Линейная фильтрация нефти и газа в пористой среде

Проницаемость

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

Абсолютно непроницаемых тел в природе нет. Все горные породы обладают пористостью, а, следовательно, и проницаемостью. При сверхвысоких давлениях все горные породы проницаемы, включая и породы с низкой субкапиллярной пористостью.

Однако при сравнительно небольших перепадах давления в нефтяных пластах многие породы в результате незначительных размеров пор оказываются практически непроницаемыми для жидкостей и газов (глины, сланцы, некоторые соли и др.). Считается, что флюиды движутся к скважинам в основном по порам, с диаметром более 1 мкм.

Хорошо проницаемыми породами являются: песок, песчаники, доломиты, доломитизированные известняки, алевролиты, а так же глины, имеющие массивную пакетную упаковку (рис. 1.13).

Рис. 1.13. Пример массивной пакетной упаковки глин – фильтрация происходит через каналы между пакетами

К плохо проницаемым породам относятся: глины, с упорядоченной пакетной упаковкой (рис. 1.14), глинистые сланцы, мергели, песчаники, с обильной глинистой цементацией, соли (особенно сульфаты за счет способности поглощать воду и увеличивать свой объём), некоторые эвапориты, плотные доломиты и известняки.

Рис. 1.14. Пример упорядоченной пакетной упаковки глин, фильтрация практически не происходит

Фильтрация идет, в основном, через крупные поры. Хорошими коллекторами нефти являются те породы, поры которых представлены в основном каналами и трещинами.

Линейная фильтрация нефти и газа в пористой среде

Для оценки проницаемости горных пород обычно пользуются линейным законом фильтрации Дарси. Darcy H. – французский учёный, в 1856 году изучая течение воды через песчаный фильтр (рис. 1.15), установил линейную зависимость между объёмным расходом жидкости (скоростью фильтрации) от градиента давления.

Рис. 1.15. Схема экспериментальной установки Дарси для изучения течения воды через песок

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

, (1.8)

где Q – объёмный расход воды;

v – линейная скорость воды;

F – площадь сечения, F = pd²/4;

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):

, (1.9)

где m – вязкость нефти.

В этом уравнении способность породы пропускать жидкости и газы характеризуется коэффициентом пропорциональности k (1.8), который называется коэффициентом проницаемости(k_пр.): k → k_пр..

Размерность коэффициента проницаемости (система СИ) вытекает из уравнения (1.9):

, (1.10)

В системе СИ коэффициент проницаемости измеряется в м², в системе СГС в см², в системе НПГ (нефтепромысловой геологии) в Д (дарси), т.е. для разных систем единиц измерения величина его характеризует площадь (табл. 1.2).

Таблица 1.2