При относительно небольших перепадах давления в нефтеносных пластах многие породы в результате незначительных размеров пор оказываются практически непроницаемыми для жидкостей и газов (глины, сланцы и т.д.).
Хотя при сверхвысоком давлении все горные породы проницаемы.
Хорошо проницаемыми породами являются:
- песок, песчаники, доломиты, доломитизированные известняки,
- глины с массивной пакетной упаковкой,
- алевролиты.
- глины, с упорядоченной пакетной упаковкой, глинистые сланцы,
- песчаники с глинистой цементацией,
- мергели.
Различают также абсолютную, фазовую и относительную проницаемости.
Абсолютная проницаемость
Это проницаемость пористой среды, заполненной лишь одной фазой, инертной к пористой среде.Она зависит от размера и структуры поровых каналов, но не зависит от насыщающего флюида, т.е. характеризует физические свойства породы.
Обычно абсолютную проницаемость определяют при фильтрации азота через породу.
Для оценки проницаемости горных пород применяется открытый в 1856 г. линейный закон фильтрации Дарси, который установил зависимость скорости фильтрации жидкости от градиента давления.
Абсолютную проницаемость определяют на основании закона Дарси по уравнению:
где
qф - объемный расход флюида (дебит), м3/с;
k - проницаемость пористой среды, м2;
η - динамическая вязкость флюида, Па·с;
ΔP=Р1-Р2 - перепад давления, Па;
L - длина образца пористой среды, м;
F - площадь фильтрации, м2.
Проницаемость определяется как:
Единица проницаемости называемая Дарси (Д), соответствует проницаемости горной породы, через поперечное сечение которой, равное 1 см2, при ламинарном режиме фильтрации, при перепаде давления в 1 атм на протяжении 1 см в 1 сек проходит 1 см3 жидкости, вязкость которой 1 сП.
Физический смысл размерности проницаемости - это площадь сечения каналов пористой среды, через которые идет фильтрация.
Существует несколько типов каналов:- субкапиллярные;
- капиллярные;
- трещины;
- разрывы.
Проницаемость пород, служащих коллекторами, может быть выражена в миллидарси (мД), мкм2 или м2.
Проницаемостью в 1 м2 соответствует проницаемости горной породы при фильтрации через образец площадью 1 м2 длиной 1 м и при перепаде давления 1 Па, при которой расход жидкости вязкостью 1 Па*с составляет 1 м3.
1 Д =1,02×10-3 мкм2 = 1,02×10-12 м2 = 1000 мД.
Размерность параметров уравнения Дарси в разных системах единиц
|
Параметры уравнения |
Размерность |
||
|
СИ |
СГС |
НПГ |
|
|
Объемный расход флюида (дебит), Q |
м3 / сек |
см3 / сек |
см3 / сек |
|
Площадь фильтрации F |
м2 |
см2 |
см2 |
|
Длина образца горной породы (фильтра), L |
м |
см |
см |
|
Перепад давления, ∆P |
Па |
дн / см2 |
атм |
|
Динамическая вязкость жидкости, µ |
Па · с |
дн · с / см2 |
спз (сантипуаз) |
По величине проницаемости продуктивные пласты делятся на:
- Низкопроницаемые (от 0 до 100 мД);
- Среднепроницаемые (от 100 мД до 500 мД);
- Высокопроницаемые (более 500 мД).
- очень хорошо проницаемые (>1);
- хорошо проницаемые (0,1 - 1);
- средне проницаемые (0,01 - 0,1);
- слабопроницаемые (0,001 - 0,01);
- плохопроницаемые (<0,001).
Природные пласты содержат не только нефть и природный газ, но также определенное количество воды. При движении флюидов, не смешивающихся между собой, проницаемость для каждого из флюидов в пласте меньше чем абсолютная проницаемость породы.
Фазовая (эффективная) проницаемость
Это проницаемость породы для отдельно взятого флюида при наличии в ней многофазных систем. Фазовая проницаемость зависит от количественного содержания того или иного флюида в пласте, а также от его, их физико-химических свойств.С практической точки большее значение имеет относительная фазовая проницаемость.
Относительная фазовая проницаемость - отношение эффективной проницаемости к выбранной базовой проницаемости (обычно абсолютной).
На графике показано изменение относительных фазовых проницаемостей.
Если для движения несжимаемой жидкости справедливы уравнения по линейному закону Дарси, то в случае фильтрации газа при перепаде давления объём газа оценивается по закону Бойля-Мариотта:
