ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ФИЛЬТРАЦИИ

Явление фильтрации

Под фильтрацией понимают движений (просачивание) жидкости или газа или газожидкостной смеси через твердое тело, имеющее пустоты, одни из которых называют порами, другие трещинами. Мельчайшие пустоты обладают тем свойством, что силы молекуляр­ного взаимодействия между жидкостью и твердыми стенками очень велики. Они образуют молекулярные поры. В самых больших пусто­тах взаимодействие жидкости со стенками лишь частично влияет на ее движение. Такие пустоты называются кавернами. Промежуточное место между молекулярными порами и кавернами занимают просто поры. Твердое тело, содержащее поры, представляет собой пористую среду: песок, песчаник, известняк.

Если внутри твердого тела возникли трещины, такое тело являет собой пример трещиноватой среды. Растресканность горных пород макротрещинами и микротрещинами, не смещающими слои пород друг относительно друга, можно объединить под термином «трещиноватость». Пористый коллектор нефти и газа, наделенный к тому же свойством трещиноватости, есть представитель пористо-трещино­ватой среды.

Жидкость, газ, смесь жидкости и газа, другими словами - вся­кая текучая среда, часто именуется в зарубежной литературе соби­рательным термином флюид (fluid), если не ставится задача выделить характерные особенности движения данной среды.

Движение текучей среды через поры или трещины возможно, если некоторые из пор или трещин сообщаются между собой. Флюид, заполняющий сообщающиеся поры или трещины, образует непрерыв­ную среду (континуум), занимающую некоторую часть всего про­странства, принадлежащего объему пористой или трещиноватой среды. Мы будем считать, что в любом как угодно малом объеме пори­стой или трещиноватой среды находится жидкость, газ или газожид­костная смесь. Чрезвычайно малые размеры поровых каналов, их неправильная форма, большая поверхность шероховатых стенок — все это создает огромные сопротивления движению жидкости и газа (рис.1). Эти сопротивления служат главной причиной очень низкой скорости перемещения жидкости и газа в пористой среде; скорости в процессе фильтрации оказываются значительно более низкими, чем скорости движения в трубах или открытых руслах.

Если объем пространства, занятого порами, не изменяется или изменяется так, что его изменениями можно пренебрегать, пористая среда считается недеформируемой. Если же под влиянием упругих сил происходят такие изменения объема перового или трещиноватого пространства, величиной которых пренебрегать нельзя, среду следует рассматривать как упругую.

Рис. 1. Шлиф нефтяного песчаника

Теорию фильтрации нефти и газа в природных пластах характеризуют следующие особенности.

1. Невозможность изучать движение флюидов в пластах прямым применением обычных методов гидродинамики, т. е. решением уравне­ний движения вязкой жидкости для области, представляющей собой совокупность всех пор.

2. Сочетание очень разных масштабов фильтрационных процессов, определяемых различными характерными размерами, отличающимися по величине на многие порядки: размер пор (единицы и десятки микрометров), диаметр скважин (десятки сантиметров), расстояние
между скважинами (сотни метров), протяженность месторождений
(десятки километров). Масштаб неоднородности пластов вдоль и
поперёк их простирания может иметь практически любые значения.

3. Ограниченность и неточность сведений о строении и свойствах
пласта и пластовых флюидов, не позволяющих построить однозначную
модель пластовой залежи.

Эти особенности приводят к формулировке основных модельных представлений и разработке методов подземной гидромеханики, направ­ленных, прежде всего, на установление качественных закономерностей процессов и на создание расчетных схем, мало чувствительных к точ­ности исходных данных. При этом познавательная и практическая ценность получаемых результатов в значительной степени определяется четкостью постановки расчетной задачи и глубиной предварительного анализа имеющихся данных.