Предмет курса. Курс лекций предназначен для студентов-геофизиков по специализации нефтегазовая разведочная геология и геофизика. Помимо углубленных знаний по структурной

ВВЕДЕНИЕ

Курс лекций предназначен для студентов-геофизиков по специализации нефтегазовая разведочная геология и геофизика. Помимо углубленных знаний по структурной геофизике и промыслово-геофизическим исследованиям на нефть и газ, студент должен получить элементы базовых знаний по нефтяной геологии, подсчету запасов углеводородного сырья, разработке нефтяных и газовых месторождений, а также их теоретической основе – подземной гидродинамике в объеме, позволяющем повышать свою квалификацию на основе дальнейшего самообразования. Полагается, что такие знания нужны геофизику, работающему в области нефтяной геологии, для решения неструктурных задач при разведке и разработке месторождений углеводородного сырья, например мониторингу при его добыче. Кроме того, они расширят возможности трудоустройства молодого специалиста и его адаптацию в организациях и компаниях, ведущих поиск, разработку и эксплуатацию нефтяных и газовых месторождений на территории Республики Саха (Якутии).

Курс лекций рассчитан на один семестр и предназначен для контингента, не имеющего соответствующей нефтегазовой подготовки. В лекции включены основные положения теории, касающиеся только однофазной установившейся фильтрации несжимаемого и сжимаемого флюида в однородных и неоднородных пластах. Изложение материала по возможности упрощено и снабжено необходимыми содержательнымми и математическими комментариями. Для достижения общего понимания проблем в изучаемой дисциплине курс дополнен лекциями о физических свойствах газа, нефти и воды в пластовых условиях, фильтрационно-емкостных характеристиках пористой среды иэнергетических свойствах нефтегазоносных пластов. Для закрепления теоретических знаний приведена подборка задач, охватывающая излагаемые разделы, решение которых предусматривается в рамках самостоятельной работы студента.

Лекция № 1

Нефть и природный газ заключены в недрах Земли. Природные флюиды (нефть, газ и подземные воды) находятся в основном в пустотах – порах, кавернах и трещинах осадочных горных пород. Их движение происходит или 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 деформируемую горную среду по связанным между собой порам и трещинам называется фильтрацией. Теория фильтрации, являющаяся разделом механики сплошных сред, получила широкое развитие в связи с потребностями гидротехники, гидромелиорации, гидрогеологии, горного дела, нефтегазодобычи и т.д.

Подземная гидравлика – наука о движении жидкостей газов и их смесей в пористой и трещиноватой горной среде. Она охватывает ту область гидромеханики, в которой рассматривается особый вид движения флюидов -их фильтрацию. Фильтрация имеет свои специфические особенности и является теоретической основой разработки нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений, т.к. описывает законы, по которым происходит движение нефти и газа к скважинам.

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. Н.Н. Павловскому принадлежит определяющая роль в развитии теории фильтрации в гидротехническом направлении, введении критерия Рейнольдса в подземную гидродинамику

Основы развития нефтегазовой подземной гидромеханики и теории фильтрации в СССР были заложены академиком Л.С. Лейбензоном. Ему принадлежит приоритет в постановке и решении ряда задач подземной гидрогазомеханики. Им проведены первые исследования по проблеме вытеснения газированной жидкости и созданы основы фильтрации природных газов.

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. Щелкачев. Написанные ими монографии и учебники стали классическими, основополагающими. Они имеют большое научно-методическое значение.

В послевоенный период теория фильтрации нефти, газа и воды развивается трудами советских ученых, работы которых обеспе­чили успешное развитие подземной гидрогазомеханики, явившейся теоретической основой теории и практики разработки нефтяных и газовых месторождений, что обеспечило ускоренное развитие нефтегазодобывающей промышленности в нашей стране.

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, заложенные С. Баклеем и М. Левереттом. В области теории упругого режима и фильтрации неоднородных жидкостей получили известность труды М. Маскета. Большое значение имеет фундаментальная работа Р. Коллинза, посвященная течению жидкостей через пористые материалы.

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-статистичес-кие и другие методы. Огромное значение для развития исследований имеет ши­рокое использование возможностей современной вычислительной техники. В настоящее время получает интенсивное развитие новый раздел нефтегазовой подземной гидромеханики - вычислительная подземная гидрогазомеханика.

Раздел 1. Свойства и характеристики горной среды и флюидов в

Дата добавления: 2014-01-15