Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Сборник задач по подземной гидравлике

..pdf
Скачиваний:
41
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
6.71 Mб
Скачать

 

 

е -£ г

- f1- е ^

1

Рк—Р U ),

 

 

X, м

Уя-!

ecrf^i g

р

(х ), МПа

V n t

/ я 6

 

МПа

 

 

 

 

 

0

0

11,85

10,90

 

3,24

 

8,52

2-102

0,084

 

2,97

 

8,79

5-102

0,210

4,69

3,82

 

2,61

 

9,15

103

0,420

2,25

1,51

 

2,06

 

9,70

2 103

0,840

0,950

0,447

 

1,22

 

10,54

3- Ю3

1,260

0,479

0,164

 

0,671

 

11,08

5 - 103

2,100

0,1165

0,0227

 

0,155

 

11,60

Рис. 77

По приближенному методу А. М. Пирвердяна при постоян­

ном отборе

 

 

 

 

р (х, t) =

рк -

(рк - Р[)

 

(ХИ.34)

где

 

 

 

 

Рк

Рт —

~2

i

 

 

l (t) = у ш .

 

 

При заданном ?=15 сут

 

 

 

рк — рт= 1.225-1362 V

3,42-15-0,864-105 = 3,53 МПа,

/(/) = V 6-3,42-15-0,864-Ю6 =

5,16-103 м,

 

Р (х, t) = 11,76 — 3,53 ^1 — ~ 5’ °~3 у , МПа.

(XII.35)

Результаты вычислений по (XII.35) приведены в табл. 17 и на рис. 77 (кривая 2).

 

 

 

 

Т а б л и ц а 17

X, м

* ю - 3

/

х 10—3

у

5,16

 

5- 16

р (х ), МПа

 

V

)

 

 

0

0

 

1

8,23

2-102

0,0388

 

0,9235

8,50

5-102

0,0970

 

0,8154

8,88

Юз

0,1940

 

0,6496

9,47

2-Юз

0,3880

 

0,3745

10,44

3-Юз

0,5820

 

0,1747

11,14

5-103

0,9700

 

0,0009

11,76

По методу последовательной смены стационарных состояний давление распределяется линейно

р(х, t) = P v + P±=J^x,

(XII.36)

где

l(t) = y2Kt = "1/ 2-3,42-15-0,864.105 = 2,98-103 м;

давление на забое галереи

Рг =

Рк —

Q|x/ (0 = 11,76— 1362-2,98-10-® = 7,68 МПа.

 

 

/есо

 

Следовательно,

 

р(х) =

7,68 +

П’76~ 7’68л: = 7,68 + 1,37

10"3 х, МПа. (XII.37)

4

 

2,98-103

v

Прямая 3, соответствующая уравнению

(XII.37), изображена

на рис. 77.

Как видно из полученных результатов, распределение дав­ ления по методу Пирвердяна ближе к истинному, чем распре­ деление давления по методу последовательной смены стацио­ нарных состояний.

З а д а ч а 113

Из скважины, расположенной в бесконечном пласте, начали отбор нефти, поддерживая постоянное давление на забое рс= = 8,82 МПа. Начальное пластовое давление рк= 11,76 МПа. Используя метод последовательной смены стационарных состоя­ ний, определить дебит скважины через 1 ч, 1 сут и 1 мес после начала эксплуатации, если коэффициент проницаемости пласта k — 250 мД, мощность пласта Л =12 м, коэффициент пьезопровод­ ности пласта х=1,5 м2/с, коэффициент вязкости нефти ц=1,3 сП. Скважина гидродинамически совершенная, радиус ее гс = 0,1 м.

Указание. По методу последовательной смены стационарных состояний дебит скважины определяется по формуле Дюпюи, в которой под 7?к понимается приведенный радиус влияния сква­ жины, который увеличивается с течением времени по закону

/?к = 2У>сГ"

Ответ: Q 4 a c = 515 м3/сут; Q c y T = 424 м3/сут; Q M c c = 356 м3/сут. З а д а ч а 114

Определить коэффициент гидропроводности пласта khj\i и коэффициент пьезопроводности пласта х по данным об измене­ нии давления на забое совершенной скважины, расположенной в бесконечном пласте постоянной мощности. Скважина работает с постоянным дебитом Q = 100 м3/сут в условиях упругого ре­ жима. Начальное пластовое давление /?к = 150 кгс/см2, радиус скважины гс= 0,1 м. Изменение депрессии ркрс с течением времени приведено ниже:

Номер

1

2

3

4

5

t

. .

