Роль физики пласта в процессе разработки месторождений нефти и газа (стр. 4 )

Для оценки проницаемости горных пород обычно пользуются линейным законом фильтрации Дарси. Дарси в 1856 году, изучая течение воды через песчаный фильтр (рис. 1.6.), установил зависимость скорости фильтрации жидкости от градиента давления.

Согласно уравнению Дарси, скорость фильтрации воды в пористой среде пропорционально градиенту давления:

где Q – объемная скорость воды;

V – линейная скорость воды;

F – площадь сечения, F=;

L – длина фильтра;

k – коэффициент пропорциональности.

Нефть – неидеальная система (компоненты нефти взаимодействуют между собой), поэтому линейный закон фильтрации для нефти, содержит вязкость, учитывающую взаимодействие компонентов внутри нефтяной системы:

где м - вязкость нефти.

В этом уравнении способность породы пропускать жидкости и газы характеризуется коэффициентом пропорциональности k (1.7.), который называется коэффициентом проницаемости ().

Размерность коэффициента проницаемости (система СИ ), вытекает из соотношения

, ( 1.9)

30. Вертикальная и горизонтальная проницаемости. Параметр анизотропии.

Горизонтальная проницаемость – проницаемость, измеренная в направлении параллельном напластованию породы-коллектора.

Вертикальная проницаемость – проницаемость, измеренная в направлении поперечном напластованию породы-коллектора.

Различие вертикальной и горизонтальной проницаемости оценивается параметром анизотропии, то есть отношением вертикальной Kв и горизонтальной Kг проницаемостей:

31. Дайте характеристику сверхкапиллярных, капиллярных, субкапиллярных и микропор.

По величине поровые каналы нефтяных пластов условно разделяют на три группы:

сверхкапиллярные — размеры больше 0,5 мм; Через такие поры хорошо фильтруются нефть, газ, вода; для них нехарактерны эффекты на границе фаз.

капиллярные — от 0,5 до 0,0002 мм (0,2 мкм); Такие поры проявляют эффекты межфазного взаимодействия, фильтрация в них затруднена.

субкапиллярные — меньше 0,0002 мм (0,2 мкм); Взаимодействие между твёрдой фазой и флюидом распространяется на всю пору. Для таких пор характерно явление начального градиента давления.

Микропоры –Через такие поры флюид практически не фильтруется

32. Понятие проницаемости (характеристики и физический принцип измерения).

Проницаемость - способность горных пород фильтровать сквозь себя флюиды при наличии перепада давления.

Абсолютная проницаемость-проницаемость образца керна, насыщенного одним флюидом, инертным по отношению к породе, зависит целиком и полностью от свойств породы, а не от насыщающего флюида. Как правило, абсолютной проницаемостью называют проницаемость керна по азоту или по воздуху.

Эффективная (фазовая) проницаемость - проницаемость породы для отдельно взятого флюида (Ko, Kw) при числе присутствующих в породе фаз, большем единицы. Эффективная проницаемость зависит от степени насыщения флюидами(флюидонасыщенностей) и их физико-химических свойств).

Относительная проницаемость - отношение эффективной проницаемости (Ko, Kw) к абсолютной (KoSwir). Kro = Ko / KoSwir ; Krw = Kw / KoSwir

Проницаемость пород-коллекторов определяется обычно в лабораторных условиях посредством исследования образцов или кусочков керна в пермеаметре. Пермеаметры разных систем различаются в деталях конструкции, но все они обычно состоят из кернодержателя, насоса для нагнетания флюида через керн, манометров для измерения перепада давления в керне и расходомера для измерения скорости прохождения флюида через керн.

Проницаемость породы определяется при фильтрации флюидов через керн. Для оценки пользуются линейным законом фильтрации Дарси, по которому скорость фильтрации флюида в пористой среде пропорциональна градиенту давления и обратно пропорциональна вязкости:
V = Q / F = K Ч ДP / (м Ч L)
K = Q Ч м Ч L / (ДP Ч F), где

V - скорость линейной фильтрации (см/с), Q - объёмный расход флюида (см3/с), м - вязкость флюида (сП), ДP - перепад давления (атм), F - площадь фильтрации (см2), L - длина образца (см), K - проницаемость (Д).

