Нефтегазовая гидромеханика

Аннотация

На базе основных представлений механики сплошной среды излагаются основы механики жидкости, газа и многофазных сред. Дан вывод законов сохранения в интегральном и дифференциальном виде, изложены элементы гидростатики, рассмотрены различные виды течения идеальных и вязких жидкостей, основные понятия теории турбулентности, теории размерностей и подобия. Рассмотрены вопросы установившегося и неустановившегося течения однофазных и многофазных сред в трубах, основы газовой динамики, теории движения неньютоновских жидкостей. Дана гидродинамическая теория фильтрации жидкостей и газов в однородных и неоднородных, изотропных и анизотропных средах. Для студентов, обучающихся по направлению «Нефтегазовое дело», аспирантов и преподавателей нефтяных вузов и факультетов, широкого круга научных работников и инженеров, работающих в нефтегазовой отрасли.

Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Нефтегазовое дело»

Содержание

Предисловие 

Введение 

Часть I. Основы механики сплошной среды 

Глава I. Основные понятия механики сплошной среды Введение  
1.Гипотеза сплошности 
2.Методы описания движения сплошной среды 
3. Локальная и субстанциональная производная 
4.Скалярные и векторные поля 
5.Силы и напряжения в сплошной среде. Тензор напряжений 

Глава II. Законы сохранения. Интегральные и дифференциальные уравнения сплошной среды  
1. Интегральные характеристики сплошной среды и законы сохранения 
2. Дифференцирование по времени интеграла, взятого по подвижному объему 
3. Уравнение неразрывности (закон сохранения массы) 
4. Уравнения движения в напряжениях (закон сохранения количества движения) 
5. Закон сохранения момента количества движения. Закон парности касательных напряжений 
6. Закон сохранения энергии 
7. Теорема об изменении кинетической энергии 
8. уравнение притока тепла 
9. Система уравнений движения сплошной среды 

Глава III. Скорость деформации сплошной среды  
1. Скорость деформации малой частицы. Теорема Гельмгольца 
2. Тензор скоростей деформации 
3. Физический смысл компонент тензора скоростей деформаций 
4. Тензорная поверхность симметричного тензора второго ранга 
5. Циркуляция скорости. Потенциальное движение жидкости 

Глава IV. Жидкости  
1. Математическая модель идеальной жидкости 
2. математическая модель идеальной несжимаемой жидкости 
3. Вязкая жидкость. Тензор напряжений жидкости 
4. Уравнения движения вязкой жидкости 
5. Математическая модель вязкой несжимаемой жидкости 
6. Работа внутренних сил. Уравнение притока тепла 

Глава V. Основы теории размерностей и подобия  
1. Система единиц измерения. Размерность 
2. О формуле размерности 
3. величины с независимыми размерностями 
4. П-теорема 
5. Подобие физических явлений, моделирование 
6. Параметры, определяющие класс явлений 
7. Примеры на применение П-теоремы 
8. Приведение уравнений к безразмерному виду 

Часть II. Гидромеханика 

Глава VI. Гидростатика 
1. Уравнения равновесия жидкости и газа 
2. Равновесие жидкости в поле силы тяжести 
3. Относительный покой жидкости 
4. Статическое давление жидкости на твердые поверхности 
5. Элементы теории плавания 

Глава VII. Течение идеальной жидкости  
1. уравнение Эйлера в форме Громеко-Ламба 
2. Интеграл Бернулли 
3. Частные виды интеграла Бернулли 
4. Простейшие примеры приложения интеграла Бернулли 
5. Интеграл Коши-Лагранжа 
6. Теорема Томсона 
7. Уравнение Гельмгольца 
8. Потенциальное течение несжимаемой жидкости 
9. Обтекание сферы 
10. Некоторые примеры применения закона сохранения количества движения 

Глава VIII. Плоскопараллельное течение идеальной несжимаемой жидкости 
1. Комплексный потенциал течения 
2. Примеры плоскопараллельных потенциальных течений 
3. Конформное отображение потоков 
4. Преобразование Жуковского 
5. Обтекание профиля производной формы 
6. Силы, действующие на профиль при стационарном обтекании 

Глава IX. Течение вязкой несжимаемой жидкости по призматическим трубам 
1. Уравнение прямолинейного движения вязкой несжимаемой жидкости по призматическим трубам 
2. Прямолинейное течение между двумя параллельными стенками 
3. Прямолинейное течение в осесимметричных трубах 
4. Уравнение установившегося кругового движения вязкой несжимаемой жидкости 
5. Течение между двумя вращающимися цилиндрами 

Глава X. Турбулентное течение жидкости в трубах  
1. Опыты О. Рейнольдса 
2. Осреднение характеристик турбулентного течения 
3. Уравнение Рейнольдса 
4. Полуэмпирическая теория турбулентности Л. Прандтля 
5. Применение соображений теории размерностей к построению полуэмпирических теорий турбулентности 
6. Логарифмический закон распределения скоростей 
7. Экспериментальные исследования коэффициента гидравлического сопротивления 

Глава XI. Гидравлический расчет трубопроводов  
1. Уравнение Бернулли для потока вязкой жидкости 
2. Виды потерь напора 
3. Расчет простых трубопроводов 
4. Расчет сложных трубопроводов 
5. Трубопроводы, работающие под вакуумом 

Глава XII. Истечение жидкости из отверстий и насадков 
1. Истечение из малого отверстия 
2. Истечение через насадки 
3. Истечение жидкости при переменном уровне 

Глава XIII. Неустановившееся движение вязкой жидкости в трубах  
1. Уравнение неустановившегося движения жидкости по трубам 
2. Уравнения неустановившегося движения слабосжимаемой жидкости по трубам 
3. Уравнения неустановившегося движения газа по трубам с малыми дозвуковыми скоростями 
4. Интегрирование уравнений неустановившегося движения жидкости и газа методом характеристик 
5. Интегрирование линеаризованных уравнений неустановившегося движения с помощью преобразования Лапласа 
6. Примеры расчета нестационарных процессов в трубах 
7. Гидравлический удар 
8. Влияние нестационарности течения на силу трения 

Глава XIV. Ламинарный пограничный слой 
1. Уравнение пограничного слоя 
2. Задача Блазиуса 
3. Отрыв пограничного слоя 

Глава XV. Одномерные течения газа  
1. Скорость звука 
2. Закон сохранения энергии 
3. Число Маха. Коэффициент скорости 
4. Связь между площадью живого сечения трубки тока и скоростью течения 
5. Истечение газа через сходящий насадок 
6. Сопло Лаваля 
7. Газодинамические функции 
8. Ударные волны 
9. расчет газового эжектора 
10. Установившееся движение газа в трубах 
11. Формула Шухова 

Глава XVI. Ламинарное течение неньютоновских жидкостей  
1. Простой сдвиг 
2. Классификация неньютоновских жидкостей 
3. Вискозиметрия 
4. Течение жидкости по бесконечно длинной круглой трубе 
5. Вращательное течение жидкости в кольцевом зазоре 
6. Интегральный метод в вискозиметрии 
7. Коэффициент гидравлического сопротивления 
8. Дополнительные замечания о расчете неньютоновских жидкостей по трубам 

Глава XVII. Двухфазное течение в трубах  
1. Уравнения законов сохранения 
2. Уравнения движения двухфазной смеси в трубах 
3. Преобразование уравнений движения двухфазной смеси в трубах 
4. Режим течения 
5. Свободный дебит газоконденсатной скважины 

Часть III. Нефтегазовая подземная гидромеханика 

Глава XVIII. Основные определения и понятия фильтрации жидкостей и газов. Опыт и закон Дарси  
1. Особенности движения флюидов в природных пластах 
2. Исходные модельные представления подземной гидромеханики жидкости и газа
3. Фильтрационно-емкостные свойства пористых сред. Коэффициенты пористости и просветности. Удельная поверхность 
4. Опыт и закон Дарси. Проницаемость. Понятие истинной средней скорости и скорости фильтрации 
5. Границы применимости закона Дарси. Анализ и интерпретация экспериментальных данных 
6. Нелинейные законы фильтрации 
7. Структурные модели пористых сред 
8. Закон Дарси для анизотропных сред 

Глава XIX. Математические модели однофазной фильтрации  
1. Вводные замечания. Понятие о математической модели физического процесса 
2. Закон сохранения массы в пористой среде 
3. Дифференциальное уравнение движения флюида 
4. Замыкающие уравнения. Математические модели изотермической фильтрации 
5. Модель фильтрации несжимаемой вязкой жидкости по закону Дарси. Функция Л.С.Лейбензона 
6. Модели однофазной фильтрации в недеформируемом пласте при нелинейных законах фильтрации 
7. Зависимость параметров флюидов и пористой среды от давления 

Глава XX. Одномерная установившаяся фильтрация несжимаемой жидкости и газа в однородной пористой среде  
1. Схемы одномерных фильтрационных потоков 
2. Прямолинейно-сферическая фильтрация несжимаемой жидкости 
3. Плоскорадиальная фильтрация несжимаемой жидкости 
4. Радиально-сферическая фильтрация несжимаемой жидкости 
5. Аналогия между фильтрацией несжимаемой жидкости и газа 
6. Фильтрационное одномерное течение совершенного газа 
7. Фильтрационное плоскорадиальное течение реального газа по закону Дарси 
8. Плоскорадиальный фильтрационный поток несжимаемой жидкости и газа по двухчленному закону фильтрации 
9. Плоскорадиальный фильтрационный поток несжимаемой жидкости и газа по степенному закону фильтрации 

Глава XXI. Одномерные фильтрационные потоки по закону Дарси несжимаемой жидкости и газа в неоднородных пластах 
1. Основные типы неоднородности пластов 
2. Прямолинейно-параллельный поток в слоисто-неоднородном пласте 
3. Прямолинейно-параллельный поток в зонально-неоднородном пласте 
4. О расчете пластов непрерывной неоднородностью 
5. Плоскорадиальный поток в слоисто-неоднородном пласте 
6. Плоскорадиальный поток в зонально-неоднородном пласте 

Глава XXII. Плоские установившиеся фильтрационные потоки 
1. Основные определения и понятия 
2. Потенциал точечного источника и стока на изотропной плоскости. Метод суперпозиции 
3. Приток жидкости к группе скважин в пласте с удаленным контуром питания 
4. Приток жидкости к скважине в пласте с прямолинейным контуром питания 
5. Приток жидкости к скважине в пласте вблизи прямолинейной непроницаемой границы 
6. Приток жидкости к скважине, эксцентрично расположенной в круговом пласте 
7. Об использовании метода суперпозиции при фильтрации газа 

Глава XXIII. Неустановившееся движение упругой жидкости в упругом пласте  
1. Упругий режим пласта и его характерные особенности 
2. Подсчет упругого запаса жидкости в пласте 
3. Математическая модель неустановившейся фильтрации упругой жидкости в упругой пористой среде 
4. Вывод дифференциального уравнения фильтрации упругой жидкости в упругой пористой среде по закону Дарси 
5. Одномерные фильтрационные потоки упругой жидкости. Точные решения уравнения пьезопроводности. Основная формула теории упругого режима 

Глава XXIV. Приближенные методы решения задач теории упругого режима  
1. Метод последовательной смены стационарных состояний 
2. Метод А.М. Пирвердяна 
3. Метод интегральных соотношений 
4. Метод усреднения 

Приложение 

Литература