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 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 вононосных горизонтов особое значение имеет коэффициент объемной упругости bС:
(37)
Коэффициенты сжимаемости пор bП зависят от sЭФФ (табл.2)
Таблица 2.
Коэффициенты сжимаемости пор (bП) 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 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.
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