История развития теории фильтрации - как основы для построения гидродинамических моделей месторождений нефти и газа

гидродинамическoе моделирование – это один из основных методов управления разработкой месторож- дения. Моделирование разработки нефтяных и газовых месторождений позволяет уточнить геологическое строение и фильтрационно-емкостные свойства продуктивного пласта при воспроизведении истории разработки. Одной из важнейших задач гидродинамического моделирования является прогнозирование технологических показателей разработки в средне - и долгoсрочной перспективах, а также оптимизация систем разработки при различных методах воздействия на продуктивный пласт.

Любая комплексная модель – это система уравнений фильтрации жидкости и газа в пористой среде, решаемая численно на электронно - вычислительных машинах.

Начало развитию теории фильтрации было положено французским инженером - гидравликом Анри Дарси, который в 1856 г. на основе опытов по фильтрации воды через песок, засыпанный в трубку, экспериментально вывел зависимость между расходом воды, потерей напора и длиной пути фильтрации [1].

Закон Дарси устанавливает линейную зависимость между объемным расходом жидкости или газа и перепадом давления в пористых средах, имеет очень широкую область применения и по праву считается основным законом фильтрации:

Q = k ф H^ s

где Q – объемный расход; Кф – коэф. фильтрации – зависит как от природы пористой среды, так и от свойств фильтрующейся жидкости. Имеет размерность скорости и характеризует скорость потока через единицу площади сечения, перпендикулярного к потоку, под действием единичного градиента напора. Применяется только для однородной жидкости.

Н1, Н2 – перепад напоров на длине L; S – площадь поперечного сечения; L – длина среды.

Существенный вклад в развитие теории напорного и безнапорного движения грунтовых вод внесли также французский ученый Жозеф Буссинеск (1842-1929 гг.) получивший формулу уравнения описывающего форму свободной поверхности жидкости при ее течении в пористом грунте, австрийский ученый Филип Форхге-ймер (1852-1933 гг.) обобщивший гидравлическую теорию Дюпюи, американский ученый Чарлз Слихтер (1846-1946 гг.), внесший значительный вклад в развитие теории фильтрации, открывший формулу пористости фиктивного грунта.

В середине 20 века, особую популярность приобрели труды американского физика Морриса Маскета. Он исследовал фазовые состояния углеводородных жидкостей в пластовых условиях, изучал фазовые проницаемости, работу нефтяного пласта в условиях различных режимов.

Используя математический аппарат при анализе законов фильтрации, при изучении показателей ФЕС, он описал поведение трехразмерного потока жидкости в пористой среде, внес свой вклад в изучение теории совершенных и несовершенных скважин, движения жидкости в условиях гравитационного потока, движе- ния жидкости в среде с неоднородной проницаемостью, одновременного движения в пласте двух жидкостей, движения водонефтяного контакта и явление ко-нусообразования, теории интерференции скважин, не-установившегося движения жидкости в пористой среде, движения сжимаемой жидкости, движения газа в пористой среде – двухразмерному, трехразмерному, установившемуся и неустановившемуся, теории газонефтяного фактора и т. д.

Применение законов математической физики в России, принадлежит профессору Л.С. Лейбензону. Он впервые провел аналитические гидромеханические исследования нефтяных и газовых пластов, и выдвинув при этом утверждение, что управление разработкой и эксплуатацией нефтеносного пласта не может быть обеспечено без использования сведений термодинамики, физики, механики и гидромеханики. Он обобщил основные законы движения воды, нефти, газа и газированной нефти в пористой среде и обобщив выводы из этих законов. Информацию, основанную на этих выводах, используют при изучении явлений взаимодействия скважин, при подборе принципов разработки пласта [2].

В 1934 г. академик Л.С. Лейбензон опубликовал монографию, посвященную полному и систематическому изложению подземной гидравлики.

Ученик Л.С. Лейбензона, талантливый ученый-нефтяник, математик В.Н. Щелкачев (1907-2005 гг.), работая в Грозненском нефтяном институте, продолжил углубленно изучать подземную гидродинамику и теорию разработки нефтяных месторождений. В 1943 г. он вывел основные дифференциальные уравнения движения упругой жидкости в упругой пористой среде. С 1946 г. и практически до конца жизни В.Н. Щелка-чев работал в Московском нефтяном институте им. И.М. Губкина. Здесь он создал, и долгие годы возглавлял кафедру теоретической механики.

На протяжении десятков лет В.Н. Щелкачев [3] занимался изучением мирового опыта разработки нефтяных месторождений. Впоследствии он опубликовал книги, посвященные вопросам разработки нефтяных месторождений США, сравнительному анализу нефтедобычи и разработки нефтяных месторождений по странам мира.

Также, основоположниками отечественной школы теории фильтрации, являются профессоры Н.Е. Жуковский, Б.Б. Лапук, И.А. Чарный, академики Н.Н. Павловский, С.А. Христианович [4].

Написанные ими монографии и учебники представляют огромный интерес для всех специалистов нефтегазовой отрасли. Знания, полученные из этих публикаций, способствуют успешному развитию гидродинамического моделирования, что в целом способствует ускоренному развитию нефтегазодобывающей промышленности нашей страны.