Физика пласта

Описание презентации по отдельным слайдам:

• 

  1 слайд

  ФИЗИКА ПЛАСТА
  Казанский федеральный университет
  Институт геологии и нефтегазовых технологий
  Презентация учебного курса
  КАФЕДРА
  разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов
  

• 

  2 слайд

  ПРИРОДНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ НЕФТИ И ГАЗА
  ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ
  ТЕРРИГЕННЫЕ
  ХЕМОГЕННЫЕ
  ОРГАНОГЕННЫЕ
  пески, песчаники, алевриты, алевролиты, глины, аргиллиты
  и другие осадки обломочного материала
  каменная соль, гипсы, ангидриты, доломиты, некоторые известняки и др.
  (химические, биохимические, термохимические реакции)
  мел, известняки органогенного происхождения и другие окаменелые останки животных и растительных организмов
  

• 

  3 слайд

  ВИДЫ КОЛЛЕКТОРОВ
  ГРАНУЛЯРНЫЕ (терригенные, обломочные)
  ТРЕЩИННЫЕ
  СМЕШАННЫЕ
  Коллекторы трещинного типа сложены преимущественно карбонатами, поровое пространство которых состоит из микро- и макротрещин.
  Трещинные коллекторы смешанного типа в зависимости от наличия в них пустот различного вида подразделяются на подтипы:
  трещинно-пористые, трещинно-каверновые, трещинно-карстовые.
  коллекторы, сложенные песчано-алевритовыми породами, состоящие из песчаников, песка, алевролитов, реже известняков, доломитов
  

• 

  4 слайд

  ПРИРОДНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ НЕФТИ И ГАЗА
  Промышленные запасы нефти и газа приурочены к тем коллекторам, которые совместно с окружающими их породами образуют ловушки различных форм: антиклинальные складки, моноклинали, ограниченные сбросами или другими нарушениями складчатости.
  Условия формирования нефтеносных толщ включают наличие коллекторов с надежными покрышками практически непроницаемых пород.
  ГАЗ
  НЕФТЬ
  ВОДА
  ГЛИНА
  

• 

  5 слайд

  Основные коллекторские свойства горных пород, определяющие их способность вмещать и пропускать через себя жидкости и газы при перепаде давления, называются фильтрационно-ёмкостными свойствами (ФЕС).
  ПРИРОДНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ НЕФТИ И ГАЗА
  

• 

  6 слайд

  ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОРОДЫ
  Гранулометрический состав – содержание в горной породе зерен различной крупности, выраженное в % от массы или количества зерен исследуемого образца.
  Диапазон размеров частиц в нефтесодержащих породах 0,01 – 1 мм
  Изучаемый диапазон размеров: 0,001- 5 мм
  Методы анализа гранулометрического состава горных пород
  Ситовой анализ
  d > 0,05 мм
  Седиментационный анализ
  0,01< d < 0,1 мм
  Микроскопический анализ шлифов
  0,002 < d < 0,1 мм
  

• 

  7 слайд

  ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОРОДЫ
  Ситовой анализ сыпучих горных пород применяют для определения содержания фракций частиц размером от 0,05 до 6 - 7 мм, а иногда и до 100 мм. В лабораторных условиях обычно пользуются набором проволочных или шелковых сит с размерами отверстий (размер стороны квадратного отверстия) 0,053; 0,074; 0,105; 0,149; 0,210; 0,227; 0,42; 0,59; 0,84; 1,69 и 3,36 мм.
  СИТОВОЙ АНАЛИЗ
  

• 

  8 слайд

  ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОРОДЫ
  СИТОВОЙ АНАЛИЗ
  Интегральное распределение частиц по размерам
  

• 

  9 слайд

  ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОРОДЫ
  Седиментационный анализ
  Седиментационное разделение частиц по фракциям происходит вследствие различия скоростей оседания зерен неодинакового размера в вязкой жидкости. По формуле Стокса скорость осаждения в жидкости частиц сферической формы
  C глубины h через время tx в пипетку проникнут только те частицы, диаметр которых меньше d1 так как к этому времени после начала их осаждения более крупные зерна расположатся ниже кончика пипетки.
  

• 

  10 слайд

  ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОРОДЫ
  Весовой седиментометр ВС - 3
  для автоматизированного анализа гранулометрического состава порошков металлов, сплавов, органических и неорганических соединений
  ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
  Диапазон измеряемых размеров частиц..2 – 300 мкм
  Время анализа одной пробы..10 – 120 мин
  Вес анализируемой пробы……20 – 40 мГ
  Количество анализируемых проб …до 20
  (без смены седиментационной жидкости)
  Чувствительность системы измерений 0,1 мГ
  Объем седиментационной жидкости…2 Л
  (дистиллированная вода)
  Вес прибора (без компьютера)... до 6 кГ
  

• 

  11 слайд

  ПОРИСТОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
  Под пористостью горной породы понимают наличие в ней пустот (пор, каверн, трещин).
  В зависимости от происхождения различают следующие виды пор
  1. Первичные поры, образовавшиеся одновременно с формированием породы. Величина первичной пористости обусловлена особенностями осадконакопле-ния. Она постепенно уменьшается в процессе погружения и цементации осадочных пород.
  2. Поры растворения, образовавшиеся в результате циркуляции подземных вод. В карбонатных породах в результате процессов карстообразования образуются поры выщелачивания, вплоть до образования карста.
  Вторичные поры
  

• 

  12 слайд

  ПОРИСТОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
  3.Поры и трещины, возникшие под влиянием химических процессов, приводящие к сокращению объёма породы. При доломитизации (превращение известняка в доломит) идет сокращение объемов породы приблизительно на 12 %, что приводит к увеличению объема пор. Аналогично протекает и процесс каолинизации – образование каолинита.
  4.Пустоты и трещины, образованные за счет эрозионных процессов: выветривания, кристаллизации, пере-кристаллизации.
  5.Пустоты и трещины, образованные за счет тектонических процессов, напряжений в земной коре.
  

• 

  13 слайд

  Различают физическую или абсолютную пористость, которые не зависят от формы пустот, открытую, а также динамическую или эффективную пористость, зависящих от формы пустот.
  Коэффициентом полной (или абсолютной) пористости mп называется отношение суммарного объема пор Vпор в образце породы к видимому его объему Vобр
  Коэффициент пористости – отношение объема пор в породе к видимому объему образца V
  ПОРИСТОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
  

• 

  14 слайд

  ПОРИСТОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
  Открытую пористость характеризует отношение объема порового пространства, включающего сообщающееся между собой поры, к общему объему образца.
  Часть этого порового пространства занята связанной водой.
  

• 

  15 слайд

  ПОРИСТОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
  Динамическую или эффективную пористость характеризует только объем тех поровых пространств, через которые возможно движение жидкости (воды, нефти) или газа под воздействием сил, соизмеримых с силами, возникающими при разработке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.
  

• 

  16 слайд

  ПОРИСТОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
  

• 

  17 слайд

  Коэффициенты пористости некоторых осадочных пород
  По величине поровые каналы нефтяных пластов условно разделяют на три группы:
  1) сверхкапиллярные — размеры больше 0,5 мм;
  2) капиллярные — от 0,5 до 0,0002 мм (0,2 мкм)
  3) субкапиллярные — меньше 0,2 мкм (0,0002 мм).
  ПОРИСТОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
  

• 

  18 слайд

  ПОРИСТОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
  Фиктивный грунт
  воображаемый грунт, состоящий из шарообразных частиц одного и того же размера.
  

