Прямолинейно-параллельный поток.




Пусть в горизонтальном пласте толщины h и ширины B в сечении I-I, совпадающем с контуром питания, поддерживается постоянное давление p к, а в сечении II-II, отстоящем на расстоянии L к от контура питания, поддерживается постоянное давление p г (здесь расположена добывающая галерея) (рисунок. 1.6).

Рисунок. 1.6

Направим ось координат 0 x вдоль линии тока, ось 0 y - вдоль контура питания. Для полного исследования такого потока, как было выяснено ранее, достаточно изучить движение жидкости вдоль оси 0 х.

Дифференциальное уравнение Лапласа при этом примет вид:

(1.1)

Для определения давления в любой точке потока проинтегрируем дважды уравнение (1.1) при следующих граничных условиях:

при ;

при .

(1.2)

Тогда в результате двукратного интегрирования (1.1) находим последовательно:

 

или ,

, (1.3)

где С1 и С2 – произвольные постоянные.

Подставляя в (1.3) граничные условия (1.2), получаем

;

.

(1.4)

Закон распределения давления в пласте найдем, подставив значения постоянных С1 и С2 из (1.4) в (1.3):

.

(1.5)

Из (1.5) получаем выражение для градиента давления

.

(1.6)

Уравнение движения для рассматриваемого случая, как следует из уравнений (1.4), будет иметь вид

 

.

(1.7)

Тогда, подставив выражение (1.6) для градиента давления, в (1.7) найдем скорость фильтрации

.

(1.8)

Объемный расход жидкости в потоке определяется произведением скорости фильтрации на площадь поперечного сечения потока , т.е.

.

(1.9)

Закон движения частиц жидкости найдем, используя соотношение между скоростью фильтрации и средней скоростью движения частиц жидкости υ. Имеем

.

Откуда

(1.10)

Подставив выражение (1.8) для скорости фильтрации в (1.10) и интегрируя в пределах от 0 до t и от 0 до x, получим закон движения частиц жидкости

(1.11)

который, используя (1.9), можно представить в виде

.

(1.12)

Средневзвешенное по объему порового пространства пластовое давления найдем из выражения

.

(1.13)

В нашем случае

, .

(1.14)

Подставив в (1.13) значения , из (1.14), из (1.5) и проинтегрировав, найдем

(1.15)

Рисунок. 1.7 Рисунок. 1.8

Таким образом, характеристики установившегося прямолинейно-параллельного потока несжимаемой жидкости в однородном пласте определяются соотношениями (1.5), (1.6), (1.8), (1.9), (1.11) и (1.15). Анализ этих формул приводит к следующим выводам.

Пластовое давление (1.5) распределяется вдоль линии тока (оси 0 x) по линейному закону Дарси (рисунок 1.7). В любой плоскости y 0 z давление одинаково во всех точках, для которых постоянна абсцисса x, т.е. уравнение

(1.16)

представляет собой уравнение семейства изобар (линий равного давления) – семейства горизонтальных прямых, перпендикулярных к линии тока 0 x.

Поверхностями равного давления в таком потоке будут являться вертикальные плоскости, перпендикулярные к линиям тока 0 x.

Изобары и лини тока (в данном случае и траектории частиц жидкости) образуют два семейства взаимно перпендикулярных линий.

В установившемся прямолинейно-параллельном потоке семейством изобар будут равноотстоящие друг от друга прямые, перпендикулярные к оси 0 x, а семейство траекторий будет представлено прямыми, равноотстоящими друг от друга и параллельными оси 0 x (рисунок. 1.8).

Совокупность изображенных на чертеже изобар и траекторий частиц жидкости называют гидродинамическим полем данного потока. Градиент давления (1.6), скорость фильтрации (1.8) и расход (дебит) жидкости Q (1.9) постоянны вдоль потока (не зависят от x) (см рисунок 1.7).

Тот факт, что на рисунке 1.8 изобары и траектории представлены равноотстоящими параллельными прямыми, подтверждает постоянство градиента давления и скорости фильтрации в любой точке потока. Как и следовало ожидать, зависимость между временем t и координатой x (1.11) получилась линейная, ибо в рассматриваемых условиях фильтрационный поток двмжется с постоянной скоростью.

Средневзвешенное пластовое давление p (1.15) равно полусумме значений давлений p ки p г на границах потока, что также находится в полном соответствии с линейным распределением (1.5) давления в пласте.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-06-17 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: