Упругие изменения свойств коллекторов в процессе разработки 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 sЭФФ:
(33)
При извлечении нефти из коллектора пластовое давление р в нем падает, а давление на скелет породы sЭФФ - 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 sЭФФ , передаваемых через твердый скелет (также вытеснение частиц в сторону пор);
|
|
|
3. более плотной упаковки зерен из-за возрастания sЭФФ.
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 VT и пор – VП:
(34)
поэтому при изменении нормального напряжения s (горного давления) и пластового давления Р происходит изменение всех трех объемов – V, VП, VТ. Соответственно объемная деформация пород при всестороннем сжатии описывается тремя коэффициентами сжимаемости, которые определяются следующими соотношениями (b, bП, bТ – коэффициенты сжимаемости породы, пор и твердой фазы соответственно):
(35)
Размерность [b]=[bП]=[bT]=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, bП, bТ существует связь:
(36)
где m – пористость коллектора.
В.Н.Щелкачев показал, что при эксплуатации нефтяных, газовых месторождений и водоносных горизонтов особое значение имеет коэффициент объемной упругости bС:
|
|
|
(37)
Коэффициент сжимаемости пор bП зависит от эффективного давления sЭФФ (bП уменьшается при увеличении давления sЭФФ). В соответствии с этим коэффициент упругости bС зернистых коллекторов изменяется в широких пределах: bС = (3¸50) ТПа-1 в интервале внешнего давления от 0 до 100 МПа.
Коэффициент объемной упругости bС 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.
Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 635; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!