1464
.pdfОт редакционного совета
Авторами настоящего учебника являются выдающиеся ученые и педагоги, профессора Московского нефтяного института им. И. М. Гу бкина, ныне Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина, Владимир Николаевич Щелкачев и Бернард Бори сович Лапук, благодаря научным трудам и учебникам которых многие поколения российских и зарубежных специалистов познавали фунда ментальные основы нефтегазовой подземной гидромеханики и разра ботки нефтяных и газовых месторождений.
Написанный ими в 1949 г. учебник подземной гидравлики послу жил первым учебным пособием такого рода в мире, на основе которого было начато широкое развитие преподавания курсов подземной гидро механики в вузах. Переведенный на китайский, румынский и венгер ский языки, он и поныне является настольной книгой инженеров-неф- тяников. Напомним, что учебник вышел под общей редакцией и с пре дисловием их учителя, академика Л. С. Лейбензоном. Рецензентами книги были профессор И. А. Парный и профессор Г. Б. Пыхачев.
Прошло более 50 лет со времени издания учебника, но он сохра няет свое основополагающее значение. Вместе с тем, книга стала биб лиографической редкостью. Сегодня ее трудно найти даже в вузовских библиотеках. Современные поколения студентов и аспирантов, специ алистов нефтяной и газовой промышленности не имеют возможности прикоснуться к страницам учебника, продолжающего иметь огромное значение для изучения основ нефтегазовой науки.
Переиздание книги осуществлено научно-издательским центром «Регулярная и хаотическая динамика». При этом было принято реше ние не вносить никаких изменений в текст, оставив его в первозданном виде.
Единственное добавление к публикуемому второму изданию кни ги — список литературы. В.Н. Щелкачев поместил в изданную в 1995 году монографию (В.Н. Щелкачев. Основы и приложения теории неустановившейся фильтрации, ч. I и ч. II, 1995 г.). Список литерату ры, насчитывающий более тысячи наименований. Этот список помещен в данное издание, что позволяет читателю с исчерпывающей полнотой охватить практически всю обширную область нефтегазовой гидроме ханики и ее приложений и их развитие со времени первого издания учебника до настоящего времени.
Редакционный совет «Современные нефтегазовые технологии» планирует издание и переиздание важнейших книг как отечественных, так и зарубежных авторов в области нефтегазовой науки и технологий. Публикуемая книга является первой из этой серии.
Считаю своим приятным долгом представить читателям второе из дание замечательного учебника, авторами которого являются мои ближайшие учителя.
Российский Государственный Университет нефти и газа им. И. М. Губкина
Доктор технических наук, профессор К. С. Басниев 26.11.2001 г.
Предисловие академика Л . С. Лейбензона
Подземная гидравлика — наука о движении жидкостей, газов и их смесей в пористых и трещиноватых горных породах — теоретическая основа разработки нефтяных и газовых месторождений, одна из профи лирующих дисциплин в учебном плане промыслового и геологического факультетов нефтяных вузов.
В основе подземной гидравлики лежит представление о том, что нефть, газ и вода, заключенные в пористой среде, составляют единую гидравлическую систему.
Подземная гидравлика создана главным образом трудами совет ских ученых. Настоящая книга является первым учебным пособием по курсу «Подземная гидравлика», введенному в нефтяных вузах с 1941 г.
На протяжении всей книги и в ее заключительной главе ярко и убе дительно показан приоритет советских ученых в решении самых важ ных вопросов теории движения жидкостей и газов в пористой сре де. Сюда относятся основные вопросы теории фильтрации, взаимодей ствия скважин, упругого режима, движения газов и газированной жид кости в пластах. Пособие «Подземная гидравлика» не только обобщает все, что сделано в области подземной нефтяной гидравлики, но и под нимает ее на новую ступень.
Особая ценность книги — элементарное и вместе с тем строго на учное изложение всего курса.
Авторы поставили перед собой важнейшую задачу — сделать под земную гидравлику доступной не только для студентов нефтяных вту зов, но и самому широкому кругу инженерно-технических работников нефтяной и газовой промышленности. С выходом настоящей книги эту задачу можно считать успешно решенной.
Весьма существенно, что изложение теории дается в органической связи с ее приложением на практике. Во всем изложении виден инже нерный подход к решению всех поставленных задач.
Трудно переоценить значение курса подземной гидравлики в под готовке кадров нефтедобывающей и газовой промышленности и обеспе чении ее дальнейшего технического прогресса. В этой связи я особенно приветствую выход настоящей книги, авторами которой являются мои
ближайшие ученики. |
|
29 июня 1949 г. |
Академик Л. С. Лейбепзоп |
Предисловие
Подземная гидравлика является основой современной технологии нефтедобычи и добычи газа и имеет обширные области приложения в гидрогеологии, гидротехнике, инженерной геологии. Курс подземной гидравлики введен в учебный план нефтяных институтов с 1940 г.
Работы профессора Н. Е. Жуковского, академика Н. Н. Павловско го, академика Л. С. Лейбензона заложили основу самой крупной в мире советской школы ученых, работающих в области теории фильтрации. Советские ученые прочно удерживают приоритет в разработке важ нейших вопросов подземной гидравлики и гидромеханики. Тем не ме нее до сих пор ни в СССР, ни за рубежом не написано книги, в которой бы подземная гидравлика излагалась достаточно полно, систематично и доступно для читателей, начинающих изучать этот предмет и инте ресующихся проблемами технологии добычи нефти и газа. Понятно, что необходимость в такой книге давно назрела. Специальное пособие по курсу подземной гидравлики необходимо не только для студентов нефтяных институтов, но и для широких кругов инженеров и геоло гов, окончивших институты до 1942 г. (т. е. не изучавших в вузах этого курса) и работающих в соответствующих отраслях нефтяной и газовой промышленности.
Имея в виду, что эти кадры инженеров и геологов должны изу чать курс подземной гидравлики самостоятельно, авторы старались обратить особое внимание на доступность изложения, на иллюстрацию теории приложениями к практике. Последнее мы считали особенно по лезным и для студентов.
Учитывая, что в нефтяных институтах курс подземной гидравли ки проходится либо до, либо одновременно (в зависимости от факуль тетов) с курсами нефтепромысловой геологии, эксплуатации нефтяных месторождений, гидрогеологии, нам пришлось ввести краткие сведения о классификации подземных вод и о классификации режимов нефте газоводоносных пластов.
Учебное пособие построено по следующему плану:
Часть I посвящена определению целей курса, краткому описанию содержания курса, обзору важнейших этапов развития подземной гид равлики, пояснению основных представлений этой науки и характери стике некоторых физических свойств нефти, газов и воды. Помещать
подробную историю развития подземной гидравлики в вводной части т. е. предлагать ее читателю до ознакомления с основами этой науки мы считали нецелесообразным. Некоторые исторические сведения приво дятся в тексте промежуточных глав курса, но систематический исто рический обзор развития подземной гидравлики приведен в последней главе.
Часть II посвящена теории фильтрации.
В части III собраны те задачи подземной гидравлики, которые до пускают элементарные решения, выполняемые с помощью простого ап парата дифференциального и интегрального исчисления. Те же задачи можно было бы решить, используя общие дифференциальные уравне ния движения жидкостей и газов в пористой среде; последний способ решения задач был бы даже более коротким, но, несомненно, более трудным для начинающего читателя. Задачи, собранные в части III, посвящены одномерному движению и радиальным притокам к одной скважине различных жидкостей, газов и газожидкостных смесей при различных режимах фильтрации и при различных режимах пласта. В виде исключения в третьей части рассмотрено несколько таких за дач, сложное гидродинамическое решение которых не могло быть при ведено в рамках данной книги. Учитывал важность этих задач (свя занных в основном с притоком жидкостей и газов к гидродинамически несовершенной скважине и с притоком к скважине двух жидкостей разных удельных весов), мы ограничились пояснением их постановки и анализом готовых решений — расчетных формул, иллюстрируемых числовыми таблицами и графиками.
Часть IV содержит теорию нерадиального притока жидкостей к скважинам, теорию взаимодействия скважин и исследование законов стягивания контуров нефтеносности в процессе эксплуатации взаимо действующих скважин. Строгое решение всех этих вопросов требует применения методов гидродинамики, связанных с использованием те ории функций комплексного переменного и дифференциальных урав нений с частными производными.
Учитывая назначение пособия, мы не могли привести решения этих задач — выводы расчетных формул. Однако сами задачи столь важны для теории и практики технологии добычи нефти и газа, что оставить их совершенно без рассмотрения было невозможно. Поэто му мы постарались изложить соответствующие вопросы в доступной форме: подробно пояснить физическую постановку каждой задачи, по яснить общий метод ее решения, привести готовое решение готовую расчетную формулу и выводы из каждой формулы. Попутно всегда указывались статьи и книги, в которых более подготовленный чита тель может найти полное решение соответствующей задачи.
Часть V содержит вывод общих дифференциальных уравнений движения жидкостей и газов в пористой среде, интегрирование этих уравнений в простейших случаях, теорию электрогидродинамических и термогидродинамических аналогий. Усвоение материала этой части облегчит читателю переход к изучению специальных монографий по подземной гидро-газодинамике.
Из новейших достижений подземной гидродинамики в пособии мало освещены вопросы теории упругого режима пластовых водона порных систем. Объясняется это, во-первых, недостатком места и, вовторых, тем, что лишь недавно издана монография проф. В. Н. Щелкачева [219], в которой теория упругого режима изложена в столь до ступной форме, что упомянутая монография может быть, использова на в качестве дополнительного учебного пособия,
После окончания подготовки рукописи данного пособия к печати была опубликована посвященная подземной гидромеханике моногра фия проф. И. А. Парного [189], которой мы не успели воспользоваться. Так же точно мы не могли воспользоваться одновременно подготовляв шейся к опубликованию большой работой [79] коллектива сотрудников Проектно-исследовательского бюро Московского нефтяного институ та, в которой новейшие достижения подземной гидравлики широко ис пользованы для решения важнейших вопросов разработки нефтяных месторождений.
Учебное пособие предназначено в основном для студентов нефтя ных институтов и инженерно-технических работников и геологов неф тяной и газовой промышленности, но оно может служить учебным по собием для гидрогеологов, гидротехников и работников в области ин женерной геологии.
Те параграфы, изучение которых не обязательно при работе над пособием по программе, утвержденной для нефтяных институтов по курсу подземной гидравлики, отмечены в тексте и в оглавлении звез дочками.
К числу таких параграфов относятся: § 2-3 главы II, § 1-3 главы III, § 2 главы XII, § 1-6 главы XV, § 3 главы XVI, § 4, 5, 9, 10 главы XX, § 4-7 главы XXI, вся глава XXIII.
Несомненно, что первый опыт составления систематического спе циализированного пособия по подземной гидравлике не свободен от пробелов и недостатков; авторы будут благодарны всем читателям за критические указания, которые помогут улучшить курс и сделать его достойным того значения, которое этот курс приобрел для теории
ипрактики технологии добычи нефти и газа.
Вусловиях построенного на научной основе социалистического хо
зяйства нашей Родины подземная гидравлика является важным ору-
2 Подземная гидравлика
жием инженера и геолога-нефтяника в деле дальнейшего усовершен ствования методов разработки и эксплуатации нефтяных и газовых ме сторождений.
Примечание. Часть вторая и главы III, XI—XIII, XVIII и XXII данного учебника написаны проф. Б.Б.Лапуком; части первая (за исключением главы III) и четвертая и главы VIII-X, XIV-XVII и XXIII написаны проф. В. Н. Щелкачевым.
Москва, январь 1949 г.
Предисловие одного из авторов книги
Ожелательности переиздания книги заявляли многократно и а
торы, и |
преподаватели нефтегазовой и подземной |
гидродинамики |
в ВУЗах |
(Бакинском, Грозненском, Уфимском и др.) |
и техникумах, |
а также многие производственники, инженеры и геологи.
Напомню, что еще на первом Всесоюзном съезде ВНИТО нефтяни ков в Баку 20-25 августа 1933 года в докладе профессора (впоследствии академика) Леонида Самуиловича Лейбензона было весьма четко отме чено, что успех развития нефтяной промышленности «основывается на умелом приложении к вопросам нефтедобычи ряда таких важных дис циплин как термодинамика, физика, механика и гидромеханика. Особо важное значение в этом приобретает гидромеханика, так как процес сы движения нефти в пластах представляют собой гидромеханические явления».
И еще напомню, что на этом же съезде был доклад инженера Ген надия Константиновича Максимовича (замечу, что проработав более 70 лет в нефтяной науке и ее приложениях к практике, я считаю Макси мовича лучшим инженером в области технологии нефтедобычи и раз работки) под названием «К методике составления генеральных планов разработки нефтяных месторождений». В этом докладе обращено осо бое внимание на то, чтобы план разработки имел геологическое, тех нологическое и экономическое обоснование.
Таким образом, уже в 1933 году созрела идея о том, что в планах разработки должны учитываться подземная гидродинамика, техника и экономика.
Все доклады упомянутого съезда были полностью опубликованы в 1934 году в общем сборнике под названием «Плановая разработка нефтяных месторождений (вып. 2)». К сожалению, этот сборник ока зался малоизвестным современным нефтяникам, чем и объясняется, что идеи о необходимости комплексного обоснования проектов разра ботки нефтяных пластов (в т. ч. и с помощью подземной гидродинами ки) появились якобы только в сороковых годах.
И после 1933 года Л. С. Лейбензон многократно подчеркивал необ ходимость учета новейших достижений подземной гидродинамики при проектировании разработки нефтяных месторождений.
Вспоминаю, что в суровые годы Великой Отечественной войны я был вызван Наркомнефтью из Грозного в Москву для прочтения
лекции по подземной гидродинамике на курсах усовершенствования инженерно-технических работников нефтяной промышленности. Сре ди слушателей лекций были специалисты из всех нефтяных районов нашей страны. Я понял, что передо мной была поставлена задача в до ходчивой форме дать такие знания по подземной гидродинамике, ко торые тесно связаны с актуальными задачами практики, Содержание моих лекций было в 1945 году опубликовано в книге под названием «Основы подземной нефтяной гидравлики».
Вернувшийся с фронта Бернард Борисович Лапук заинтересовал ся написанной мною книгой и предложил совместно поработать над созданием достаточно полного и доходчивого по содержанию учебника по подземной гидродинамике. В результате нашей совместной работы и появилось первое издание ныне переиздаваемой книги. Надо отме тить, что Б. Б. Лапук всегда интересовался новейшими достижениями науки и техники и использованием их для решения задач развития отечественной нефтяной промышленности. Б.Б.Лапука высоко ценил академик Л. С. Лейбензон.
Я считаю, что наиболее верные оценки содержания любой книги появляются не в ближайшие годы, а отступая по времени от момента
ееопубликования.
Вподсодержании этой моей мысли приведу такое весьма остроум ное высказывание крупнейшего математика и мыслителя Анри Пуан
каре: «Получить представлении о внешнем облике слона нельзя рас сматривая его вблизи под микроскопом, а надо посмотреть на слона несколько отступив от него...». В заключение, считаю долгом побла годарить профессора К. С. Басниева за проявленные инициативу и ак тивную деятельность, связанную с опубликованием второго издания нашей книги.
К.С.Басниев широко известен результатами своей научной дея тельности в области подземной гидродинамики, теории и практики раз работки нефтяных и газовых месторождений и по итогам своей педа гогической, методической и организационной работы.
В. Н. Щелкачев 01.12.2001 г.
Часть I
Введение