Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Подземная гидрогазодинамика: Методические указания по выполнению контрольных работ для студентов специальности 0906 - "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений"

Голосов: 5

Методические указания по изучению курса "Подземной гидромеханики" для студентов специальности 090600 - "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений" составлены на основе государственных образовательных стандартов, включают в себя основные положения и указания по данной дисциплине, утверждённой на кафедре "РЭГиГКМ". В методических указаниях приведены задания по выполнению контрольных работ, состоящие из 7 задач, содержание курса, основные законы и уравнения для решения практических задач и список рекомендуемой литературы.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    МИНЕСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
    государственное образовательное учреждение высшего
               профессионального образования
  «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ
                     УНИВЕРСИТЕТ»
                   Институт Нефти и Газа




                                               Кафедра РЭГГКМ




              МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

             по выполнению контрольных работ

       по дисциплине «Подземная гидрогазодинамика»


               для студентов специальности 0906
«Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»
                    заочной формы обучения




                       Тюмень 2003


Утверждено редакционно-издательским советом государственного
образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Тюменский государственный нефтегазовый университет»




              Составители: к.т.н., доцент Краснов И.И.
                          д.т.н., профессор Телков А.П.
                          ассистент Матвеева М.В.




     © Государственное образовательное учреждение высшего
  профессионального образования «Тюменский государственный
  нефтегазовый университет», 2003


                                 2


                       1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ


   Методические    указания   по    изучению     курса   «Подземной
гидромеханики» для студентов специальности 090600 «Разработка и
эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» составлены на основе
государственных образовательных стандартов, включают в себя основные
положения и указания по данной дисциплине, утверждённой на кафедре
«РЭГиГКМ».
   В методических указаниях приведены задания по выполнению
контрольных работ, состоящие из 7 задач, содержание курса, основные
законы и уравнения для решения практических задач и списк
рекомендуемой литературы..
   В методические указания входят задачи по определению
фильтрационных характеристик пластов, расчёт производительности
эксплуатационных скважин, определение критического дебита скважин,
определение пьезометрического уровня простаивающих скважинах,
расположенной в центре кругового пласта, определение давления на
различных расстояниях от скважины при плоско-радиальном
установившемся движении несжимаемой жидкости по закону Дарси,
определение коэффициентов фазовых проницаемостей для жидкости и
газа, при движении газированной жидкости.
   Изучение подземной гидромеханики базируется на знаниях,
полученных из курса математики, теоретической механики, физики,
гидравлики и служит теоретической основой нефтяных, нефтегазовых и
нефтегазоконденсатных месторождений.
   Общеизвестно, что для успешного освоения курса студенты
университета должны не только хорошо изучить теоретический материал,
но и иметь представления о физической сущности изучаемых явлений, а
так же научиться решать основные аналитические задачи в соответствии с
учебной программой.
   После решения задач на практических занятиях, уяснения всех
входящих величин, приведение всех исходных данных к одной системе
едениц необходимо выполнить контрольные задания.
   Решённые контрольные задачи предварительно сдаются на проверку
преподавателю и возвращаются с соответствующими замечаниями
студентам. За успешно выполненные контрольные задания ставится
оценка.
   Для изучения курса «Подземная гидромеханика» учебными планами
предусмотрены    установочные    лекции,   практические  занятия,



                                  3


самостоятельная работа и написание контрольной работы. По итогам
изучения курса студентами сдаётся зачёт.


     2. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА «ПОДЗЕМНАЯ ГИДРОМЕХАНИКА»
            ДЛЯ СТУДЕНТОВ СПЕЦИАЛЬНОСТИ 090600
          «РАЗРАБОТКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ
                И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ»
   Введение. Подземная гидромеханика – наука о движении жидкости и
газа и их смесей в пористых и трещиноватых породах, слагающих
продуктивные пласты.
          Важнейшие этапы развития подземной гидромеханики
   Начало развития подземной гидромеханики было заложено в середине
19 столетия трудами французского инженера Г.Дарси. Им был выполнен
первый гидравлически обоснованный расчёт водопровода, сооружённого в
1840 году в г. Дижоне (Франция). В дальнейшем Дарси занимался
экспериментальным изучением движения воды через песчаные фильтры.
Результаты опытов и установленные им основной закон фильтрации были
опубликованы в 1856 году.
   Впервые теоретические исследования именно в области подземной
гидравлики были предприняты И.Дюпюи.
   Начиная с 1886 года Ф.Форхгеймер широко использовал методы
потенциала для решения многих проблем подземной гидравлики.
   В 1897 г. Ч.Слихтер опубликовал капитальное исследование по
геометрии пористой среды и кинематике фильтрации.
   В конце 80 гг. 19 столетия значительные исследования теории
движения грунтовой воды были проведены российским механиком Н.Е.
Жуковским. До 1920 г. Подземная гидравлика развивалась как отрасль
механики, изучающая течение подземных вод.
   В 1922 г. была опубликована монография академика Н.Н. Павловского,
который многие задачи подземной гидравлики впервые сформулировал
как краевые задачи математической физики, указав тем самым общие
методы их решения. В этой монографии впервые было предложено
использовать параметры Рейнольдса в качестве критерия существования
закона фильтрации Дарси. Павловский Н.Н. практически разработал метод
электрогидравлической аналогии для решения задач подземной
гидравлики.
   В начале 20 гг. прошлого века подземная гидравлика на ряду с
задачами течения подземных вод развивает новое направление –