15 мин

1 ч

12 ч

1 сут

5 сут

Дрс,

кгс/см2

3,46

3,84

4,57

4,76

5,23

Решение. Изменение давления на забое скважины опреде­ ляется по формуле

Рк — Рс(0

1ПJ|L _ 0,5772 j = А

( 2,3 lg -| -

 

4nkh

 

-

°-5772+ 2-3lg' )

 

 

 

=

(2-3|« - | -

°'5772)-

 

По

приведенным

выше

дан­

 

 

 

 

 

ным построим график

зависимо­

 

 

 

 

 

сти

Дрс = рк—рс(0 от

lg /

(рис.

 

 

 

 

 

78).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как видно из рис. 78, зави­

 

 

 

 

 

симость Ар0 от lg /

линейная:

 

 

 

 

 

 

 

АРс = algt +

b.

 

 

 

 

 

 

 

 

Это

дает

возможность

опре­

 

 

 

 

 

делить свободный член по отрез­

 

 

 

 

 

ку, отсекаемому прямой на оси

 

 

 

 

 

ординат, и коэффициент

при lg /

 

 

 

 

 

по тангенсу угла наклона пря­

;

z

J

ч

siqt

мой к оси lg /.

 

 

 

I

|

|

|

|

I v t

 

Из

графика следует,

что Ь =

10

102

W3

w4

Wst,c

= 1,5 кгс/см2,

 

 

 

 

 

 

Рис. 78

 

 

a

= tg cp =

ДРсэ-А рс1

^

4.57 - 3,46 =

1,11

 

0,658 кгс/см2.

 

 

 

lg/3lg*i

 

4,64 — 2,95

1,69

 

 

 

 

Из первой формулы следует, что

Qp-2,3

а = 0,658 =

kh

откуда коэффициент гидропроводности пласта

kh _

Q .2,3

 

 

108 *2 ,3

_323 Д-см

jx

4я -0,658

0,864 .105 .4 .3,14*0,658

сП

 

 

 

=

3,29* 10“ 9

м3

 

 

 

 

 

 

 

 

Па-с •

 

 

i,= i’5 -

^4nkh- (

2’3 'g - |

- 0'5772) '

 

откуда

l,5*4jtfeft

,

 

0,5772

 

1,5

0,5772

 

igt

 

 

= 2,53,

Q u -2,3

 

 

2,3

 

0,658

2,3

 

 

 

 

 

= 338,

 

 

 

x = 338r2 =

3,38-104 CM2/C =

3,38 M2/C.

 

 

 

 

 

З а д а ч а

115

 

 

Гидродинамически совершенная скважина, расположенная в центре кругового пласта радиуса RK= 10 км с горизонтальными и непроницаемыми кровлей и подошвой, до момента остановки работала в течение такого продолжительного периода, что рас­ пределение давления в пласте можно принять за установив­ шееся. Дебит скважины до остановки Q = 120 м3/сут, динами­ ческий коэффициент вязкости ц = 2 сП, коэффициент проницае­ мости пласта /г = 600 мД, мощность пласта h = 10 м, радиус сква­ жины гс= 0,1 м, коэффициент пьезопроводности пласта к = = 2,5 м2/с. Найти по методу суперпозиции нарастание давления на забое скважины, принимая рк=14,7 МПа (150 кгс/см2).

Решение. Установившуюся депрессию Дрс=Рк— Рс. у, пред­ шествующую остановке скважины, определим по формуле Дюпюи

др; =

Qi1

Рк

Qi1

2nkh

rc

4nkh

По методу суперпозиции считаем, что с момента остановки скважины в той же точке пласта начала работать одновременно с эксплуатационной скважиной нагнетательная скважина, имею­ щая тот же дебит. При этом результирующий дебит равен ну­ лю, а разность давлений

Рн — Ре (9 = Лрс — ДРс-

где Ap’c = p c (t ) Рс.у— повышение давления на забое, вызван­

ное работой только нагнетательной скважины, которое опреде­ ляется формулой

 

 

 

Дл =

<2ц

(in H L

— 0,5772\.

