Главная страница
Навигация по странице:

  • 42. Понятие нормальных и касательных напряжений, тензор напряжений.

  • 43. Виды напряженного состояния нефтегазовых платов, тензор напряжений.

  • 4 5. Зависимость деформаций от напряжений, упругие и пластические деформации.

  • 46. Деформационные и прочностные свойства нефтегазовых пластов

  • 47. Обобщенный закон Гука и область его существования.

  • 48.Понятие истинных и эффективных напряжений в нефтегазовых пластах. Связь эффективных напряжений с внутрипластовым давлением.

  • 50. Волновые процессы в нефтегазовых пластах, их общая характеристика и роль в нефтепромысловом деле.

  • 51. Типы волн в нефтегазовых пластах

  • 52. Явление поглощения упругих волн и коэффициенты, характеризующие поглощение.

  • 56. Тепловые свойства нефтегазового пласта

  • 57. Теплопроводность и температуропроводность минералов и нефтегазовых пластов. Явление анизотропии теплопроводности

  • физика пласта ответы. 1 Роль физики пласта в современных технологиях углеводородоизвлечения


    Скачать 1.15 Mb.
    Название1 Роль физики пласта в современных технологиях углеводородоизвлечения
    Анкорфизика пласта ответы
    Дата13.01.2021
    Размер1.15 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файла2.doc
    ТипДокументы
    #167922
    страница2 из 3
    1   2   3

    41. Первичные и вторичные напряжения, их связь с условиями залегания пластов и технологическими факторами.

    Напряжения делятся на первичные (геологические) и вторичные (возникают при разработке скважины). Напряжение возникает на контактах зерен – концентрация напряжений.

    Горное давление – это силы, которые действуют на пласт в его естественном залегании. Это силы, которые обусловлены весом вышележащих слоев, тектоническим движением, давлением газов.

    42. Понятие нормальных и касательных напряжений, тензор напряжений.

    Напряжение – реакция пласта на приложенную нагрузку.

    В зависимости от того, как действуют напряжения, оно

    П одразделяется на:

    x,y,z – нормальное напряжение,

    ij – касательное напряжение.



    S ij – тензор напряжений.

    где σ – главное (нормальное) напряжение, P ik– совокупность девяти напряжений при i=k и касательных при i≠k.

    Напряжённое состояние приводит к тому, что пласт подвергается деформации.

    Напряжения могут быть охарактеризованы диаграммой Мора.



    43. Виды напряженного состояния нефтегазовых платов, тензор напряжений.

    Напряжение – реакция пласта на приложенную нагрузку.

    В ыберем из массива породы эллипсоидный элемент и рассмотрим реакции:

    Если напряжения действуют в одном направлении, то мы получим одноосное напряжённое состояние.

    Если напряжения действуют в плоскости в разных направлениях, мы получим плоское напряжённое состояние.

    Если у нас происходит изменение напряжения в объёме, возникает объёмное напряжённое состояние.
    При реализации эксперимента модель даёт нам одноосное напряжение, тогда как в пласте объёмное напряжённое состояние.

    В зависимости от того, как действуют напряжения, оно подразделяется на:

    x,y,z – нормальное напряжение,

    ij – касательное напряжение.



    S ij – тензор напряжений.

    где σ – главное (нормальное) напряжение, P ik– совокупность девяти напряжений при i=k и касательных при i≠k.

    Напряжённое состояние приводит к тому, что пласт подвергается деформации.

    44. Виды деформаций, тензор деформаций.

    Деформация – изменение формы (объёмов, размеров) под воздействием напряжений.

    Деформация зависит от вида напряжённого состояния, т.о. можно выделить:

    линейные деформации;

    сдвиговые деформации;

    объёмные деформации.

    Суммарная деформация ху, уz, хz – величина, на которую уменьшается прямой угол между соответствующими гранями выбранного нами из массива пласта куба в результате сдвига.

    Деформации удлинения и сдвига можно разложить на составляющие по осям координат и написать тензор деформаций:


    4 5. Зависимость деформаций от напряжений, упругие и пластические деформации.

    Деформация – изменение формы (объёмов, размеров) под воздействием напряжений.

    В случае линейной деформации можно записать относительно продольную деформацию: =1/1. Нормальные составляющие напряжения обычно вызывают деформации сжатия или растяжения х, у, z.

    Касательные напряжения вызывают деформации сдвига ху, уz, хz (деформация сдвига обычно измеряется углами сдвига, т.к. из-за малости их величины tg=).

    Что бы охарактеризовать пласт строят зависимости деформации от напряжения. По этой зависимости выделяют следующие типы поведения пласта:

    Пласт, имеющий упругую деформацию. Такой вид деформации описывается законом Гука. Наклон графика характеризуется модулем Юнга.

    Пласт упругопластического типа. Переход от упругого состояния в пластическое характеризуется пределом упругости .

    Пласт пластического типа.

    Пластическая деформация характерна упругопла- стистическим породам, таким как глина, спрессованная порода.

    Для пород, слагающих пласты, нарушается закон Гука:

    V/V=(3(1 - 2)/Е)р, р=(х+у+z)/3. Упругость пласта – это способность пласта сопротивляться изменению размеров тела и его формы
    46. Деформационные и прочностные свойства нефтегазовых пластов.

    При отсутствии высокого всестороннего давления как в условиях одноосного, так и сложного напряжённого состояния при быстром нагружении или разгрузке в большом диапазоне напряжений подчиняется закону Гука.

    По мере увеличения напряжения на сжатие усиливается и деформация.

    Если пласт изотропен и однороден, то связь между деформациями и напряжениями запишется так:

    х=1/Е(х - (у+z))

    у=1/Е(у - (z+х))

    z=1/Е(z - (у+х))

    где х, у, z – главные нормальные напряжения;

    ν - коэффициент Пуассона;

    Е - модуль Юнга.

    Сдвиговые деформации можно расписать как:

    ху=1/Gху; уz=1/Gуz; zх=1/Gzх G – модуль сдвига.

    Упругие свойства пласта зависят от:

    - минералогии;

    - особенностей строения в частности солистого строения.

    Прочность определяется величиной критических напряжений, при которых происходит разрушение породы.

    Критические напряжения:

    сжатия;

    растяжения

    объемное сжатие

    сдвиговые
    47. Обобщенный закон Гука и область его существования.

    В общем случае деформация может быть записана через обобщённый закон Гука, который используется в случае неравномерного напряжённого состояния:

    ;

    ;

    ;

    В этих выражениях - модуль продольной упругости, - коэффициент Пуассона (для горных пород 0 – 0,5), который характеризует изменение поперечных размеров.
    48.Понятие истинных и эффективных напряжений в нефтегазовых пластах. Связь эффективных напряжений с внутрипластовым давлением.

    В реальных геологических условиях на пласт действует горное давление.

    Это горное давление воспринимается порами и флюидом:

    Рг=σэф+Рпл

    При равномерном напряжённом состоянии значение эффективных напряжений может быть вычислено по следующей формуле:

    σэф=(σ1 +σ2 +σ3)/3

    49. Зависимость фильтрационных и емкостных свойств пласта от эффективных напряжений и области их использования.

    В процессе разработки залежи происходит изменение эффективных напряжений, что приводит к тому, что свойства пласта (например m,kпр) оказываются не такими, как до разработки:

    m
    =m0*(e-α*σэф)

    m=m0*σ-α

    kпр= kпр.0*e-β*σэф

    kпр= kпр.0* σ-β

    где α,β – коэффициенты, характеризующие m или kпр.

    Закон фильтрации при действии эффективных напряжений выражается формулой:

    V=k(σ)/μ*gradσ

    dp=-dσэф

    если мы имеем степенную зависимость, то закон фильтрации запишется след. образом:

    V=k*σ1-σ/μ*dσ/dx.

    50. Волновые процессы в нефтегазовых пластах, их общая характеристика и роль в нефтепромысловом деле.

    Волновые свойства связаны с процессами распространения упругих колебаний в нефтегазовых пластах.

    Упругие колебания – процесс распространения в породе знакопеременных упругих деформаций.



    где v – скорость распространения упругих колебаний

    U – упругое смещение.

    По частоте упругие колебания подразделяются на:

    инфразвуковые до 20 Гц;

    гиперзвуковые > 1010 Гц;

    звуковые от 20 до 20000 Гц;

    ультразвуковые >20000 Гц.

    Эти колебания используются в нефтегазовом деле.

    51. Типы волн в нефтегазовых пластах

    Деформации продольные, поперечные и сдвиговые, в соответствии с этим волны делятся на:

    продольные – характеризуются продольными деформациями попеременного сжатия и растяжения (свойственны газу, воде, нефти и др.)

    поперечные – связаны с деформацией сдвига (характерны для твёрдой фаза, т.к. для жидкостей и газов сопротивления сдвигу не существует).

    Оба типа волн распространяются по всему объёму пласта и называются объёмными.

    Кроме объёмных волн, существуют волны, связанные с поверхностями раздела – поверхностные волны. В них движение частиц происходят неравномерно и по разным направлениям.

    52. Явление поглощения упругих волн и коэффициенты, характеризующие поглощение.

    Затухание волн обусловлено:

    1) Поглощением части волновой энергии породой и трансформацией этой энергии в тепло;

    2) Рассеянием акустической энергии на элементах фрагментарности (границах зёрен, порах) в различных направлениях.

    Амплитуда волны падает по мере прохождения волны по следующему закону:

    U=U0*e-θx

    где U0 - амплитуда упругих колебаний;

    U - амплитуда на расстоянии х;

    θ - коэффициент поглощения |1/м|.

    Коэффициент поглощения показывает потерю энергии по мере прохождения вглубь пласта.

    Этот коэффициент зависит от свойств породы, таких как: тепловые свойства, коэффициент внутреннего трения, структура, а также частота колебания.

    Для однородных тел зависимость θ(ω) (от частоты) записывается по закону Стокса- Кирхгофа.

    Для однородных сред: θ'=2/3(ω2*η/(v3 *ρ)).

    где ω - циклическая частота; η - коэффициент вязкости; ρ – плотность среды.

    53. Явления отражения волн и их преломления. Коэффициенты, характеризующие эти явления.

    Часто в расчётах используется удельное волновое сопротивление пласта:

    Z=v*ρ

    Этот коэффициент характеризует способность пласта отражать и преломлять упругие волны.

    Коэффициент отражения — это отношение энергии отражённой волны к энергии падающей волны:

    k0=A0/A=(z1-z2)/( z1+z2)

    где z - удельное волновое сопротивление

    Чем больше разница волновых сопротивлений, тем больше энергии отражается.

    Также больше энергии отражается, с ростом контрастности сред.

    При переходе из воздуха в воду отражается более 99,8% их энергии, а из воды в породу - до 85%.

    Т.о. от коэффициента отражения зависит эффективность передачи волновой энергии в пласт.

    С огласно закону Снеллиуса, угол падения и угол преломления упругой волны, проникающей в породу, находятся в определённом отношении со скоростями упругой волны в первой и второй средах, которое называется коэффициентом преломления упругой волны относительно первой фазы:

    v1/v2=n.
    54. Природные и техногенные тепловые процессы в нефтегазовых пластах

    Причины:

    В естественном состоянии пласты находятся на большой глубине, а, судя по геотермическим ступеням, температура в этих условиях близка к 150, поэтому можно утверждать, что породы изменяют свои свойства, ведь при проникновении в пласт мы нарушаем тепловое равновесие.

    К огда мы закачиваем в пласт воду, эта вода имеет температуру поверхности. Попадая в пласт, вода начинает охлаждать пласт, что неминуемо приведёт к различным неблагоприятным явлениям, например парафинизации нефти. Т.е. если в нефти есть парафинистая составляющая, то в результате охлаждения выпадет парафин и закупорит пласт. К примеру, на месторождении Узень температура насыщения нефти парафином Тн=35(40), и при его разработки были нарушены эти условия, в результате температура пласта снизилась, парафин выпал, произошла закупорка и разработчикам пришлось длительное время закачивать горячую воду и прогревать пласт, пока весь парафин не растворился в нефти.

    Высоковязкие нефти.

    Для их разжижения используют теплоноситель: горячую воду, перегретый пар, а также внутренние источники тепла. Так в качестве источника используют фронт горения: поджигают нефть и подают окислитель.

    Метод снижения вязкости нефтей посредством радиоактивных отходов. Они хранятся 106 лет, но при этом греют высоковязкую нефть, позволяя легче её добывать.

    55. Понятие теплоемкости пласта и коэффициенты, характеризующие теплоемкость

    Теплоёмкость (с) - количество теплоты, необходимое для повышения температуры вещества на один градус при заданных условиях (V, Р=соnst).

    с=dQ/dТ

    Средняя теплоёмкость вещества: с=Q/Т.

    Т.к. образцы породы могут иметь разную массу, объём, то для более дифференцированной оценки вводятся специальные виды теплоёмкости: массовая, объёмная и молярная.

    Удельная массовая теплоёмкость [Дж/(кгград)]:

    Сm=dQ/dТ=С/m

    Это количество теплоты, необходимое для изменения на один градус единицы массы образца.

    Удельная объёмная теплоёмкость [Дж/(м3К)]:

    Сv=dQ/(VdТ)=Сm,

    где  - плотность

    Количество теплоты, которое необходимо сообщить единице для повышения её на один градус, в случае Р, V=соnst.

    Удельная молярная теплоёмкость [Дж/(мольК)]:

    С=dQ/(dТ)=МСm,

    где М – относительная молекулярная масса [кг/кмоль]

    Количество теплоты, которое надо сообщить молю вещества для изменения его температуры на один градус.

    Теплоёмкость является аддитивным свойством пласта:

    Сi=j=1СjКi, где Кi=1, К – количество фаз.

    Теплоёмкость зависит от пористости пласта: чем больше пористость, тем меньше теплоёмкость.

    (с)=сскск(1-kп)+сззkп,

    где сз – коэффициент заполнения пор;

    kп – коэффициент пористости.

