Развитие «подземной гидравлики» - главенствующей науки о разработке нефтяных и газовых месторождений

В начале 20-х годов XX в. еще не использовались подавляющее большинство фундаментальных представлений о физике и механике нефтяных пластов и процессах извлечения из них нефти и газа. При этом основной закон фильтрации был открыт французским инженером Анри Дарси еще в 1856 г. при изучении движения воды в фильтрах водоочистных сооружений. Как оказалось впоследствии, уравнения установившейся и неустановившейся фильтрации нефти аналогичны уравнениям математической физики Лапласа и Фурье, открытым в начале XIX в. Однако при разработке нефтяных месторождений эти уравнения стали использовать только в 30-х гг. XX в.

Применение законов математической физики принадлежит в нашей стране Л.С.Лейбензону. В докладе Л.С.Лейбензона «Современное состояние гидромеханического исследования нефтяных и газовых пластов» было впервые выдвинуто такое совершенно правильное утверждение: управление разработкой и эксплуатацией нефтеносного пласта не может быть обеспечено без использования сведений термодинамики, физики, механики и гидромеханики. В докладе были кратко приведены основные законы движения воды, нефти, газа и газированной нефти в пористой среде и те выводы из этих законов, на основании которых следует изучать явления взаимодействия скважин и определять основные принципы разработки пласта. Как уже отмечалось выше, наука (пока мы выявили три ее составляющие) о разработке нефтяных и газовых месторождений развивалась как теория (работы Л.С.Лейбензона и в последующем его учеников) и как практика. Практика, следует отметить, направляла своими данными развитие теоретической науки. Наука о разработке нефтяных и газовых месторождений становилась как теоретическая и практическая наука. Вклад в практику разработки вносили доклады и работы по анализу разработки разрабатываемых нефтяных месторождений. Так, например, С.Н.Шаньгиным был сделан доклад на тему «Практика разработки Грозненских месторождений нефти». Доклад, который был дополнен на этом съезде докладами Т.А.Осениной и Н.М.Карпенко, посвященными особенностями разработки Новогрозненского и Старогрозненского нефтяных месторождений. Во всех докладах были охарактеризованы особенности разработки нефтяных месторождений в условиях ярко выраженного водонапорного режима. Особое внимание уделялось установлению областей питания и выходов нефтеносных пластов, что вполне соответствовало развитию передовых идей, впервые сформулированных в 20-х годах грозненскими геологами во главе с Н.Т.Линдтропом.

Доклад И.Г.Пермякова был посвящен методам оценки месторождений на Эмбе, режиму их и методике выбора систем разработки. Докладчик правильно указал на то, что развитие Эмбинского района всецело зависит от ввода в эксплуатацию новых месторождений, для которых надо правильно спроектировать системы разработки. Применительно к особенностям Эмбинских месторождений докладчик и предложил основные принципы проектирования их разработки.

В 1934 г. была опубликована получившая широкую известность монография (она же была рекомендована и как учебник для втузов) профессора Л.С.Лейбензона, посвященная полному и систематичному изложению подземной гидравлики. Отмечая огромное значение монографии Л.С.Лейбензона, необходимо сделать одну существенную оговорку, у отца теории фильтрации Чарлза Слихтера Л.С.Лейбензон, как отмечает В.Н.Щелкачев, заимствовал ошибочную идею для водонапорного режима. Ч.Слихтер, Ф.Форхгеймер и Л.С.Лейбензон считали, что при установившемся притоке жидкости из пласта к скважине эта скважина имеет в пласте строго определенный радиус влияния. В области пласта за пределами этого радиуса жидкость остается неподвижной. Получается явное противоречие: не может быть установившегося притока жидкости к скважине и установившегося потока в области влияния, если через границу области влияния жидкость в нее не притекает. По Слихтеру, Форхгеймеру и Лейбензону получалось, что две скважины в одном и том же пласте, которые устойчиво работают в условиях жесткого водонапорного режима, друг на друга совсем не влияют, если они удалены друг от друга на расстояние двойного радиуса влияния.

Автор считает полезным упомянуть о широко применяемом в современных исследованиях метода гидропрослушивания скважин (смена режима в одной скважине фиксируется в соседних реагирующих скважинах; устанавливают наличие или отсутствие литологического экрана между скважинами в сообщающемся пласте, устанавливают свойства пласта по линии соединения скважин; величина возмущения обратно пропорциональна квадрату расстояния между скважинами), который подтверждает наличие связи между скважинами.

Позднее уже в 1934-1935 гг. В.Н.Щелкачев ознакомился с передовыми идеями грозненских геологов и в проводившихся в ГрозНИИ исследованиях водонапорного режима отбросил представление о «радиусе влияния» скважины, заменив его «радиусом контура питания» или «расстояния от скважины до контура питания».

Первым полномасштабным учебником, в котором излагались наиболее полно сведения о режимах нефтеносных пластов и основы теории их разработки, был учебник И.М.Муравьева и Ф.А.Требина (1937).

В 1939 г. была опубликована монография В.Н.Щелкачева «Интерференция скважин и теория пластовых водонапорных систем». Эта монография представляла собой первое строгое изложение гидромеханической теории пластовых водонапорных систем на основе правильного представления о таких системах, выработанного грозненскими геологами. Тем самым это было первое физически правильное обоснованное изложение теории водонапорного режима. Следует сказать, что развитие подземной гидравлики не дало такого бурного роста в темпах добычи, как это случилось, например в XIX в., когда научились бурить скважины, но послужило более рационально разрабатывать месторождение, правильно проектировать систему разработки, управлять режимом работы залежи, управлять и прогнозировать динамику изменения основных технологических показателей. Забегая вперед, лишь скажу, что развитие теоретических основ разработки, в частности основ разработки при упруговодонапорном режиме дали в последующем почву для развития искусственных методов воздействия на залежь нефти, о чем будет сказано в следующем параграфе. Развитие теоретических и практических основ разработки при водонапорном режиме уже было дано, как отмечалось выше, грозненскими геологами и профессором В.Н.Щелкачевым.