49209

ОДНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В НЕОДНОРОДНЫХ ПЛАСТАХ

Курсовая

География, геология и геодезия

Однако часто изменения проницаемости при переходе от одной точки пласта к другой носят столь хаотичный характер что значительные области пласта можно считать в среднем однородно проницаемыми. Наоборот движение жидкостей и газов в пластах приобретает совершенно своеобразный характер когда на большом протяжении в изменении проницаемости наблюдаются явные закономерности. Пласт разделяется по мощности на несколько слоев; в каждом из слоев проницаемость в среднем одинакова но отлична от проницаемости соседних слоев. Во всех точках пласта...

Русский

2014-01-12

210.21 KB

4 чел.

ВВЕДЕНИЕ

В естественных условиях проницаемость не остается строго одинаковой во всех точках пласта. Однако часто изменения проницаемости при переходе от одной точки пласта к другой носят столь хаотичный характер, что значительные области пласта можно считать в среднем однородно проницаемыми. Понятно, что при движении жидкостей и газов в таких областях пласта оказываются с большой точностью справедливыми законы, установленные для строго однородных пластов. Наоборот, движение жидкостей и газов в пластах приобретает совершенно своеобразный характер, когда на большом протяжении в изменении проницаемости наблюдаются явные закономерности. Отметим следующие четыре случая.

1. Пласт разделяется по мощности на несколько слоев; в каждом из слоев проницаемость в среднем одинакова, но отлична от проницаемости соседних слоев.

2. Проницаемость пласта скачкообразно (резко) изменяется при переходе через какую-либо границу. Такой границей может быть порог фациальной изменчивости одного и того же пласта, поверхность соприкосновения двух разных пластов вдоль сброса и т. д.

3. Проницаемость пласта непрерывно увеличивается или уменьшается в каком-либо направлении.

4. Во всех точках пласта одинаковое значение коэффициента проницаемости в одном направлении резко отличается от значения коэффициента проницаемости в другом направлении.

ОДНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В НЕОДНОРОДНЫХ ПЛАСТАХ

Задача 1. Одномерное движение несжимаемой жидкости в горизонтальном пласте подчиняется линейному закону фильтрации и происходит в условиях водонапорного режима. Пласт состоит из двух слоев (пропластков) I и II мощности  и и проницаемости  и  (рисунок 1). На рисунке 1 изображено сечение пласта вертикальной плоскостью. На одном конце каждого слоя пласта приведенное пластовое давление равно , а на другом конце —  .Требуется определить распределение давления в пласте, дебит потока и средний коэффициент проницаемости пласта.

Рисунок 1. Линии равных напоров и пьезометрическая линия (прямая EF) при одномерном движении жидкости в двухслойном пласте.

Градиенты давлений должны быть одинаковыми в обоих слоях; при одном и том же значении координаты х приведенные давления также должны быть одинаковыми в обоих слоях:

(1)

(2)

Линии равных приведенных давлений (линии равных напоров) следует проводить в каждом из слоев на одинаковом расстояний друг от друга, см. пунктирные линии на рисунке 1. Прямая EF изображает общую для обоих слоев пьезометрическую линию. Наоборот, скорости фильтрации в каждом из слоев будут разные:

 

В первом слое:     (3)

Во втором слое:     (4)

Дебит Q двухслойного фильтрационного потока определяется с помощью следующей формулы:

(5)

где а — ширина потока.

Рисунок 2. Линии равных напоров и пьезометрическая линия (ломаная EDF) при одномерном движении жидкости в пласте, имеющем две зоны I и II 

различной проницаемости.

Среднюю проницаемость  двухслойного пласта в направлении, параллельном напластованию, определим так:

(6)

Из двух последних формул найдем:

(7)

Задача 2. Изменим условия предыдущей задачи лишь так, что границу раздела АВ двух зон I и II различной проницаемости будем считать перпендикулярной к направлению одномерного фильтрационного потока (рисунок 2). Длины зон I и II обозначим через и , приведенные давления

в любой точке с координатой х в каждой из этих зон —  и ; приведенное давление вдоль границы АВ обозначим через .

(8)

(9)

Вследствие одномерности и неразрывности движения скорость фильтрации должна быть одинаковой в зонах I и II, т. е.

 (10)

Продифференцируем по х величины , определяемые формулами (8) и (9); пользуясь соотношением (10), найдем:

(11)

Подставляя значение  из последнего равенства в формулы (8) и (9), получим возможность определить давления  в любой точке каждой из двух зон:

(12)

(13)

Пользуясь равенствами (10) и любой из формул (12) или (13), определим скорость фильтрации, а затем и дебит фильтрационного потока:

(14)

(15)

где a — ширина, а b — мощность пласта.

Последние формулы можно получить и более простым способом.

Именно, учитывая одномерность и неразрывность движения:

 (16)

 

(17)

Исключая величину  из двух последних равенств, вновь приходим к формуле (14).

Для определения средней проницаемости пласта , приравняем

правые части равенств (6) и (15):

 

(18)

Для упрощения последней формулы удобно ввести новую величину ѡ, обратную величине коэффициента проницаемости:

(19)

Согласно физическому смыслу величина ѡ  названа «коэффициентом сопротивления» пласта. Пользуясь вновь введенной величиной, формулу (18) перепишем так:

(20)

Перейдем к анализу полученных результатов.

Из формулы (10) видно, что градиенты давления в зонах I и II обратно пропорциональны величинам коэффициентов проницаемости в этих зонах. Допустим, например, что  следовательно, в зоне I градиенты давления будут больше и линии равных приведенных давлений (линии равных напоров) будут расположены теснее, чем в зоне II, см. пунктирные линии на рисунке 2. Соответствующая пьезометрическая линия EDF должна быть вогнутой (глядя сверху) ломаной линией; в зоне I наклон пьезометрической линии к горизонту должен быть больше, чем в зоне II. При к2 > получилась бы обратная картина и пьезометрическая линия была бы выпуклой (глядя сверху).

Из формулы (7) видно, что средний коэффициент проницаемости оказывается величиной средневзвешенной из коэффициентов проницаемости отдельных слоев по мощности этих слоев.

Средний коэффициент проницаемости, определяемый формулой (18), не выражается столь просто, но, как видно из формулы (20), средний коэффициент сопротивления также оказывается величиной средневзвешенной из коэффициентов сопротивления отдельных зон по длине этих зон.

Допустим, что длины  и  зон I и II в условиях второй задачи таковы же, как мощности  и  слоев I и II в условиях первой задачи. В таком случае отношение средних коэффициентов проницаемости будет иметь следующее выражение:

(21)

где значение  для условий задачи 1 взято из формулы (7), а значение  для условий задачи 2 взято из формулы (18).

При сделанных допущениях всегда > [см. формулу (21)], т.е. средний коэффициент проницаемости в направлении, параллельном линии раздела между слоями различной проницаемости, больше среднего коэффициента проницаемости в направлении, перпендикулярном к упомянутой линии раздела.

Сравнивая решенные выше две задачи, отметим, что в условиях задачи 1 градиенты давления во всем пласте одинаковы, но скорости фильтрации в слоях I и II различны, прямо пропорциональны проницаемостям каждого из слоев. В условиях задачи 2 скорость фильтрации во всем пласте одна и та же, но градиенты давления в зонах I u II различны — обратно пропорциональны проницаемостям каждой из зон.

Только что приведенные сравнения позволяют обосновать «закон

преломления» линий токов (траекторий) движения частиц жидкости при установившейся фильтрации в том случае, когда скорость фильтрации образует любой угол с нормалью к поверхности раздела между двумя зонами с различной проницаемостью.

       

Рисунок 3. Преломление линий токов при пересечении границы между двумя зонами пласта I u II различной проницаемости.

На рисунке 3 изображен одномерный поток жидкости в пласте, причем скорость фильтрации в первой зоне образует угол  с нормалью пп к плоскости раздела АВ между двумя зонами; во второй зоне скорость фильтрации образует с той же нормалью угол . Проницаемость пласта в первой зоне — , во второй зоне —. Обозначим векторы-градиенты давления в первой и во второй зонах через  и ; вдоль этих векторов направлены скорости фильтрации  и. Проекции векторов-градиентов давления и скоростей фильтрации на направление нормали к плоскости раздела будем отмечать значком n; проекции тех же векторов на любую прямую, лежащую в плоскости раздела (в более общем случае — на направление касательной к поверхности раздела), будем отмечать значком t. Беря две точки C и D лежащие в зонах I и II вблизи плоскости раздела, на основании сказанного выше (по поводу распределения скоростей и градиентов давления в пласте в условиях задачи 2) можем утверждать, что в этих точках:

(22)

(23)

(24)

В пояснение последнего равенства заметим, что пластовое давление должно изменяться непрерывно при переходе через границу АВ, т. е. давления в двух точках С и D при приближении их к границе АВ должны быть одинаковы, а, следовательно, одинаковыми будут и проекции векторов-градиентов давления вдоль линии АВ.

Из линейного закона фильтрации и из последней формулы (24) следует, что

(25)

Формулы (22) и (25) перепишем так:

(26)

(27)

Разделив последнее равенство на предпоследнее и переставив члены пропорции, получаем закон преломления линий токов при пересечении границы раздела зон различной проницаемости:

(28)

Полученный закон вполне аналогичен закону преломления силовых линий электростатического поля при пересечении границы раздела двух диэлектриков. Также точно формулы (7) и (18) для средней проницаемости пласта вполне аналогичны соответствующим формулам электростатического поля в среде со скачкообразно изменяющейся диэлектрической постоянной.

На рисунке 1 и 2 изображены горизонтальные пласты; однако во все выведенные выше формулы входят не истинные, а приведенные пластовые давления. Поэтому все полученные результаты можно обобщить и на наклонные пласты со скачкообразно изменяющейся проницаемостью, если граничные условия обеспечивают одномерность потоков.

Предположим, что в условиях рассмотренной выше задачи 1     (рисунок 1) имеется не два, а п слоев различной проницаемости и различной мощности. Тем же способом легко доказать, что вместо формулы (7) получим:

(29)

В подземной гидравлике эта формула впервые была выведена в 1932 г. проф. Г.Н.Каменским.

Если в условиях задачи 2 (рисунок 2) имеется не две, а п зон различной проницаемости и различной длины, то вместо формул (18) и (20) получим:

(30)

(31)

Допустим, что в условиях задачи 2 проницаемость меняется не скачком, а непрерывно вдоль оси ж, т. е.

(32)

Дебит фильтрационного потока может быть выражен так:

(33)

где F — площадь поперечного сечения потока.

Разделяя переменные и интегрируя последнее уравнение, получим:

(34)

Зная характер функциональной зависимости проницаемости к от координаты х и выполнив интеграцию (точно или приближенно), определим дебит потока; зная дебит и интегрируя уравнение (33) в других пределах, определим распределение пластового давления. В книге проф. Г. К. Каменского данная задача решена для случая линейной зависимости коэффициента проницаемости от координаты х.

На основании обоснованных ранее замечаний о форме пьезометрической линии EDF на рисунке 2 можем утверждать, что если коэффициент проницаемости непрерывно увеличивается вдоль одномерного

потока, то пьезометрическая линия будет вогнутой (глядя сверху); при увеличении коэффициента проницаемости вдоль потока пьезометрическая линия будет выпуклой.

2 ЗАДАЧА

Определить понижение давления в скважине на расстоянии 400 м и на расстоянии 1 км от скважины после ее пуска с дебитом 80 /сут в следующие моменты времени: 10 минут, 1 час, 1 сутки. Графически сопоставить изменение во времени уровня жидкости в скважинах, расположенных на различных расстояниях от возмущающей скважины.

Исходные данные:

Проницаемость пласта 0,75 мк, вязкость жидкости 4,5 мПа*с, коэффициент сжимаемости жидкости и пористой среды 9* 1/МПа и 1* 1/МПа, плотность жидкости 900 кг/, пористость пласта 20%, толщина пласта 10 м, радиус скважины 10 см.

