Подземная гидравлика

ПОДЗЕМНАЯ
ГИДРАВЛИКА

4	шиш	I
(	ВЫСШЕЕ аРАЗОВАН!	Г

П

I
ОДЗЕМНАЯ ГИДРАВЛИКА
Допущено
Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве'учебника
для студентов вузов, обучающихся по специальности «Технология и комплексная механизация разработки нефтяных и газовых месторождений»





МОСКВА ’’НЕДРА” 1986

Подземная гидравлика: Учебник для вузов/К- С. Басниев, А. М. Власов, И. Н. Кочина, В. М. Максимов. —М.: Недра,' 1986,303 с.
Приведена гидродинамическая теория однофазной и многофазной филь­трации жидкостей и газов в однородных и неоднородных пористых и трещи­новатых средах. Рассмотрены стационарная и нестационарная фильтрация и методы расчета интерференции совершенных и несовершенных скважин. Впервые изложены теория фильтрации неньютоновских жидкостей, термо­динамика фильтрационного потока, теория «укрупненной» газовой скважины. Даны методы моделирования технологических процессов, связанных с по­вышением нефте- и газоотдачи пластов, и примеры решения задач фильтра­ции с использованием электронно-вычислительных машин.
Для студентов нефтяных вузов и факультетов, обучающихся по спе­циальности «Технология и комплексная механизация разработки нефтяных и газовых месторождений».
Табл. 6, ил. 126, список лит.— 23 назв.
Авторы: К• С. Басниев, А. М. Власов, И. Н. Кочина, В. М. Мак­симов
Рецензенты: кафедра гидравлики Ухтинского индустриаль­ного института, В. М. Ентов, д-р техн. наук (Институт проблем механики АН СССР)
j] 2504030300—325 ₃₃Q_₈g © Издательство «Недра», 1986
¹¹ 043(01)—86 “
Подземная гидравлика — наука о движении жидкостей, газов и их смесей в пористых и трещиноватых горных породах. Она является той областью гидромеханики, в которой рассматривается не дви­жение жидкостей и газов вообще, а особый вид их движения — фильтрация, которая имеет свои специфические особенности. Она является теоретической основой разработки нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений.
Начало развитию подземной гидравлики было положено фран­цузским инженером А. Дарси, который в 1856 г. сформулировал и опубликовал обнаруженный им экспериментально закон, в со­ответствии с которым скорость фильтрации прямо пропорциональна градиенту давления.
Значительный вклад в развитие подземной гидравлики сделан Ч. Слихтером, рассмотревшим модели идеального и фиктивного грунта и показавшим, что пористость и просветность фиктивного грунта зависят не от диаметра частиц, а лишь от плотности их укладки.
В конце XIX в. Н. Е. Жуковский опубликовал работу «Теоре­тическое исследование о движении подпочвенных вод». Им впервые выведены дифференциальные уравнения фильтрации, показано, что напор как функция координат удовлетворяет уравнению Лап­ласа, указано на математическую аналогию теплопроводности и фильтрации.
Н. Н. Павловскому принадлежит определяющая роль в разви­тии теории фильтрации в гидротехническом направлении, введе­нии критерия Рейнольдса в подземную гидродинамику.
Существенный вклад в развитие теории фильтрации грунтовых вод внесла академик П. Я. Полубаринова-Кочина.
В начале 20-х годов XX в. начала развиваться нефтегазовая подземная гидромеханика. Основателем этого направления в тео­рии фильтрации в СССР стал академик Л. С. Лейбензон. Ему принад­лежит приоритет в постановке и решении ряда задач подземной гид- рогазомеханики. Им проведены первые исследования по проблеме вытеснения газированной жидкости, созданы основы теории филь­трации природных газов. В 1934 г. он опубликовал первую в ми­ровой литературе обширную монографию «Нефтепромысловая ме­ханика», в которой систематически изложены основы подземной гидравлики.
Дальнейшее развитие нефтегазовой подземной гидромеханики в СССР связано с именами многочисленных учеников академика Л. С. Лейбензона. Выдающийся вклад в развитие теории филь­трации в нефтегазоводоносных пластах внесли академик С. А. Христианович, профессора Б. Б. Лапук, И. А. Чарный, В. Н. Щел-

