Установившаяся фильтрация несжимаемой жидкости

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА РАЗРАБОТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

ПОДЗЕМНАЯ ГИДРОМЕХАНИКА

(ПРОГРАММА КУРСА, ТИПОВЫЕ РАСЧЕТЫ, МЕТОДИЧЕСКИЕ                                                                       УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ

И КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТ)

Учебно-методическое пособие

для студентов очной и заочной форм обучения специальности 09.06.00 «Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений»

                                                                     УФА2004

Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с Госстандартом и единым учебным планом для специальности 090600 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» (Направление 650700 «Нефтегазовое дело»).

В работе представлены программа, методические указания к выполнению курсовой и контрольной работ, а также типовые расчеты по курсу «Подземная гидромеханика».

Учебно-методическое пособие предназначено для организации и проведения учебных занятий и самостоятельной работы студентов очной и заочной формы обучения.

Составители: Рогачев М.К., проф., д-р техн. наук

                   Харин А.Ю., доц., канд. техн. наук

Рецензент Павлюченко В.И., доц., канд. техн. наук

Согласовано:

Зав. кафедрой «Разработка и эксплуатация нефтегазовых месторождений»

                  профессор Ю.В. Зейгман

Зам. декана УЗФ по дистанционному обучению доцент Э.В. Писаренко

© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2004

СОДЕРЖАНИЕ

1.   Общие сведения о курсе                                                                    2

2.   Программа курса                                                                          4

3.   Методические указания к выполнению курсовой работы              8

4.   Методические указания к выполнению контрольной работы для   студентов-заочников                                                                   13

  5.   Типовые расчеты                                                                        19 Список рекомендуемой литературы                                                  76 Приложение                                                                                78

2

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КУРСЕ

Цель и задачи курса

Подземная гидромеханика - наука о движении жидкостей и газов в пористой среде горных пород (наука о фильтрации пластовых флюидов). Она является теоретической основой разработки нефтяных и газовых месторождений.

Целью изучения дисциплины является образование необходимой начальной базы знаний, связанных с будущей профессиональной деятельностью специалиста в области добычи нефти и газа.

Дисциплина базируется на фундаментальных знаниях студентов по курсам «Высшая математика», «Физика», «Гидравлика», «Геология», «Физика нефтяного и газового пласта». При изучении курса обеспечиваются необходимые знания по теории фильтрации, движения жидкостей и газов в пористой среде, рассматриваются задачи фильтрационных потоков в пласте, обеспечиваются возможности изучения специальных курсов: «Бурение нефтяных и газовых скважин», «Разработка нефтяных и газовых месторождений», «Скважинная добыча нефти», «Технология и техника методов повышения нефтеотдачи пластов», «Капитальный ремонт скважин».

Требования к уровню освоения курса

  Студент должен знать:

- законы фильтрации нефти, газа и воды;

- основные формулы притока жидкости и газа к галерее и скважине;

- основные законы установившегося и неустановившегося движения              жидкости и газа в пористой среде;

- закономерности фильтрации жидкостей и газов в трещиноватых и  трещиновато-пористых средах;

- особенности фильтрации неньютоновских жидкостей.

Студент должен уметь:

- решать задачи с линейным и нелинейным законами фильтрации;

- решать задачи одномерного движения несжимаемой жидкости в   пористой среде;

- решать задачи установившейся фильтрации сжимаемой жидкости и газа в пористом, трещиновато-пористом пласте;

- выполнять расчеты установившейся фильтрации жидкости и газа в неоднородном пласте;

- применять знания о неньютоновских жидкостях к решению задач               фильтрации.

3

Виды учебной работы при изучении курса и рекомендации по их выполнению

Учебным планом специальности 090600 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» предусмотрены следующие виды учебной работы при изучении курса «Подземная гидромеханика»:

- лекции;

- лабораторные работы;

- практические занятия;

- контрольная работа (для студентов заочной формы обучения);

- курсовая работа.

Настоящее учебно-методическое пособие разработано в соответствии с Госстандартом и единым учебным планом для специальности 090600 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» (Направление 650700 «Нефтегазовое дело»). Оно включает в себя следующие разделы, в которых приводятся примерная (типовая) тематика и содержание отдельных видов учебной работы:

- программа курса;

- методические указания к выполнению курсовой работы;

- методические указания к выполнению контрольной работы для     студентов-заочников;

- типовые расчеты.

Так, например, в соответствии с представленной программой курса может быть составлен календарный план чтения лекций. При этом в случае нехватки лекционных часов отдельные разделы программы изучаются студентами самостоятельно. Последнее касается, в первую очередь, студентов заочной формы обучения.

В разделе «Методические указания к выполнению курсовой работы» приводится примерная тематика курсовых работ по «Подземной гидромеханике», а также даются рекомендации и требования к содержанию, выполнению и оформлению работы.

В разделе «Методические указания к выполнению контрольной работы для студентов-заочников» приводятся варианты заданий с рекомендациями и требованиями к содержанию, выполнению и оформлению работы.

В раздел «Типовые расчеты» включен ряд типовых задач из [6] с примерами их решения. Эти задачи могут быть использованы при проведении практических учебных занятий, а также в качестве расчетных заданий для студентов-заочников при выполнении ими контрольной работы.

Описание лабораторных работ по курсу и методические указания к ним приводятся в отдельном учебном пособии.

4

ПРОГРАММА КУРСА

Законы фильтрации пластовых флюидов

Значение и роль подземной гидромеханики в развитии научных основ разработки нефтяных и газовых месторождений. Содержание и задачи курса. Краткая характеристика этапов развития подземной гидромеханики и ее современное состояние. Теория фильтрации. Определение и особенности процесса фильтрации. Скорость фильтрации и ее связь со средней действительной скоростью движения флюида в пористой среде.

Линейный закон фильтрации Дарси. Коэффициенты фильтрации и проницаемости. Границы применимости закона Дарси. Обобщенный закон фильтрации Дарси для жидкостей, газов и газированных жидкостей.

Нелинейные законы фильтрации. Особенности фильтрации жидкостей и газов в трещиноватых и трещиновато-пористых горных породах.

Основы анализа размерностей и теории подобия. Применение методов теории размерностей при решении задач фильтрация жидкости и газа. Физическое, математическое и аналоговое моделирование процессов фильтрации пластовых флюидов. Численная и машинная модели пластовых систем.

Дифференциальные уравнения фильтрации жидкостей и газов

Уравнение неразрывности (сплошности) фильтрационного потока. Дифференциальные уравнения движения флюидов в пористой среде. Уравнения состояния жидкостей, газов и пористой среды. Краевые задачи подземной гидромеханики. Прямые и обратные задачи. Допущения и упрощения, принятые при моделировании процессов, происходящих в пласте.

Установившаяся фильтрация несжимаемой жидкости

Дифференциальное уравнение установившейся фильтрации несжимаемой жидкости по закону Дарси. Простейшие фильтрационные потоки. Установившаяся пря мол и ней но-параллельная фильтрация несжимаемой жидкости в однородном пласте по линейному закону Дарси (приток жидкости к галерее). Формулы дебита, скорости фильтрации, градиента давления, распределения давления в пласте, закона движения частиц жидкости. Физическая интерпретация указанных формул. Гидродинамическое поле прямолинейно-параллельного фильтрационного потока.

Плоскорадиальная установившаяся фильтрация однородной несжимаемой жидкости по закону Дарси в однородном пласте (приток к совершенной скважине). Формулы дебита (формула Дюпюи), скорости фильтрации, градиента давления в пласте, закона движения частиц жидкости. Физическая интерпретация указанных формул.

Радиально-сферическая установившаяся фильтрация несжимаемой жидкости по закону Дарси в однородном пласте. Формулы дебита, скорости фильтрации, градиента давления, распределения давления в пласте, закона движения частиц жидкости. Применение законов стационарной фильтрации несжимаемой жидкости

при гидродинамических исследованиях скважин.

5