Механика насыщенных пористых сред

В книге в едином изложении даны исходные понятия и основные представления механики деформируемых пористых сред, используемые в нефтегазо-промысловом и в горном деле, а также в строительстве, акустике, химической промышленности и других областях техники, где приходится иметь дело с многофазными средами. Оригинальные результаты авторов дополнены подробным обзором  мировой   литературы.

Приводятся вывод фундаментальных уравнений движения, реологии и термодинамики многофазных сред. Рассмотрены особенности сейсмических и ударных волн в насыщенных жидкостью породах, механизм уплотнения (консолидации) земляных масс, механика квазистационарных процессов в нефтегазовом пласте. Проанализированы свойства горных пород и флюидов под давлением, даны уравнения упругого режима фильтрации нефти и газа и расчеты важнейших типов фильтрационных потоков. Уделено внимание учету аффектов трещиноватости, прогиба кровли пластов (нелокально-упругих эффектов), изменений проницаемости пласта, двучленного закона фильтрации и т. д. Предложены рекомендации но расшифровке наблюдений за установившимися и нестационарными режимами работы нефтяных и газовых скважин.

Книга рассчитана на научных и инженерно-технических работников, занимающихся механикой горных пород, нефтегазовых пластов и грунтов, расчетами взрывов в горных породах, сейсмикой и звуковым каротажем, исследованиями нефтяных и газовых скважин, проектированием разработки нефтегазовых месторождений, расчетами в строительном деле и химической технологии и  т. д.

Одним из актуальных разделов механики сплошных сред является реология многофазных систем. Если одна из фаз образует жесткий каркас среды, а другие фазы представлены жидкостями, то мы имеем дело с важным частным случаем гетерогенных смесей с насыщенными жидкостью пористыми средами. Механика деформируемых насыщенных пористых сред развивалась в связи с запросами многих различных областей техники и в первую очередь нефтегазодобывающей и горной промышленности, строительства и геофизики. В самом деле, при расчетах процессов добычи нефти существенную роль играет теория упругого режима фильтрации, в которой рассматриваются медленные фильтрационные течения в деформируемых глубинных пластах. К ней тесно примыкает теория движения газа по коллекторам газовых месторождений и подземных хранилищ. При исследовании термического состояния пористых пластов рассматривают общие закономерности межфазового теплообмена, термодинамических эффектов при движении по пласту жидкости и газа, а также задачи прогрева пласта и его теплоотдачи. Изучение процесса распространения сильных ударных волн в насыщенных жидкостью горных породах важно для применения взрывной техники в горном деле и строительстве. Особое значение исследование сейсмических волн в таких средах имеет для акустического каротажа скважин, а также для прямого сейсмического поиска нефтегазовых месторождений. Нестационарные движения грунтовых вод в слабо сцементированных горных породах (грунтах) связаны, как правило, с эффектом подвижности границы массы жидкости. В механике грунтов рассматриваются также процессы медленного уплотнения водонасыщенного грунта при оттоке из него жидкости (консолидация грунтовой массы). Впервые некоторые аспекты механики деформируемых пористых сред изучались в акустике; эти работы восходят к Кирхгофу и Релею. В предлагаемой книге рассматривается в основном один из разделов механики деформируемых пористых сред — теория нестационарного деформирования таких сред в условиях насыщения их порового пространства жидкостью или газом. В первой части книги излагается общая теория динамических процессов в насыщенных пористых средах, причем наиболее подробно анализируются реологические (определяющие) законы рассматриваемой многофазной среды. Их характерные особенности выявляются в ходе рассмотрения сейсмических волн в водо- и нефтенасыщенных горных породах. Значительное внимание далее уделено механизму уплотнения грунтов под нагрузкой, т. е. физическим основам теории консолидации земляных масс. Рассмотрена роль фильтрационных перетоков в формировании структуры сильных ударных волн в водонасыщенных грунтах. Во второй части книги показано, как от общей теории упругого деформирования пористых сред можно перейти к теории упругого режима фильтрации. При этом фундаментальное значение имеют гипотезы о действии горного давления. В книге дается подробный обзор всех доступных данных о фильтрационных свойствах горных пород под давлением. Излагаются основные результаты исследований в области нелинейно-упругого режима фильтрации, учитыва ющие в более полной форме реальные физические свойства пласта и жидкости (газа). Среди них учет: трещиноватости, нелокальных эффектов передачи горного давления скелету пласта, изменений проницаемости пласта с давлением, двухфазного насыщения и т. д. Проанализирована постановка задач фильтрации, основных для расчетов при исследовании нефтяных и газовых скважин и при проектировании эксплуатации месторождений.