Основые понятия и законы фильтрации нефти, газа и воды особенности движения флюидов в природных пластах

ОСНОВЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ФИЛЬТРАЦИИ НЕФТИ, ГАЗА И ВОДЫ
1. ОСОБЕННОСТИ ДВИЖЕНИЯ ФЛЮИДОВ В ПРИРОДНЫХ ПЛАСТАХ

Нефть и природные газы заключены в недрах Земли. Скопления их теснейшим образом связаны с вмещающими горными породами, а также со структурными и другими особенностями пластов. Горные породы, которые могут служить вместилищем нефти и газа и в то же время отдавать их при разработке, называются породами-коллекторами.

Природные жидкости (нефть, газ, подземные воды) находятся в основном в пустотах — порах и трещинах осадочных горных пород. Их движение происходит либо вследствие естественных процессов (миграция углеводородов), либо в результате деятельности человека, связанной с извлечением полезных ископаемых и эксплуатацией гидротехнических сооружений. Движение жидкостей, газов и их смесей через твердые тела (вообще говоря, деформируемые) по связанным между собой порам или трещинам называется фильтрацией. Теория фильтрации, являющаяся разделом механики сплошных сред, получила большое развитие в связи с потребностями гидротехники, гидромелиорации, гидрогеологии, горного дела, нефтегазодобычи, химической технологии и т. д. Теоретической основой разработки нефтегазоводоносных пластов является нефтегазовая подземная гидромеханика, изучающая фильтрацию нефти, газа и воды в пористых и (или) трещиноватых горных породах.
Движение флюидов в проницаемых толщах осадочных горных пород обусловливает особенности, существенно отличающие методы изучения нефтегазовой подземной гидромеханики не только от обычной гидродинамики (движение жидкостей в открытом пространстве), но и от способов исследования других процессов фильтрации (например, в химической технологии или гидротехнике). Поровое пространство осадочных горных пород — сложная нерегулярная система сообщающихся межзеренных пустот, в которой трудно выделить отдельные поровые каналы. Размеры пор в песчаных породах составляют обычно единицы или десятки микрометров (мкм). Еще сложнее поровое пространство карбонатных пород (известняков, доломитов), которое характеризуется более неоднородной системой первичных пор, а также наличием трещин, каналов и каверн, возникших после образования самой породы.
Строение нефтяных и газовых залежей осложняется значительной неоднородностью пород, слоистостью их строения, наличием тектонических нарушений (разрывов сплошности породы). Разведка месторождений, исследование пластов, извлечение нефти и газа осуществляются через отдельные скважины диаметром 100—200 мм, отстоящие друг от друга на сотни метров.
Теорию фильтрации нефти и газа в природных пластах характеризуют следующие особенности.
1. Невозможность изучать движение флюидов в пластах прямыми обычными методами гидродинамики, т. е. путем решения уравнений движения вязкой жидкости для области, представленной совокупностью всех пор.
2. Сочетание разных масштабов, определяемых различными характерными размерами, отличающимися на многие порядки: размером пор (единицы и десятки микрометров), диаметром скважин (десятки сантиметров), расстоянием между скважинами (сотни метров), протяженностью месторождений (десятки километров). Масштаб неоднородности пластов вдоль и поперек их простирания может иметь практически любые значения.
3. Ограниченность и неточность сведений о строении и свойствах пластов и пластовых флюидов, не позволяющие построить однозначную модель пластовой залежи.
Эти особенности приводят к формулировке основных модельных представлений и разработке методов подземной гидравлики, направленных прежде всего на установление качественных закономерностей процессов и на создание расчетных схем, мало чувствительных к точности исходных данных. При этом познавательная и практическая ценность получаемых результатов в значительной степени определяется четкостью постановки расчетной задачи и глубиной предварительного анализа имеющихся данных.