Подземная гидродинамика

Рисунок 1. Основные положения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Физические основы подземной гидродинамики предполагают подключение абстрактных моделей, которые должны соответствовать определенным требованиям, среди них:

• полнота – содержание достаточного количества признаков реального предмета;
• непротиворечивость - включенные критерии должны дополнять друг друга;
• реализуемость - построенная математическая модель обязана допускать численное решение;
• экономичность и компактность – сбор информации и реализация модели должны быть достаточно обозримы и экономически целесообразны.

При моделировании фильтрационных процессов и пластов принципиально невозможно получения точного количественного описания, поэтому ключевая задача исследования в подземной гидродинамике заключается в определении качественных закономерностей, устойчивых современных тенденций, а также стабильных соотношений, независимых от вариации исходных данных.

При этом коррекция и уточнение сведений возможны только на базе анализа последующего поведения объекта. Значимую роль играет правильная постановка задачи и такое исследование результатов ее реализации, которое позволяет сделать общие и качественные заключения.

Теоретическим фундаментом подземной гидромеханики является гипотеза фильтрации – раздел науки, рассматривающий движение флюидов в пористых средах с позиций механики сплошной среды, что делает их проницаемыми для газов и жидкостей.

Модели коллекторов в подземной гидродинамике

Рисунок 2. Физические основы подземной гидродинамики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Моделирование и установление коллекторов, а также классификация их показателей проводится по трем основным направлениям:

• геометрическое;
• механическое;
• смешанное.

С геометрической точки зрения все гидродинамические устройства можно подразделить на две большие группы: поровые и трещиноватые. Фильтрация и емкость в пористом коллекторе определяется характеристиками пространства между зернами породы. Для второй группы характерно наличие развитой концепции трещин, густота которых непосредственно зависит от степени уплотнения, мощности и состава вмещающей среды.

Чаще всего на практике имеют место приборы смешанного типа, для которых ёмкостью служат каверны, трещины, поровые пространства; основная роль в фильтрации флюидов принадлежит микротрещинам, которые соединяют эти пустоты между собой. В зависимости от того, какие категории пустот выступают путями фильтрации или вместилищем определенного флюида, различают коллекторы: трещиновато-каверновые, трещиновато-пористые и так далее. С целью качественного описания сложных пород необходимо моделировать уникальные программы, способные более точно описать реальное состояние пористых сред. Любое изменение сил, которые действуют на горные породы, в итоге вызывает их деформацию, а также трансформацию внутренних усилий – напряжений. Таким образом, динамическое положение горных пород, как и флюидов, описывается в подземной гидродинамике реологическими соотношениями.

Методы подземной гидродинамики

Такие концепции можно разбить на следующие группы: сеточные и балансовые. Балансовые модели характеризуются невысокими требованиями и простотой при получении информации о фильтрационных характеристиках пласта и сведений о работающих скважинах. В этой модели весь пласт рассматривается как однородный единый объем с усредненными свойствами. В основе данной системы лежит формула материальной стабильности для всей залежи, которая учитывает общее количество отбираемой из пласта жидкости или газа.

В настоящее время существуют различные методы в изучении подземной гидродинамики, которые проявляются посредством зональных, блочных, слоистых моделей.

При построении сеточных моделей залежь всегда разбивается на множество различных ячеек, формы и размеры которых могут кардинально меняться в зависимости от типа конкретной задачи, а также в связи с необходимостью повышения уровня точности модельных расчётов. Для учетов всех процессов фильтрации применяется соответствующие дифференциальные уравнения, которые описывают гидродинамическое поле всей залежи. Выбор модели залежи изначально определяется как степенью точностью, которую желательно получить при расчётах, так и уровнем детализации доступных о залежи сведений.

Перспективы развития

Перспективы развития подземной гидродинамики напрямую связаны с дальнейшим созданием теории совместного течения смешивающихся газов и жидкостей, разработкой концепции ключевых проницаемостей, модернизированным описанием динамических неравновесных процессов в пластах, а также сочетанием методов и гипотезой оптимального управления предметами с распределенными показателями.

На основе подземной гидродинамики с использованием разных программ разрабатываются универсальные модели крупных природных объектов (газовое и нефтяное месторождение, региональная концепция водообмена) с учетом взаимосвязи подземных и поверхностных вод.

Постепенно начинает развиваться микромеханика течений в постоянных, пористых средах. В последние годы ведутся интенсивные научные исследования в сфере гидродинамического обоснования увеличения степени извлечения элементов углеводорода из недр. Это обусловлено автоматическим исчерпанием легкодоступных запасов газа и нефти, усложнением термобарических условий и горно-геологических условий разработки будущих месторождений.

Наступает новый период развития подземной гидромеханики, в течение которого основным направлением экспериментов будет достижение высоких параметров нефтегазоотдачи пластов.

Следует отметить, что гидродинамические фундаментальные аспекты этой проблемы успешно решаются работами исследователей, которые широко используют методы физики, термодинамики, химии и уникальный аппарат математической формулировки сложных фильтрационных явлений.