Подземная гидромеханика - наука о движении жидкостей, газов и их смесей в пористых и трещиноватых горных породах. Она является той областью гидромеханики, в которой рассматривается не движение жидкостей и газов вообще, а особый вид их движения-фильтрация, которая имеет свои специфические особенности. Она служит теоретической основой разработки нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений.
Вместе с тем методами теории фильтрации решаются важнейшие задачи гидрогеологии, инженерной геологии, гидротехники, химической технологии и т.д.
Расчет притоков жидкости к искусственным водозаборам
и дренажным сооружениям, изучение режимов естественных источников и подземных
потоков, расчет фильтрации воды в связи с сооружением и эксплуатацией плотин,
понижением уровня грунтовых вод, проблемы подземной газификации угля, задачи о
движении реагентов через пористые среды и специальные фильтры, фильтрация
жидкостей и газов через стенки пористых сосудов и труб - вот далеко не полный
перечень областей широкого использования методов теории фильтрации.
- Естественно, что при ограниченном объеме учебника изложить весь круг вопросов, решаемых методами подземной гидромеханики, не представляется возможным. В связи с тем, что книга предназначена для студентов нефтегазовых вузов, а также инженерно-технических и научных работников, изложение ведется, главным образом, применительно к проблемам разработки месторождений жидких и газообразных углеводородов.
- Начало развитию подземной гидромеханики было положено французским инженером А. Дарси (1803-1858 гг.), который в процессе работы над проектом водоснабжения г. Дижона (Франция) провел многочисленные опыты по изучению фильтрации воды через вертикальные песчаные фильтры. В опубликованной в 1856 г. замечательной книге А. Дарси дал подробное описание своих опытов и сформулировал обнаруженный им экспериментальный закон, в соответствии с которым скорость фильтрации жидкости прямо пропорциональна градиенту : давления.
- В эти же годы другой французский инженер Ж. Дюпюи (1804-| 1866 гг.) опубликовал монографию, в которой впервые изложил гидравлическую теорию движения грунтовых вод, вывел формулы для расчета дебитов колодцев и дрен, названные его именем, решил другие фильтрационные задачи.
- Существенный вклад в развитие теории напорного и безнапорного движения грунтовых вод внесли также Ж. Буссинеск (1842 1929 гг.) и Ф. Форхгеймер (1852-1933 гг.).
- Ч. Слихтер (1864-1946 гг.), работавший в США, внес значительный вклад в развитие теории фильтрации. Им впервые предложены модели идеального и фиктивного грунта и показано, что пористость и просвет-ность фиктивного грунта зависят не от диаметра частиц, а лишь от плотности их укладки.
- Основоположниками отечественной школы теории фильтрации являются профессор Н.Е.Жуковский, академики Н. Н. Павловский, Л. С. Лейбензон. Исследования этих выдающихся ученых, их многочисленных учеников и последователей стали фундаментальной основой развития теории фильтрации в нашей стране.
- показано, что напор как функция координат удовлетворяет уравнению Лапласа, указано на математическую аналогию теплопроводности и фильтрации. Им исследованы также вопросы капиллярного поднятия воды в пористой среде, решен ряд задач о притоке воды к скважинам.
- Н. Н. Павловскому (1884-1937 гг.) принадлежит определяющая роль в развитии теории фильтрации в гидротехническом направлении. В опубликованной монографии «Теория движения грунтовых вод под гидротехническими сооружениями и ее основные приложения» изложена разработанная им строгая математическая теория движения грунтовых вод под гидротехническими сооружениями. Им впервые многие задачи фильтрации воды были сформулированы как краевые задачи математической физики. Н. Н. Павловский впервые обосновал и прдложил применение метода электрогидродинамической аналогии (ЭГДА) для решения фильтрационных задач, что в последующем нашло широкое применение для решения задач фильтрации воды, нефти и газа в неоднородных коллекторах.
- Н. Н. Павловский впервые предложил использовать параметр Рейнольдса в качестве критерия существования закона Дерси, что имеет важное значение для исследования законов сопротивления при фильтрации. Фундаментальные результаты в развитии теории движения грунтовых вод получены академиком П. Я. Полубариновой-Кочиной.
- Л. С. Лейбензон (1879-1951 гг.)-основатель советской школы ученых и специалистов, занимающихся развитием теории фильтрации применительно к проблемам разработки нефтяных и газовых месторождений.
- Теоретические и экспериментальные исследования Л. С. Лейбензона начались в 1921 г. в Баку. Ему принадлежит приоритет в постановке и решении ряда задач нефтегазовой и подземной гидромеханики. Им проведены первые исследования по фильтрации газированных жидкостей, сформулированы задачи нестационарной фильтрации при расчетах стягивания контуров нефтеносности при вытеснении нефти водой, получены фундаментальные результаты в развитии теории фильтрации природного газа.
- Обобщение этих исследований приведено в обширной монографии «Нефтепромысловая механика», в которой, по существу, впервые изложены основы нефтегазовой подземной гидромеханики. 4
- Трудами учеников и последователей академика Л. С. Лейбен-чопа сложилась школа, которая по праву называется школой Л. С. Лейбензона.
- Выдающийся вклад в развитие теории фильтрации в нефтегазоводо-носных пластах внесли академик С. А. Христианович, профессоры В. Б. Лапук, И. А. Чарный, В. Н. Щелкачев. Написанные ими монографии и учебники стали классическими, основополагающими. Они имеют большое научно-методическое значение, способствуя успешной подготовке в вузах инженерных и научных кадров.
- В последние годы ведутся интенсивные исследования в области I гидрогазодинамического обоснования повышения степени извлечения углеводородов из недр. Это обусловлено исчерпанием легкодоступных запасов нефти и газа, усложнением горно-геологических и термобарических условий разработки месторождений. Наступает новый этап развития нефтегазовой подземной гидромеханики, в течение которого главным направлением исследований будет достижение достаточно высоких коэффициентов нефтегазоотдачи пластов.
- Следует отметить, что фундаментальные гидродинамические аспектом этой проблемы успешно развиваются работами исследователей, которые широко привлекают методы термодинамики, физики, химии, а также современный аппарат математического описания сложных фильтрационных процессов.