Исследование движения жидкости и газов в пористой среде

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время, одной из главных проблем технологии добычи углеводородного сырья, является разработка пластов со сверхнизкой проницаемостью [pic 1] м2. Согласно опубликованным источникам [3–5, 25], опытные данные для натуральных образцов низкопроницаемых пород показывают, что при фильтрации нефти через них, законы фильтрации при низких градиентах давления становятся сильно нелинейными. В частности, согласно рисункам, представленным в работе [1], снижение проницаемости в десятки раз наблюдалось при градиентах давления не превышающих 5∙105 Па/м.

Лабораторные исследования [3–5] также показывают, что подобное отклонение происходит не только для нефтей, но также и при фильтрации воды. Причем, величины характерных градиентов давления при которых наблюдается нелинейность, зависят также от флюида, каким пористая среда насыщена в исходном состоянии.                Результаты измерений величин скорости фильтрации [pic 2] от градиента давления [pic 3] лабораторных исследований [4] представлены в виде зависимости коэффициента эффективной проницаемости от градиента давления. Картина таких зависимостей имеет вид, представленный на рис.1. Видно, что фильтрационное течение вообще отсутствует, если градиент давления становится ниже некоторого предельного значения. При достаточно высоких значениях градиента давления величина [pic 4] стремится к некоторому предельному значению и, следовательно, закон фильтрации становится линейный. Следует также отметить, что из-за ограничений в точности измерительного оборудования в фильтрационных лабораториях, зависимости скорости фильтрации от градиента давления не могут быть получены во всем диапазоне градиентов давления. Но ясно, что в низкопроницаемых пластах скорость фильтрации может снижаться в десятки и более раз при слабых градиентах давления по сравнению со значениями, следующими из линейного закона Дарси.

Основываясь на этом, в качестве наиболее простой идеализации процесса фильтрации в низкопроницаемых коллекторах, примем, что течение через пористую среду вообще отсутствует, если величина градиента давления становится ниже некоторой предельной величины [pic 5]. Таким образом, фильтрация жидкости происходит только в тех зонах, где градиент давления выше этой предельной величины.        

1.1. Краткий обзор работ, посвящённых теории фильтрации

Среди опубликованных работ, содержащих экспериментальные данные, наибольший интерес представляют работы [3-5] А.В. Байкова, А.В. Колонских, А.К. Макатрова, М.Е. Политова, А.Г. Телина. В работе [5] представлены лабораторные исследования нелинейных эффектов при фильтрации воды и нефти, проведенные в ООО «РН-УфаНИПИнефть» в 2013 г. Для проведения фильтрационных исследований были использованы естественные низкопроницаемые образцы (проницаемостью менее 2,5·10-3  мкм2) керна Приобского месторождения.