                                  4


газонефтяная подземная гидравлика.         Основоположником      нового
направления является Л.С.Лейбензон.
   Академик Лейбензон Л.С. проводя экспериментальные и теоретические
исследования, вывел дифференциальные уравнения газа и газированной
нефти в пористой среде, математически проанализировал методы подсчёта
запасов нефти и газа в пластах, проблему вытеснения нефти и газа водой.
Исследования в области газонефтяной подземной гидравлики в 1934 году
были описаны и опубликования в его монографии. Автор впервые
систематизировал исследования, проведённые им и другими учёными в
этой области до начала 30 гг. прошлого столетия. Следует отметить, что в
решении новых проблем он опередил многих учёных.
   В исследованиях Щелкачёва В.Н. в 1935 году были обобщены идеи,
заложенные в трудах грозднинских нефтяников – Н.Т.Линдтропа, М.М.
Чарыгина, С.Н. Шаньгина М.Г. Тоносевича и др.
   В    конце     30   гг.   В.Н.Щелкачёв    установил   простейшие
гидродинамические варианты расстановки скважин в условиях различных
структур, к которым приурочены залежи нефти.
   Академик Лейбензон Л.С. возглавил организованную Лапуком Б.Б.
группу учёных и инженеров различных специальностей, которые создали
научно-обоснованную методику проектирования рациональной разработки
нефтяных месторождений.
   В 1930 году американскими учёными Маскетом, Шилсюизой и Херстой
было доказано необходимость учитывать сжимаемость воды и нефти в
пластовых условиях. Наблюдения за поведением пласта, которые проводил
Щелкачёв В.Н. на грозненских промыслах после массовой остановки
скважин в период 1941-1944 гг. и пуска их дали ему возможность, во-
первых, уточнить гидродинамический анализ методов исследования
пластов, во-вторых, внести существенное дополнения в теорию Маскета.
Оказалось, что поведение пластовых давлений и притока жидкости к
скважинам определяются не только упругостью жидкости, но и упругими
свойствами самого пласта (было предложено учитывать упруго-
пластические деформации пласта).
   В настоящее время разрабатываются сложные вопросы движения в
залежах неоднородной многокомпонентной жидкости. Изучается
движение жидкости и газа в неоднородных по составу пластах, так же
развиваются исследования в области течения жидкости с аномальными
свойствами, так называемые вязкопластической жидкости в пористой
среде. Всё шире применяются к решению задач подземной гидромеханики
методы математического моделирования.




                                   5


           Основные понятия и законы теории фильтрации
   Основные понятия теории фильтрации. Определение фильтрации. Её
особенности по сравнению с движением жидкости по трубам. Простейшие
модели пористой среды: идеальный и фиктивный грунты. Пористостью и
просветностью фиктивного грунта. Переход от фиктивного грунта к
естественному. Эффективный диаметр частиц пористой среды и способы
его определения. Скорость фильтрации и её связь со средней
действительной скоростью движения.
   Опыты Дарси. Закон Дарси – линейный закон фильтрации.
Коэффициент фильтрации. Зависимость коэффициента фильтрации от
свойств пористой среды и фильтрующейся жидкости. Проницаемость
пористой среды. Коэффициент проницаемости, его размерность.
        Теоретическое исследование линейного закона фильтрации
   Общее выражение для коэффициента проницаемости. Число Слихтера.
Влияние различных факторов на величину коэффициента проницаемости.
Фильтрация в трубке тока переменного сечения. Закон Дарси в
дифференциальной форме.
   Пределы применения закона     Дарси   и   формулы,   выражающие
нелинейный закон фильтрации.
   Нарушение линейного закона фильтрации при больших и малых
скоростях. Опыты Фенчера, Льюиса, Бюернса по изучению движения
жидкостей в пористых средах. Опыты Линдквиста.
   Теоретические и экспериментальные исследования применимости
закона Дарси в работах Павловского, Щелкачёва, Миллионщикова и др.
Опыты Абдулвагабова. Причины отклонения от закона Дарси.
   Законы фильтрации, отличные от закона Дарси, одночленные и
двучленные формулы, выражающие нелинейный закон фильтрации.
Зависимость коэффициента подвижности от градиента давления. Три
модели фильтрации ньютоновских жидкостей.


