Методы определения механических св-в ГП. Практическое использование.
От упругих свойств ГП и упругости пластовых жидкостей зависит перераспределение давления в пласте во время эксплуатации м/р. Запас упругой энергии, освобождающейся при снижении давления, может быть значительным источником энергии, под действием которой происходит движение нефти по пласту к забоям скважин. Из-за упругости ж-тей и пласта давление в пласте перераспределяется не мгновенно, а постепенно после всякого изменения режима работы скважины, ввода новой или остановки старой.
Большое значение получил коэф-нт сжимаемости поровой среды βс, который хар-зует уменьшение объема порового пространства в ед. объема породы при изменении давления ∆Р = 0,1 МПа. В пластовых условиях коллекторские св-ва ГП вследствие их сжимаемости отличаются от св-в на поверхности, например, при давлении 15 МПа пористость песчаника уменьшается на 20%, а коэф-ты проницаемости для различных пород на 10 - 40 %.
Важно знать и прочность пород на сжатие и разрыв. Эти данные, наряду с модулем упругости, необходимы при изучении процессов искусственного воздействия на породы призабойной зоны скважин (торпедирование, гидроразрыв пластов).
Сведения о пластичности необходимы для прогнозной устойчивости в стенах скв. в процессе бурения. А также в расчетах при подборе обсадных труб для крепления скважин.
Методы определения деформационных св-в можно поделить на:
Статические. Основаны на измерении деформаций образцов исследуемых ГП под нагрузкой. Для измерения продольных и поперечных деформаций образцов при их нагружении применяют проволочные тензометры сопротивления, либо механические индикаторы часового типа. В процессе нагружения и разгрузки с помощью автоматической записывающей аппаратуры ведут непрерывную запись деформаций.
Был разработан ГОСТ, в соответствии с которым определение прочности пород при одноосном сжатии производится на цилиндрических образцах. Нагружение образца производят с равномерной скоростью, повышая нагрузку вплоть до разрушения образца и фиксируя значение разрушающей нагрузки.
Динамические основаны на измерении скоростей упругих колебаний, возбуждаемых в исследуемых образцах в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот.
Импульсный динамический метод: в основе лежит пропускание ч/з образец ГП повторяющихся импульсов ультразвуковых колебаний, по значениям скоростей распространения которых рассчитывают упругие характеристики.
В лаб. условиях прочность пород (коэф. сжимаемости) определяется на установке Антонова:
1 – пресс,
2 – манометр,
3 – образец ГП,
4 – кернодержатель,
5 – мерная трубка.
Δр1 – ΔV1,
Δр2 – ΔV2,
Δр3 – ΔV3.
Тепловые св-ва ГП.
1.Удельная теплоемкость – необходимое кол-во теплоты для повышения t породы на 1С.
Q – кол-во переданной теплоты,
М – масса породы,
Т и Т0 – конечная и начальная температуры.
2.Коэф. Теплопроводности – характеризует хорошо или плохо данное тело пропускает ч/з себя тепло при установившемся режиме, и численно = кол-ву теплоты, проходящему в породе ч/з ед. площади в ед. времени при градиенте температур = 1.
S – площадь сечения породы,
dt – промежуток времени,
dT/dx – градиент температур.
Если определение коэф теплопроводности проводится при температуре, отличной от пластовой, то результаты уточняются по формуле:
λ0 и Т0 – коэф.теплопроводности при температуре Т0,
Т – пластовая температура,
К – поправочный коэффициент.
3.Коэф. Температуропроводности – мера скорости, с которой пористая среда передает изменение температуры с одной точки в другую:
ρ – плотность.
4.Коэф-ты линейного и объемного расширения. При нагреве ГП расширяются. Способность к расширению при нагреве характеризуется данными коэф-тами:
V,L – объем и длина образца ГП,
dV, dL – их изменение, при изменении температуры на dT.
В осадочных ГП теплопроводность обусловлена тепловыми колебаниями атомов кристаллической решетки, кот. связаны м/у собой упругими силами. Тепловые колебания распространяются по всем направлениям в виде упругих волн. В жидкостях и газах основным механизмом теплопередачи является конвенция. Тепловые свойства ГП определяются экспериментальным либо расчетным путем. Исследования термических свойств ГП позволили получить выводы:
1. чем больше пористость и начальная t, тем больше их теплоемкость.
2. теплоемкость ГП возрастает с уменьшением их плотности.
3. теплопроводность ГП, заполненных нефтью и водой значительно повышается за счет конвективного переноса тепла с жидкой средой.
4. температуропроводность ГП повышается с уменьшением пористости и с увеличением влажности. В нефтенасыщенных породах она ниже, чем в водонасыщенных, т.к. теплопроводности нефти меньше, чем воды.
5. давление несущественно влияет на теплофизические свойства ГП: при увелич. давления на 100 МПа теплопроводность изменяется на 0,1 %
6. коэф-нт линейного расширения породы уменьшается с ростом ее плотности. Крупнозернистые ГП при прочих равных условиях расширяется при нагреве дольше, чем мелкозернистые.
Термические свойства ГП учитываются при проектировании и использовании тепловых методов воздействия на пласт, на призабойную зону скважин с целью увеличения коэф-ов нефтеизвлечения.