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 большей части пор коллекторов нефти более 1 мкм.

При разработке 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 Дарсискорость 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,.

— динамическая вязкость жидкости, Р — перепад давления,.

L — 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 grad P и 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 L 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 Р в формулу (1.8), получаем формулу для определения проницаемости пород по газу:

(1.9).