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

Коллекторы разрабатываемых месторождений находятся под воздействием двух видов давлений – горного давления (давление на скелет твердой фазы за счет веса вышележащих пород) и пластового давления (давление флюида в порах горных пород). Важное значение при эксплуатации месторождений имеют деформации горных пород, происходящие при изменении пластового давления, которое может уменьшаться при отборе флюида и восстанавливаться при искусственных методах поддержания давления.

Для выяснения механизма воздействия пластового давления на напряженное состояние горных пород выделим элемент породы.как на рис, заключенный в непроницаемую эластичную оболочку. Как видно из рис до начала эксплуатации залежи давление р направлено против горного давления s и, следовательно, способствует уменьшению нагрузки, передающейся на скелет породы от веса вышележащих пород (если кровля пласта непроницаема), т.е. в этом случае на скелет породы действует эффективное давление s_ЭФФ:

(33)

При извлечении нефти из коллектора пластовое давление р в нем падает, а давление на скелет породы s_ЭФФ - увеличивается.

Выявлено, что при уменьшении пластового давления объем порового пространства уменьшается по следующим причинам:

1. упругого расширения зерен (в сторону пор), за счет снижения р;

2. возрастание сжимающих усилий s_ЭФФ, передаваемых через твердый скелет (также вытеснение частиц в сторону пор);

3. более плотной упаковки зерен из-за возрастания s_ЭФФ.

Часть этих процессов обратимы (упругое расширение зерен породы), часть – необратимые (перегруппировка и раздробление зерен породы). В результате необратимых процессов пористость пород полностью не восстанавливается при восстановлении начального пластового давления.

Объем породы V равен сумме объемов твердой фазы V_T и пор – V_П:

(34)

поэтому при изменении нормального напряжения s (горного давления) и пластового давления Р происходит изменение всех трех объемов – V, V_П, V_Т. Соответственно объемная деформация пород при всестороннем сжатии описывается тремя коэффициентами сжимаемости, которые определяются следующими соотношениями (b, b_П, b_Т – коэффициенты сжимаемости породы, пор и твердой фазы соответственно):

(35)

Размерность [b]=[b_П]=[b_T]=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 р – деформацию твердой фазы.

Между b, b_П, b_Т существует связь:

(36)

где m – пористость коллектора.

В.Н.Щелкачев показал, что при эксплуатации нефтяных, газовых месторождений и вононосных горизонтов особое значение имеет коэффициент объемной упругости b_С:

(37)

Коэффициенты сжимаемости пор b_П зависят от s_ЭФФ (табл.2)

Таблица 2.

Коэффициенты сжимаемости пор (b_П) осадочных пород.

Породы	Коэффициент сжимаемости пор bП, ГПа
sЭФФ=8.0Мпа, n»300–500м	sЭФФ=16,0МПА, n»650-1000м	sЭФФ=32Мпа n»1300-2000м	sЭФФ=64МПА n»2500-4000м	sЭФФ=96МПа n»4000-6000м
Песчаники, сцементир. глин. цементом	1,15	0,95	0,45	0,35	0,25
Песчаники, алевроллиты крепко сцемент. глин.-карбон. цементом	2,75	1,50	0,70	0,32	-
Аргиллиты сильно сцементир.	2,45	1,45	0,75	0,32	-

 

Как видно из таблицы 2, коэффициент сжимаемости пор b_П зависит от эффективного давления s_ЭФФ (b_П уменьшается при увеличении давления s_ЭФФ). В соответствии с этим коэффициент упругости b_С зернистых коллекторов изменяется в широких пределах: b_С = (3¸50) ТПа^-1 в интервале внешнего давления от 0 до 100 МПа.

Коэффициент объемной упругости b_С можно определить двумя способами:

1. Лабораторным (по керну для зернистых коллекторов, для трещиноватых коллекторов – керн не представлен);

2. по результатам разработки залежи с учетом ее объема, количества извлеченной жидкости и падения пластового давления.

 

 

 

 

 

Заключение

В реферате было рассмотренные коэффициенты сжимаемости горной породы, нефти и пластовой жидкости, а также упругие деформационные и прочностные свойства горных пород все рассмотренное выше имеет большое значение и их надо учитывать при разработке и эксплуатации месторождений нефти и газа. А также причины влияющие на коэффициент сжатия веществ и последствия их воздествия.

 

 

 

Список используемой литературы

1. Гиматудинов Ш. К /Физика нефтяного и газового пласта/ Ш. К. Гиматудинов, Л. И. Ширковский // Недра 1982.

2. Кобранова В.Н./ Физические свойства горных пород / В.Н. Кобранова // Гостоптехиздат, 1962.

3. Мирзаджанзаде А.Х./ Физика нефтяного и газового пласта / А.Х. Мирзаджанзаде, М. М. Аметов, А. Г. Ковалев // М.: Ижевск, 2005.

4. Ржевский В.В. / Основы физики горных пород / В.В. Ржевский // М.: Недра, 1978