КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Упругие изменения свойств коллекторов в процессе разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождении
Важное значение в процессе разработки нефтяных и газовых месторождений имеют деформации пород, происходящие вследствие изменения пластового давления, которое может уменьшаться со временем и вновь восстанавливаться при искусственных методах поддержания давления в залежи. Представим себе элемент породы (рис. 6), заключенный в непроницаемую эластичную оболочку и испытывающий горное давление s, а в порах пласта, насыщенного жидкостью,— давление р. Рис. 6. Схема проявления горного и эффективного давлений в элементе породы До начала эксплуатации залежи пластовое давление жидкости способствует уменьшению нагрузки, передающейся на скелет породы от массы вышележащих отложений (если кровля пласта непроницаема). Тогда давление на скелет породы (эффективное давление) sэф =s-р. (22) При извлечении нефти на поверхности пластовое давление р падает и давление на скелет пород sэф увеличивается. Установлено, что с падением пластового, давления объем, порового пространства пласта уменьшается вследствие упругого расширения зерен породы и возрастания сжимающих усилий, передающихся на скелет от массы вышележащих пород. При этом зерна породы испытывают дополнительную деформацию и пористость среды уменьшается также вследствие перераспределения зерен и более плотной упаковки их и изменения структуры пористой среды. Некоторые из упомянутых процессов, вызывающие изменения объема пор, являются обратимыми, как, например, упругое расширение зерен цемента и деформации их в сторону пустот, не занятых твердым веществом, под действием массы вышележащих пород. Другие же процессы, например, перегруппировка зерен, скольжение их по поверхности соприкосновения и разрушение и дробление зерен,— процессы необратимые. В результате с возрастанием пластового давления должны появиться значительные остаточные деформации и пористость пород не восстанавливается. Остаточные деформации пород, по-видимому, характерны для глубоко залегающих пластов.
Объем V внешнего скелета пористой среды складывается из объемов твердой фазы VT и порового пространства VП и поэтому с изменением в породах среднего нормального напряжения s и пластового давления р происходят упругие изменения всех трех величин. Тогда объемная деформация пород при всестороннем сжатии описывается тремя коэффициентами сжимаемости, которые определяют по следующим соотношениям: (23) (24) (25) где b, bП и bТ — коэффициенты сжимаемости породы, пор и твердой фазы. Индексы при скобках указывают на условия определения частных производных: при постоянном р или постоянной разности напряжений (s-р). Очевидно, что коэффициенты сжимаемости имеют размерность [ b ] = Па-1. Объемная деформация коллекторов в реальных условиях при всестороннем сжатии зависит одновременно от разности (s—р) и от давления в порах р. Эффективное напряжение (s—р) определяет деформацию внешнего скелета породы, а изменение давления в пласте — деформацию твердой фазы. Тогда, с учетом формул (23), (24) и (25) относительные суммарные упругие деформации скелета, пор и твердой фазы будут определяться соотношениями (26) (27) (28) где m —открытая пористость коллектора. Между b, bП и bТ существует следующая связь: b=mbП + bТ (29) Как показано В.Н. Щелкачевым, особое значение в процессах протекающих в пластах при эксплуатации нефтяных, газовых и водоносных горизонтов, имеет коэффициент объемной упругости пласта bс: (30) Из (27) и (29) найдем (31) Коэффициент bс иногда определяют, изменяя давление жидкости в порах при s =const. В этом случае формула (31) принимает вид
или (32) По формулам (30) — (32) можно определить коэффициент объемной упругости пласта bс, если известен из лабораторных данных коэффициент сжимаемости пор bП. В табл. 3 приведены коэффициенты сжимаемости пор некоторых осадочных пород при различных значениях эффективного давления. Кроме того, указаны глубины залегания пород, соответствующие эффективным давлениям на скелет породы. Таблица 3 Коэффициенты сжимаемости пор некоторых осадочных пород
При практических оценках bс некоторых пород значениями коэффициента сжимаемости bТ можно пренебречь в связи с его малостью. Например, коэффициент сжимаемости кварца или кальцита мало изменяется от давления (до 200 МПа) и равен для кварца bТ =(30—35) Т×Па-1; для кальцита — 25 Т×Па-1; для доломита —12 Т×Па-1 и известняков — (25—27) Т×Па-1. Как следует из приведенных формул, для определения bс в условиях залегания реальных коллекторов необходимо знать характер изменения напряженного состояния пород в пласте при изменении пластового давления. Эта величина зависит от глубины залегания пласта и тектонической обстановки (начального напряженного состояния горных пород), упругих свойств и т. д. В простейшем случае (если пренебречь относительными боковыми смещениями пород при деформации) величину можно определить из соотношения (33) По расчетам В. М. Добрынина, при коэффициенте Пуассона n =0,2 значение ds/dp изменяется от 0,25 до 0,5, если bТ/mbП находится в пределах 0—1. Как следует из табл. 3, коэффициент сжимаемости пор bП в значительной мере зависит от эффективного давления (сжимаемость сокращается с ростом давления). В соответствии с этим коэффициент объемной упругости bС пород зернистых коллекторов изменяется в широких пределах: bС =(3-30) Т×Па-1 в интервале внешнего давления от 0 до 100 МПа.
В связи со спецификой строения пород карбонатных трещиноватых коллекторов их сжимаемость, как правило, выше, чем у зернистых пород. В табл. 4 приведены данные СевКавНИИ о коэффициентах объемной упругости трещинной среды (известняков) и сжимаемости трещин ряда месторождений Грозного, полученные в начальный период разработки залежей. Таблица 4 - Коэффициенты объемной упругости трещинных известняков и вторичных пустот (трещин)
Для измерения упругих характеристик горных пород используются специальные приборы. На рис. 7 приведена схема простейшего прибора, позволяющего измерять коэффициент объемной упругости bС образцов горных пород. Рис. 7. Схема прибора для изучения коэффициента объемной упругости пород bC (конструкция Уфимского нефтяного института) Прибор состоит из камеры 1 высокого давления, в которую вставляется образец 2 керна, помещенный в эластичную непроницаемую оболочку 3. Предварительно керн насыщается под вакуумом жидкостью (водой). После установки крышки 4 прибора «горное» давление в камере 1 вокруг оболочки создается прессом 5. Изменение объема образца породы регистрируется по шкале пресса 5, а изменение объема пор — по объему вытесненной из керна жидкости в калиброванный капилляр 6. Коэффициент объемной упругости трещиноватых пород по кернам не удается определить, так как керновый материал обычно не является представительным с точки зрения реального строения, раскрытости и других характеристик трещин. Для трещиноватых пород bC определяется по результатам разработки залежи с учетом ее объема, количества извлеченной жидкости и падения пластового давления.
Дата добавления: 2014-11-07; Просмотров: 2090; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |