Проницаемость горных пород

Проницаемость фильтрационный параметр горной породы, характеризующий ее способность пропускать к забоям скважин: нефть, газ и воду.

Абсолютно непроницаемых тел в природе нет. Однако при сравнительно небольших перепадах давлений в нефтяных пла­стах многие породы в результате незначительных размеров пор в них оказываются практически мало или совсем непроницае­мыми для жидкостей и газов (глины, сланцы и др.).

Большая часть осадочных пород обладает той или иной про­ницаемостью. Поровое пространство этих пород, кроме про­странства с субкапиллярными порами, слагается порами боль­шого размера. По экспериментальным данным, диаметры подав­ляющей части пор нефтесодержащих коллекторов больше 1 мкм.

В-процессе разработки нефтяных и газовых месторождений встречаются различные виды фильтрации в пористой среде жидкостей и газов или их смесей — совместное движение нефти, воды и газа или воды и нефти, нефти и газа или только нефти или газа. При этом проницаемость одной и той же пористой среды для данной фазы в зависимости от количественного и качественного состава фаз в ней будет различной. Поэтому для характеристики проницаемости пород нефтесодержащих пла­стов введены понятия абсолютной, эффективной (фазовой) и относительной проницаемостей.

Для характеристики физических свойств пород используется абсолютная проницаемость.

Под абсолютной принято понимать проницаемость пори­стой среды, которая определена при наличии в ней лишь одной какой-либо фазы, химически инертной по отношению к породе. Абсолютная проницаемость — свойство породы, и они не зави­сит от свойств фильтрующейся жидкости или газа и перепада давления, если нет взаимодействия флюидов с породой. На практике жидкости часто взаимодействуют с породой (глини­стые частицы разбухают в воде, смолы забивают поры). По­этому для оценки абсолютной проницаемости обычно использу­ется воздух или газ, так как установлено, что при движении жидкостей в пористой среде на ее проницаемость влияют фи­зико-химические свойства жидкостей.

Фазовой называется проницаемость пород для данного газа или жидкости при наличии или движении в порах много­фазных систем. Значение ее зависит не только от физических свойств пород, но также от степени насыщенности порового пространства жидкостями или газом и от их физико-химических

свойств.

Относительной проницаемостью пористой среды называ­ется отношение фазовой проницаемости этой среды для данной фазы к абсолютной.

Для оценки проницаемости горных пород обычно пользу­ются линейным законом фильтрации Дарси, согласно которому скорость фильтрации жидкости в пористой среде пропорцио­нальна градиенту давления и обратно пропорциональна дина­мической вязкости:

. (1-6)

где v — скорость линейной фильтрации; Q — объемный расход жидкости в единицу времени; F — площадь фильтрации; μ— динамическая вязкость жидкости; ∆р — перепад давления; L —длина пористой среды.

В этом уравнении способность породы пропускать жидкости и газы характеризуется коэффициентом пропорциональности k, который называют коэффициентом проницаемости:

v • (1-7).

При измерении проницаемости пород по газу в формулу (1.7) следует подставлять средний расход газа в условиях об­разца:

(1.8)

где Qг — объемный расход газа, приведенный к среднему дав­лению и средней температуре газа в образце. Необходимость использования среднего расхода газа в этом случае объясня­ется непостоянством его объемного расхода при уменьшении давления по длине образца.

Среднее давление по длине керна

где p1 и р2 — соответственно давление газа на входе в образец и на выходе из него.

Полагая, что процесс расширения газа при фильтрации че­рез образец происходит изотермически по законам идеального газа, используя закон Бойля—Мариотта, получим

Здесь Qo — расход газа при атмосферном давлении ро.

Тогда формула для определения проницаемости пород по газу запишется в виде

Единицы измерения проницаемости. В Между­народной системе единиц величины, входящие в формулу про­ницаемости, имеют размерности

Следовательно,

(1.10)

При и по-

лучим значение коэффициента проницаемости

Таким образом, в Международной системе (СИ) за единицу проницаемости в 1 м2 принимается проницаемость такой пори­стой среды, при фильтрации через образец которой площадью 1 м2, длиной 1 м и перепаде давления 1 Па расход жидкости вязкостью 1 Па-с составляет 1 м3/с

Физический смысл размерности k (площадь) заключается в том, что проницаемость характеризует площадь сечения ка­налов пористой среды, по которым в основном происходит филь­трация.

Как уже отмечалось, формула (1.6) соответствует закону Дарси при линейном (плоскопараллельном) потоке. Иногда необходимо определять проницаемость образца при радиальной фильтрации жидкости и газа, т. е. как бы при воспроизведении условий притока их в скважину. В этом случае образец породы имеет вид цилиндрического кольца с отверстием в осевом на­правлении— «скважиной». Фильтрация жидкости или газа в нем происходит в радиальном направлении от наружной по­верхности к внутренней. Тогда проницаемость пород по дан­ным опыта определяют по следующим формулам.

При фильтрации жидкости

(1.11) При фильтрации газа

(1.12)*

Здесь μж и μг — вязкость жидкости и газа; Qж — расход жидкости Qгатм, Qг — расход газа при атмосферном и среднем давлениях в образце; rн и rв — наружный и внутренний ра­диусы кольца; рн и рв — давления у наружной и внутренней по­верхностей кольцевого образца; h — высота цилиндра.

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 50; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!