УПРУГИЕ ИЗМЕНЕНИЯ КОЛЛЕКТОРОВ

 

Упругость, прочность на сжатие, разрыв, сжимаемость, пластичность, твердость – механические свойства горных пород, оказывающие существенное влияние на процессы, происходящие в пласте при разработке и эксплуатации месторождений.

Например, при снижении давления освобождающийся запас упругой энергии поддерживает движение нефти по пласту к скважине. Вода и нефть расширяются, а поровые каналы сужаются. Хотя упругость пород и жидкостей мала, но большой объем пластовой системы накапливает значительный запас энергии. Давление в пласте перераспределяется постепенно, поэтому режим работы скважин изменяется так же медленно. Таким образом, при большой емкости пласта и высоком пластовом давлении в начале эксплуатации месторождения характерны длительные неустановившиеся процессы перераспределения пластового давления. Скорости этих процессов зависят от упругих свойств пород и жидкостей. Прочность пород и упругие свойства важны при воздействии на пласт торпедированием для гидроразрыва пласта, обводнения и т.д.

Вертикальные и горизонтальные напряжения в породе не равны и реальный характер их распределения неизвестен, поэтому для глубоких горизонтов напряжения оценивают средним значением по закону гидростатики.

До начала эксплуатации залежи пластовое давление жидкости уменьшает нагрузку, передающуюся на твердый скелет породы от вышележащих пород. При извлечении нефти, пластовое давление падает, и давление на скелет породы увеличивается. При этом объем порового пространства пласта уменьшается вследствие расширения породы и возрастания сжатия от вышележащих пород. Это процесс сжатия может быть обратимым. Необратимыми является дробление, скольжение и перегруппировка зерен. Значительная остаточная деформация уменьшает пористость пород. При быстром и значительном снятии давления вероятность необратимых процессов возрастает (схлопывание пор).

Характеристику протекающих в пластах процессов дают коэффициенты  сжимаемости β, βП, βТ, βс - породы, пор, твердой фазы и объемной упругости пласта:

 βс = m βП , где m – открытая пористость коллектора.

Между параметрами существует связь:  β = m β П,  + β Т .

Коэффициент  βс определяют при известном βП, и m из лабораторных испытаний.

В практических расчетах значением коэффициента сжимаемости твердой фазы βТ  пренебрегают из-за его небольшого значения (0,1–0,3) 10-10 м2. В этом случае коэффициент сжимаемости породы практически равен коэффициенту объемной упругости βс и для зернистых коллекторов изменяется в широких пределах (0,3 - 3)10-10 м2. Сжимаемость карбонатных трещиноватых коллекторов выше, чем зернистых (0,4 – 2,2) 10-8 м2, а коэффициент объемной упругости составляет (0,4 – 2,5)10-10 м2.

При изменении давления коллекторские свойства горных пород изменяются. Поэтому при определении коллекторских свойств пород на поверхности Земли, вводят поправки на их изменение. Так для песчаников уменьшение пористости при увеличении давления до 150 МПа может достигнуть 20, проницаемости 10–40%, для плотных аргиллитов – до 6%.

Повышение дебитов добывающих и нагнетательных скважин часто достигают обработкой призабойной зоны пласта акустическими вибраторами, возбуждающими в коллекторе волны давлений. Это приводит к раскрытию имеющихся в породе трещин и возникновению новых, что увеличивает проницаемость прискважинной зоны пласта. Акустические волны используют так же для воздействия в целом на эксплуатируемый пласт с целью улучшить эксплуатационные параметры, увеличить нефтеотдачу пласта и извлекаемость нефти. Для этого применяют взрывы различной мощности, включая атомные, мощные поверхностные вибраторы.

Для планирования указанных выше воздействий на пласт необходимо знать акустические параметры пласта: скорость распространения упругих волн, коэффициент поглощения их энергии, волновое сопротивление, способность отражать и преломлять волны. Применяют волны различных частот: более 20.000 – ультразвуковые, 20.000 – 20 – звуковые, до 20 Гц – инфразвуковые.

Вибраторы создают продольные и поперечные волны. Распространяясь в породе продольные волны создают деформации попеременного объемного сжатия и растяжения. Поперечные волны создают поперечные деформации сдвига в породах. Скорости волн зависят от плотности породы и её упругих параметров: модуля продольной упругости Юнга, модуля сдвига и коэффициента Пуассона.

Несцементированные пески обладают слабым внутренним трением и поэтому оказывают небольшое сопротивление сдвиговым усилиям. В них, как и в жидкости проходят только продольные волны. В жестких горных породах проходят как продольные, так и поперечные волны с соотношением скоростей равным в среднем 1.5 – 14. Скорость упругих волн в пористых породах значительно меньше, чем в плотных.

 Поглощение упругих волн, их отражение и преломление характеризуется удельным волновым сопротивлением  z = vρ, произведением скорости волн на плотность пород. Чем больше соотношение волновых сопротивлений горизонтов или контактирующих сред, тем больше энергии волны отражается от границы раздела. При переходе звуковой волны из нефти или воды в породу отражается до 85% энергии волны. Различие волновых сопротивлений горизонтов с различной пористостью и флюидонасыщенностью используется при ГИС.

 

 

Дата: 2019-02-02, просмотров: 65.