Проницаемость горных пород

Проницаемость – параметр коллектора, характеризующий способность его к фильтрации нефти, газа и воды.

Абсолютно непроницаемых тел в природе нет. Однако при естественных условиях и условиях эксплуатации нефтегазовых месторождений (перепады давления, температуры и т.д.) многие породы с малыми размерами пор и поровых каналов (глины, глинистые сланцы) оказываются практически непроницаемыми для жидкостей и газов.

Большая часть осадочных пород – проницаемы. По экспериментальным данным диаметры большнй части пор коллекторов нефти более 1 мкм.

При разработки нефтегазовых месторождений включаются различные виды фильтрации флюидов:

1. совместные движения нефти, воды и газа;

2. движение воды и нефти;

3. движение нефти и газа;

4. движение только нефти;

5. движение только газа.

Проницаемость одного и того же коллектора для данной фазы при этом будет разной (зависит от соотношения фаз). Для учета этого явления вводят понятия абсолютной, эффективной (фазовой) и относительной проницаемостей.

Абсолютной проницаемостью пористой среды называется проницаемость, которая определена при наличии в ней только одной какой – либо фазы, химически инертной по отношению к породе. Абсолютная проницаемость – свойство породы и не зависит от свойств жидкости или газа и перепада давления. Практически жидкости часто взаимодействуют с породой (набухание глин в воде, отложение смол из нефти, закупорка пор и т.д.), поэтому для определения абсолютной проницаемости используют фильтрацию газа (в том числе воздуха).

Фазовой проницаемостью для данной жидкости или газа называется проницаемость пород при наличии в порах других фаз (т.е. при многофазном флюиде). Значение фазовой проницаемости зависит не только от физических свойств пород, но и от насыщенности пор различными фазами (жидкостями и газом), а также от физико – химических свойств последних.

Относительной проницаемостью пористой породы называется отношение ее фазовой проницаемости к абсолютной.

Численное значение проницаемости пород обычно находят на основе закона линейной фильтрации Дарси. Согласно закону Дарси скорость фильтрации жидкости в пористой среде пропорциональна градиенту давления и обратно пропорциональна динамической вязкости жидкости:

(1.6)

где V – скорость линейной фильтрации, Q – объемный расход жидкости в единицу времени, F – площадь фильтрации, m - динамическая вязкость жидкости, DР – перепад давления, DL – длина пути фильтрации в пористой среде, k – коэффициент проницаемости.

Как видно из уравнения (1.6), коэффициент проницаемости k характеризует способность породы пропускать флюиды (при постоянных значениях êgrad Pê и m с увеличением k возрастает скорость фильтрации V). Из выражения (1.6) получаем формулу для нахождения k:

(для жидкости). (1.7)

Если фильтруется газ, то его объем (и, следовательно, расход) изменяется в зависимости от давления (давление уменьшается по пути фильтрации) и в формулу (1.7) следует подставить средний расход газа :

(1.8)

где -- объемный расход газа, приведенный к среднему давлению и средней температуре газа на пути DL в пористой среде (образце керна).

Среднее давление в образце керна имеет вид:

где Р₁ и Р₂ – соответственно давление газа на входе и выходе образца,

С учетом закона Бойля – Мариотта для изотермического течения идеального газа имеем ():

,

где Р₀ и Q₀ – атмосферное давление и расход газа при атмосферном давлении соответственно. Отсюда получаем:

или

Подставляя выражения для и DР в формулу (1.8), получаем формулу для определения проницаемости пород по газу:

(1.9)