки нефтяных и газовых скважин и широко используемых в различных расчетах при бурении. Пусть при бурении скважины радиусом r с (рис. а) частично (рис. б) или полностью (рис. в) вскрыт проницаемый пласт кругового контура радиусом R K, имеющий непроницаемые кровлю, подошву и толщину h. В случае применимости закона Дарси для несжимаемой жидкости справедливы следующие формулы для расчета рас¬хода при стационарной фильтрации. При большой мощности пласта (см. рис. а) имеем формулу для расчета расхода на стенках скважины: 2 Движение жидкостей и газов в пластах. Схемы вскрытия проницаемого пласта скважиной

Расчетные формулы для определения расхода при фильтрации по закону Дарси 9 При большой мощности пласта, рис.а При незначительном заглублении, рис.б При полностью вскрытом пласте, рис.в Рк – пластовое давление в ПЗС (в контуре) Рс – давление в скважине Rк – радиус контура Обычно крайне трудно задаваться радиусом контура Rк. Обычно в сотни или тысячи раз больше h или r c

10 Лекция 2 Основные сведения по теории фильтрации. Заключение При общепринятой технологии вскрытия продуктивного пласта наступает ухудшение его коллекторских свойств в прискважинной зоне. В результате рассмот­рения результатов многочисленных теоретических и экспе­риментальных исследований, выполненных отечественными и зарубежными исследователями, механизм физико-химичес­ких процессов, происходящих в прискважинной зоне про­дуктивного пласта при его вскрытии, представляется следую­щим образом. В процессе вскрытия пласта-коллектора под влиянием пе­репада давления в системе скважина пласт буровой раствор и его фильтрат начинают проникать в породу. В результате этого, в прискважинной зоне продуктивного пласта форми­руются зоны с различными проницаемостями: глинистая корка, зоны проникновения дисперсной твердой фазы и зо­на проникновения фильтрата бурового раствора. Для выбора оптимальных вариантов вскрытия продуктив­ных пластов большой интерес представляет установление закономерностей формирования названных зон в коллекторах различных типов в зависимости от условий вскрытия, а так­же определение влияния той или иной зоны на проницае­мость прискважинной зоны продуктивного пласта.