33. Фазовая проницаемость, ее физический смысл и взаимосвязь с абсолютной проницаемостью.

Фазовая - проницаемость пород для данного газа или жидкости при наличии или движении в порах многофазных систем.

Исследования показывают, что фазовая и относительная проницаемости для различных фаз зависят от нефте-, газо - и водонасыщенности порового пространства породы, физических и физико-химических свойств жидкостей и пористых сред, от градиента давления. Если часть пор занята какой-либо фазой, то ясно, что проницаемость породы для другой фазы становится меньше. Фазовая проницаемость определяется в основном степенью насыщенности пор разными фазами.

Взаимосвязь фазовой и абсолютной проницаемости:

где F – функция взаимодействия фильтрующейся фазы со скелетом пласта. Характеризует степень изменения проницаемости для конкретной пары флюид/порода. 

34. Относительные фазовые проницаемости пластов.

Относительная фазовая проницаемость - это коэффициент, который рассчитывается как отношение фазовой проницаемости этой среды для данной фазы к абсолютной.

Физический смысл – это относительное уменьшение проницаемости по фазе по отношению к абсолютной, обусловленной присутствием других фаз.

35. Понятие удельной поверхности горных пород.

Удельная поверхность пород—суммарная поверхность частиц или поровых каналов, содержащихся в единице объема образца,— зависит от степени дисперсности частиц, из которых они слагаются. Вследствие небольших размеров отдельных зёрен песка и большой плотности их укладки поверхность порового пространства пласта может достигать огромных размеров, что значительно осложняет задачу полного извлечения нефти из породы.

Удельная поверхность — одна из важнейших характеристик горной породы.

36. Способы определения удельной поверхности.

Методы определения:

Аналитический

по Гранулометрическому составу:
Для естественных песков удельная поверхность вычисляется суммированием ее значения по каждой фракции гранулометрического состава

 

Здесь Р — масса породы, кг; Рi —масса данной фракции, кг; di — средние диаметры фракций (в м), m — пористость.

пористости и проницаемости

 

где  Т — извилистость поровых каналов (отношение среднестатистической длины каналов к длине керна); ϕ — структурный коэффициент, учитывающий форму поровых каналов. S – удельная поверхность, m — пористость, k – коэффициент проницаемости.

Фильтрационный (основан на измерении сопротивления течению ч/з пористое тело разреженного воздуха)

Адсорбционный

Метод меченных атомов

37. Удельная поверхность горных пород и методы ее определения.

Удельная поверхность пород - суммарная поверхность частиц или поровых каналов, содержащихся в единице объема образца, - зависит от степени дисперсности частиц, из которых они слагаются. Вследствие небольших размеров отдельных зерен песка и большой плотности их укладки поверхность порового пространства пласта может достигать огромных размеров, что значительно осложняет задачу полного извлечения! нефти из породы.

m – пористость, k – проницаемость

где m - пористость породы (характеризующая динамическую полезную емкость коллектора); Sуд - удельная поверхность; Т - извилистость поровых каналов (отношение среднестатистической длины каналов к длине керна); ц - структурный коэффициент, учитывающий форму поровых каналов. Значение извилистости Т может достигать 6 и более.

Существуют следующие способы оценки этого параметра: фильтрационный, основанный на измерении сопротивления течению через пористое тело разреженного воздуха; адсорбционные, а также метод меченых атомов.

Методы определения удельной поверхности пористых сред, основанные на использовании пуазейлевского режима течения воздуха сквозь объект исследования], применимы только для приближенной оценки поверхности грубозернистых однородных сред, ширина пор в которых намного больше длины свободного пробега молекул воздуха. При этом не нужно учитывать скольжения газа по стенкам пор. Кнудсеновский режим наступает, когда максимальные просветы пор становятся меньше длины свободного пробега молекул газа. В этом случае соударения молекул между собой становятся редкими. где SУД - удельная поверхность образца, м2/м3; Q - число киломолей воздуха, протекающего через 1м2 поперечного сечения пористой среды толщиной ∆х (в м) за 1 с при перепаде давления ∆р (в Па); М - относительная молекулярная масса; воздуха, кг/кмоль; R - универсальная газовая постоянная, Дж/ (кмоль - градус); Т - температура опыта,°С.