- •1. Коллекторские Свойства горных пород
- •1.1. Типы пород–коллекторов
- •1.1. Типы пород–коллекторов
- •1.2. Залегание нефти, газа и воды
- •1.3. Гранулометрический состав горных пород
- •1.4. Пористость
- •1.4.1. Виды пористости
- •Коэффициенты пористости некоторых осадочных пород
- •1.4.2. Структура порового пространства
- •.5. Проницаемость
- •1.5.1. Линейная фильтрация нефти и газа в пористой среде
- •Размерность параметров уравнения Дарси
- •1.5.2. Радиальная фильтрация нефти и газа в пористой среде
- •1.5.3. Классификация проницаемых пород
- •1.5.4. Оценка проницаемости пласта, состоящего из нескольких продуктивных пропластков различной проницаемости
- •1.5.5. Зависимость проницаемости от пористости
- •1.5.6. Виды проницаемости
- •1.6. Насыщенность коллекторов
- •1.7. Зависимости проницаемости от насыщенности коллекторов
- •1.8. Удельная поверхность
- •1.9. Коллекторские свойства трещиноватых пород
- •1.10. Карбонатность горных пород
- •1.11. Набухаемость пластовых глин
- •1.12. Механические свойства горных пород
- •1.13. Тепловые свойства горных пород
- •Тепловых свойства некоторых горных пород и пластовых флюидов
- •2. Состав и физико-химические свойства природных газов
- •2.1. Состав природных газов
- •Химический состав газа газовых месторождений, об. %
- •Химический состав газа газоконденсатных месторождений, об. %
- •Химический состав попутного газа нефтяных месторождений, об. %
- •2.2. Способы выражения состава
- •2.3. Аддитивный подход расчета физико-химических свойств углеводородных газов
- •2.4. Уравнение состояния
- •2.5. Состояние реальных газов
- •Критические давления, температуры и коэффициенты сверхсжимаемости компонентов нефтяных газов
- •2.6. Вязкость газов
- •2.7. Растворимость газов в нефти и воде
- •Значения поправочных коэффициентов на минерализацию в зависимости от температуры
- •2.8. Упругость насыщенных газов
- •3.2. Физико–химические свойства нефти
- •3.2.1. Плотность нефти
- •Значения коэффициента объёмного расширения
- •3.2.2. Вязкость нефти
- •3.2.3. Реологические свойства нефтий
- •3.2.4. Газосодержание нефтей
- •3.2.5. Давление насыщения нефти газом
- •3.2.6. Сжимаемость нефти
- •3.2.7. Объёмный коэффициент нефти
- •3.2.8. Тепловые свойства нефтей
- •3.2.9. Электрические свойства нефтей
- •3.3. Различие свойств нефти в пределах нефтеносной залежи
- •4. Фазовые состояния углеводородных систем
- •4.1. Схема фазовых превращений однокомпонентных систем
- •4.2. Фазовые состояния углеводородных смесей
- •4.3. Фазовые переходы в нефти, воде и газе
- •5. Состав и физико-химические свойства пластовой воды
- •5.1. Химические свойства пластовых вод
- •5.1.1. Минерализация пластовой воды
- •5.1.2. Тип пластовой воды
- •5.1.3. Жесткость пластовых вод
- •5.1.4. Показатель концентрации водородных ионов
- •Величины ионного произведения воды при различных температурах
- •5.2. Физические свойства пластовых вод
- •5.2.1. Плотность
- •5.2.1. Плотность
- •5.2.2. Вязкость
- •5.2.3. Сжимаемость
- •5.2.4. Объёмный коэффициент
- •5.2.5. Тепловые свойства
- •5.2.6. Электропроводность
- •5.3. Характеристика переходных зон
- •6. Поверхностно–молекулярные свойства системы пласт–вода–нефть–газ
- •6.1. Роль поверхностных явлений в фильтрации
- •6.1. Роль поверхностных явлений в фильтрации
- •6.2. Поверхностное натяжение
- •6.3. Смачивание и краевой угол
- •6.4. Работа адгезии и когезии, теплота смачивания
- •6.5. Кинетический гистерезис смачивания
1.5.1. Линейная фильтрация нефти и газа в пористой среде
Для оценки проницаемости горных пород обычно пользуются линейным законом фильтрации Дарси. Darcy H. – французский учёный, в 1856 году изучая течение воды через песчаный фильтр (рис. 1.15), установил линейную зависимость между объёмным расходом жидкости (скоростью фильтрации) от градиента давления.
Рис. 1.15. Схема экспериментальной установки Дарси для изучения течения воды через песок
Согласно эксперименту Дарси, скорость фильтрации чистой воды в пористой среде пропорциональна градиенту давления:
, (1.8)
где Q – объёмный расход воды;
v – линейная скорость воды;
F – площадь сечения, F = d2/4;
L – длина фильтра;
k – коэффициент пропорциональности.
Вода – однородная система. Нефть, пластовая вода, газ в пластовых условиях – многокомпонентные, неидеальные системы. С точки зрения химии компоненты таких систем взаимодействуют между собой. Поэтому уравнение, описывающее фильтрацию нефти (пластовой воды, газа) содержит параметр вязкость, учитывающий неидеальность системы (взаимодействие компонентов внутри нефтяной системы):
, (1.9)
где – вязкость нефти.
В этом уравнении способность породы пропускать жидкости и газы характеризуется коэффициентом пропорциональности k (1.8), который называется коэффициентом проницаемости (kпр.): k → kпр..
Размерность коэффициента проницаемости (система СИ) вытекает из уравнения (1.9):
, (1.10)
В системе СИ коэффициент проницаемости измеряется в м2, в системе СГС в см2, в системе НПГ (нефтепромысловой геологии) в Д (дарси), т.е. для разных систем единиц измерения величина его характеризует площадь (табл. 1.2).
Таблица 1.2
Размерность параметров уравнения Дарси
Параметры уравнения |
Размерность | |||
СИ |
СГС |
НПГ |
| |
Объёмный дебит, Q |
м3/с |
см3/с |
см3/с |
|
Площадь поперечного сечения фильтра, F |
м2 |
см2 |
см2 |
|
Длина фильтра, L |
м |
см |
см |
|
Перепад давления, ∆P |
Па |
дн/см2 |
атм |
|
Вязкость жидкости, µ |
Па·с (мПа·с) |
дн·с/см2 |
спз (сантипуаз) |
|
Коэффициент проницаемости, kпр. |
м2 (мкм2) |
см2 |
Д (дарси) |
|
Физический смысл размерности коэффициента проницаемости – это величина площади сечения каналов пористой среды, по которым в основном происходит фильтрация.
Проницаемостью в 1 м2 называется проницаемость пористой среды при фильтрации через образец площадью 1 м2 и длиной 1 м при перепаде давления 1 Па расход жидкости вязкостью 1 Пас составляет 1 м3/сек.
Пористая среда имеет проницаемость 1 дарси (Д), если при однофазной фильтрации жидкости вязкостью в 1 сантипуаз (спз) при ламинарном режиме фильтрации через сечение образца площадью 1 см2, перепаде давления 1 атм, расход жидкости на 1 см длины породы составляет 1 см3/сек.
Выражение вязкости в спз имеет и физический смысл. Вязкость воды при 20о С равна 1,005 спз, т. е. ≈ 1спз и величину kпр.= 1,02 см2/108 назвали Дарси.
1 Д = 1,0210-8 см2 = 1,02 · 10-12 м2 = 1,02 мкм2 ≈ 1 мкм2. (1.11)
Приведённые выше уравнения 1.8-1.10 справедливы при условии движения плохо сжимаемой (несжимаемой) жидкости при линейно-направленном потоке.
В случае фильтрации газа это условие не выполняется. При уменьшении давления по длине образца объёмный расход газа непостоянный. Поэтому при расчете проницаемости по газу следует учитывать средний расход газа в условиях образца, приведенный к среднему давлению и средней температуре образца, используя закон Бойля–Мариотта. Если расширение газа при линейном прохождении его через образец происходит изотермически, следует учитывать средний объёмный расход (Vср):
При Т = const, P·V = const (1.12)
Vcр· Pср = Vо · Pо = V1· P1 = V2 · P2, (1.13)
Pср = (P1 + P2)/2, (1.14)
Vcр = Vо · Pо / Pср = 2 · Vо· Pо / (P1 + P2). (1.15)
Средний объёмный расход газа будет равен изменению линейной скорости фильтрации объёма газа (Vср) за время (продолжительность) прохождения газа (t) через породу:
, (1.16)
Уравнение для количественной оценки коэффициента проницаемости горных пород при линейной фильтрации газа запишется с учетом выражений 1.10 и 1.16:
, (1.17)
Уравнения 1.9, 1.17 применимы при описании линейного, плоскопараллельного потока фильтрации жидкости и газа через породу.