     Особенности фильтрации жидкостей и газа в трещиноватых и
                 трещиновато-пористых пластах
  Классификация трещиноватых пластов. Параметры трещиноватости.
Проницаемость пласта. Границы применимости линейного закона
фильтрации в трещиновато-пористых пластах.




                                 6


         Классификация режимов нефтегазоводоносных пластов.
   Виды пластовой энергии и их проявление в процессе разработки
нефтяного (газового) месторождения. Определение режима пласта.
Классификация режимов.
            Дифференциальные уравнения теории фильтрации
   Задачи подземной гидрогазодинамики – задачи математической
физики. Дифференциальные уравнения движения жидкостей и газов в
пористой, трещиноватой и пористо-трещиноватой средах. Уравнение
неразрывности. Уравнение состояния. Начальные и граничные условия.
Потенциальная     скорость     фильтрации.   Уравнение    Лапласа;
дифференциальные уравнения упругого режима; основные уравнения
фильтрации газа и аналогия с безнапорной фильтрацией несжимаемой
жидкости; функция и уравнение Лейбензона.
    Установившееся движение несжимаемой жидкости в пористой среде.
   Дифференциальное уравнение установившегося движения жидкости в
пористой    среде.   Уравнение  Дуковского.   Плоское   движение.
Дифференциальное уравнение плоского движения (уравнение Лапласа).
Стоки – источники на плоскости.
   Одномерное параллельно-струйное движение жидкости в пористой
среде по закону Дарси (приток жидкости к галерее). Формулы дебита,
распределение давления, градиент давления, время движения частиц
жидкости. Физическая интерпретация указанных формул. Вывод
уравнения Лапласа для движения жидкости с осевой и центральной
симметрией.
   Проско-радиальное движение жидкости в скважине. Формула Дюпюи.
Формулы скорости фильтрации. Распределение давления в пласте, время
движения частиц жидкости к скважине; их физическая интерпретация.
Форма изобар и линии тока.
   Зависимость дебита скважины от расстояния до контура питания и
      от радиуса скважины. Индикаторная диаграмма. «Воронка
                            депрессии»
  Приток жидкости к скважине при нелинейном законе фильтрации.
Формулы дебита и распределения давления. Физическая интерпретация.
   Дебит скважины и форма индикаторной линии в условиях
одновременного существования различных режимов фильтрации.
   Представление о методе источников и стоков. Расчёт потенциала
точечного источника и стока на плоскости и в пространстве.
   Плоская задача интерференции скважин. Общий метод решения на
основе принципа суперпозиции. Приток к группе совершенных скважин в


                                 7


пласте с удалённым контуром питания. Метод отображения источников и
стоков. Дебит скважины в пласте с прямолинейным контуром питания.
Влияние формы области питания н дебит. Дебит скважины вблизи
непроницаемой границы.
   Случай равно дебитных стока и источника. Приток к скважине,
эксцентрично расположенной в круговом пласте. Приток к прямолинейной
и кольцевой батареям (цепочка) скважин. Метод эквивалентных
фильтрационных сопротивлений Ю.П. Борисова. Параллельно-струйное и
плоско-радиальное движение жидкости в пластах с неоднородной
проницаемостью. Скачкообразное изменение проницаемости по мощности
или простиранию пласта.
              Приток жидкости к несовершенным скважинам.
   Виды несовершенства скважин (по степени и по характеру вскрытия
пласта). Формулы Маскета и др. Для дебита несовершенной скважины.
Электро-моделирование притока жидкости к несовершенным скважинам.
Приведенный радиус скважины. Расчёт добавочных фильтрационных
сопротивлений. Взаимодействие несовершенных скважин. Приток
реального газа к несовершенной скважине по нелинейному закону
фильтрации.
       Фильтрационный поток жидкости со свободной поверхностью.
   Безнапорное движение жидкости через перемычку и к скважине.
Формула    Дюпюи-Чарного.     Формулы     скорости фильтрации и
распределения напоров. Форма индикаторной линии.
   Установившееся движение упругой жидкости и газа в пористой среде.
  Установившаяся одномерная прямолинейная и плоско-радиальная
фильтрация сжимаемой жидкости.
   Установившееся движение упругой жидкости и газа в пористой среде
по линейному и нелинейному законам фильтрации.
   Формулы для дебита и распределения давления в пласте при
прямолинейном и плоско – радиальном движении идеального газа.
Средневзвешенное по объёму пластовое давление газа и его связь с
контурным. Индикаторная диаграмма. Влияние радиуса контура питания
на дебит газовой скважины. Движение реальных газов в пористой среде.
Учёт физических свойств реальных газов и отклонение их законов
состояния от закона состояния идеального газа.
   Установившееся движение неоднородных жидкостей в пористой среде
   Экспериментальные исследования фильтрации газированной жидкости
в песках, песчаниках и карбонатных коллекторах. Движение смеси, нефти,
воды. Фазовая проницаемость пористой среды и её зависимость от



                                  8


насыщенности жидкостью порового пространства. Опыты Викофа и
Готсета.
   Установившаяся фильтрация газированной жидкости в пористой среде.
Функция Христиановича. Определение дебита жидкости и газа и
распределение в пласте; средневзвешенное по объёму пластовой давление.
Форма индикаторной линии. Фильтрация газированной жидкости с учётом
реальных свойств жидкости.
           Установившийся одномерный поток в трещиноватых
                  и трещиновато- пористых пластах
   Одномерный поток несжимаемой жидкости в деформируемом
трещиноватом и трещиновато-пористом пластах. Поток идеального газа в
деформируемом трещиноватом и трещиновато-пористом пластах.
     Неустановившееся движение жидкости в пористой среде. Упругий
                             режим.
   Дифференциальные уравнения движения упругой жидкости в упруго-
пористой среде. Аналогия с задачей теплопроводимости. Точные решения
для притока упругой жидкости к прямолинейной галерее и к точечному
стоку на плоскости. Основное уравнение теории упругого режима
пластов. Различие в поведении кривых распределения давления для
случаев Р=const и Q=const. Квазиустановившийся характер воронки
дегрессий вблизи скважины. Сведения об определении параметров пластов
по данным восстановления забойного давления.
   Расчёт     одномерного     прямолинейного      плоско-радиального
фильтрационных потоков упругой жидкости по методу последовательной
системы стационарных состояний и его возможные улучшения.
                   Неустановившаяся фильтрация газа
   Дифференциальное      уравнение   неустановившейся     фильтрации
идеального газа в однородном недеформируемом пласте.
   Существующие точные решения. Дифференциальное уравнение
неустановившейся фильтрации реального газа по закону Дарси. Методы
линеаризации и сведение задачи нестационарной фильтрации газа к задаче
фильтрации упругой жидкости. Метод последовательной смены
стационарных состояний.


   Дифференциальное уравнение движения газа при нелинейном законе
 фильтрации. Понятие о решениях задач неустановившейся фильтрации
                           газа на ЭВМ.
  Неустановившееся движение газированной жидкости и неоднородной
жидкости и газоконденсатных смесей. Дифференциальные уравнения


                                  9


движения газированной жидкости и газоконденсатных         смесей.
Фильтрация водонефтяной смеси. Влияние капиллярных сил. Понятие о
теории Бакли-Леверетта. Понятие о скачках насыщенности при
вытеснении нефти водой.
   Понятие о движении трёхфазных систем вода-нефть-газ в пористой
среде. Особенности фильтрации двухфазной жидкости в трещиноватой
среде.
       Движение границы раздела двух жидкостей в пористой среде
   Поршневое вытеснение нефти водой из трубки потока переменного
сечения. Скорость перемещения границы раздела. Прямолинейное плоско-
радиальное движение границы раздела. Закон движения жидкой частицы.
Вытеснение нефти водой с учётом переходной зоны. Условные
устойчивости границы раздела двух жидкостей.
   Анализ явления поднятия подошвенной воды к скважине. Условие
равновесия конуса подошвенной воды и понятие о методах расчёта
предельного безводного дебита, предельной депрессии и безводного
периода. Динамические задачи конусообразования
   Особенности фильтрации неньютоновской жидкости в пористой среде
   Закон фильтрации с предельным градиентом. Качественные
особенности плоских задач фильтрации с предельным градиентом.
Застойные зоны. Приближённые формулы для дебита скважины.
    Основные представления о термодинамике фильтрационного потока
   Начальная температура пласта. Температура пласта в процессе
эксплуатации скважины. Фильтрация газа как дроссельный процесс.
Исследования термодинамики процессов фильтрации в связи с
применением термических методов воздействия на нефтяные пласты.


       3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
                  КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ.

     1. Контрольная работа по курсу «Подземная гидромеханика»
выполняется студентами заочной формы обучения в соответствии с
вариантом, указанным преподавателем во время установочной лекции. В
случае, если студент по какой-либо причине не может присутствовать на
установочных лекциях, то номер варианта определяется по последней
цифре зачётной книжки (если последняя цифра 0, выбирается вариант
№10).




                                 10



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика