Skip to content
Brent$104.61Gas TTF$906USD446.56 ₸
MunaiHub

The library is currently in Russian. English and Kazakh versions are coming later.

Equations and symbols

Every equation of the lessons with its conditions and units, and what each symbol means in each discipline.

Нефтегазовая геология

Вероятность геологического успеха проспекта
Pg=i=1kPi=P1P2PkP_g = \prod_{i=1}^{k} P_i = P_1\,P_2\cdots P_k

безразмерная

Holds when: элементы независимы; при зависимости (например, коллектор и покрышка из одной фациальной обстановки) перемножать нельзя — используют условные вероятности; каждая PiP_i — субъективная оценка, которую калибруют по статистике бурения в аналогичных плеях; геологический успех не равен экономическому: найденного может не хватить, чтобы окупить разработку.

Нефтяная система и концепция плея
Общий риск плея и локальный риск проспекта
Pg=PплPлокP_g = P_\text{пл}\cdot P_\text{лок}

безразмерная

Holds when: общие и локальные элементы разделены так, что каждый элемент учтён один раз; PлокP_\text{лок} — условная вероятность: она оценивается в предположении, что плей работает.

Нефтяная система и концепция плея
Геологические запасы нефти (объёмный метод)
N=GRVNTGϕ(1Sw)BoiN = \frac{\mathrm{GRV}\cdot \mathrm{NTG}\cdot\phi\cdot(1 - S_w)}{B_{oi}}

метрические: объёмы в м³, остальные величины безразмерны

Holds when: в порах коллектора только нефть и связанная вода; если есть газовая шапка, её объём выше газонефтяного контакта считают отдельно по формуле для газа; средние ϕ\phi и SwS_w относятся к тому же объёму коллектора, что и NTG; BoiB_{oi} соответствует начальным пластовым условиям и принятой схеме сепарации нефти на поверхности; используются средние по залежи значения; если параметры заметно меняются по площади, считают по картам или по ячейкам геологической модели и суммируют.

Подсчёт запасов объёмным методом
Геологические запасы свободного газа
G=GRVNTGϕ(1Sw)BgiG = \frac{\mathrm{GRV}\cdot \mathrm{NTG}\cdot\phi\cdot(1 - S_w)}{B_{gi}}

метрические: объёмы в м³

Holds when: поры коллектора заняты газом и связанной водой (газовая залежь или газовая шапка); BgiB_{gi} рассчитан для тех же стандартных условий, к которым приводят запасы; газ, растворённый в нефти, сюда не входит: его считают отдельно как NRsiN\cdot R_{si}, где RsiR_{si} — начальное газосодержание нефти.

Подсчёт запасов объёмным методом
Объёмный коэффициент газа
Bg=pscTscZTpB_g = \frac{p_{sc}}{T_{sc}}\cdot\frac{Z\,T}{p}

любые согласованные: давления в одних единицах, температуры — абсолютные (К или °R)

Holds when: уравнение состояния реального газа pV=ZnRTpV = ZnRT; в стандартных условиях газ считается идеальным (Z=1Z = 1); давления абсолютные, а не избыточные; температуры — в кельвинах или градусах Ранкина.

Подсчёт запасов объёмным методом
Средняя пористость по эффективной толщине
ϕˉ=kϕkhkkhk\bar\phi = \frac{\sum_k \phi_k\,h_k}{\sum_k h_k}

любые, одинаковые для всех интервалов

Holds when: суммируют только интервалы эффективной толщины; все интервалы относятся к одной скважине (одной точке на карте).

Подсчёт запасов объёмным методом
Средняя водонасыщенность, взвешенная по поровому объёму
Sˉw=kSw,kϕkhkkϕkhk\bar S_w = \frac{\sum_k S_{w,k}\,\phi_k\,h_k}{\sum_k \phi_k\,h_k}

любые, одинаковые для всех интервалов

Holds when: суммируют те же интервалы, что и для средней пористости; насыщенность — доля порового объёма, поэтому вес интервала — его поровый объём, а не толщина.

Подсчёт запасов объёмным методом
Нефтегазонасыщенная ёмкость (hydrocarbon pore thickness)
H=khkϕk(1Sw,k)=hэфϕˉ(1Sˉw)H = \sum_k h_k\,\phi_k\,(1 - S_{w,k}) = h_{\text{эф}}\,\bar\phi\,(1 - \bar S_w)

м (или ft)

Holds when: ϕˉ\bar\phi и Sˉw\bar S_w осреднены по формулам выше.

Подсчёт запасов объёмным методом
Извлекаемые запасы
Qизвл=NКИНQ_{\text{извл}} = N\cdot\text{КИН}

те же, что у NN

Holds when: КИН относится к конкретной системе разработки и конкретным экономическим условиям; при их изменении меняются и извлекаемые запасы; для газа так же используют коэффициент извлечения газа.

Подсчёт запасов объёмным методом

Оценка пластов по ГИС

Диаметр зоны проникновения по объёму фильтрата
di=dh2+4VfπhϕSxod_i = \sqrt{d_h^2 + \frac{4\,V_f}{\pi\,h\,\phi\,S_{xo}}}

любая согласованная система (здесь СИ)

Holds when: поршневое вытеснение: за фронтом фильтрата пласт не изменён, переходной зоной пренебрегают; проникновение равномерно по окружности и по толщине пласта, без гравитационного расслоения; фильтрат вытесняет пластовую воду и подвижные углеводороды, а не смешивается с ними; объём фильтрата задан; в действительности его определяют раствор, корка, репрессия и время.

Скважина как среда измерений: зона проникновения и глинистая корка
Отношение сопротивлений промытой зоны и неизменённого пласта
RxoRt=RmfRw(SwSxo)2\frac{R_{xo}}{R_t} = \frac{R_{mf}}{R_w}\left(\frac{S_w}{S_{xo}}\right)^{2}

любые, одинаковые для всех сопротивлений (обычно Ом·м)

Holds when: чистый пласт с межзерновой пористостью: ток проводит только вода в порах; закон Арчи с показателем насыщения n=2n = 2 и одинаковым параметром пористости в обеих зонах; ступенчатый профиль; RxoR_{xo} и RtR_t получены после поправок за скважину, корку и проникновение; RmfR_{mf} и RwR_w приведены к пластовой температуре.

Скважина как среда измерений: зона проникновения и глинистая корка
Статическая фильтрация через растущую корку
V=A2kmcΔptμfcV = A\sqrt{\frac{2\,k_{mc}\,\Delta p\,t}{\mu_f\,c}}

СИ (любая согласованная система)

Holds when: фильтрация в покое, без циркуляции; корка несжимаема, её проницаемость и состав постоянны; сопротивление пласта мало по сравнению с сопротивлением корки; корка тонкая по сравнению с радиусом скважины (плоская задача); мгновенной начальной фильтрацией (spurt loss) пренебрегают; на практике к формуле добавляют начальный объём VspV_{sp}.

Скважина как среда измерений: зона проникновения и глинистая корка
Показание бокового зонда при ступенчатом проникновении
RLLJRxo+(1J)RtR_{LL} \approx J\,R_{xo} + (1 - J)\,R_t

любые одинаковые единицы сопротивления

Holds when: ступенчатый профиль проникновения; поправки за скважину и вмещающие породы уже внесены; проводящий раствор (в растворах на углеводородной основе боковой каротаж не работает).

Скважина как среда измерений: зона проникновения и глинистая корка
Показание индукционного зонда при ступенчатом проникновении
1RILGRxo+1GRt\frac{1}{R_{IL}} \approx \frac{G}{R_{xo}} + \frac{1 - G}{R_t}

любые одинаковые единицы сопротивления

Holds when: ступенчатый профиль проникновения; поправки за скважину, вмещающие породы и скин-эффект уже внесены.

Скважина как среда измерений: зона проникновения и глинистая корка
Параметр пористости
F=R0Rw=aϕmF = \frac{R_0}{R_w} = \frac{a}{\phi^m}

безразмерная; R0R_0 и RwR_w в одинаковых единицах

Holds when: чистая порода: ток проводит только вода в порах, поверхностная проводимость зёрен и глин пренебрежимо мала; межзерновая пористость, более или менее однородная по объёму; aa и mm подобраны для данной породы и применяются в том диапазоне пористости, где их определили; R0R_0 и RwR_w относятся к одной температуре; для пласта — к пластовой.

Уравнение Арчи и насыщенность чистых коллекторов
Параметр насыщения
I=RtR0=SwnI = \frac{R_t}{R_0} = S_w^{-n}

безразмерная

Holds when: чистая порода, проводит только вода; вода образует связную систему — плёнки и заполненные мелкие поры (гидрофильная порода); RtR_t и R0R_0 относятся к одной породе, одной воде и одной температуре.

Уравнение Арчи и насыщенность чистых коллекторов
Уравнение Арчи для водонасыщенности
Sw=(FRwRt)1/n=(aRwϕmRt)1/nS_w = \left(\frac{F\,R_w}{R_t}\right)^{1/n} = \left(\frac{a\,R_w}{\phi^m\,R_t}\right)^{1/n}

безразмерная; все сопротивления в одинаковых единицах

Holds when: чистый (неглинистый) пласт с межзерновой пористостью; ток проводит только пластовая вода; RtR_t — сопротивление неизменённой части пласта с поправками за скважину, вмещающие породы и проникновение (Скважина как среда измерений: зона проникновения и глинистая корка); RwR_w — при пластовой температуре; aa, mm, nn соответствуют породе (по керну или проверенной аналогии); порода гидрофильная.

