Проницаемость горных пород

16.11.2020

Способность пород продуктивных пластов пропускать жидкость называют проницаемостью. Проницаемыми являются практически все осадочные породы. Однако проницаемость пород с субкапиллярными порами ничтожно мала; поэтому такие породы (глины, глинистые сланцы, аргиллиты и некоторые другие) условно считают непроницаемыми.

Одной из главных физических характеристик коллектора служит абсолютная проницаемость. Абсолютной называют проницаемость пористой среды при фильтрации через нее одной какой-либо жидкости, химически инертной по отношению к породе. В качестве такой жидкости обычно используют сухой воздух или газ, так как почти невозможно найти химически инертной по отношению к породе капельной жидкости.

Для количественной оценки проницаемости в лаборатории обычно пользуются законом линейной фильтрации Дарси, согласно которому скорость фильтрации прямо пропорциональна градиенту давления и обратно пропорциональна динамической вязкости жидкости

где Q — объемный расход жидкости; k — коэффициент пропорциональности, называемый абсолютной проницаемостью; р1, р2 — соответственно давления на входе в образец и на выходе из него; F — площадь фильтрации; — динамическая вязкость жидкости; l — длина образца пористой породы.

Из формулы (1.6) следует, что абсолютная проницаемость

Так как газ является сжимаемой жидкостью, его объемный расход в разных по длине образца сечениях непостоянен. Поэтому при измерении проницаемости породы для газа в формулу (1.7) необходимо подставлять объемный расход газа, приведенный к среднему давлению в образце. Под средним понимают среднее арифметическое давлений на входе в образец и на выходе из него. Полагают, что газ расширяется изотермически в соответствии с законом Бойля—Мариотта. С учетом сказанного формулу (1.7) для определения проницаемости по. газу можно переписать в виде

где Q0 — объемный расход газа при атмосферном давлении; p0 — атмосферное давление; nг — вязкость газа при нормальных условиях.

Размерность проницаемости в Международной системе единиц

За единицу проницаемости в 1 м2 принимают проницаемость такой пористой среды, через образец которой длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м2 при перепаде давлений 1 Па ежесекундно профильтровывается 1 м3 жидкости с вязкостью 1 Па-с.

На практике обычно пользуются гораздо меньшей единицей, именуемой Дарси (Д). Проницаемость в 1 Д равна 1,02 мкм2, т. е. приблизительно в 10в12 раз меньше единицы проницаемости в 1 м2. Проницаемость в 0,001 Д называют миллидарси. Проницаемость коллекторов нефтяных и газовых месторождений изменяется от нескольких миллидарси до 2—3 Д.

В реальных условиях нефтяного или газового пласта приток к скважине происходит в условиях радиальной фильтрации. Объемную скорость притока несжимаемой капельной жидкости при радиальной фильтрации можно найти по формуле Дюпюи

где h — мощность пласта; рпл — пластовое давление на контуре питания; рс — давление на стенки скважины в продуктивном пласте (забойное давление); гк — радиус контура питания скважины; rс — радиус скважины.

Величину kh/n принято называть коэффициентом гидропроводности (или просто гидропроводностью) пласта.

Из формулы (1.10) следует, что проницаемость при радиальной фильтрации однофазной капельной жидкости

Аналогично проницаемость при радиальной фильтрации газа:

В продуктивных пластах нефтяных и газовых месторождений всегда содержатся две (нефть+вода; газ+вода; нефть+газ) или три (нефть+газ-+вода) фазы. Проницаемость породы для любой из фаз при фильтрации двух- или трехфазной жидкости меньше ее абсолютной проницаемости. Поэтому, помимо абсолютной, пользуются также понятиями фазовой и относительной проницаемостей. Под фазовой понимают проницаемость породы для данной жидкости (или газа) при наличии в порах многофазной системы. Относительной проницаемостью коллектора называют отношение фазовой проницаемости к абсолютной.
Проницаемость горных пород

Фазовая и относительная проницаемости для различных фаз зависят от водо-, нефте- и газонасыщенности порового пространства коллектора, физических и физико-химических свойств жидкостей и коллектора. Если, например, часть пор породы занята водой, то проницаемость ее для нефти или газа уменьшается и тем сильнее, чем больше водонасыщенность. На рис. 2 показана зависимость относительной проницаемости песка для нефти и воды от во-донасыщенности порового пространства. При водонасыщенности менее 20% вся вода физически удерживается в тонких и тупиковых порах, в суженных местах контакта зерен породы, а также в виде пленок на поверхности поровых каналов и остается неподвижной. Так как часть объема пор занята неподвижной водой, то фильтрация нефти возможна лишь в свободной от воды части сечения поровых каналов; поэтому относительная проницаемость для нефти при такой водонасыщенности не превышает 80%, а для воды практически равна нулю. При увеличении водонасыщенности песка до 40%, т. е. вдвое, относительная проницаемость для нефти снижается более чем в 2 раза, а для воды достигает примерно 30%. При водонасыщенности 80% проницаемость для нефти падает практически до нуля. Это означает, что нефть, содержащаяся в порах такой породы, прочно удерживается капиллярными и другими силами.

Проницаемость гранулярного коллектора зависит в основном от размера поровых каналов. Единой зависимости между пористостью и проницаемостью пород не существует. Многие породы с большой пористостью (например, глины) обладают весьма малой проницаемостью либо практически непроницаемы. Другие же породы с небольшой пористостью имеют довольно высокую проницаемость (например, некоторые известняки). Проницаемость обычно растет с увеличением размера пор.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна