Подземная гидравлика

ОСНОВНЫЕ 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
ж е 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 (рис. 1.1). 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 сплршности 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.