Уравнение Арчи и насыщенность чистых коллекторов
Уравнение Арчи для промытой зоны
Sxo=(aRmfϕmRxo)1/nS_{xo} = \left(\frac{a\,R_{mf}}{\phi^m\,R_{xo}}\right)^{1/n}

безразмерная

Holds when: те же, что для SwS_w; вода в промытой зоне — практически только фильтрат; раствор на водной основе (в растворах на углеводородной основе фильтрат не проводит ток).

Уравнение Арчи и насыщенность чистых коллекторов
Относительная ошибка водонасыщенности по Арчи
δSwSw1n(δaa+δRwRwδRtRtmδϕϕ)lnϕnδmlnSwnδn\frac{\delta S_w}{S_w} \approx \frac{1}{n}\left(\frac{\delta a}{a} + \frac{\delta R_w}{R_w} - \frac{\delta R_t}{R_t} - m\,\frac{\delta\phi}{\phi}\right) - \frac{\ln\phi}{n}\,\delta m - \frac{\ln S_w}{n}\,\delta n

безразмерная

Holds when: ошибки малы по сравнению с самими величинами (линейное приближение); ошибки независимы; при совместном учёте их складывают с учётом знаков или квадратично для случайных ошибок.

Уравнение Арчи и насыщенность чистых коллекторов

Физика пласта и разработка

Газосодержание нефти
Rs=Vg,стVo,стR_s = \frac{V_{g,\text{ст}}}{V_{o,\text{ст}}}

м³/м³ — стандартные кубометры газа на кубометр дегазированной нефти

Holds when: при давлении pp и пластовой температуре нефть однофазна и газ в ней находится в равновесии; оба объёма получены при одном и том же способе разгазирования (условиях сепарации) — от него зависит результат.

Модель «чёрной нефти»: газосодержание и объёмные коэффициенты
Объёмный коэффициент нефти
Bo=Vo(p,T)Vo,стB_o = \frac{V_o(p, T)}{V_{o,\text{ст}}}

м³/м³ — пластовые кубометры на кубометр дегазированной нефти; в промысловых единицах rb/STB, число то же

Holds when: нефть при pp и TT однофазна: свободный газ в VoV_o не входит; дегазированная нефть получена при заданных условиях сепарации.

Модель «чёрной нефти»: газосодержание и объёмные коэффициенты
Объёмный коэффициент недонасыщенной нефти
Bo(p)=Bobeco(ppb),ppbB_o(p) = B_{ob}\,\e^{-c_o\,(p - p_b)},\qquad p \ge p_b

согласованные единицы давления и сжимаемости: МПа и МПа⁻¹ или psi и psi⁻¹

Holds when: давление не ниже давления насыщения, нефть однофазна; сжимаемость постоянна в рассматриваемом диапазоне (в широком диапазоне берут среднюю).

Модель «чёрной нефти»: газосодержание и объёмные коэффициенты
Отбор флюидов из пласта в пластовых условиях
qпл=qo[Bo+(RRs)Bg]+qwBwq_{\text{пл}} = q_o\,\big[B_o + (R - R_s)\,B_g\big] + q_w\,B_w

м³/сут; в промысловых единицах — bbl/d при qoq_o в STB/d, RR в scf/STB и BgB_g в rb/scf

Holds when: RsR_s, BoB_o, BgB_g взяты при среднем давлении в зоне дренирования скважины; весь газ сверх растворённого пришёл из пласта в свободном виде; газ, закачанный в скважину для газлифта, из замера вычитают; выше давления насыщения R=RsR = R_s, и слагаемое со свободным газом равно нулю.

Модель «чёрной нефти»: газосодержание и объёмные коэффициенты
Объёмный коэффициент газа
Bg=pстpZTTстB_g = \frac{p_{\text{ст}}}{p}\cdot\frac{Z\,T}{T_{\text{ст}}}

абсолютные давления и температуры в согласованных единицах

Holds when: газ однофазен; в модели «чёрной нефти» его состав при снижении давления не отслеживают; ZZ определён для этого газа при пластовых условиях (Идеальный и реальный газ: коэффициент сверхсжимаемости).

Модель «чёрной нефти»: газосодержание и объёмные коэффициенты
Двухфазный (полный) объёмный коэффициент
Bt=Bo+Bg(RsbRs)B_t = B_o + B_g\,(R_{sb} - R_s)

м³/м³; в промысловых единицах — rb/STB при BgB_g в rb/scf и RsR_s в scf/STB

Holds when: выделившийся газ остаётся вместе со своей нефтью (замкнутая система); BoB_o, BgB_g и RsR_s относятся к одному способу разгазирования.

Модель «чёрной нефти»: газосодержание и объёмные коэффициенты
Аппроксимация свойств условной нефти ниже давления насыщения
Rs=Rsb(ppb)0,9,Bo=Bod+(BobBod)RsRsbR_s = R_{sb}\left(\frac{p}{p_b}\right)^{0{,}9},\qquad B_o = B_{od} + (B_{ob} - B_{od})\,\frac{R_s}{R_{sb}}

МПа, м³/м³

Holds when: это аппроксимация для одной условной нефти, а не корреляция: показатель 0,9 и линейная связь BoB_o с RsR_s подобраны так, чтобы воспроизвести типичную форму лабораторных кривых; для BgB_g принят постоянный Z=0,87Z = 0{,}87 — упрощение, допустимое для иллюстрации в диапазоне 5–18 МПа; стандартные условия — 0,101325 МПа и 20 °C.

Модель «чёрной нефти»: газосодержание и объёмные коэффициенты
Объёмный коэффициент нефти из баланса масс
Bo=ρo,ст+Rsρg,стρo(p,T)B_o = \frac{\rho_{o,\text{ст}} + R_s\,\rho_{g,\text{ст}}}{\rho_{o}(p, T)}

СИ (плотности в кг/м³)

Holds when: все компоненты пластовой нефти переходят либо в дегазированную нефть, либо в учтённый газ; потерь нет.

Модель «чёрной нефти»: газосодержание и объёмные коэффициенты
Пористость
ϕ=VpVb=VbVgrVb=VpVgr+Vp\phi = \frac{V_p}{V_b} = \frac{V_b - V_{gr}}{V_b} = \frac{V_p}{V_{gr} + V_p}

любые одинаковые единицы объёма; пористость безразмерна

Holds when: все три объёма относятся к одному образцу при одних и тех же условиях (давлении, температуре, нагрузке); что считать объёмом пор, зависит от вида пористости: все пустоты (общая) или только сообщающиеся (открытая) — см. следующий раздел.

Пористость
Объём зёрен по закону Бойля (двухкамерный газовый порозиметр)
Vgr=VcVrp1p2p2p0V_{gr} = V_c - V_r\,\frac{p_1 - p_2}{p_2 - p_0}

объёмы — в одинаковых единицах; давления — абсолютные, в одинаковых единицах

Holds when: процесс изотермический: p2p_2 отсчитывают после того, как температура газа выровнялась; газ идеальный и не адсорбируется — для гелия при давлениях порядка 1 МПа это выполняется с высокой точностью; объёмы камер и соединительных каналов откалиброваны по стальным цилиндрам известного объёма; если начальное давление в камере с образцом атмосферное, можно подставлять избыточные (манометрические) давления: тогда p0=0p_0 = 0, а знаменатель равен показанию манометра p2p_2.

Пористость
Пористость по плотностному каротажу
ϕD=ρmaρbρmaρf\phi_D = \frac{\rho_{ma} - \rho_b}{\rho_{ma} - \rho_f}

г/см³ или кг/м³ — любые одинаковые единицы плотности

Holds when: скелет состоит из одного известного минерала или смеси с известной средней плотностью, глин нет; поры в зоне исследования зонда (около 10 см от стенки скважины) заполнены флюидом известной плотности — как правило, фильтратом бурового раствора; поправки за глинистую корку и неровности ствола внесены.

Пористость
Средняя пористость по толщине
ϕˉ=iϕihiihi\bar\phi = \frac{\sum_i \phi_i\,h_i}{\sum_i h_i}

толщины — в одинаковых единицах, пористость — в долях единицы

Holds when: в сумму входят только прослои коллектора; каждое ϕi\phi_i представляет весь свой интервал: по каротажу это выполняется автоматически, по керну — только при равномерном отборе образцов.

Пористость
Объёмный подсчёт геологических запасов нефти
N=Ahϕ(1Sw)BoN = \frac{A\,h\,\phi\,(1 - S_w)}{B_o}

СИ: площадь в м², толщина в м; результат — м³ нефти в стандартных условиях

Holds when: параметры — средние по залежи и согласованы между собой: пористость и насыщенность получены по одному определению; в залежи нефть и связанная вода, свободного газа нет.

Пористость
Экспоненциальный тренд нормального уплотнения
ϕ(z)=ϕ0ecz\phi(z) = \phi_0\,\e^{-c\,z}

cc и zz — во взаимно обратных единицах (например, км⁻¹ и км)

Holds when: нормальное уплотнение: давление в порах близко к гидростатическому; одна литология; цементация и растворение не нарушают тренд.

Пористость
Насыщенность
Sw=VwVp,So=VoVp,Sg=VgVp,Sw+So+Sg=1S_w = \frac{V_w}{V_p},\qquad S_o = \frac{V_o}{V_p},\qquad S_g = \frac{V_g}{V_p},\qquad S_w + S_o + S_g = 1

любые одинаковые единицы объёма; насыщенности безразмерны

Holds when: объёмы фаз и объём пор относятся к одним и тем же условиям — для пластовых насыщенностей к пластовым давлению и температуре; насыщенность относят к тому же поровому объёму, что и используемая пористость (открытой или общей), иначе связанная вода будет учтена неверно.

Насыщенность пласта флюидами
Капиллярное давление на высоте над зеркалом свободной воды
pc(h)=(ρwρo)ghp_c(h) = (\rho_w - \rho_o)\,g\,h

СИ

Holds when: залежь находится в гидростатическом и капиллярном равновесии — до начала разработки или после длительной остановки; вода и нефть образуют непрерывные фазы по всей высоте залежи.

Насыщенность пласта флюидами
Насыщенность по данным экстракции
Sw=VwVp,So=m1m2ρwVwρoVpS_w = \frac{V_w}{V_p},\qquad S_o = \frac{m_1 - m_2 - \rho_w V_w}{\rho_o\,V_p}

г, см³, г/см³

Holds when: вода и нефть извлечены полностью, растворитель удалён сушкой; соли пластовой воды, оставшиеся в образце после испарения воды, не учтены — для минерализованных вод вводят поправку к объёму воды; плотность нефти известна (по пробе дегазированной нефти).

Насыщенность пласта флюидами
Водонасыщенность по уравнению Арчи (чистый коллектор)
Sw=(aRwϕmRt)1/nS_w = \left(\frac{a\,R_w}{\phi^m\,R_t}\right)^{1/n}

сопротивления — в одинаковых единицах (Ом·м); остальные величины безразмерны

Holds when: ток проводит только пластовая вода: глин и проводящих минералов нет (для глинистых пород — другие модели, Насыщенность глинистых коллекторов); RtR_t исправлено за влияние скважины и зоны проникновения, RwR_w приведено к пластовой температуре.

Насыщенность пласта флюидами
Средняя водонасыщенность по разрезу
Sˉw=iSw,iϕihiiϕihi\bar S_w = \frac{\sum_i S_{w,i}\,\phi_i\,h_i}{\sum_i \phi_i\,h_i}

толщины — в одинаковых единицах; пористость и насыщенность — в долях единицы

Holds when: в сумму входят только прослои коллектора; пористость и насыщенность получены согласованно — по одному определению пористости.

Насыщенность пласта флюидами
Коэффициент вытеснения
ED=SoiSorSoi=1SwiSor1SwiE_D = \frac{S_{oi} - S_{or}}{S_{oi}} = \frac{1 - S_{wi} - S_{or}}{1 - S_{wi}}

доли единицы

Holds when: рассматриваемый объём промыт полностью (коэффициент охвата равен единице); давление поддерживается, и объёмный коэффициент нефти в начале и в конце одинаков — иначе расчёт ведут в стандартных объёмах; SorS_{or} определена в лаборатории для того же вытесняющего агента и условий, близких к пластовым.

Насыщенность пласта флюидами
Профиль водонасыщенности по модели Брукса–Кори
Sw(h)=Swirr+(1Swirr)(pd(ρwρo)gh)λ,h>hd=pd(ρwρo)gS_w(h) = S_{wirr} + (1 - S_{wirr})\left(\frac{p_d}{(\rho_w - \rho_o)\,g\,h}\right)^{\lambda},\qquad h > h_d = \frac{p_d}{(\rho_w - \rho_o)\,g}

СИ

Holds when: кривая дренирования: залежь сформировалась, когда нефть вытесняла воду, и с тех пор не промывалась; порода однородна по высоте; для слоистого пласта профиль строят для каждого типа породы отдельно; параметры pdp_d, λ\lambda и SwirrS_{wirr} подбирают по кривым капиллярного давления керна, пересчитанным к пластовым условиям.

Насыщенность пласта флюидами
Закон Дарси для линейного потока
q=kAμp1p2Lq = \frac{k A}{\mu}\cdot\frac{p_1 - p_2}{L}

СИ (любая согласованная система единиц)

Holds when: установившийся поток: давления и расход не меняются во времени; ламинарное (медленное) течение, силы инерции пренебрежимо малы; поры заполнены одним флюидом (однофазный поток); флюид несжимаем и не реагирует с породой; поток горизонтальный; при наклонном потоке вместо перепада давления берут перепад потенциала, учитывающий вес столба флюида.

Проницаемость горных пород
Установившийся радиальный приток (формула Дюпюи)
q=2πkh(pepw)μln(re/rw)q = \frac{2\pi k h\,(p_e - p_w)}{\mu\,\ln(r_e/r_w)}

СИ

Holds when: установившийся режим: давление на внешней границе rer_e поддерживается постоянным; однородный изотропный пласт постоянной толщины, скважина вскрывает его на всю толщину; однофазный поток слабосжимаемого флюида, течение ламинарное; нет повреждения или улучшения призабойной зоны (скин-фактор равен нулю).

Проницаемость горных пород
Средняя проницаемость слоёв, работающих параллельно
kˉ=ikihiihi\bar{k} = \frac{\sum_i k_i h_i}{\sum_i h_i}

любые, одинаковые для всех слоёв

Holds when: поток идёт вдоль слоёв, перепад давления одинаков для всех слоёв; между слоями нет перетока (или он не меняет картину).

Проницаемость горных пород
Средняя проницаемость слоёв, работающих последовательно
kˉ=iLiiLi/ki\bar{k} = \frac{\sum_i L_i}{\sum_i L_i / k_i}

любые, одинаковые для всех слоёв

Holds when: поток пересекает слои один за другим, расход через все слои одинаков.

Проницаемость горных пород
Закон Дарси для линейного течения газа
qb=kA(p12p22)2μLpbq_b = \frac{k A\,(p_1^2 - p_2^2)}{2\,\mu\,L\,p_b}

СИ (любая согласованная система)

Holds when: установившееся изотермическое течение идеального газа; ламинарное течение без проскальзывания (поправку Клинкенберга вносят отдельно); все давления абсолютные.

Проницаемость горных пород
Поправка Клинкенберга
kg=k(1+bpˉ)k_g = k_\infty\left(1 + \frac{b}{\bar p}\right)

любые согласованные

Holds when: однофазный поток газа при малых скоростях; давление абсолютное, а не избыточное.

Проницаемость горных пород
Уравнение Форхгеймера
dpdx=μkv+βρv2-\frac{\dd p}{\dd x} = \frac{\mu}{k}\,v + \beta\,\rho\,v^2

СИ

Holds when: однофазный поток; β\beta определяют опытом или по корреляциям с проницаемостью и пористостью.

Проницаемость горных пород
Уравнение Козени–Кармана (сферические зёрна)
k=d2ϕ3180(1ϕ)2k = \frac{d^2\,\phi^3}{180\,(1 - \phi)^2}

СИ (kk получается в тех же квадратных единицах, что и d2d^2)

Holds when: несцементированная упаковка сферических зёрен одного размера; коэффициент 180 эмпирически учитывает извилистость и форму каналов; в варианте Блейка–Козени (и в уравнении Эргуна) используют 150.

Проницаемость горных пород
Корреляция Тимура (проницаемость по пористости и остаточной водонасыщенности)
k104ϕ4,5Swi2k \approx 10^{4}\,\frac{\phi^{4{,}5}}{S_{wi}^{2}}

эмпирическая: kk в мД, ϕ\phi и SwiS_{wi} в долях единицы

Holds when: эмпирическая связь, полученная для песчаников; постоянные подбирают по керну конкретного пласта; SwiS_{wi} должна быть действительно остаточной (пласт выше переходной зоны).

Проницаемость горных пород

Гидродинамические исследования скважин

Скин-фактор и дополнительный перепад давления
Δps=pwpwf=qBμ2πkhS\Delta p_s = p_w - p_{wf} = \frac{qB\mu}{2\pi kh}\,S

СИ (любая согласованная система единиц)

Holds when: зона изменённой проницаемости мала по сравнению с областью дренирования, и течение в ней можно считать установившимся при текущем дебите; в тонкой зоне не накапливается флюид, поэтому Δps\Delta p_s сразу следует за дебитом и исчезает при остановке скважины; однофазное течение по закону Дарси; при инерционных потерях к скину добавляется слагаемое, растущее с дебитом; скин всегда относят к тем же kk и hh, которые описывают приток в пласте.

Скин-фактор
Скин зоны изменённой проницаемости (формула Хокинса)
S=(kks1)lnrsrwS = \left(\frac{k}{k_s} - 1\right)\ln\frac{r_s}{r_w}

любые согласованные: входят только отношения k/ksk/k_s и rs/rwr_s/r_w

Holds when: изменённая зона — цилиндр вокруг ствола с однородной проницаемостью ksk_s, и rsrer_s \ll r_e; скважина вскрывает пласт на всю толщину, поток в зоне радиальный; однофазное течение по закону Дарси.

Скин-фактор
Приведённый радиус скважины
rw=rweSr_w' = r_w\,\e^{-S}

любые единицы длины (одинаковые для rwr_w и rwr_w')

Holds when: скин не меняется со временем и не зависит от дебита; зона, которую заменяет приведённый радиус, мала по сравнению с областью дренирования (rwrer_w' \ll r_e).