качев. Написанные ими монографии и учебники стали классиче­скими, основополагающими. Они имеют большое научно-методи­ческое значение. Следует отметить также учебные пособия по неф­тяной подземной гидравлике А. М. Пирвердяна и Г.Б. Пыхачева.
В послевоенный период теория фильтрации нефти, газа и воды развивается трудами советских ученых, среди которых следует отметить работы М. Т. Абасова, И. М. Аметова, Г. И. Баренблатта, Ю. П. Борисова, С. Н. Бузинова, Г. Г. Вахитова, М. М. Глогов- ского, Г. Л. Говоровой, А. Т. Горбунова, М. А. Гусейн-Заде, В. Л. Данилова, Ю. В. Желтова, Ю. П. Желтова, С. Н. Закирова, Г. А. Зотова, В. М. Ентова, Р. Г. Исаева, Ю. П. Коротаева, Е. М. Минского, А. К- Курбанова, Ю. М. Молоковича, А. X. Мирза- джанзаде, Н. Н. Непримерова, В. Н. Николаевского, А. М. Пир­вердяна, Г. Б. Пыхачева, Г. В. Рассохина, М. Д. Розенберга, Э. В. Соколовского, М. Л. Сургучева, М. М. Саттарова, Ф. А. Тре- бина, Э. Б. Чекалюка, М. В. Филинова, М. И. Швидлера, И. Д. Ум- рихина, А. Л. Хейна. Работы этих ученых и их учеников обеспе­чили успешное развитие подземной гидрогазомеханики, явившейся теоретической основой теории и практики разработки нефтяных и газовых месторождений, что обеспечило ускоренное развитие неф­тегазодобывающей промышленности нашей страны.
За рубежом также ведутся широкие исследования в области нефтегазовой подземной гидрогазомеханики. Стали классическими экспериментальные исследования, проведенные в США еще в 30-е годы Р. Виковым и Г. Ботсетом по изучению фазовых проницае­мостей. Существенное значение имеют основы теории двухфазной фильтрации, предложенные С. Баклеем и М. Левереттом. В области теории упругого режима и фильтрации неоднородных жидкостей известны труды М. Маскета. Значительное влияние на развитие теории фильтрации оказала работа А. Ван Эвердингена и У. Херста
о притоке упругой жидкости к скважине. Большое значение имеет фундаментальная работа Р. Коллинза, посвященная течению жид­костей через пористые материалы. Монографии по подземной гид- рогазомеханике изданы во Франции А. Упёром, в Канаде — А. Э. Шейдеггером, X. Азизом и Э. Сеттари, в СРР — Н. Кристеа.
В последнее десятилетие нефтегазовая подземная гидрогазоме­ханика получает дальнейшее развитие под влиянием новых акту­альных задач, выдвигаемых практикой разработки нефтяных и га­зовых месторождений, усложнением горно-геологических и термо­барических условий их залегания и эксплуатации.
В связи с этим интенсивно развиваются:
теория многофазной многокомпонентной фильтрации флюидов в деформируемых неоднородных пластах;
физико-химическая гидродинамика и гидродинамика новых ме­тодов извлечения нефти и газа из недр;
подземная гидродинамика неньютоновских жидкостей; подземная гидротермодинамика и некоторые другие специаль­ные разделы теории фильтрации нефти и газа.
Для гидродинамического исследования этих вопросов приме­няют широко развитый аппарат математической физики, а также вероятностно-статистические и другие методы.
Огромное значение для развития этих исследований имеет ши­рокое использование возможностей современной вычислительной техники. В настоящее время получает интенсивное развитие новый раздел нефтегазовой подземной гидромеханики — вычислительная подземная гидрогазомеханика. Некоторые из этих новых вопросов нашли отражение в предлагаемом вниманию учебнике, написанном преподавателями кафедры нефтегазовой и подземной гидромеха­ники МИНГ им. И. М. Губкина.
При написании книги авторы исходили из следующих трех ос­новных концепций.

1. 
   Современное состояние и перспективы дальнейшего разви­тия нефтяной и газовой промышленности характеризуются пере­ходом на интенсивные методы разработки месторождений, услож­нением горно-геологических условий их эксплуатации и в связи с этим многообразием гидродинамических, термических и физико­химических методов воздействия на природные резервуары и на­сыщающие их флюиды в целях повышения степени извлечения угле­водородов из недр. Все это требует от инженера-разработчика глу­боких знаний в области подземной гидравлики.
   
2. 
   В свете сказанного в студенческом курсе подземной гид­равлики должны быть представлены не только фундаментальные основы дисциплины, но и современные научные разработки. Поэ­тому в учебник включены разделы, которые до настоящего времени в курсе не читались и в учебных пособиях не излагались (физико­химическая подземная гидравлика, фильтрация неньютоновских жидкостей и т. д.).
   
3. 
   Практика показывает, что проектирование разработки неф­тяных и газовых месторождений в настоящее время не может обой­тись без существенного использования электронно-вычислительной техники. Видно, что применение ЭВМ будет в дальнейшем расши­ряться. Поэтому в курсе показано, как доводятся до расчетов на ЭВМ решения основных задач нефтегазовой подземной гидроме­ханики.
   

В заключение авторы выражают благодарность тем, кто помо­гал им в создании этого учебника. Большую помощь при написа­нии гл. 10 оказал канд. техн. наук П. Г. Бедриковецкий, а гл. 13 — канд. физ.-мат. наук Г. П. Цыбульский. Авторы выражают искрен­нюю благодарность проф. Г. И. Баренблатту и проф. А. К. Курба­нову, просмотревшим некоторые разделы учебника и сделавшим ценные замечания по улучшению их содержания. Авторы благо­дарны Н. А. Поповой, 3. А. Сухотиной, Н. А. Таировой, А. Я. Тре- биной за большую помощь, оказанную при подготовке рукописи книги.

Глава 1