• 

  19 слайд

  УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
  Удельной поверхностью пород называется суммарная поверхность частиц или поровых каналов, содержащихся в единице объема образца.
  Поверхность одной песчинки равна
  Объем
  Для фиктивного грунта число песчинок в единице объема породы равно
  Суммарная поверхность всех песчинок в единице объема породы равна
  Для песчинок радиусом г = 0,1 мм, удельная поверхность будет равна (если пористость m = 0,26)
  В 1 м3 песка общая поверхность частиц с радиусом 0,1 мм составит 22000 м2.
  Удельная поверхность частиц с радиусом 0,05 мм составит уже 44 000 м2/м3
  

• 

  20 слайд

  ПРОНИЦАЕМОСТЬ
  
  П р о н и ц а е м о с т ь коллектора — параметр, характеризующий его способность пропускать жидкость или газ. Как и пористость проницаемость не постоянная величина и изменяется по площади пласта и по пластованию.
  Абсолютной называется проницаемость при фильтрации через породу одной какой-либо жидкости (нефти, воды) или газа при полном насыщении пор этой жидкостью или газом.
  Абсолютная проницаемость характеризует физические свойства породы, т. е. природу самой среды.
  Фазовой или эффективной называется проницаемость, определенная для какого-либо одного из компонентов при содержании в порах других сред.
  Отношение фазовой проницаемости к абсолютной называется относительной проницаемостью.
  

• 

  21 слайд

  Проницаемость
  Количественной характеристикой проницаемости служит коэффициент проницаемости, являющийся коэффициентом пропорциональности в линейном законе фильтрации – законе Дарси.
  Закон Дарси:
  скорость фильтрации прямо пропорциональна градиенту давления
  (перепаду давления, действующему на единицу длины) в пористой среде и обратно пропорциональна динамической вязкости фильтрующегося газа или жидкости
  - объемный расход жидкости или газа,
  - площадь фильтрации.
  

• 

  22 слайд

  Проницаемость
  За единицу проницаемости в 1 дарси (1 Д) принимают проницаемость такой пористой среды, при фильтрации через образец которой площадью 1 см2 и длиной 1 см при перепаде давления 1 кГ/см2 расход жидкости вязкостью 1 спз (сантипуаз) составляет 1 см3/сек. Величина, равная 0,001 Д, называется миллидарси (мД). Учитывая, что 1 кГ/см2 = ~105 Па, 1 см3 = 10-6 м3, 1 см2 = 10-4 м2, 1 спз = 10-3 Па • сек, получим следующее соотношение:
  За единицу проницаемости в 1 м2 принимается проницаемость такой пористой среды, при фильтрации через образец которой площадью 1 м2 , длиной 1 м и перепаде давления 1 Па расход жидкости вязкостью 1 Па·с составляет 1 м3 /с.
  Физический смысл размерности коэффициента проницаемости – это величина площади сечения каналов пористой среды горной породы, по которым происходит фильтрация флюидов.
  

• 

  23 слайд

  Проницаемость
  Газ – сжимаемая система и при уменьшении давления по длине образца объёмный расход газа непостоянный.
  Закон Бойля-Мариотта
  Q0 — расход газа при атмосферном давлении р0.
  ФИЛЬТРАЦИЯ ГАЗОВ
  

• 

  24 слайд

  Проницаемость
  При фильтрации газа
  При фильтрации жидкости
  РАДИАЛЬНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ ПЛАСТОВЫХ ФЛЮИДОВ
  h
  

• 

  25 слайд

  Проницаемость
  Зависимость проницаемости от пористости
  Закон Пуазейля для пористой среды из трубок одинакового сечения
  где n – число пор на единицу площади фильтрации;
  r – радиус порового канала;
  F – площадь фильтрации; Р – перепад давления;
  L – длина порового канала;  – вязкость жидкости.
  

• 

  26 слайд

   – структурный коэффициент, учитывающий извилистость порового пространства (1,7 – 2,6)
  Зависимость проницаемости от пористости
  Проницаемость
  Пористость
  Закон Дарси
  Закон Пуазейля
  

• 

  27 слайд

  Насыщенность
  Водонасыщенность (Sв) характеризует отношение объёма открытых пор, заполненных водой, к общему объёму пор горной породы
  Sв + Sн + Sг = 1,
  Для сформированных нефтяных месторождений остаточная водонасыщенность изменяется в диапазоне от 6 до 35 %.
  Нефтенасыщенность (Sн), равная 65 % и выше (до 90 %) пласта считается хорошим показателем залежи.
  Нефтенасыщенность
  Газонасыщенность
  

• 

  28 слайд

  Проницаемость
  Эффективная и относительные проницаемости для различных фаз находятся в тесной зависимости от нефте-, газо- и водонасыщенности порового пространства породы и физико-химических свойств жидкостей.
  При содержании воды в несцементированном песке до 26–28 % относительная проницаемость для неё остается равной нулю. Для других пород: песчаников, известняков, доломитов, процент остаточной водонасыщенности, как неподвижной фазы, еще выше.
  При возрастании водонасыщенности до 40 % относительная проницаемость для нефти резко снижается, почти в два раза. При достижении величины водонасыщенности песка около 80 % , относительная фазовая проницаемость для нефти будет стремиться к нулю
  

• 

  29 слайд

  Проницаемость
  ФИЛЬТРАЦИЯ СМЕСИ ЖИДКОСТИ И ГАЗА
  песок
  песчаник
  известняки и доломиты
  Вода с увеличением её содержания в пористой среде приблизительно от 30 до 60 % не влияет на фильтрацию газа.
  При водонасыщенности до 60 % из пласта можно добывать чистый газ.
  

• 

  30 слайд

  Проницаемость
  При газонасыщенности меньше 10 % и нефтенасыщенности меньше 23 % в потоке будет практически одна вода. При газонасыщенности меньше 10 % движение газа не будет происходить. При содержании в породе газа свыше 33–35 % фильтроваться будет один газ.
  При нефтенасыщенности меньше 23 % движение нефти не будет происходить. При содержании воды от 20 до 30 % и газа от 10 до 18 % фильтроваться может только одна нефть.
  Область существования трёхфазного потока (совместного движения в потоке всех трёх систем) для несцементированных песков находится в пределах насыщенности: нефтью от 23 до 50 %, водой от 33 до 64 %, газом от 14 до 33 %.
  

• 

  31 слайд

  Карбонатность горных пород
  Под карбонатностью породы понимается содержание в ней солей угольной кислоты: известняка – СаСО3, доломита – СаСО3· МgСО3, соды – Na2СО3, поташа – K2СО3, сидерита – FeСО3 и других.
  Определение карбонатности пород проводят для выяснения возможности проведения солянокислотной обработки скважин с целью увеличения вторичной пористости и проницаемости призабойной зоны, а также для определения химического состава горных пород, слагающих нефтяной пласт.
  Карбонатность пород продуктивных пластов определяют в лабораторных условиях по керновому материалу газометрическим методом.
  СаСО3 + 2HCl = CаCl2 + CO2↑ + H2O
  По объёму выделившегося газа (CO2) вычисляют весовое (%) содержание карбонатов в породе в пересчёте на известняк (СаСО3).
  

• 

  32 слайд

  Механические свойства горных пород
  Упругость, прочность на сжатие и разрыв, пластичность – наиболее важные механические свойства горных пород, влияющие на ряд процессов, происходящих в пласте в период разработки и эксплуатации месторождений.
  Упругие свойства горных пород и влияют на перераспределения давления в пласте в процессе эксплуатации месторождения. Давление в пласте, благодаря упругим свойствам пород, перераспределяется не мгновенно, а постепенно после изменения режима работы скважины.
  Упругость – свойство горных пород сопротивляться изменению их объёма и формы под действием приложенных сил. Абсолютно упругое тело восстанавливает первоначальную форму мгновенно после снятия напряжения. Если тело не восстанавливает первоначальную форму или восстанавливает её в течение длительного времени, то оно называется пластичным.
  

