ОСНОВЫ ПОДЗЕМНОЙ ГИДРАВЛИКИ

Основные понятия и определения

Процессы движения жидкостей, газа и воды сквозь пористые породы изучает раздел подземной гидравлики. Расчетные модели базируются на классических положениях гидравлики, однако главной особенностью являются наличие пористой среды, поэтому законы и зависимости имеют отличия. Подземная гидравлика изучает процессы фильтрации. Основной задачей подземной гидравлики является расчет дебитов скважин и их параметров. Структура скважины представлена на рис. 4.1.

Фильтрация - движение жидкостей, газов и их смесей в пористых и трещиноватых средах, в твердых телах, пронизанной системой сообщающихся между собой пор и микротрещин.

Рис. 4.1. Схема поверхностей фильтрации в пласте с грунтовыми водами

Фильтрация жидкостей и газов по сравнению с движением в трубах и каналах обладает некоторыми особенностями, а именно происходит по чрезвычайно малым в поперечных размерах поровым каналам при очень малых скоростях движения жидкостей. При этом, поскольку площади соприкосновения жидкости с твердыми частицами при движении жидкости в пористой велики, велики и силы трения.

Пористая среда характеризуется коэффициентами пористости и просветности.

Активная пористость (пористость) - безразмерная величина, характеризующая способность пористой среды пропускать жидкость, учитывает только те поры и микротрещины, которые соединены между собой и через которые может фильтроваться жидкость.

Коэффициент пористости m - отношение объема пор ( ) ко всему объему пористой среды ( ):

. (4.1)

Коэффициентом просветности n - отношение площади просветов ( ) в данном сечении пористой среды ко всей площади этого сечения ( ):

(4.2)

Среднее по длине пласта значение просветности равно пористости, т.е.

, (4.3)

Поэтому среднее значение площади просветов

Скоростью фильтрации называется отношение объемного расхода жидкости к площади поперечного сечения пласта, нормального к направлению движения жидкости

(4.6)

Скорость фильтрации представляет собой фиктивную скорость, с которой двигалась бы жидкость, если бы пористая среда отсутствовала (m=1), поэтому для более корректной характеристики скорости используют понятие средней скорости движения жидкости. Скорость фильтрации и средняя скорость движения связана соотношением:

(4.8)

В общем виде средняя скорость движения жидкости равна отношению объемного расхода к площади просветов (живому сечению потока):

(4.7)

Коэффициент фильтрации с – скорость фильтрации при градиенте давления равном единице, зависит от свойств пористой среды и от свойств фильтрующейся жидкости.

Проницаемость - способность пористой среды пропускать сквозь себя жидкости и газы, характеризуется коэффициентом проницаемости. В отличии от коэффициента фильтрации с коэффициент проницаемости k зависит от свойств пористой среды.

Коэффициент проницаемости и фильтрации связаны соотношением

(4.8)

Коэффициент проницаемости имеет размерность площади, а коэффициент фильтрации — размерность скорости.

На практике проницаемость нефтяных и газовых пластов измеряется единицами, называемыми дарси (Д). За единицу проницаемости 1 Д принимают проницаемость такой пористой среды, при фильтрации через образец которой площадью 1 см², длиной 1 см при перепаде давления в 1 кгс/см² (98100 Па) расход жидкости вязкостью 1 сП (1 мПа с) составляет 1 см³/с.

Для перевода в систему СИ справедливо соотношение:

.

Проницаемость реальных пластов изменяется от нескольких миллидарси до нескольких дарси.