    56. Тепловые свойства нефтегазового пласта

    Тепловыми свойствами являются:

    Коэффициент теплоёмкости с

    Коэффициент теплопроводности 

    Коэффициент температуроппроводности а

    1. Теплоёмкость (с) - количество теплоты, необходимое для повышения температуры вещества на один градус при заданных условиях (V, Р=соnst).

    с=dQ/dТ

    2.  [Вт/(мК)] характеризует свойство породы передавать кинетическую (или тепловую) энергию от одного элемента к другому.

    Коэффициент теплопроводности – количество тепла, проходящее за единицу времени через кубический объём вещества с гранью единичного размера, при этом на других гранях поддерживается разница температур в один градус (Т=1).

    3. температуропроводность, который характеризует скорость изменения температуры при нестационарном процессе теплопередачи.

    а=/(с), когда =соnst.

    На самом деле «а» не является постоянной, т.к.  является функцией координат и температуры, а с – коэффициента пористости, массы и т.д.

    57. Теплопроводность и температуропроводность минералов и нефтегазовых пластов. Явление анизотропии теплопроводности

    Теплопроводность. [Вт/(мК)] характеризует свойство породы передавать кинетическую (или тепловую) энергию от одного элемента к другому.

    Коэффициент теплопроводности – количество тепла, проходящее за единицу времени через кубический объём вещества с гранью единичного размера, при этом на других гранях поддерживается разница температур в один градус (Т=1).

    Коэффициент теплопроводности зависит от:

    минирального состава скелета. Разброс значений коэффициентов может достигать десяти тысяч раз.

    степени наполненности скелета.

    Теплопроводности флюидов.

    Температуропроводность, который характеризует скорость изменения температуры при нестационарном процессе теплопередачи.

    а=/(с), когда =соnst.

    На самом деле «а» не является постоянной, т.к.  является функцией координат и температуры, а с – коэффициента пористости, массы и т.д.

    При разработке мы можем использовать процессы, в которых возможно возникновение внутреннего источника тепла (например, закачка кислоты), в таком случае уравнение будет выглядеть так:

    Т/t=а2Т+Q/(с),

    где Q – теплота внутреннего источника тепла,  - плотность породы.


    1. Физическое состояние углеводородных систем в нефтегазовых пластах

    В зависимости от количества газа и его состояния выделяют:

    • Чисто газовые

    • Газоконденсатные

    • Газонефтяные

    • Нефтяные с содержанием растворенного газа


    59 Типы залежей по состоянию углеводородных систем

    • Газовые

    • Газоконденсатные

    • газонефтяные, газовые нефти с нефтяной оторочкой

    • нефтяные с газовой шапкой, нефтяные месторождения

    • в которых газ находится в растворенном состоянии.


    60 Состав и классификация нефтей

    Нефть – жидкая смесь жидких углеводородов и неуглеводородных компонентов.

    3 основных класса:

    метановый Сn H2n+2

    алкановый CnH2n

    циклоалкановый CnH2n .

    Меркоптаны - R – SH – аналогичные спиртам.

    Асфальтены – близки к смолам. Представляют собой полициклические соединения, содержащие серу и бензин.

    Нефти делятся на классы и подклассы.

    По количествы серы – 3 класса.

    Малосернистые, <0.5%

    Сернистые, 0,5 – 2%

    Высокосернистые, >2%

    По содержанию смол:

    Малосмолистые, <18%

    Смолистые, 18 – 35%

    Высокосмолистые, >35%

    По содержанию парафина:

    Малопарафинистые, <1,5%

    Парафинистые, 1,5 – 5%

    Высокопарафинистые, >6%

    Есть нефти с содержанием парафина >35%.



    1. Состав и классификация природных газов

    Состав природных газов.

    Природные газы – это смесь газообразных углеводородов и неуглеводородных компонентов.

    N2, CO2, H2S, RSH, He, Ar, Kr, Xe.

    Метан, этан, этилен (С2Н4) – газы при обычных условиях.

    Пропан, н.бутан, изобутан – при нормальных условиях – парообразные, при повышении давления – жидкости.

    Углеводороды, начиная с С5Н12, – входят в бензиновую фракцию газов.

    Сухой газ – метан, этан, этилен

    Жидкий газ – пропан, пропилен, изобутан, бутилен.

    Бензин газовый – это изопентан, нормальный пентан, гексан и т.д.

    Газы подразделяются на три группы:

    1. добываемые из газовых месторождений – сухой газ.

    2. добываемые вместе с нефтью – физические смеси, сохой газ,

    жидкий газ, газовый бензин.

    1. добываемые из газоконденсатных месторождений – смеси сухого газа и жидкого углеводородного конденсата. Конденсат состоит из большего числа углеводородов.

    Закономерности изменения состава углеводородных смесей в зависимости от термобарических условий залегания
    6 2 Закономерности фазовых переходов сложнее, если вещество представляет собой многокомпонентную систему (рис.2.3).
    1   2   3


    написать администратору сайта