ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТЕИ И ГАЗОВ В ПРИРОДНЫХ ПЛАСТАХ
ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТЕИ И ГАЗОВ В ПРИРОДНЫХ ПЛАСТАХ
Баренблатт Г. И., Ентов В. М., Рыжик В. М.
Месторождения нефти и природного газа чаще всего приурочены к поднятиям или складкам пластов терригенных и карбонатных осадочных пород (песчаников, известняков, алевролитов, глин),представляющих собой скопления зерен минералов, связанных цементирующим материалом и преобразованных в результате геологических процессов.
Поровое пространство терригенных пород — сложная нерегулярная система сообщающихся (иногда — изолированных) меж- зеренных пустот с размерами пор, составляющими единицы или десятки микрометров (рис. 1).
В карбонатных породах (известняках, доломитах) система пор более неоднородна, кроме того, гораздо более развита система вторичных пустот, возникших после образования самой породы. Сюда относятся трещины, вызванные тектоническими напряжениями, а также каналы и каверны, возникшие благодаря растворению скелета породы водой (иногда сопровождающемуся химической реакцией). Протяженность трещин и размеры каверн могут намного превосходить размеры первичных пор.
Жидкие или газообразные углеводороды, плотность которых меньше плотности воды, скапливаются в поднятиях («ловушках») пород, вытесняя ранее находившуюся там воду. Чтобы месторождение нефти или газа могло сохраниться, пласты-коллекторы должны быть изолированы от выше - и нижележащих проницаемых пластов кровлей и подошвой: слоями непроницаемых пород, чаще всего глин или соли (рис. 2).
Строение нефтяных и газовых залежей осложняется значительной неоднородностью и прежде всего многослойностью слагающих их пород. Нефте - и газоносные пласты часто пересекаются крупными тектоническими нарушениями — разрывами сплошности пород. Добыча нефти и газа, разведка месторождений и исследование пластов ведутся через отдельные скважины диаметром 10—20 см, отстоящие друг от друга на сотни метров.
Мы напомнили эти общеизвестные факты, чтобы подчеркнуть вытекающие из них особенности теории фильтрации нефти и газа в природных пластах. Одна из них заключается в необходимости
одновременно рассматривать процессы в областях, характерные размеры которых различаются на порядки: размер пор (единицы и десятки микрометров), диаметр скважин (десятки сантиметров), толщины пластов (единицы и десятки метров), расстояния между скважинами (сотни метров), протяженность месторождений (до десятков и даже сотен километров). Кроме того, неоднородность пластов (по толщине и площади) имеет характерные размеры практически любого масштаба.
РИС. 1. Шлиф нефтяного песчаника |
Сведения о пласте при всем их разнообразии всегда ограничены. Они складываются из геологической и геофизической информации: данных исследования образцов породы и гидродинамических исследований скважин, результатов анализа отобранных из скважин проб нефти, газа и пластовой воды; и, наконец, из истории разработки, т. е. совокупности данных по динамике изменения давлений, отбора или закачки нефти и воды по отдельным скважинам и в целом по объекту. Даже если имеется весь перечисленный объем информации, что бывает далеко не всегда, ее недостаточно для однозначного построения модели пласта. Это ясно хотя бы из того, что любая модель строится на интерполяции по пласту данных, полученных на основе единичных скважинных измерений, и обычно нет веских оснований считать это адекватным представлением того, что на самом деле происходит в пласте. В этих условиях основная задача исследования заключается в установлении качественных закономерностей, устойчивых тенденций, а также количественных соотношений, устойчивых к вариации исходных данных. Целью расчета оказывается не столько точное определение всех характеристик процесса, сколько расширение той совокупности сведений, которые учитываются при выборе, например, системы разработки месторождения или метода воздействия на пласт. Последующее поведение пласта позволяет внести
Коррективы и уточнить принятую модель.
Все это сближает подземную гидродинамику с теоретической физикой. Решающую роль играет постановка задачи и такой анализ результатов ее решения, который позволяет сделать некоторые общие, скорее, качественные, заключения. Напротив, увеличение точности качественно ясных результатов оказывается зачастую ненужным.
Такое положение дел существовало всегда, и появление и широкое распространение вычислительных
Машин лишь усугубило его. С помощью машинной математики многие технические трудности были преодолены, в результате чего возможности гидродинамических расчетов неизмеримо выросли. Однако познавательная ценность извлекаемых результатов еще более чем в домашинную эру определяется адекватностью модели, четкостью постановки задачи расчета и глубиной предварительного анализа имеющихся данных.