• 

  33 слайд

• 

  34 слайд

• 

  35 слайд

• 

  36 слайд

• 

  37 слайд

• 

  38 слайд

• 

  39 слайд

• 

  40 слайд

  Тепловые свойства горных пород
  Коэффициент теплопроводности λ определяется из уравнения Фурье, которое гласит: плотность теплового потока q прямо пропорциональна градиенту температуры (grad Т), т.е.
  где λ - коэффициент пропорциональности, получивший название коэффициента теплопроводности, или просто теплопроводности.
  Плотность теплового потока q — это количество теплоты, передаваемое через единицу изотермической поверхности в единицу времени от более нагретой части тела к менее нагретой. Размерность q кал/м2ч или Вт/м2, с учётом этого размерность λ Вт/(м·К).
  Удельная теплоёмкость С - количество теплоты, поглощаемое единицей массы вещества (кг), при нагревании тела на один градус, размерность С — Дж/кг·К.
  Коэффициент температуропроводности (α) - параметр, характеризующий скорость изменения температуры вещества в нестационарных тепловых процессах. Он определяется как отношение теплопроводности λ к произведению удельной теплоёмкости С на плотность вещества σ, выражается в м2/с.
  Коэффициенты теплового линейного (α) и объёмного (β) расширения определяются, соответственно, формулами:
  ΔL/L = α·ΔT, ΔV/V = β·ΔT
  здесь L — длина тела, V — объём тела.
  

• 

  41 слайд

  Тепловые свойства горных пород
  Коэффициент теплопроводности λ определяется из уравнения Фурье, которое гласит: плотность теплового потока q прямо пропорциональна градиенту температуры (grad Т), т.е.
  где λ - коэффициент пропорциональности, получивший название коэффициента теплопроводности, или просто теплопроводности.
  Плотность теплового потока q — это количество теплоты, передаваемое через единицу изотермической поверхности в единицу времени от более нагретой части тела к менее нагретой. Размерность q кал/м2ч или Вт/м2, с учётом этого размерность λ Вт/(м·К).
  Удельная теплоёмкость С - количество теплоты, поглощаемое единицей массы вещества (кг), при нагревании тела на один градус, размерность С — Дж/кг·К.
  Коэффициент температуропроводности (α) - параметр, характеризующий скорость изменения температуры вещества в нестационарных тепловых процессах. Он определяется как отношение теплопроводности λ к произведению удельной теплоёмкости С на плотность вещества σ, выражается в м2/с.
  Коэффициенты теплового линейного (α) и объёмного (β) расширения определяются, соответственно, формулами:
  ΔL/L = α·ΔT, ΔV/V = β·ΔT
  здесь L — длина тела, V — объём тела.
  

• 

  42 слайд

  Механизмы теплопередачи
  - кондуктивный перенос (непосредственная передача теплового движения молекул и атомов соседним частицам вещества)
  - конвективный перенос (перенос за счет перемещения макроскопических элементов среды)
  - радиационный теплообмен (теплообмен излучением, т.е. испускание энергии излучения телом, распространения ее в пространстве и поглощения ее другими телами)
  

• 

  43 слайд

  Теплофизические явления в горных породах
  Горная порода представляет собой сложную термодинамическую систему, обладающую внутренней энергией теплового (хаотического) движения молекул, атомов, электронов, ядер, фотонов и т.п. и энергией их взаимодействия.
  
  В твёрдом скелете породы изменение температуры у электропроводящих минералов увеличивает или уменьшает кинетическую энергию электронов При повышении температуры породы частота колебания узлов решётки минералов возрастает относительно плавно до некоторого предела - до температуры Дебая, выше которой наступает агармоничность в колебательном процессе, что влечёт за собой изменение тепловых свойств.