2014-02-13
1822
Проницаемость горных пород
Проницаемость–это фильтрующий параметр горной породы, характеризующий ее способность пропускать через себя жидкость и газы при перепаде давления.
Абсолютно непроницаемых тел в природе нет. При сверхвысоких давлениях все горные породы проницаемы. Однако при сравнительно небольших пределах давления в нефтяных пластах многие породы в результате незначительных размеров пор оказываются практически непроницаемыми для жидкостей и газов (глины, сланцы и т.д.).
Хорошо проницаемыми породами являются: песок, песчаники, доломиты, доломитизированные известняки, алевролиты.
Для оценки проницаемости горных пород обычно используются линейным законом фильтрации Дарси. Дарси в 1856 году, изучая течение воды через песчаный фильтр (рис. 1.1.), установил зависимость скорости фильтрации жидкости от градиента давления..
Рис. 1.1. Схема экспериментальной установки Дарси для изучения течения воды
через песок
Согласно уравнению Дарси, скорость фильтрации воды в пористой среде пропорционально градиенту давления:
(1.6)
где Q – объемная скорость воды
V – линейная скорость воды
F – площадь сечения, F=
L – длина фильтра
К – коэффициент пропорциональности
Нефть – неидеальная система (компонента нефти взаимодействуют между собой), поэтому линейный закон фильтрации для нефти, содержит вязкость, учитывающую взаимодействие компонентов внутри нефтяной системы:
(1.7)
где m - вязкость нефти.
В этом уравнении способность породы пропускать жидкости и газа характеризуется коэффициентом пропорциональности k (1.7.), который называется коэффициентом проницаемости (
).
Размерность коэффициента проницаемости (система СИ), вытекает из соотношения:
, (1.8)
Размерность параметров уравнения Дарси в разных системах единиц
Таблица 1.2
| Размерность | |||
| СИ | СГС | НПГ | |
| Объемный дебит, Q | м3/с | см3/с | См3 /с |
| Площадь поперечного сечения фильтра, F | м2 | см2 | см2 |
| Длина фильтра, L | м | см | см |
Перепад давления,  P
| Па | дн/ см2 | атм |
Вязкость жидкости, 
| Па* с | дн с/см2 | спз (сантипуаз) |
В системе СИ коэффициент проницаемости измеряется в м2; в системе СГС [ kпр] =см2; в системе НПГ (нефтепромысловой геологии) [kпр]=Д (Дарси).
1 Дарси = 
-8 см2=1,02.10-12м2 
1мкм2.
Проницаемость в 1м2 называется проницаемость пористой среды при фильтрации через образец площадью 1м2 длиной 1м и при перепаде давления 1 Па, при которой расход жидкости вязкостью 1 Па , с составляет 1м3.
Пористая среда имеет проницаемость 1 Дарси, если при однофазной фильтрации жидкости вязкостью 1спз (спуаз) при ламинарном режиме фильтрации через сечение образца площадью 1 см2 и перепаде давления 1 атм., расход жидкости на 1см длины породы составляет 1см3/ сек.
Физический смысл размерности проницаемости - это площадь сечения каналов пористой среды, через которые идет фильтрация.
Существует несколько типов каналов:
- субкапиллярный
- капиллярные
- трещины
- разрывы
Приведенные выше уравнения справедливы при условии движения несжимаемой жидкости по линейному закону Дарси.
В случае фильтрации газа это условие не выполняется. При перепаде давления объем газа изменяется, и оценивается по закону Бойля – Мариотта:
При Т=const, P.V=const (1.9)
При линейной фильтрации газа оценивается средняя скорость фильтрации (Vср):
Vср. Pср = V0 . P0 = V1. P1 = V2. P2 (1.10)
PСР = (P1 + P2) /2, (1.11)
Vср = V0. P0 / Pср =2. V0.P0 / (P1 + P1) (1.12)
Тогда, средний объемный расход газа будет равен:
(1.13)
Отсюда уравнение коэффициента проницаемости для газа:
(1.14)
