ВВЕДЕНИЕ. Министерство образования и науки Российской Федерации

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой институт «Горный»

А.В. ПЕТУХОВ

ФИЗИКА ПЛАСТА

Конспект лекций

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

ВВЕДЕНИЕ

Физика пласта как отрасль науки о нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях имеет более чем полувековую историю. Впервые курс физики нефтяного пласта был прочитан М. М. Кусаковым для студентов Московского нефтяного института в 1948 г. Базой для формирования данного курса и дальнейшего его развития стали результаты исследований многих отечественных и зарубежных ученых: Л. Г. Гурвича, П. А. Ребиндера, Б. В. Дерягина, М. М. Кусакова, Г. А. Бабаляна, Ф. И. Котяхова, А.А. Ханина, А. С. Великовского, Гиматудинова Ш..К., Ширковского А.И., Д. Амикса, Д. Басса, Р. Уайтинга, Э. Д. Берчика и многих других. Основные понятия курса «Физика нефтегазового пласта» базируются на изучении таких предметов, как физика, химия, физическая и коллоидная химия, нефтегазопромысловая геология и гидрогеология, механика горных пород, физико – химия процессов массопереноса в пористых средах и т.д. Основные задачи, которые решаются в курсе «Физика нефтегазового пласта», - это изучение фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов, особенности и закономерности движения в них пластовых жидкостей, взаимодействие их между собой и поровой поверхностью коллекторов в различных горно-геологических и термобарических условиях. Курс «Физика нефтегазового пласта» закладывает основы, необходимые будущему бакалавру и магистру при изучении специальных и профильных дисциплин. Одним из последних учебников по курсу является книга Н.Н. Михайлова «Физика нефтяного и газового пласта (Физика нефтегазовых систем)» [1], изданная в 2008 году, в Москве, а также учебное пособие А.Т. Карманского «Физика нефтяного и газового пласта», которое было опубликовано Горном университете, в Санкт-Петербурге [2]. За прошедшие годы появились многочисленные работы по данному курсу, которые углубляют представление о литологии, состоянии и условиях взаимодействия остаточной воды и углеводородов с внутрипоровой поверхностью коллекторов, о сущности формирования переходных зон, которые позволили по-новому осмыслить некоторые положения курса, прежде всего по разделам, имеющим прикладной характер.

В данной работе сохранены последовательность и основные положения курса «Физика нефтегазового пласта» изложенные в работах Ф. И. Котяхова, А.А. Ханина, Ш.К. Гиматудинова, В.Н. Щелкачева, А.И. Ширковского, Н.С. Гудок, Ю.А. Медведева, Г.П. Зозули, Н.П. Кузнецова и А.К. Ягфарова, Н.Н. Михайлова, А.Т. Карманского. В то же время внесены некоторые изменения практически во все разделы данного курса лекций с учетом новых научных данных по теме рассматриваемого курса.

Настоящий курс лекций посвящен изучению физических свойств продуктивных пластов нефтяных и газовых месторождений, а также использованию этих знаний в практических расчётах.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРЕДМЕТА ФИЗИКИ ГОРНЫХ ПОРОД

Физика горных пород (ФГП)– оформившаяся в самостоятельный раздел горной науки в 60-х годах прошлого века, положила начало новому подходу к изучению горных пород как объекту геологических и физических исследований, а также горных разработок различных полезных ископаемых одновременно.

ФГП изучает физические свойства горных пород, а также происходящие в них процессы с целью использования этих знаний для решения задач добычи полезных ископаемых.

Место ФГП среди других наук определяется ее методами, объектами и направленностью исследований.

По объектам исследований ФГП близка к геологическим наукам – кристаллографии, минералогии, петрографии. Без знания минерального состава и структурно-текстурных особенностей пород и условий их залегания невозможно изучение физических свойств пород, обоснованное объяснение физических явлений, происходящих в них. Поэтому данные о составе, строении, генезисе пород, их залегании ФГП заимствует у геологических наук и использует для своих исследований.

По методам исследований ФГП близка к физике твердого тела, явления и свойства объясняются и изучаются с позиций современной физики твердого тела, используется ее математический аппарат и экспериментальные методы.

В тоже время, изучаемые ФГП объекты значительно разнообразнее, более сложны и зависят от большего количества случайных факторов, чем в физике твердого тела. Законы влияния и возникновения всех этих факторов практически невозможно одновременно учесть. В связи с этим в ФГП широко применяется аппарат теории вероятности и мат. статистики, что предопределяет использование экспериментально установленных закономерностей и корреляционных зависимостей, использование для описания физических явлений в породах макроскопического (феноменологического) метода.

В целях совершенствования горного производства ФГП изыскивает резервы повышения производительности труда через познание свойств горных пород. Горное производство как в условиях открытых, так и подземных горных работ состоит в общем виде из следующей технологической цепочки: бурение, взрывание, выемка взорванной массы, транспортирование пород, их складирование, первичная обработка, измельчение полезного ископаемого и его обогащение. Эти стадии процесса добычи полезного ископаемого связаны с воздействием на породу различных машин и механизмов. При этом наибольшая эффективность работы горного предприятия достигается при оптимальном соответствии параметров машин и механизмов физическим характеристикам породы.

Параметры машин и механизмов должны быть приспособлены к изменяющимся свойствам горных пород. Их высокая эффективность будет зависеть от наличия датчиков и устройств, дающих информацию о свойствах, составе и состоянии массива пород. Следовательно, разработка методов контроля процессов также входит в задачи ФГП.

Физические параметры пород не являются строго неизменными и в некоторых пределах ими можно управлять. Например, свойства пород могут меняться при нагреве, охлаждении, насыщении их жидкостями, воздействии эл. тока и т.д. Поэтому возникает задача исследования результатов таких воздействий на породу.

Изучение физических явлений в породах дает возможность совершенствовать как машины и механизмы, так и методы горной технологии, создавать принципиально новые способы добычи полезных ископаемых и извлечение полезных ископаемых из руд.

Из вышеизложенного вытекают следующие научные и практические задачи, которые решает ФГП:

А) Установление физических, физико-технических и технологических характеристик горных пород, необходимых для расчета режимов работы и производительности существующего горного оборудования при проектировании горных предприятий и планирования их работы.

Б) Разработка и создание принципиально новых физических методов воздействия на породы, выявление областей их применения, расчет их эффективности.

В) Разработка принципиально новой технологии производства горных работ на базе изучения физических свойств пород.

Г) Изыскание методов и путей создания систем контроля за составом, состоянием и поведением горных пород в процессах горного производства, основанных на изучении свойств пород.

ФГП подразделяется на следующие разделы:

1) Механику пород, изучающую механические свойства пород и механические явления, происходящие в породах в процессе разработки месторождений полезных ископаемых.

2) Акустику пород, изучающую распространение упругих колебаний в породах и все физические процессы, с ними связанные.

3) Термодинамику пород, в область исследования которой входят тепловые свойства и тепловые процессы в горных породах.

4) Электродинамику и радиационную физику пород, объединяющую исследования по электрическим, магнитным, радиоволновым и ядерным свойствам и явлениям в горных породах.

Дата добавления: 2015-07-08