Проницаемость ГП. Закон Дарси

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проницаемость ГП. Закон Дарси

1.Абсолютная, фазовая и относительная проницаемость

горный порода пористый проницаемость

Проницаемость - это фильтрующий параметр горной породы, характеризующий её способность пропускать через себя жидкости и газы при перепаде давления.

Для оценки проницаемости горных пород обычно пользуются линейным законом фильтрации Дарси. Darcy H. - французский учёный, в 1856 году изучая течение воды через песчаный фильтр, установил линейную зависимость между объёмным расходом жидкости (скоростью фильтрации) от градиента давления.

Согласно эксперименту Дарси, скорость фильтрации чистой воды в пористой среде пропорциональна градиенту давления:

(2.1)

где Q - объёмный расход воды;

v - линейная скорость воды;

F - площадь сечения, F = рd²/4;

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):

(2.2)

где µ - вязкость нефти.

В этом уравнении способность породы пропускать жидкости и газы характеризуется коэффициентом пропорциональности k (2.1), который называется коэффициентом проницаемости (k_пр.): k > k_пр.

Размерность коэффициента проницаемости (система СИ) вытекает из уравнения (2.2):

(2.3)

В системе СИ коэффициент проницаемости измеряется в м².

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 Па·с составляет 1 м³/сек.

Приведённые выше уравнения 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 (V_ср):

При Т = const, P·V = const

V_cр· P_ср = V_о · P_о = V₁· P₁ = V₂ · P₂,(2.4)

P_ср = (P₁ + P₂)/2,(2.5)

V_cр = V_о · P_о / P_ср = 2 · V_о· P_о / (P₁ + P₂) (2.6)

Средний объёмный расход газа будет равен изменению линейной скорости фильтрации объёма газа (V_ср) за время (продолжительность) прохождения газа (t) через породу:

(2.7)

Уравнение для количественной оценки коэффициента проницаемости горных пород при линейной фильтрации газа запишется с учетом выражений 2.3 и 2.7:

(2.8)

2.Виды проницаемости

При разработке нефтяных и газовых месторождений встречаются различные виды фильтрационных потоков: движение нефти или газа, или совместное движение двух, трехфазного потока одновременно. Поэтому для характеристики проницаемости пород нефтесодержащих пластов введены понятия абсолютной, фазовой и относительной проницаемостей.

Проницаемость абсолютная (физическая) характеризует проницаемость пористой среды для газа или однородной жидкости при выполнении следующих условиях:

1. отсутствие физико-химического взаимодействия между пористой средой и этим газом или жидкостью, фаза химически инертна по отношению к породе;

2. полное заполнение всех пор среды этим газом или жидкостью.

Абсолютная проницаемость характеризует фильтрационную способность горной породы для инертного в физико-химическом отношении флюида.

Для продуктивных нефтяных пластов эти условия не выполняются.

Проницаемость фазовая (эффективная) - это проницаемость пористой среды для данного газа или жидкости при одновременном наличии в порах другой фазы (жидкости или газа) или других фаз (газ-нефть, нефть-вода, вода-газ, газ-нефть-вода) независимо от того, находятся они в статическом состоянии (например, капиллярно связанная вода) или принимают участие в совместной фильтрации. Величина её зависит не только от физических свойств пород, но и от степени насыщенности порового пространства жидкостями или газом и от их физико-химических свойств. При фильтрации смесей коэффициент фазовой проницаемости намного меньше коэффициента абсолютной проницаемости и неодинаков для пласта в целом.

Относительная проницаемость определяется отношением величины фазовой проницаемости к величине абсолютной для той же породы.

Относительные проницаемости (k^', % или в долях) породы для нефти и воды (газа аналогично) оцениваются как:

k'_Н = (k_Н / k) ·100 %; k'_В = (k_В / k) · 100 %, (2.9)

где k_Н и k_В - фазовые проницаемости для воды и нефти;

k - абсолютная проницаемость породы.

Фазовая (эффективная), относительная проницаемости, насыщенность горных пород определяются экспериментально. Проницаемость горной породы зависит от степени насыщения породы флюидами, соотношения фаз, физико-химических свойств породы и флюидов.

Классификация проницаемых пород

По величине коэффициента проницаемости (мкм²) для нефтяных месторождений выделяют 5 классов коллекторов:

1. очень хорошо проницаемые (k_пр > 1);

2. хорошо проницаемые (k_пр ? 0,1-1);

3. средне проницаемые (k_пр ? 0,01-0,1);

4. слабопроницаемые (k_пр ? 0,001-0,01);

5. плохопроницаемые (k_пр < 0,001).

Классификация коллекторов газовых месторождений по величине коэффициента проницаемости включает 1-4 классы.

По характеру проницаемости (классификация Теодоровича Г.И.) различают следующие виды коллекторов: равномерно проницаемые; неравномерно проницаемые; трещиноватые.

В реальных условиях редко встречаются пласты, однородные по проницаемости на всём протяжении. Нефтяной пласт неоднороден и состоит, как правило, из продуктивных пропластков разной проницаемости. Коллекторы нефти и газа меняются по минералогическому составу, физическим свойствам по вертикали и горизонтали. Линзы песчаников, пропластки песка иногда без каких-либо закономерностей переходят в глинистые породы. Поэтому коэффициент средней проницаемости пласта (k_пр) оценивается с учётом проницаемости пропластков и направления фильтрации.

Размещено на Allbest.ru