 

 

 

 

 

 

Ankh

U

 

A

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PR — Pc (t) = Ap' — Ap* =

Qp

In-

K

 

Qp

In

4H<

■0,5772) =

 

 

 

 

 

Ankh

 

/ 2

 

Ankh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_

Qp

(\ П

Як

+

0,5772),

 

 

 

 

откуда

 

 

4n/i/iЛ

4y.t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n2

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

Qp

 

 

 

 

 

 

 

 

Pc(t) =

 

L

 

K

+ 0,5772j

=

 

 

 

 

 

Ankh

 

Axt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

14,7-

______________120-2.10-Д___________ (2 3\~

108

I

0,864-106-4 -3 ,14-0,6 -1,02• 10_1210

V

ь 4-2,5

"1_

 

 

+

0,5772 — 2,3 lg /^ =

14,7 — 0,604 + 0,083? lg t =

14,1 +

 

 

 

 

+

0,0831 \ g t,

МПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

З а д а ч а

116

 

 

 

 

 

 

Определить

коэффициент

гидропроводности

пласта

kh/\iT

если

известно,

что гидродинамически

совершенная

скважина,,

расположенная в центре кругового пласта радиуса RKt длитель-

ное

время

эксплуатировалась

с

постоянным

дебитом

Q =

= 80

м3/сут,

затем

дебит скважины

мгновенно

уменьшился

дси

Qi = 55 м3/сут. В

последующее

время эксплуатации скважины;

дебит Qi сохранялся неизменным.

Изменение давления на забое скважины во времени пред­

ставлено

ниже. Время t = 0

соответствует моменту

изменения»

дебита скважины.

 

 

1

2

3

4

 

5

6

Номер

 

 

 

 

. . .

5

мин

15 мин

3 ч

1 CVT 3 сут 10 сут

t

 

3

71

3,62

3,44

3,27

3,18

3,1

ДРс=Рк—Рс> кгс/см2

 

 

2,48

2,95

4,03

4,94

5,41

5,94

lg t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. По принципу суперпозиции понижение давления на

забое скважины найдем по формуле

 

 

^

 

 

л

QM- 1 Bz-

(Q —

Г— F j { -------

J y

 

Л Р с_ 2n k h 1

Гг

 

bh

1

\

 

4xt

 

где первое слагаемое

определяет

депрессию,

вызванную

д л и ­

т ел ь н о й

эксплуатацией скважины с дебитом Q, а второе слагае­

мое — повышение давления

за счет действия

в

той

же

точке

пласта нагнетательной скважины с дебитом (Q — Qi).

 

 

Представляя

приближенно

интегральную

показательную

функцию

через логарифм,

получим

 

2,25Tit

 

 

АРс =

2nkh l n

^ -

(Q —Qi) ц

In

 

 

4nkh

 

 

 

 

Выделяя

слагаемое,

содержащее lg t,

запишем

 

Apc =

( Q - Q t)|x-2,3 j

f +

(i-2,3

Q lg —f—

 

2 ,25x

 

4jt£/i

 

 

4:rcfc/i

(Q—Qi) lg

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

Из последней формулы видно, что зависимость Дрс от lg t

прямолинейная с угловым коэффициентом

 

 

 

 

 

 

 

•_

(Q -Q i)P -2,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4я/г/г

 

 

 

 

По приведенным выше данным построим график в координа­

тах Дрс — lg t и определим значение i (рис. 79).

 

 

. =

(Apc)t — (Арс)з

=

3 >71 —3.18 == _

0

j g j

к г с /ш 2 -

 

 

 

lg/!-lg< 5

 

2,48-5,41

 

 

 

 

По полученному значению i найдем коэффициент гидропро­

водности

(Q — Qi) 2,3

________ (80 —55)-2,3__________

=

kh

_

ц

 

Ш

 

0,864-105.4-3,14-0,181-9,8.10*

 

 

 

 

= 2,99-10

^ ———

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П а-с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

З а д а ч а

117

 

 

 

 

 

 

 

Гидродинамическая

совер-

шенная скважина радиусом гс= = 10 см начала работать в бес­

конечном

пласте

с

постоянным

дебитом

 

Q = 80

м3/сут. Мощность

пласта

 

h= 7,5

м,

коэффициент

проницаемости

& = 400

мД,

коэф­

фициент

пьезопроводности

к =

= 2

м2/с,

динамический коэффи­

циент

вязкости

жидкости

р =

= 1,5-10—3 Па-с.

