Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
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 Ргор на глубине представляет собой давление, оказываемое весом вышележащих пород и насыщающих их флюидов , (1.1) где hi – 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 Ргр = , (1.2)
где , - пластовое и горное давления, Па; H – глубина пласта, м; - коэффициент Пуассона. grad Ргр = , (1.3)
Значения коэффициента Пуассона для наиболее распространенных горных пород приведены в таблице 1.1. Таблица 1.1
Сельващуком А.П. предложена формула, отражающая механизм гидроразрыва горных пород различных категорий,
, МПа, (1.4)
где l - коэффициент бокового распора горных пород; Рс – 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.
|
Последнее изменение этой страницы: 2019-05-18; Просмотров: 833; Нарушение авторского права страницы