Скин-фактор
Радиальный приток со скином
pepwf=qBμ2πkh(lnrerw+S)pˉpwf=qBμ2πkh(lnrerw34+S)\begin{aligned} p_e - p_{wf} &= \frac{qB\mu}{2\pi kh}\left(\ln\frac{r_e}{r_w} + S\right)\\ \bar p - p_{wf} &= \frac{qB\mu}{2\pi kh}\left(\ln\frac{r_e}{r_w} - \frac34 + S\right)\end{aligned}

СИ (любая согласованная система единиц)

Holds when: однородный пласт, круговая область дренирования со скважиной в центре; однофазный поток по закону Дарси; скважина вскрывает всю толщину пласта, иначе в скин входит составляющая несовершенства; правая формула — для псевдоустановившегося режима, когда возмущение давления уже достигло границ замкнутой области.

Скин-фактор
Коэффициент продуктивности со скином (псевдоустановившийся приток)
J=qpˉpwf=2πkhBμ(lnrerw34+S)J = \frac{q}{\bar p - p_{wf}} = \frac{2\pi kh}{B\mu\left(\ln\dfrac{r_e}{r_w} - \dfrac34 + S\right)}

СИ

Holds when: псевдоустановившийся приток; при других режимах меняется логарифмический член, а скин входит так же.

Скин-фактор
Коэффициент гидродинамического совершенства
FE=JJS=0=lnrerw34lnrerw34+S=pˉpwfΔpspˉpwf\begin{aligned}\text{FE} &= \frac{J}{J_{S=0}} = \frac{\ln\dfrac{r_e}{r_w} - \dfrac34}{\ln\dfrac{r_e}{r_w} - \dfrac34 + S}\\ &= \frac{\bar p - p_{wf} - \Delta p_s}{\bar p - p_{wf}}\end{aligned}

безразмерный; давления — в любых одинаковых единицах

Holds when: псевдоустановившийся приток; обе продуктивности относятся к одной области дренирования; pˉ\bar p — среднее давление в области дренирования; у новой скважины его заменяют экстраполированным давлением по кривой восстановления.

Скин-фактор
Составляющие измеренного скина
S=Sd+Sгеом+Sзак+SэксплS = S_d + S_{\text{геом}} + S_{\text{зак}} + S_{\text{экспл}}

безразмерные величины

Holds when: простое сложение — приближение, составляющие взаимодействуют: если вскрыта часть толщины hwh_w, скин повреждения, отнесённый ко всей толщине hh, увеличивается примерно в h/hwh/h_w раз, а неглубокое повреждение, которое перфорационные каналы проходят насквозь, почти не мешает притоку.

Скин-фактор
Перепад давления на скине по результатам исследования
Δps=0,869mS\Delta p_s = 0{,}869\,m\,S

любые единицы давления (те же, что у mm)

Holds when: mm и SS получены по одному исследованию на участке радиального притока, а Δps\Delta p_s относится к дебиту этого исследования.

Скин-фактор
Радиус зоны проникновения фильтрата
rinv=rw2+Qlπϕ(1SorSwc)r_{inv} = \sqrt{r_w^2 + \frac{Q_l}{\pi\,\phi\,(1 - S_{or} - S_{wc})}}

СИ (м, м³/м)

Holds when: поршневое вытеснение, пласт однороден по толщине; обычно rinvr_{inv} заметно больше rwr_w, и слагаемым rw2r_w^2 можно пренебречь.

Скин-фактор
Восстановление давления как суперпозиция двух дебитов
pipws(Δt)=qBμ2πkh[pD(tp+Δt)pD(Δt)]p_i - p_{ws}(\Delta t) = \frac{qB\mu}{2\pi kh}\Big[p_D(t_p + \Delta t) - p_D(\Delta t)\Big]

СИ (любая согласованная система единиц)

Holds when: линейная задача: однофазный слабосжимаемый флюид, свойства пласта и флюида не зависят от давления; перед остановкой дебит был постоянным; приток из пласта прекращается сразу после остановки (влияние ствола не учитываем).

Анализ кривой восстановления давления
Уравнение Хорнера
pws=piqBμ4πkhlntp+ΔtΔtp_{ws} = p_i - \frac{qB\mu}{4\pi kh}\,\ln\frac{t_p + \Delta t}{\Delta t}

СИ (любая согласованная система единиц)

Holds when: и в период работы, и в период остановки пласт ведёт себя как бесконечный: возмущение не дошло до границ; постоянный дебит перед остановкой; однородный пласт, однофазный слабосжимаемый флюид; влияние ствола закончилось: приток из пласта в ствол после остановки прекратился.

Анализ кривой восстановления давления
Проводимость пласта по наклону прямой Хорнера
kh=qBμln104πmkh = \frac{qB\mu\,\ln 10}{4\pi m}

СИ

Holds when: наклон измерен на участке радиального притока; hh — толщина работающей части пласта; если она неизвестна, результатом остаётся khkh.

Анализ кривой восстановления давления
Скин-фактор по КВД
S=1,151[p1чpwf(Δt=0)mlgkϕμctrw2+2,098]S = 1{,}151\left[\frac{p_{1\text{ч}} - p_{wf}(\Delta t = 0)}{m} - \lg\frac{k}{\phi\,\mu\,c_t\,r_w^2} + 2{,}098\right]

метрические промысловые: давление — МПа, kk — мД, μ\mu — мПа·с, ctc_t — 1/МПа, rwr_w — м, время — часы

Holds when: время работы tpt_p много больше 1 ч; в общем случае в скобки добавляют lg[(tp+1)/tp]\lg[(t_p + 1)/t_p]; и работа, и остановка проходят в режиме радиального притока в бесконечном пласте; p1чp_{1\text{ч}} читают на прямой, даже если сам замер через 1 ч ещё искажён влиянием ствола.

Анализ кривой восстановления давления
Прямая MDH
pws=p1ч+mlgΔtp_{ws} = p_{1\text{ч}} + m\,\lg\Delta t

метрические промысловые (давление — МПа, время — часы)

Holds when: Δttp\Delta t \ll t_p на всём используемом участке: если время остановки не больше примерно десятой доли времени работы, наклон искажён не больше чем на несколько процентов; остальные условия — как у метода Хорнера.

Анализ кривой восстановления давления
Радиус «зонда» при восстановлении давления
rp=4kΔteγϕμct,Δte=tpΔttp+Δtr_p = \sqrt{\frac{4k\,\Delta t_e}{\gamma\,\phi\mu c_t}},\qquad \Delta t_e = \frac{t_p\,\Delta t}{t_p + \Delta t}

СИ

Holds when: бесконечный пласт; в точке rpr_p справедливо логарифмическое приближение — возмущение давно прошло её; влияние ствола закончилось; скин меняет давление только в самой скважине и в формулу не входит.

Анализ кривой восстановления давления

Гидродинамическое моделирование

Истощение замкнутого «бака» при постоянном забойном давлении
ctVpdpdt=J(ppwf)p(t)=pwf+(pipwf)et/τ,τ=ctVpJc_t V_p\,\frac{\dd p}{\dd t} = -J\,(p - p_{wf})\quad\Rightarrow\quad p(t) = p_{wf} + (p_i - p_{wf})\,\e^{-t/\tau},\qquad \tau = \frac{c_t V_p}{J}

метрические промысловые: МПа, м³, сут (подойдёт любая согласованная система)

Holds when: давление одинаково во всём объёме: возмущение от скважины выравнивается мгновенно («бак»); однофазный поток: давление выше давления насыщения, газ из нефти не выделяется; ctc_t и JJ постоянны, приток из законтурной области отсутствует; дебит в пластовых условиях пропорционален депрессии ppwfp - p_{wf}.

Что такое гидродинамическая модель и зачем она нужна
Явный шаг по времени для «бака»
pn+1=pnΔtτ(pnpwf)p^{n+1} = p^{n} - \frac{\Delta t}{\tau}\,(p^{n} - p_{wf})

любые согласованные (Δt\Delta t и τ\tau в одних единицах времени)

Holds when: производная заменена разностью; дебит на всём шаге берётся по давлению в начале шага (явная схема); в точное решение формула переходит лишь в пределе Δt0\Delta t \to 0.

Что такое гидродинамическая модель и зачем она нужна
Баланс флюида в ячейке за шаг по времени
min+1minΔt=jFjiWi\frac{m_i^{n+1} - m_i^{n}}{\Delta t} = \sum_{j} F_{ji} - W_i

любые согласованные

Holds when: внутри ячейки давление, насыщенности и свойства одинаковы; баланс записывают отдельно для каждого компонента: нефти, газа (свободного и растворённого) и воды; перетоки и отборы вычисляют по давлениям и насыщенностям нового шага (неявная схема) или начала шага (явная).

Что такое гидродинамическая модель и зачем она нужна
Переток между соседними ячейками (однофазный, по закону Дарси)
qij=Tijμ(pjpi),Tij=AΔxi2ki+Δxj2kjq_{ij} = \frac{T_{ij}}{\mu}\,(p_j - p_i),\qquad T_{ij} = \frac{A}{\dfrac{\Delta x_i}{2k_i} + \dfrac{\Delta x_j}{2k_j}}

СИ

Holds when: поток однофазный и горизонтальный; при наклоне к разности давлений добавляют вес столба флюида; ячейки прямоугольные, их центры лежат на прямой, перпендикулярной общей грани; при нескольких фазах расход каждой фазы умножают на её относительную проницаемость, взятую обычно в ячейке, откуда идёт поток.

Что такое гидродинамическая модель и зачем она нужна
Неявный шаг по времени для «бака»
pn+1=pnΔtτ(pn+1pwf)pn+1=pn+(Δt/τ)pwf1+Δt/τp^{n+1} = p^{n} - \frac{\Delta t}{\tau}\,(p^{n+1} - p_{wf})\quad\Rightarrow\quad p^{n+1} = \frac{p^{n} + (\Delta t/\tau)\,p_{wf}}{1 + \Delta t/\tau}

любые согласованные

Holds when: дебит на шаге вычисляют по давлению в конце шага (неявная схема); модель линейна; в реальном симуляторе уравнения нелинейны, и на каждом шаге их решают итерациями.

Что такое гидродинамическая модель и зачем она нужна

Бурение скважин

Гидростатическое давление столба жидкости
p=p0+ρghp = p_0 + \rho\, g\, h

СИ

Holds when: жидкость неподвижна: при циркуляции к гидростатике добавляются потери давления на трение (см. Потери давления при циркуляции); плотность одинакова по всему столбу; если она меняется с глубиной (несколько жидкостей, газ, нагрев), давление складывают по интервалам: p=p0+iρigΔhip = p_0 + \sum_i \rho_i\, g\, \Delta h_i; hh — именно вертикальная высота, а не длина по стволу.

Поровое и горное давление
Эквивалентная плотность
ρeq=pgh\rho_{eq} = \frac{p}{g\, h}

СИ

Holds when: давление избыточное, а нулевая отметка та же, от которой отсчитывают столб раствора (обычно стол ротора); эквивалентная плотность — условная величина: она описывает давление на одной глубине и не означает, что выше действительно находится жидкость такой плотности.

Поровое и горное давление
Объёмная плотность пористой породы
ρb=ϕρf+(1ϕ)ρma=ρma(ρmaρf)ϕ\rho_b = \phi\,\rho_f + (1-\phi)\,\rho_{ma} = \rho_{ma} - (\rho_{ma} - \rho_f)\,\phi

любые единицы плотности, одинаковые для всех членов

Holds when: поры полностью заполнены флюидом; если в порах несколько флюидов, ρf\rho_f — их средняя плотность с учётом насыщенностей; ρma\rho_{ma} — средняя плотность зёрен с учётом минерального состава породы.

Поровое и горное давление
Горное давление как вес вышележащей толщи
σv=g0hρb(z)dz    giρb,iΔhi\sigma_v = g\int_0^{h} \rho_b(z) \dd z \;\approx\; g \sum_i \rho_{b,i}\, \Delta h_i

СИ; в метрических единицах σv[МПа]=0,00981iρb,i[г/см3]  Δhi[м]\sigma_v\,[\text{МПа}] = 0{,}00981\sum_i \rho_{b,i}\,[\text{г/см}^3]\;\Delta h_i\,[\text{м}]

Holds when: вертикальное напряжение равно весу толщи: слои залегают примерно горизонтально, опорой на соседние массивы можно пренебречь; на суше суммируют от поверхности земли; на море первым интервалом идёт слой морской воды (около 1,03 г/см³) от уровня моря до дна; глубины — по вертикали; для сравнения с давлением раствора горное давление, как и поровое, относят к столу ротора.

Поровое и горное давление
Эффективное вертикальное напряжение (принцип Терцаги)
σv=σvαpp    σvpp\sigma'_v = \sigma_v - \alpha\, p_p \;\approx\; \sigma_v - p_p

любые одинаковые единицы давления

Holds when: поровое пространство связно, и поровое давление одинаково в пределах рассматриваемого объёма породы; в задачах порового давления и бурения обычно принимают α=1\alpha = 1; в расчётах деформаций коллектора используют измеренное значение.

Поровое и горное давление
Плотность раствора для заданной репрессии
ρm=pp+Δpobgh\rho_m = \frac{p_p + \Delta p_{ob}}{g\, h}

СИ

Holds when: раствор неподвижен (статическое давление); при циркуляции давление на забое выше на потери в затрубье; столб раствора доходит до устья: если уровень упал, давление на забое меньше; после выбора плотности проверяют, что давление раствора с учётом ЭЦП нигде в открытом стволе не превышает давления разрыва.

Поровое и горное давление
Горное давление при экспоненциальном тренде пористости
σv(z)=g[ρmaz(ρmaρf)ϕ0L(1ez/L)]\sigma_v(z) = g\left[\rho_{ma}\, z - (\rho_{ma} - \rho_f)\,\phi_0\, L\left(1 - \e^{-z/L}\right)\right]

СИ; в метрических единицах множитель gg заменяют на 0,00981 (плотности в г/см³, давление в МПа)

Holds when: нормально уплотнённая толща одного типа пород без зон АВПД; экспоненциальный тренд — эмпирическое приближение, его параметры подбирают по каротажу района.

Поровое и горное давление
Давление в столбе газа (изотермическое приближение)
ptop=pbotexp ⁣(MgΔzZRT)p_{top} = p_{bot}\,\exp\!\left(-\frac{M\, g\, \Delta z}{Z\, R\, T}\right)

СИ; давления абсолютные

Holds when: газ неподвижен, температура и ZZ по столбу постоянны (на практике берут средние значения); столб заполнен только газом.

Поровое и горное давление
Объём долива и падение уровня при подъёме труб
V=Lds,Δh=VAcds,Δp=ρmgΔhV = L\, d_s, \qquad \Delta h = \frac{V}{A_c - d_s}, \qquad \Delta p = \rho_m\, g\, \Delta h

СИ; удобно брать dsd_s в л/м (1 л/м = 0,001 м²) и считать Δp[МПа]=0,00981ρm[г/см3]  Δh[м]\Delta p\,[\text{МПа}] = 0{,}00981\,\rho_m\,[\text{г/см}^3]\;\Delta h\,[\text{м}]

Holds when: трубы поднимают «сухими»: раствор из них стекает в скважину, и уровень опускается одинаково в трубах и в затрубье; в знаменателе — сечение ствола за вычетом сечения металла труб, которые остаются в скважине на уровне раствора; раствор не уходит в пласт и не приходит из него; именно отклонение фактического объёма долива от расчётного служит признаком неблагополучия.

Контроль скважины: первичный барьер и признаки проявления
Снижение забойного давления из-за газирования раствора
Δpbh=(ρmρs1)palnpbhpa\Delta p_{bh} = \left(\frac{\rho_m}{\rho_s} - 1\right) p_a \ln\frac{p_{bh}}{p_a}

любые одинаковые единицы давления; давления абсолютные, логарифм натуральный

Holds when: газ идеальный, температура по стволу постоянна; газ движется вместе с раствором, не растворяется в нём, а его масса пренебрежимо мала; газирование установившееся: на единицу объёма раствора по всему затрубью приходится одинаковое количество газа; pbhp_{bh} стоит под логарифмом, поэтому вместо него можно подставить давление негазированного столба — погрешность ничтожна.

Контроль скважины: первичный барьер и признаки проявления
Расширение газа при снижении давления
V2=V1p1Z2T2p2Z1T1    V1p1p2V_2 = V_1\,\frac{p_1\, Z_2\, T_2}{p_2\, Z_1\, T_1} \;\approx\; V_1\,\frac{p_1}{p_2}

любые одинаковые единицы; давление и температура абсолютные

Holds when: масса газа не меняется: газ не растворяется в растворе и не выделяется из него; приближённая форма — для постоянных температуры и ZZ; на забое газ горячее, поэтому при подъёме к устью его объём растёт чуть меньше, чем по приближённой формуле, а изменение ZZ может сдвинуть результат в любую сторону.

Контроль скважины: первичный барьер и признаки проявления
Давление и плотность в столбе газированного раствора
ρmgz=(ppa)+apalnppa,ρ(p)=ρm1+apa/p\rho_m\, g\, z = (p - p_a) + a\, p_a \ln\frac{p}{p_a}, \qquad \rho(p) = \frac{\rho_m}{1 + a\, p_a/p}

СИ; давления абсолютные

Holds when: те же, что у формулы снижения забойного давления: идеальный газ, постоянная температура, газ движется с раствором и не растворяется в нём.

Контроль скважины: первичный барьер и признаки проявления

Добыча нефти и газа

Баланс давления в добывающей системе
pˉRpsep=Δpпл+Δpз+ΔpНКТ+Δpшт+Δpл\bar p_R - p_{sep} = \Delta p_{\text{пл}} + \Delta p_{\text{з}} + \Delta p_{\text{НКТ}} + \Delta p_{\text{шт}} + \Delta p_{\text{л}}

любые одинаковые единицы давления

Holds when: установившийся режим: через все элементы проходит один и тот же поток (объёмы приведены к одним условиям); каждое слагаемое зависит от дебита и свойств флюида, поэтому равенство выполняется лишь при одном дебите — рабочем; вес столба флюида входит в потерю в НКТ; в вертикальной скважине это обычно самое большое слагаемое.

Узловой анализ добывающей системы
Кривая притока в узел
pnode=pˉRΔpдо(q)p_{node} = \bar p_R - \Delta p_{\text{до}}(q)

любые согласованные единицы давления и дебита

Holds when: установившийся режим; пластовое давление за время расчёта не меняется; все дебиты приведены к одним условиям.

Узловой анализ добывающей системы
Кривая оттока из узла
pnode=psep+Δpпосле(q)p_{node} = p_{sep} + \Delta p_{\text{после}}(q)

любые согласованные единицы давления и дебита

Holds when: давление в сепараторе поддерживается постоянным; потери в каждом элементе рассчитаны для реального состава потока — с газом, нефтью и водой.

Узловой анализ добывающей системы
Кривая оттока для жидкости без газа в вертикальных НКТ
pwf=pwh+ρgH+λHdρv22,v=4qπd2p_{wf} = p_{wh} + \rho g H + \lambda\,\frac{H}{d}\,\frac{\rho v^2}{2},\qquad v = \frac{4q}{\pi d^2}

СИ

Holds when: однофазная несжимаемая жидкость: давление по всей длине труб выше давления насыщения, свободного газа нет; вертикальные трубы постоянного диаметра; в наклонной скважине в вес столба входит глубина по вертикали, а в трение — длина по стволу; плотность и коэффициент сопротивления постоянны; ускорение потока не учитывается; течение турбулентное (число Рейнольдса Re=ρvd/μRe = \rho v d/\mu больше нескольких тысяч); λ\lambda зависит от ReRe и шероховатости труб. Коэффициент трения Фаннинга, который встречается в англоязычной литературе, вчетверо меньше: fF=λ/4f_F = \lambda/4.

Узловой анализ добывающей системы
Условие устойчивости рабочей точки (квазистатическое)
dpоттdq>dpпрdq\frac{\dd p_{\text{отт}}}{\dd q} > \frac{\dd p_{\text{пр}}}{\dd q}

любые согласованные

Holds when: упрощённое квазистатическое рассмотрение: инерция потока и сжимаемость газа в стволе не учитываются; реальные пульсации режима (например, периодические выбросы газа и жидкости) изучают динамическими моделями.

Узловой анализ добывающей системы
Коэффициент продуктивности
J=qpˉRpwfJ = \frac{q}{\bar p_R - p_{wf}}

метрические промысловые (м³/сут, МПа)

Holds when: стабилизированный режим; однофазный приток: pwfpbp_{wf} \ge p_b; давления приведены к одной глубине; для разности годятся и абсолютные, и избыточные давления, лишь бы одинаковые.

Индикаторная кривая притока
Приток к скважине в псевдоустановившемся режиме
q=2πkh(pˉRpwf)μB[lnrerw34+S]q = \frac{2\pi k h\,(\bar p_R - p_{wf})}{\mu B\left[\ln\dfrac{r_e}{r_w} - \dfrac{3}{4} + S\right]}

СИ

Holds when: псевдоустановившийся режим в круговой области с непроницаемой внешней границей, скважина в центре; для области другой формы член ln(re/rw)3/4\ln(r_e/r_w) - 3/4 заменяют выражением с коэффициентом формы; однофазный приток слабосжимаемой жидкости по закону Дарси; однородный пласт; несовершенство вскрытия и повреждение призабойной зоны учтены в SS.

Индикаторная кривая притока
Уравнение Вогеля
qqmax=10,2pwfpˉR0,8(pwfpˉR)2\frac{q}{q_{max}} = 1 - 0{,}2\,\frac{p_{wf}}{\bar p_R} - 0{,}8\left(\frac{p_{wf}}{\bar p_R}\right)^2

безразмерная форма: дебиты в любых одинаковых единицах, давления тоже

Holds when: пластовое давление не выше давления насыщения (pˉRpb\bar p_R \le p_b), режим растворённого газа; стабилизированный приток; эмпирическое обобщение расчётов для скважин без повреждения призабойной зоны (S=0S = 0); малая обводнённость; при газовой шапке, сильной обводнённости и высоковязкой нефти точность ниже; давления лучше брать абсолютными; при пластовых давлениях в десятки мегапаскалей разница с избыточными невелика.

Индикаторная кривая притока
Составная индикаторная кривая
q={J(pˉRpwf),pwfpb,qb+Jpb1,8[10,2pwfpb0,8(pwfpb)2],pwf<pb,qb=J(pˉRpb)q = \begin{cases} J\,(\bar p_R - p_{wf}), & p_{wf} \ge p_b,\\[6pt] q_b + \dfrac{J p_b}{1{,}8}\left[1 - 0{,}2\,\dfrac{p_{wf}}{p_b} - 0{,}8\left(\dfrac{p_{wf}}{p_b}\right)^2\right], & p_{wf} < p_b, \end{cases}\qquad q_b = J\,(\bar p_R - p_b)

любые согласованные (например, м³/сут и МПа)

Holds when: pˉR>pb\bar p_R > p_b: выше давления насыщения приток однофазный; ниже давления насыщения кривая вогелевская, но построенная от pbp_b, а не от пластового давления; стабилизированные режимы; влияние призабойной зоны учтено в JJ.

Индикаторная кривая притока
Коэффициент продуктивности по замеру ниже давления насыщения
J=q1(pˉRpb)+pb1,8[10,2pwf,1pb0,8(pwf,1pb)2]J = \frac{q_1}{(\bar p_R - p_b) + \dfrac{p_b}{1{,}8}\left[1 - 0{,}2\,\dfrac{p_{wf,1}}{p_b} - 0{,}8\left(\dfrac{p_{wf,1}}{p_b}\right)^2\right]}

как в составной кривой

Holds when: те же, что для составной кривой; давление насыщения известно по PVT-исследованию пробы нефти.

Индикаторная кривая притока
Уравнение притока Фетковича
q=C(pˉR2pwf2)nq = C\,(\bar p_R^2 - p_{wf}^2)^n

qq — м³/сут, давления — МПа (абсолютные)

Holds when: стабилизированные режимы (исследование «режим за режимом») или изохронные режимы одинаковой продолжительности; давления абсолютные: в формулу входят их квадраты, а разность квадратов избыточных давлений не равна разности квадратов абсолютных; пластовое давление не выше давления насыщения; если выше, так описывают только часть кривой ниже pbp_b.

Индикаторная кривая притока
Уравнение притока газа с показателем степени
qg=C(pˉR2pwf2)nq_g = C\,(\bar p_R^2 - p_{wf}^2)^n

qgq_g — тыс. м³/сут, давления — МПа (абсолютные)

Holds when: стабилизированные или изохронные режимы; давления абсолютные; эмпирическая зависимость: экстраполяция далеко за пределы исследованных депрессий ненадёжна.

Индикаторная кривая притока
Двучленная формула притока газа
pˉR2pwf2=Aqg+Bqg2\bar p_R^2 - p_{wf}^2 = A\,q_g + B\,q_g^2

давления — МПа (абсолютные), qgq_g — тыс. м³/сут

Holds when: стабилизированные режимы; AA и BB находят по исследованию на нескольких режимах: зависимость (pˉR2pwf2)/qg(\bar p_R^2 - p_{wf}^2)/q_g от qgq_g — прямая с наклоном BB и отрезком AA на оси ординат.

Индикаторная кривая притока
Коэффициент гидродинамического совершенства
FE=pˉRpwfΔpSpˉRpwf=JфактJидFE = \frac{\bar p_R - p_{wf} - \Delta p_S}{\bar p_R - p_{wf}} = \frac{J_{\text{факт}}}{J_{\text{ид}}}

безразмерная величина; давления в одинаковых единицах

Holds when: однофазный приток, стабилизированный режим; дополнительная потеря давления пропорциональна дебиту (скин-фактор не зависит от дебита).

Индикаторная кривая притока
Коэффициент продуктивности при нулевой депрессии
J=1,8qmaxpˉR=1,8J1+0,8pwf/pˉRJ^* = \frac{1{,}8\,q_{max}}{\bar p_R} = \frac{1{,}8\,J}{1 + 0{,}8\,p_{wf}/\bar p_R}

любые согласованные

Holds when: форма кривой вогелевская (pˉRpb\bar p_R \le p_b).

Индикаторная кривая притока
Пересчёт на будущее пластовое давление
Jf=Jp(kro/μoBo)f(kro/μoBo)p,qmax,f=JfpˉR,f1,8J^*_f = J^*_p\,\frac{\left(k_{ro}/\mu_o B_o\right)_f}{\left(k_{ro}/\mu_o B_o\right)_p},\qquad q_{max,f} = \frac{J^*_f\,\bar p_{R,f}}{1{,}8}

отношение безразмерно; JJ^* и qmaxq_{max} — в единицах текущей кривой

Holds when: форма кривой и в будущем вогелевская; krok_{ro} — по прогнозу насыщенности (материальный баланс) и кривым относительной проницаемости; μo\mu_o и BoB_o — по PVT-данным при будущем давлении; свойства призабойной зоны не меняются.

Индикаторная кривая притока
Уравнение Вогеля с учётом совершенства скважины
qqmaxFE=1=1,8FE(1pwfpˉR)0,8FE2(1pwfpˉR)2\frac{q}{q_{max}^{FE=1}} = 1{,}8\,FE\left(1 - \frac{p_{wf}}{\bar p_R}\right) - 0{,}8\,FE^2\left(1 - \frac{p_{wf}}{\bar p_R}\right)^2

безразмерная форма

Holds when: вогелевская форма притока для неповреждённой скважины; дополнительная потеря давления в призабойной зоне пропорциональна дебиту; при FE>1FE > 1 формула применима, пока pwf0p'_{wf} \ge 0, то есть при pwfpˉR(11/FE)p_{wf} \ge \bar p_R\,(1 - 1/FE); ниже она даёт физически бессмысленный результат.

Индикаторная кривая притока

Экономика нефтегазовых проектов

Чистый денежный поток периода
NCFt=RtCtOtTt\mathrm{NCF}_t = R_t - C_t - O_t - T_t

любая валюта, одинаковая для всех статей; все суммы относятся к одному и тому же периоду

Holds when: в периоде учтены все приростные поступления и платежи проекта, отнесённые к моменту их фактической оплаты; затраты и налоги записаны положительными суммами и вычитаются; амортизация в формулу не входит, потому что она не платёж; все статьи выражены в одних денежных единицах: одной валюте и одном виде цен — номинальных или постоянных.