По

истечении

7=10 сут скважина была мгно­

венно

остановлена.

Определить:

1)

распределение

 

давления

в

пласте

 

в моменты

h = 1

сут

и

/2 = 5 сут после остановки скважины;

2) радиус

зон,

в которых

с точностью до 1% давление в моменты

и

/2

будет посто­

янным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Используя метод суперпозиции, найдем

результи­

рующее понижение давления в любой точке пласта

 

 

 

 

Ар = Ар' — Ар",

 

 

 

(XII.38)

считая, что в некоторый момент времени пущена в эксплуата­ цию скважина с постоянным дебитом, а через промежуток вре­ мени Т в этой же точке пласта начала работать нагнетательная скважина с тем же дебитом. Время Т соответствует моменту мгновенной остановки эксплуатационной скважины, начиная с этого момента отбор жидкости из пласта равен нулю.

Ар' — понижение давления, вызванное действием эксплуата­ ционной скважины, определяемое по формуле

 

 

Ар' =

------ Ei Г------------------- ------1;

 

 

(XII.39V

 

 

и

 

4nkh

L

4 х(Г +

<)

J

 

 

v

'

Ар" — повышение

давления,

вызванное

действием

нагнета­

тельной

сважины,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ар" =

------ Ei ( --------------— У

 

 

 

(ХП.40)

 

 

 

 

 

4nkh

 

\

\v.t

)

 

 

 

 

 

Учитывая выражения

(XII.39)

и (XII.40), получим

 

 

Ар =

Qp

 

 

 

 

 

/) - ] + s

( ^ - £ r ) } - <X,U1)

4nkh

{

 

L

4x (T +

 

 

 

Известно,

что

при

малых

значениях

аргумента

г2/4х£

функ-

 

 

г2

можно

приближенно представить

в

виде

цию —E i(--------)

 

 

4х/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ei ( ------- —

) =

1п —

-

0,5772.

 

 

 

 

 

 

 

\

 

4уй

У

 

г2

 

 

 

 

 

 

 

Погрешность

не

превышает 1%,

если

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< 0 ,0 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4х£

 

 

 

 

 

 

 

(XII.42)

 

 

 

 

 

или

г2 >

8,33.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поэтому

(XI 1.41) можно записать в виде

 

 

 

 

 

Др =

[ In 4х (Т + 1}

— 0,5772 — In —

+

0,5772] =

н

4лkh L

 

г2

 

 

 

 

 

i*

 

 

J

 

 

 

 

 

= 3 ! _ l n ^ b L

 

 

 

 

 

(ХН.43>

 

 

 

 

 

4nkh

 

t

 

 

 

 

 

 

 

при выполнении

условия (XI1.42).

 

 

 

 

пласта,

опре­

Как

следует из (XI 1.43),

в некоторой области

деляемой условием (XII.42), для одного и того же момента

времени давление

будет одинаково.

При 1\= \ сут эта зона ограничена радиусом

гх

2-0,864-10Б = 144 м;

8,33

при /г = 5

сут

 

 

 

 

 

 

Х<а

_

/

2.5.0,864.10». _ э ? ? м.

 

У

8,33

 

У

8,33

Понижения давления в этих зонах соответственно равны

Ар, =

Qp. ,

+ h)

_____________80-1,5- 1Q—3-2,3

In

 

 

0,864-105-4-3,14-0,4-1,02-10—14-7,5

1

kh

 

 

 

X Ig i i £ ± iL

= 8,29 •104 lg 11 = 0,0862 МПа;

A p „=

-g ^ -ln

{T + ti)

=

8,29- 10*lg-^-+5) =0,0395 МПа.

 

4nkh

t2

 

 

5

Вне указанных зон понижение давления надо определять по точной формуле (XII.41). Результаты расчетов Ар помещены в табл. 18 и представлены на рис. 80.

0 100 200 300 400 500 г,м

0,02

 

0,04

 

 

12~5сугг,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,06

 

 

 

 

 

 

 

0,08

 

 

t}-Jcym

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,10

 

 

 

 

..

 

 

йр,МПа

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.

80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 18

 

г, м

 

200

300

400

500

600

Ар МПа)

при /i = l

сут

0,0846

0,0819

0,0784

0,0757

0,0718

Ар МПа)

при

сут

 

 

0,0375

0,0367

0,0358

XIII. НЕУСТАНОВИВШАЯСЯ ФИЛЬТРАЦИЯ ГАЗА

Дифференциальное уравнение неустановившейся изотерми­ ческой фильтрации идеального газа по закону Дарси имеет вид

др__

=

*

('

д2Р2

d2p2

’ +

&P-

\

(XIII. 1)

dt

 

2m\i \k dx2

dy2

 

dz2

) ’

 

др2

_

kp

/'

d2p2

d2p2,

d2p2

\

(XIII.2)

dt

 

/71|Х

\,

dx2

dy2

 

dz2

/

 

Это уравнение является нелинейным уравнением параболи­ ческого типа, оно отличается от дифференциального уравнения упругого режима тем, что искомой функцией является не дав-

.ление р, а квадрат давления р2, а вместо постоянного коэффи­ циента пьезопроводности х в уравнение входит переменная вели­ чина kp/myi.

Точные решения нелинейного уравнения (XIII.2) получены только для некоторых частных задач. Как правило, это урав­ нение интегрируется приближенными методами.

Наиболее простым приближенным методом является метод линеаризации, предложенный И. А. Чарным, в котором пере­ менное значение коэффициента kp/m\x заменяется усредненным

значением kpcvlm\i, где

 

 

 

Pep ~

Pmin “Ь

(Ртах

Pmln)»

здесь ртах и рт ш — максимальное и

минимальное давления в

залежи за расчетный период,

или

 

 

Рср =

0,722рнач.

При такой замене

уравнение (XIII.2) приводится к линей­

ному дифференциальному уравнению теплопроводности. Это дает возможность нестационарное движение газа рассчитывать

;как движение упругой

жидко­

 

 

 

сти по формулам упругого ре­

 

 

2

жима фильтрации.

 

было

 

Рг . В'

Л. С.

Лейбензоном

 

2_

получено

решение

задачи об

 

I

истечении

газа из

полосооб­

 

 

 

разного

замкнутого

пласта

 

Рис.

81

при условии постоянного дав­

 

 

 

 

ления на галерее (рис. 81).

Задача сводится

к интегрирова­

нию дифференциального уравнения

 

 

 

 

 

dp2

kp

д2р2

(ХШ.З)

 

 

 

dt

mjx

дх2

 

 

 

 

при начальном и граничных условиях:

 

р = р н = const при t = О,

 

рг= const при х = 0,

 

= 0 при х = I

(XIII.4))

дх

 

— условие на непроницаемой границе газового пласта.

Задача решалась методом последовательных приближений. В первом приближении коэффициент, входящий в правую'

часть (ХШ .З), считается постоянным

и равным kpjm p.

При этом

(ХШ.З) обращается в уравнение теплопроводно­

сти, интеграл

которого при условиях

(XIII.4) имеет вид

 

сю

 

Р2(*> 9 =

— Р?)

y e - w ^ s in - ^ p , (XIII.5)

 

/= М Т 5 ...

 

где

О) =

л2/грн

4т|х/2 ‘

 

Во втором приближении принимается, что переменное давление р, входящее в коэффициент kp/m\xf зависит только ог времени t и выражается формулой

 

 

_ J£L

 

 

 

= Рнб (О.-

Р(0 = Рг+ (Р н— Рг)е

2

= р „

 

 

далее, введя новую

переменную

 

 

(ХШ.6>

 

 

 

0 =

 

 

 

 

 

Т -)

Г(ХШ.7>

приведем

(ХШ.З)

к уравнению теплопроводности

 

 

 

 

 

др2

_ kpH

(Рр2

(XIII.8)

 

 

 

 

ае

т\х

дх2

 

 

 

 

 

решение

которого

при

условиях

(XIII.4) дается уравнением

(XIII.5),

в котором

переменная

t

должна быть заменена на 0:

рЦх, /) = Р2 +

Л ( р 2 _ р 2)

^

со

(XIII.9)

± e-<*resinJ^L

/= 1 ,3 ,5 ... 1

Объемный дебит галереи, приведенный к атмосферному дав­ лению, можно записать в виде

kBh

kBh (pi - р2)

Qат

^0—(00 0—9а)0 _j_ 0—25(00_|_ ^ )

2ррат

РРат*

 

(XIII. 10)