Собенности процесса фильтрации;

фильтрационные характеристики пористой среды

Поровое пространство осадочных горных пород представляет собой сложную систему сообщающихся межзеренных пустот, в которой трудно выделить отдельные поровые каналы. Еще сложнее поровое пространство карбонатных горных пород (известняков, доломитов), которое характеризуется более неоднородной системой первичных пор, а также наличием трещин, каналов, каверн, возникающих после образования самой породы. Кроме того строение нефтяных и газовых залежей осложняется значительной неоднородностью пород, слоистостью их строения, наличием тектонических нарушений. Все это и другие объективные факторы определяют особенности процесса фильтрации и ее теоретических основ:

1.Фильтрация происходит по извилистым и чрезвычайно малым в поперечных размерах поровым каналам при очень малых скоростях движения жидкостей; при фильтрации очень велики силы трения вследствие вязкости жидкости и огромной площади соприкосновения жидкости с поверхностью поровых каналов.

2. Невозможно изучать движение жидкости и газа в пористых пластах обычными методами гидродинамики, поскольку область движения жидкости определяется не одним поровым каналом, а всей совокупностью порового пространства.

3.В теории фильтрации имеет место сочетание различных линейных масштабов, отличающихся на многие порядки:

размер пор - единицы и десятки микрометров;

диаметр скважины - десятки сантиметров;

расстояние между скважинами - сотни метров;

протяженность месторождения - десятки километров;

масштаб неоднородности продуктивных пластов вдоль и поперек их простирания может иметь практически любые значения.

4.Ограниченность и неточность сведений о строении и свойствах пластов и пластовых флюидов не позволяет построить однозначную модель пластовой залежи.

Все эти особенности и определяют различные модели методов и расчетных схем, определяющих прежде всего количественную закономерность фильтрационных процессов, мало чувствительных к точности исходных данных.

В теории фильтрации, как и в гидромеханике, принимается, что пористая среда и насыщающие ее флюиды образуют сплошную среду, т.е. заполняют любой выделенный элементарный объем непрерывно. Это накладывает определенные ограничения на понятие элементарного объема порового пространства.

Под элементарным объемом понимается объем, в котором заключено большое число пор и зерен, так что он достаточно велик по сравнению с размерами пор и зерен породы.

Для элементарного объема вводятся локальные усредненные характеристики системы флюид - простая среда. В применении к меньшим объемам выводы теории фильтрации становятся несправедливыми.

Одной из важнейших характеристик пористой среды, определяющей ее вместимость, является пористость, измерянная коэффициентом пористости.

Коэффициент пористости есть отношение объема пор V_п в некотором элементе пористой среды ко всему объему V данного элемента:

(1.1)

Под пористостью в теории фильтрации понимается активная пористость, учитывающая только тот объем порового пространства, через который может фильтроваться жидкость или газ.

Наряду с пористостью иногда используется понятие просветности пористой среды, которая оценивается коэффициентом просветности.

Коэффициентом просветности называется отношение площади просветов w_п в данном сечении пористой среды ко всей площади этого сечения

(1.2)

При этом естественно учитывается лишь просветность, соответствующая активным порам.

Можно показать, что среднее по длине пласта значение коэффициента просветности равно коэффициенту пористости, т.е.

(1.3)

Поэтому среднее значение площади просветов равно

. (1.4)

Если пористая среда статистически однородная, то в любой ее точке коэф. просветности равен коэф. пористости (n=m) и не зависит от выбора направления сечения.

Коэффициент пористости одинаков для геометрически подобных сред; однако он не характеризует размеры пор и структуру порового пространства. Поэтому для описания пористой среды необходимо было ввести некоторый характерный размер порового пространства. Первые теоретические исследования порового пространства проводились с помощью идеализированных моделей грунта, называемых идеальным и фиктивным грунтами. Наиболее подходящей геометрической характеристикой пористой среды является так называемый эффективный диаметр d_э частиц грунта - это такой диаметр шаров, образующих фиктивный грунт, при котором гидравлическое сопротивление, оказываемое фильтрующейся жидкости в реальном и эквивалентном фиктивном грунте, одинаково.

Эффективный диаметр d_э определяется в результате механического анализа грунта путем построения кривой фракционного состава (рис. 1). Существует несколько способов определения d_э по кривой фракционного состава (способ А.Газена, способ Крюгера - Цункера и др.). В частности по кривой фракционного состава можно найти эффективный диаметр d_э пользуясь формулой веса средней частицы.

ис.1

d_э= _, (1.5)

где d_i - средний диаметр i - фракции;

n_i - число частиц i фракции.

Эффективный диаметр d_э является важной, но не исчерпывающей характеристикой пористой среды, потому что он дает представление только о размерах зерен, но не об их форме, схеме укладки, шероховатости и т.п . В качестве источника дополнительной информации о микроструктуре порового пространства используются кривые распределения пор по условным радиусам, которые также строятся экспериментально.