Денежный поток проекта
Пересчёт номинальной суммы в постоянные цены
Ctпост=Ctном(1+f)tt0C^{\text{пост}}_t = \frac{C^{\text{ном}}_t}{(1 + f)^{\,t - t_0}}

любая валюта; числитель и знаменатель в одних единицах

Holds when: темп инфляции постоянен; если он меняется, делят на произведение годовых индексов (1+f1)(1+f2)(1+f_1)(1+f_2)\cdots; для затрат берут подходящий индекс цен — общий или отраслевой; цена нефти определяется рынком и может инфляцию не повторять.

Денежный поток проекта
Приведённая стоимость будущей суммы
PV=FV(1+i)n=FV(1+i)nPV = \frac{FV}{(1+i)^{n}} = FV\,(1+i)^{-n}

любая валюта; PVPV и FVFV в одних единицах, ставка и срок — в согласованных единицах времени (годовая ставка — годы)

Holds when: ставка постоянна весь срок; если она меняется, множители разных лет перемножают: PV=FV/[(1+i1)(1+i2)(1+in)]PV = FV/[(1+i_1)(1+i_2)\cdots(1+i_n)]; проценты начисляются раз в период, к которому относится ставка (для годовой ставки — раз в год); будущая сумма задана; неопределённость в ней учитывают отдельно; PVPV и FVFV выражены в одних денежных единицах (обе номинальные или обе в постоянных ценах), и ставка им соответствует.

Дисконтирование и приведённая стоимость
Приведённая стоимость ряда платежей
PV=tCFt(1+i)tPV = \sum_{t} \frac{CF_t}{(1+i)^{t}}

любая валюта, одинаковая для всех платежей

Holds when: все платежи выражены в одних денежных единицах, и ставка им соответствует; время каждого платежа отсчитано от одного и того же начала, а соглашение о моменте платежа внутри года одно для всего ряда; ставка одинакова для всех лет.

Дисконтирование и приведённая стоимость
Проверка вложения ставкой дисконтирования
P=A0+A0(1+j)n(1+i)n=A0[(1+j1+i)n1]P = -A_0 + \frac{A_0\,(1+j)^{n}}{(1+i)^{n}} = A_0\left[\left(\frac{1+j}{1+i}\right)^{n} - 1\right]

любая валюта; ставки и срок — в согласованных единицах времени

Holds when: один платёж сейчас и один возврат с накопленным доходом через nn лет; ставки jj и ii постоянны весь срок.

Дисконтирование и приведённая стоимость
Относительная чувствительность приведённой стоимости к ставке
dPVPV=tˉ1+idi,tˉ=ttPVttPVt\frac{\dd PV}{PV} = -\frac{\bar t}{1+i}\,\dd i, \qquad \bar t = \frac{\sum_t t\,PV_t}{\sum_t PV_t}

любая валюта; ставка в долях единицы

Holds when: малые изменения ставки (линейное приближение); все платежи ряда одного знака — для рядов с платежами разных знаков взвешенный срок теряет наглядный смысл.

Дисконтирование и приведённая стоимость
Чистая приведённая стоимость
NPV=t=0TNCFt(1+i)t\mathrm{NPV} = \sum_{t=0}^{T} \frac{\mathrm{NCF}_t}{(1+i)^{t}}

валюта денежного потока, например млн долл. в постоянных ценах базового года

Holds when: NCF включает все приростные потоки проекта после налогов, в том числе ликвидацию, и не включает потоки финансирования — кредиты, проценты, их погашение; ставка соответствует виду денег: реальная — для постоянных цен, номинальная — для номинальных денег; ставка постоянна; если она меняется по годам, коэффициенты перемножают год за годом; все потоки отнесены к моментам по одному соглашению — конец или середина года (Дисконтирование и приведённая стоимость).

Чистая приведённая стоимость (NPV)
Индекс NPV
NPVIi=NPViMCOi\mathrm{NPVI}_i = \frac{\mathrm{NPV}_i}{|\mathrm{MCO}_i|}

безразмерный; числитель и знаменатель — в одних деньгах, при одной ставке и одном начале отсчёта

Holds when: NPV и MCO рассчитаны по одному денежному потоку, при одной ставке и одном начале отсчёта; у проекта есть период отрицательного накопленного потока (иначе знаменатель теряет смысл).

Чистая приведённая стоимость (NPV)

