Проницаемость

 

Под проницаемостью понимают свойство горных пород пропускать через себя жидкости или газы под действием перепада давления

Различают три типа проницаемости – абсолютная, фазовая и относительная.

Абсолютная проницаемость - это проницаемость пористой среды при фильтрации через нее газа, не вступающего во взаимодействие с породой. Абсолютная проницаемость - свойство породы, и не зависит от свойств фильтрующегося флюида и перепада давления.

Фазовая или эффективная проницаемость характеризует проницаемость одной из фильтрующихся фаз, при наличии в породе более одного флюида. Фазовая проницаемость зависит не только от свойств породы, но и от физико-химических свойств жидкостей, их взаимодействия и насыщенности породы каждой из фаз.

Относительной фазовой проницаемостью называется отношение фазовой проницаемости к абсолютной. Относительная проницаемость породы для любого флюида возрастает с увеличением ее насыщенности этим флюидом.

Количественно проницаемость любых пород может быть определена из закона линейной фильтрации Дарси, согласно которому скорость фильтрации жидкости в пористой среде пропорциональна градиенту давления и обратно пропорциональна динамической вязкости;

Q 1 Dр

V = --- = k --- ----

F m DL

 

Где: v - скорость линейной фильтрации, Q – объемный расход жидкости в единицу времени, F- площадь фильтрации, m- динамическая вязкость, Dp - перепад давления, L – длина пористой среды. В этом уравнении способность породы пропускать жидкости и газы характеризуется коэффициентом пропорциональности к, который называют коэффициентом проницаемости:

Единицы измерения проницаемости. В Международной системе единиц величины, входящие в формулу проницаемости, имеют размерности

[L] = м; [F] = м²; [Q] = м³/c: [p ] = Па; [m] = Па*с.

 

Следовательно, м³

----- * Па*с*м

с

k = ------------------------- = м²

Па*м²

 

При L= 1м; F= 1м²; Q= 1м³\с; р=1 Па и m = 1 Па*с получим значение коэффициента проницаемости k= 1 см².

Таким образом, в Международной системе (СИ) за единицу проницаемости в 1 м² принимается проницаемость такой пористой среде, при фильтрации через образец которой площадью 1 м², длиной 1м и перепаде давления 1 Па расход жидкости вязкостью 1 Па с составляет 1 м³/с.

Физический смысл размерности k (площадь) заключается в том, что проницаемость характеризует площадь сечения каналов пористой среды, по которым в основном происходит фильтрация. Практической единицей измерения проницаемости является дарси. 1 дарси - проницаемость пористой системы, через которую фильтруется жидкость с вязкостью 1 сантипуаз (сП),, со скоростью 1 см³/с при градиенте давления 1 атм (760 мм) и площади пористой среды 1 см². 1 дарси = 0,981 10^-12 м².

При измерении проницаемости пород по газу в формулу следует подставлять средний расход газа в условиях образца:

 

 

Q_r µ_rL

k = -------------

DpF

Где: Q - объемный расход газа, приведенный к среднему давлению и средней температуре газа в образце. Необходимость использования среднего расхода газа в этом случае объясняется непостоянством его объемного расхода при уменьшении давления по длине образца.

Среднее давление по длине керна:

p₁ + p₂

p = -------------

Где: р₁ и р₂ – соответственно давление газа на входе в образец и на выходе из него.

Полагая, что процесс расширения газа при фильтрации через образец происходит изотермически по законам идеального газа, используя закон Бойля- Мариотта, получим

2Q_op_o

Q_r = -----------

p₁ + p₂

 

Здесь Qо – расход газа при атмосферном давлении ро.

 

Тогда формула для определения проницаемости пород по газу запишется в виде

2Q_op_om_rL

k = ---------------

(p₁² – p₂²)F

 

 

Абсолютную проницаемость определяют в лабораторных условиях, согласно ГОСТ 2645.2-85 «Метод определения коэффициента абсолютной газопроницаемости при стационарной и нестационарной фильтрации».

Настоящий стандарт распространяется на горные породы, насыщенные в природных условиях нефтью, газом или водой и ус­танавливает метод лабораторного определения коэффициента аб­солютной газопроницаемости при стационарной и нестационар­ной фильтрации с линейным и радиальным направлением потока газа. Сущность метода заключается в определении постоянной (ста­ционарной) или переменной (нестационарной) скорости фильтра­ции газа через образец горной породы в линейном или радиаль­ном направлении под действием разности давлений. При стацио­нарной фильтрации скорость определяется известным объемом га­за, прошедшим через образец за фиксированный отрезок времени при постоянной разности давлений; при нестационарной фильтра­ции скорость также определяется известным объемом газа, про­шедшим через образец за фиксированный отрезок времени, но при переменной разности давлений на входе и выходе из образ­ца.