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.

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.