Symbols

SymbolMeaning and context
Δp\Delta p
pˉ\bar p
  • среднее давление в образце, (p1+p2)/2(p_1 + p_2)/2, абсолютное, атм или МПаФизика пласта · Проницаемость горных пород
  • среднее давление в области дренирования при псевдоустановившемся притоке, ПаГДИС · Скин-фактор
Δt\Delta t
Δz\Delta z
Δh\Delta h
tˉ\bar t
pˉpwf\bar p - p_{wf}
δm, δn\delta m,\ \delta n
Δt, τ\Delta t,\ \tau
(tp+Δt)/Δt(t_p + \Delta t)/\Delta t
Δpдо(q)\Delta p_{\text{до}}(q)
Δpз\Delta p_{\text{з}}
  • потеря в призабойной зоне и заканчивании (перфорация, гравийный фильтр): pwfspwfp_{wfs} - p_{wf}, где pwfp_{wf} — забойное давление, МПаДобыча · Узловой анализ добывающей системы
КИН\text{КИН}
Δpл\Delta p_{\text{л}}
ΔpНКТ\Delta p_{\text{НКТ}}
  • потеря при подъёме по НКТ, включая вес столба флюида и скважинное оборудование: pwfpwhp_{wf} - p_{wh}, где pwhp_{wh} — давление на устье, МПаДобыча · Узловой анализ добывающей системы
Δpпл\Delta p_{\text{пл}}
Δpпосле(q)\Delta p_{\text{после}}(q)
Δpшт\Delta p_{\text{шт}}
aa
AA
A0A_0
AcA_c
a, m, na,\ m,\ n
bb
BB
BgB_g
BgiB_{gi}
BoB_o
Bo, Bg, RsB_o,\ B_g,\ R_s
BobB_{ob}
BodB_{od}
BoiB_{oi}
BtB_t
BwB_w
Δpbh\Delta p_{bh}
cc
CC
CtномC^{\text{ном}}_t
CtпостC^{\text{пост}}_t
coc_o
ctc_t
CtC_t
CFtCF_t
dd
dhd_h
did_i
dsd_s
Δte\Delta t_e
EDE_D
  • коэффициент вытеснения — доля начальной нефти, вытесняемая из полностью промытого объёма, доли единицыФизика пласта · Насыщенность пласта флюидами
ff
FF
FjiF_{ji}
FE\text{FE}
  • коэффициент гидродинамического совершенства, ГДИС · Скин-фактор
FEFE
FVFV
gg
GG
GRV\mathrm{GRV}
GRV, NTG, ϕ, Sw\mathrm{GRV},\ \mathrm{NTG},\ \phi,\ S_w
hh
HH
hэфh_{\text{эф}}
hdh_d
hih_i
hkh_k
ii
II
Δxi, Δxj\Delta x_i,\ \Delta x_j
jj
JJ
JJ^*
JидJ_{\text{ид}}
JфактJ_{\text{факт}}
J, JS=0J,\ J_{S=0}
  • фактическая продуктивность и продуктивность той же скважины без скина, м³/(сут·МПа)ГДИС · Скин-фактор
kk
kk_\infty
kgk_g
kik_i
ki, kjk_i,\ k_j
kmck_{mc}
krok_{ro}
ksk_s
k, hk,\ h
k, h, B, μ, re, rw, Sk,\ h,\ B,\ \mu,\ r_e,\ r_w,\ S
  • как в формуле притока выше, м², м, м³/м³, Па·с, м, м, —ГДИС · Скин-фактор
k, A, μ, Lk,\ A,\ \mu,\ L
k, ϕ, μ, ctk,\ \phi,\ \mu,\ c_t
khkh
LL
LiL_i
ln\ln
mm
MM
  • молярная масса газа (для природного газа относительной плотности 0,6 по воздуху — около 0,0174 кг/моль), кг/мольБурение · Поровое и горное давление
m1m_1
m2m_2
minm_i^{n}
  • количество флюида (фазы или компонента) в ячейке ii на шаге nn; для нефти в модели чёрной нефти его удобно выражать в стандартных кубометрах: Vp,iSo,i/Bo,iV_{p,i}\,S_{o,i}/B_{o,i}, кг или стандартные м³Моделирование · Что такое гидродинамическая модель и зачем она нужна
MCOi\mathrm{MCO}_i
  • минимум накопленного дисконтированного потока при той же ставке — максимальная дисконтированная потребность в финансировании (отрицательное число), млн долл.Экономика · Чистая приведённая стоимость (NPV)
nn
NN
NCFt\mathrm{NCF}_t
  • чистый денежный поток периода tt: положительный — проект принёс деньги, отрицательный — потребовал, млн долл. (или другая валюта)Экономика · Денежный поток проекта
  • чистый денежный поток, отнесённый к моменту tt: приток «+», отток «−», млн долл.Экономика · Чистая приведённая стоимость (NPV)
NPV\mathrm{NPV}
NPVi\mathrm{NPV}_i
NPVIi\mathrm{NPVI}_i
NTG\mathrm{NTG}
OtO_t
Δpob\Delta p_{ob}
pp
PP
p0p_0
  • начальное давление в камере с образцом, обычно атмосферное, кПа, абсолютноеФизика пласта · Пористость
  • давление над столбом: у открытой скважины — атмосферное (в избыточных единицах — ноль), у закрытой — давление на устье, ПаБурение · Поровое и горное давление
p1p_1
  • начальное давление газа в эталонной камере, кПа, абсолютноеФизика пласта · Пористость
p1чp_{1\text{ч}}
p1, p2p_1,\ p_2
p2p_2
  • установившееся давление после открытия клапана, кПа, абсолютноеФизика пласта · Пористость
PлокP_\text{лок}
pотт(q)p_{\text{отт}}(q)
PплP_\text{пл}
pпр(q)p_{\text{пр}}(q)
pст, Tстp_{\text{ст}},\ T_{\text{ст}}
pap_a
pbp_b
pbhp_{bh}
pcp_c
pdp_d
  • пороговое давление (давление входа): капиллярное давление, при котором нефть начинает входить в самые крупные поры, ПаФизика пласта · Насыщенность пласта флюидами
pD(t)p_D(t)
  • безразмерное падение давления на стенке скважины, которая работает с постоянным дебитом время tt, с учётом скина (Решение для линейного источника и функция давления), ГДИС · Анализ кривой восстановления давления
pep_e
PgP_g
pip_i
PiP_i
  • вероятность того, что ii-й элемент (источник и миграция, коллектор, покрышка, ловушка, время) присутствует и работает, доли единицыГеология · Нефтяная система и концепция плея
pi, pjp_i,\ p_j
pnp^{n}
pn, pn+1p^{n},\ p^{n+1}
pn+1p^{n+1}
pnodep_{node}
ppp_p
psc, Tscp_{sc},\ T_{sc}
psepp_{sep}
ptop, pbotp_{top},\ p_{bot}
pwp_w
pwfp_{wf}
pwf(Δt=0)p_{wf}(\Delta t = 0)
pwf,1p_{wf,1}
pwhp_{wh}
pwsp_{ws}
pws(Δt)p_{ws}(\Delta t)
p, Tp,\ T
p, fp,\ f
p, pbp,\ p_b
PVPV
PVtPV_t
qq
q1q_1
QизвлQ_{\text{извл}}
qплq_{\text{пл}}
qbq_b
qgq_g
qijq_{ij}
QlQ_l
  • накопленный объём фильтрата на единицу длины ствола, м³/мГДИС · Скин-фактор
qmaxq_{max}
qmax, pˉR, pwfq_{max},\ \bar p_R,\ p_{wf}
qmaxFE=1q_{max}^{FE=1}
qo, qwq_o,\ q_w
q, B, μq,\ B,\ \mu
q, B, μ, k, hq,\ B,\ \mu,\ k,\ h
q, B, μ, k, h, Sq,\ B,\ \mu,\ k,\ h,\ S
  • дебит в стандартных условиях, объёмный коэффициент, вязкость, проницаемость, толщина, скин-фактор, м³/с, м³/м³, Па·с, м², м, —ГДИС · Скин-фактор
q, pˉ, pwfq,\ \bar p,\ p_{wf}
  • дебит в стандартных условиях, среднее пластовое и забойное давление, м³/с, ПаГДИС · Скин-фактор
q, pˉR, pwfq,\ \bar p_R,\ p_{wf}
RR
pˉR\bar p_R
R0R_0
rer_e
re, rwr_e,\ r_w
  • радиус области дренирования и радиус скважины, мГДИС · Скин-фактор
re, rw, Sr_e,\ r_w,\ S
  • радиус области дренирования, радиус скважины, скин-фактор, м, м, —ГДИС · Скин-фактор
RILR_{IL}
rinvr_{inv}
RLLR_{LL}
RmfR_{mf}
Rmf, RwR_{mf},\ R_w
rpr_p
rsr_s
  • радиус изменённой зоны (от оси скважины), мГДИС · Скин-фактор
RsR_s
Rs, Bo, BgR_s,\ B_o,\ B_g
Rs, Rsb, Bo, BobR_s,\ R_{sb},\ B_o,\ B_{ob}
RsbR_{sb}
RtR_t
rwr_w
RwR_w
rwr_w'
  • приведённый радиус: радиус идеальной скважины без скина, которая при том же дебите имеет то же забойное давление, мГДИС · Скин-фактор
RxoR_{xo}
Rxo, RtR_{xo},\ R_t
pˉR, pwf\bar p_R,\ p_{wf}
pˉR,f\bar p_{R,f}
Δps\Delta p_s
  • дополнительный перепад давления в призабойной зоне; положителен при повреждении, отрицателен при улучшении, ПаГДИС · Скин-фактор
  • перепад давления на скине при текущем дебите, МПаГДИС · Скин-фактор
  • перепад давления на скине при дебите исследования, МПаГДИС · Скин-фактор
SS
ΔpS\Delta p_S
  • дополнительная потеря давления в призабойной зоне при данном дебите (по гидродинамическим исследованиям), МПаДобыча · Индикаторная кривая притока
SгеомS_{\text{геом}}
  • геометрия вскрытия: вскрыта часть толщины, наклонный ствол, скважина смещена к границе области дренирования, ГДИС · Скин-фактор
SзакS_{\text{зак}}
  • заканчивание: число, длина и расположение перфорационных каналов, раздробленная зона вокруг них, гравийная набивка, ГДИС · Скин-фактор
SэксплS_{\text{экспл}}
  • эксплуатационные эффекты: инерционные потери, растущие с дебитом, и двухфазный поток у ствола, ГДИС · Скин-фактор
SdS_d
  • скин повреждения (damage): изменение проницаемости призабойной зоны, ГДИС · Скин-фактор
Soi=1SwiS_{oi} = 1 - S_{wi}
SorS_{or}
SwS_w
Sw, So, SgS_w,\ S_o,\ S_g
Sw,iS_{w,i}
Sw,kS_{w,k}
SwcS_{wc}
SwiS_{wi}
Swirr, ρw, ρo, g, hS_{wirr},\ \rho_w,\ \rho_o,\ g,\ h
SxoS_{xo}
tt
TT
T1, T2T_1,\ T_2
TijT_{ij}
tp, Δtt_p,\ \Delta t
TtT_t
tt0t - t_0
vv
VV
V1, V2V_1,\ V_2
VbV_b
  • объём образца или участка породы вместе с порами, см³, м³Физика пласта · Пористость
VcV_c
  • объём камеры с образцом (вместе с каналами до клапана), см³Физика пласта · Пористость
VfV_f
Vg,стV_{g,\text{ст}}
VgrV_{gr}
  • объём твёрдой фазы: зёрен, цемента и глинистых минералов, см³, м³Физика пласта · Пористость
  • объём образца, недоступный газу: зёрна вместе с изолированными порами, см³Физика пласта · Пористость
Vo,стV_{o,\text{ст}}
Vo(p,T)V_o(p, T)
VpV_p
VrV_r
  • объём эталонной камеры (вместе с каналами до клапана), см³Физика пласта · Пористость
VwV_w
Vw, Vo, VgV_w,\ V_o,\ V_g
WiW_i
δSw, δa, δRw, δRt, δϕ\delta S_w,\ \delta a,\ \delta R_w,\ \delta R_t,\ \delta\phi
zz
ZZ
Z1, Z2Z_1,\ Z_2
α\alpha
β\beta
γ\gamma
λ\lambda
μ\mu
μ, k\mu,\ k
μf\mu_f
μo\mu_o
ρ\rho
ρ(p)\rho(p)
ρb\rho_b
ρb,i, Δhi\rho_{b,i},\ \Delta h_i
ρb(z)\rho_b(z)
ρeq\rho_{eq}
ρf\rho_f
  • плотность флюида в зоне исследования — обычно фильтрата бурового раствора: около 1,0 для пресного, до 1,1–1,2 для солёного, г/см³Физика пласта · Пористость
  • плотность флюида в порах, г/см³Бурение · Поровое и горное давление
ρg,ст\rho_{g,\text{ст}}
ρm\rho_m
ρm, pa\rho_m,\ p_a
ρma\rho_{ma}
  • минералогическая плотность скелета: кварц 2,65, кальцит 2,71, доломит 2,87, г/см³Физика пласта · Пористость
  • плотность минерального скелета (зёрен): около 2,65 г/см³ для кварца, 2,71 для кальцита, 2,87 для доломита, г/см³Бурение · Поровое и горное давление
ρma, ρf\rho_{ma},\ \rho_f
ρo,ст\rho_{o,\text{ст}}
ρo(p,T)\rho_o(p, T)
ρs\rho_s
ρw, ρo\rho_w,\ \rho_o
σv\sigma'_v
σv\sigma_v
τ\tau
τ, pwf\tau,\ p_{wf}
ϕ\phi
ϕ(z)\phi(z)
  • пористость на глубине погружения zz, доли единицыФизика пласта · Пористость
ϕ0\phi_0
  • пористость осадка у поверхности: порядка 0,6 у глинистых илов и 0,4–0,5 у песков, доли единицыФизика пласта · Пористость
  • пористость у поверхности, доли единицыБурение · Поровое и горное давление
ϕD\phi_D
  • пористость по плотностному каротажу — общая: изолированные поры тоже уменьшают плотность, доли единицыФизика пласта · Пористость
ϕi\phi_i
ϕk\phi_k
ϕkhk\phi_k\,h_k