Решение:


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80764. Право граждан на благоприятную окружающую среду 31.86 KB
  Право на жизнь объединяет с правом на благоприятную окружающую среду то что первое несомненно связано с состоянием окружающей среды в которой проживает человек. По оценкам Всемирной организации здравоохранения состояние здоровья человека до 80 определяется условиями среды его обитания. Есть основания предположить что годы жизни укорочены наряду с другими причинами изза деградации окружающей среды. В той части в какой право на жизнь связано с охраной природной среды оно может защищаться способами и средствами предусмотренными...
80765. Право на достоверную информацию о состоянии окружающую среду. Источники экологической информации 33.31 KB
  Источники экологической информации. ФЗ Об информации информационных технологиях и защите информации предусматривает защиту прав граждан на экологическую информацию в том числе сведения о последствиях аварий и катастроф информацию о безопасности населенных пунктов. Подобная информация не может составлять государственную тайну доступ к данной информации не может быть ограничен. Одним из критериев такой информации является ее достоверность.
80766. Права общественных формирований в области охраны окружающей среды 31.04 KB
  Полномочия общественных экологических объединений в области охраны окружающей природной среды предусмотрены рядом законодательных актов. Федерального закона Об охране окружающей среды. Одним из примеров реализации прав общественных объединений в области охраны окружающей среды может служить опротестование Российским социально-экологическим союзом в Вологодском областном арбитражном суде решения вологодских властей о строительстве на территории Национального природно-исторического парка Русский Север образованного Правительством РФ в...
80767. Право собственности на природные объекты: понятие, виды, объекты и субъекты, основания возникновения 30.39 KB
  Земля и другие природные ресурсы могут находиться в частной государственной муниципальной и иных формах собственности. Земли которые не находятся в собственности граждан юридических лиц или муниципальных образований представляют собой государственную собственность. Право собственности на природные ресурсы – возможность владения пользования и распоряжения данными природными ресурсами.
80768. Право природопользования: понятие, содержание и виды 35.24 KB
  Позитивное природопользование классифицируется по объекту природопользования на землепользование водопользование пользование лесами недрами и животным миром. Право природопользования понимается в двух значениях. В объективном смысле право природопользования это совокупность правовых норм регулирующих отношения по поводу использования и охраны природных ресурсов.
80769. Право общего природопользования 34.47 KB
  При этом однако в ряде случаев устанавливаются пределы и условия общего пользования природными ресурсами. Однако в составе земель поселений выделяются рекреационные территориальные зоны на которых осуществляется право общего землепользования. Землями общего пользования в значительной степени являются земли лесного фонда правовой режим которых определяется земельным законодательством.
80770. Право специального природопользования: основания возникновения и прекращения 31.45 KB
  Формы специального природопользования: комплексное природопользование; специальное пользование водами недрами объектами животного мира другими природными ресурсами. Необходимость введения комплексного природопользования обусловлена тем что нередко при предоставлении одного природного ресурса в пользование используются в большей или меньшей степени другие ресурсы либо на них оказывается воздействие. Право специального природопользования возникает на основании разрешений лицензий договоров оформляемых в рамках определенных в...
80771. Функции государственного экологического управления 29.4 KB
  Речь идет о распоряжении природными ресурсами об обеспечении рационального использования и воспроизводства природных ресурсов сохранения или восстановления благоприятного состояния окружающей среды соблюдения и защиты экологических прав и законных интересов граждан. Функции управления деятельность по обеспечению охраны окружающей природной среды и рационального природопользования: 1 создание системы органов управления в сфере охраны окружающей среды; 2 подзаконное нормотворчество; 3 распоряжение управление природными ресурсами; 4...
80772. Система и полномочия органов государственного экологического управления 33.24 KB
  Полномочия органов государственной власти Российской Федерации в сфере отношений связанных с охраной окружающей среды К полномочиям органов государственной власти Российской Федерации в сфере отношений связанных с охраной окружающей среды относятся: обеспечение проведения федеральной политики в области экологического развития Российской Федерации; разработка и издание федеральных законов и иных нормативных правовых актов в области охраны окружающей среды и контроль за их применением; разработка утверждение и обеспечение реализации...