Упругие изменения свойств коллекторов в процессе разработки нефтяных и газовых месторождений.

 

Важное значение в процессе разработки нефтяных месторождений имеют деформации пород, происходящие вследствие изменения пластового давления, которое может уменьшаться со временем и вновь восстанавливаться при применении методов поддержания давления в залежи.

Представим себе элемент породы (рис.7), заключенный в непроницаемую эластичную оболочку и испытывающий горное давление s , а в порах пласта, насыщенного жидкостью, - давление р . 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):

При извлечении нефти на поверхность пластовое давление р падает и давление на скелет породы s_эф увеличивается. 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 среди уменьшается также вследствие перераспределения зерен, более плотной их упаковки и изменения структуры пористой среды.

Некоторые из упомянутых процессов, вызывающие изменения объема пор, являются обратимыми, как, например, упругое расширение зерен цемента и их деформации в сторону пустот, не занятых твердым веществом, под действием массы вышележащих пород. Другие процессы, например перегруппировка зерен, скольжение их по поверхности соприкосновения, разрушение и дробление зерен, необратимые. В результате с возрастанием пластового давления должны появиться значительные остаточные деформации, и пористость пород не восстанавливается. Последние деформации пород характерны для глубокозалегающих пластов.

Объем V внешнего скелета пористой среды складывается из объемов твердой фазы V_т и порового пространства V_п , 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: породы - β, пор - β _п, твердой фазы - β _т. Данные коэффициенты сжимаемости имеют размерность – Па^-1. Между β, β _п, β _т существует следующая связь:

, где m - пористость

Особое значение в процессах, протекающих в пластах при эксплуатации нефтяных, газовых и водоносных горизонтов, имеет коэффициент объемной упругости пласта β _с

. 15

Коэффициент сжимаемости пор β _п в значительной мере зависит от эффективного давления (сжимаемость сокращается с ростом давления). В соответствии с этим коэффициент объемной упругости β _с пород зернистых коллекторов изменяется в широких пределах: β _с = (3-30) Т 1/Па в интервале внешней 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 условиях залегания в пласте коллекторские свойства пород вследствие их сжимаемости отличаются от свойств на поверхности.

Упругое изменение пористости пород с изменением эффективного напряжения s можно вычислить по формуле

,

где m₀ - пористость при начальном эффективном напряжении s₀; b_п - коэффициент сжимаемости пор.

По результатам исследований, при давлениях около 15 МПа пористость песчаников уменьшается на 20%, а плотных аргиллитов - примерно на 6%.

Значительно более подвержена изменению проницаемость горных пород. Если считать, что коэффициент пористости изменяется лишь вследствие уменьшения в увеличения объема пор породы, зависимость упругих изменений проницаемости для плотных пород от давления можно выразить соотношением

,

где ; a- коэффициент, характеризующий структуру поровых каналов.

Для сцементированных песчаников a находится в интервале -1, 25+ -1, 8.

По результатам исследований, коэффициент проницаемости при упругом деформировании, например песчано-глинистых пород, залегающих на глубине 1300-2000м, может уменьшаться по сравнению с данными, полученными при атмосферных условиях, на 10—40%.

Деформации горных пород могут сопровождаться пластическими явлениями. При этом порода при снятии с нее напряжений не восстанавливает свою геометрию, изменяются вследствие остаточных деформаций пористость и проницаемость.

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: