Механические свойства горных пород, пластовое, горное и давление гидроразрыва пород.

Многие процессы, происходящие в пласте при его вскрытии и влияющие на ряд процессов в период разработки и эксплуатации месторождений, связаны с механическими свойствами горных пород

- упругостью, прочностью на сжатие и разрыв, пластичностью.

Упругость горных пород. Упругостью горных пород называют изменение объема породы под действием давления. Под действием давления порода сжимается, а при снятии давления расширяется. При расширении породы жидкость начинает вытесняться из пор. Упругие свойства пород влияют на перераспределение давления в процессе эксплуатации.

О величине упругих деформаций породы судят по коэффициенту объемной упругости, который определяется опытным путем с последующим расчетом по формуле:

(1.11)

где  - коэффициент объемной упругости породы, 1/Па,  - изменение объема пор в образце породы при изменении давления на , м³;  -объем образца породы, м³.

Коэффициент объемной упругости определяет в относительных величинах изменение объема при изменении давления на 1 Па.

Прочность горных пород - это сопротивление их механическому разрушению (сжатию и растяжению). Прочность пород при растяжении во много раз меньше, чем при сжатии. Прочность известняков на сжатие составляет 50-180 МПа, песчаников - 15-20 МПа. Прочность известняков уменьшается с увеличением в них глинистых частиц. Песчаники с известковым цементом имеют наименьшую прочность на сжатие. При увеличении плотности пород прочность их на сжатие возрастает. Прочность известняков и песчаников после насыщения их водой уменьшается на 20-45 %.

Пластичность горных пород - это способность пород Деформироваться под большим давлением без образования трещин или видимых нарушений. Пластичность проявляется на большой глубине. На большой глубине твердая порода может " вытекать" в скважину под действием высокого горного давления вышележащих пород. Образование складок в земной коре с плавными изгибам] вогнутостями и выпуклостями также обусловлено пластическим свойствами горных пород.

Горное (геостатическое) давление Р_гор на глубине представляет собой давление, оказываемое весом вышележащих пород и насыщающих их флюидов

                           ,                      (1.1)

где  h_i – мощность интервала, м; - пористость пород, доли общего объема; , - плотность горных пород и флюида, кг/м³; g – ускорение свободного падения, м/с².

Плотность отложений зависит от пористости и плотности флюида, содержавшегося в порах горной породы. В нормальных условиях пористость отложений уменьшается с глубиной, а их плотность увеличивается. В глинистых породах пористость уменьшается по экспоненте. Для других типов отложений она уменьшается линейно (рис.1.1).

Пластовое (поровое) давление представляет собой давление, оказываемое флюидами, содержащимися в горной породе. Различие между пластовым и поровым давлениями определяется характером пород, содержащих в порах флюид. В проницаемых породах-коллекторах давление флюида называют пластовым, в «непроницаемых», таких как глина, - поровым.

Пластовое давление называется нормальным, если оно равно гидростатическому давлению столба пластовых вод, сообщающихся через трещины и поры горной породы с атмосферой.

 

 

Рисунок 1.1 – Изменение пористости горных пород в зависимости от глубины скважины

Пластовые давления, превышающие гидростатические давления флюидов определяются как аномально высокие давления, а пластовые давления меньше гидростатических называются аномально низкими.

Давление гидроразрыва горных пород Это давление, создаваемое флюидом, при котором в горной породе начинают возникать трещины, что может стать причиной поглощения

бурового или тампонажного раствора, а затем и ГНВП (газо-нефте-водопроявления).

Гидроразрыв горных пород представляет собой сложное явление. Величина давления гидроразрыва горных пород может находиться в пределах от пластового до полного горного давлений и зависит от многих факторов, таких как: прочность, анизотропия и проницаемость пород, физико-химических и термических напряжений, азимутального и зенитного углов скважины.

Для прогнозирования градиента гидроразрыва существуют различные зависимости. В отечественной и зарубежной практике используется формула Б.А, Итона (1.2) и Р.А. Андерсона (1.3)

 

                    grad Р_гр = ,                                 (1.2)

 

где , - пластовое и горное давления, Па; H – глубина пласта, м; - коэффициент Пуассона.

                                grad Р_гр = ,                            (1.3)

 

       Значения коэффициента Пуассона для наиболее распространенных горных пород приведены в таблице 1.1.

       Таблица 1.1

Горная порода	Коэффициента Пуассона
Глины: - песчанистые - плотные Глинистые сланцы Известняки Каменная соль Песчаники	0, 38-0, 45 0, 25-0, 36 0, 10-0, 20 0, 28-0, 33 0, 44 0, 30-0, 35

 

Сельващуком А.П. предложена формула, отражающая механизм гидроразрыва горных пород различных категорий,                      

 

, МПа,                                         (1.4)

 

где l - коэффициент бокового распора горных пород; Р_с – давление, необходимое для преодоления сопротивления скелета горных пород разрыву, МПа.

       В исключительных случаях при полном отсутствии промысловых данных допускается использовать эмпирическую зависимость

 

                        , МПа                                    (1.5)

           

       С увеличением глубины скважины градиент давления гидроразрыва пород возрастает. Следовательно, наибольшая вероятность его возникновения будет в верхней части открытого ствола (под башмаком предыдущей зацементированной обсадной колонны).

       Для наиболее точного определения прочности горных пород используют данные непосредственных измерений при интенсификации притока, а также данные наблюдений за поглощением бурового раствора во время бурения или цементирования.

 

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться: