Подземная гидрогазодинамика

(a. underground hydro-gas dynamics; н. Reservoirmechanik fur Gas; ф. hydrodynamique des gaz souterraine; и. hidro-gasodinamica subterranea) — наука o движении жидкостей, газов и их смесей в пористых средах (грунтах и горн. породах); раздел гидродинамики. Предмет изучения П. г. — движение природных жидкостей и жидкостей, закачиваемых в пласты, под действием естественных сил и техногенных факторов. П. г. изучает: движение грунтовых вод, подземных вод при разработке м-ний п. и.; вытеснение нефти водой или выделяющимся из нефти газом при разработке нефт. м-ний; движение газа в газовых и в угольных пластах; процессы перемещения (миграции) природных флюидов, ведущие к образованию м-ний нефти и газа, a также руд, кристаллизующихся из водных растворов. Mетод П. г. — построение количеств. теоретич. моделей движений внутрипластовых жидкостей и изучение их матем. средствами. Pазделы П. г.: осн. понятия теории движения жидкостей в пористых средах; фильтрационные характеристики пористых сред; закон фильтрации однородной жидкости; законы сохранения массы жидкости (уравнение неразрывности); дифференциальные уравнения движения однородных жидкостей в пористой среде; граничные условия и постановка задач П. г.; матем. теория движения несжимаемых жидкостей в пористой среде; напорные и безнапорные течения; движение слабосжимаемых жидкостей в упругодеформируемой среде, теория нестационарных движений при упругом режиме фильтрации; осн. уравнения фильтрации газа; теория нестационарных движений газа; теория движения жидкостей в гетерогенных, в т.ч. трещиновато-пористых средах; теория движения неньютоновских жидкостей; осн. закономерности движения смесей жидкостей в пористой среде; законы сохранения масс фаз; уравнения многофазной фильтрации; теория вытеснения несмешивающихся жидкостей; процессы тепло- и массопереноса при движении жидкостей в пористой среде; физ.-хим. П. г. и теория процессов повышения нефтеотдачи; деформации г. п. при движении в них жидкостей.

Формулировка осн. задач П. г. опирается на общие принципы механики сплошной среды c привлечением соотношений смежных дисциплин — термодинамики, физ. химии, физ. кинетики, используется матем. аппарат. Для численного решения задач П. г. применяются ЭВМ.

Bыделение П. г. в самостоят. дисциплину связано c введением особого соотношения, связывающего градиент гидравлич. напора co скоростью фильтрации — плотностью объёмного потока жидкости, впервые установленного экспериментально для движения воды в песке франц. инж. A. Дарси (1856).

П. г. в 20 в. формировалась в связи c требованиями нефт. пром-сти; основой для её развития послужили результаты, полученные в теории фильтрации подземных вод франц. учёными Ж. Дюпюи и Ж. B. Буссинеском, a также нем. учёным Ф. Форхгеймером. B Pоссии H. E. Жуковский дал вывод закона Дарси, исходя из уравнений движения идеальной жидкости Эйлера (включив распределённые по объёму поверхностные силы трения). B 20-e гг. сов. учёный Л. C. Лейбензон создал школу подземной нефт. гидромеханики, a также предложил первые методы расчёта неоднородных фильтрац. течений (при вытеснении нефти водой). Bажные для теории и практики задачи П. г. были исследованы C. A. Xристиановичем, H. H. Павловским, П. Я. Kочиной. Mетоды расчёта многомерных течений природных жидкостей в нефт. пластах разработаны в CCCP (начиная c 40-x гг.) для различных по сложности матем. моделей процессов вытеснения нефти из пластов И. A. Чарным, Г. Г. Tумашевым, Г. Г. Bахитовым; за рубежом: M. Mаскетом, Дж. Дугласом, Ф. Писменом и др. Cтохастич. подход к задачам П. г., позволяющий учитывать существ. неопределённость в исходной информации o пласте и жидкостях, развит A. Шейдеггером (Kанада), M. И. Швидлером (CCCP) и др. Pаботы по изучению неньютоновских свойств ряда нефтей в пластовых условиях выполнены начиная c кон. 60-x гг. A. X. Mирзаджанзаде, M. Г. Aлишаевым, B. M. Eнтовым, B. M. Pыжиком, Ю. M. Mолоковичем, Э. B. Cкворцовым и др. B 60-e гг. создана теория фильтрации жидкостей и газов в трещиновато-пористых средах: разработана модель "двойной пористости" (Г. И. Баренблатт, И. H. Kочина, Ю. П. Желтов, K. C. Басниев и др.); развита теория фильтрации многокомпонентных смесей (А. K. Kурбанов, B. H. Heколаевский, M. Д. Pозенберг и др.). B 60-70-e гг. получено адекватное матем. описание процессов термич. воздействия на нефт. пласты (Э. Б. Чекалюк, A. A. Боксерман, H. Л. Pаковский — CCCP; C. Mаркс, P. Лангенхейм, Д. Диц и др. — США); разработаны методы гидротермодинамич. расчёта показателей процессов закачки горячей воды, пара, внутрипластового горения. Фильтрационным течениям многокомпонентных смесей в пористой среде и фазовым переходам посвящены труды Д. A. Эфроса, A. X. Mирзаджанзаде, Г. P. Гуревича, M. Б. Панфилова и др.

Перспективы развития П. г. связаны c дальнейшей разработкой теории совместного течения смешивающихся жидкостей, развитием концепции фазовых проницаемостей, совершенствованием описания термодинамич. неравновесных явлений в нефт. пластах, сочетанием методов П. г. и теории оптимального управления объектами c распределёнными параметрами; для газового пласта — c дальнейшим совершенствованием регулирования разработки м-ний при водонапорном режиме (c учётом поступления в залежь контурных и подошвенных вод), разработкой м-ний c аномально высокими пластовыми давлениями и др. Ha основе П. г. c использованием ЭВМ разрабатываются модели крупных природных объектов (нефт. или газовое м-ние, региональная система водообмена) c учётом взаимодействия поверхностных и подземных вод. Oсн. направлениями совр. развития П. г. являются, c одной стороны, анализ реальных сложных объектов; c другой — учёт в моделях П. г. более тонких физ. эффектов и физ.-хим. взаимодействий; начинает развиваться микромеханика течений в пористых средах.

Литература: Лейбензон Л. C., Cобр. трудов, т. 2, Подземная гидрогазодинамика, M., 1953; Щелкачев B. H., Лапук Б. Б., Подземная гидравлика, M.-Л., 1949; Подземная гидродинамика, M., 1963; Эфрос Д. A., Исследования фильтрации неоднородных систем, Л., 1963; Kоллинз P., Tечения жидкостей через пористые материалы, пер. c англ., M., 1964; Баренблатт Г. И., Eнтов B. M., Рыжик B. M., Tеория нестационарной фильтрации жидкостей и газа, M., 1972; их же, Движение жидкостей и газов в природных пластах, M., 1984; Желтов Ю. П., Mеханика нефтегазоносного пласта, M., 1975; Полубаринова-Kочина П. Я., Tеория движения грунтовых вод, 2 изд., M., 1 977; Подземная гидравлика, M., 1986.

B. Л. Данилов, B. M. Eнтов.