Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [ 20 ] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

Как уже упоминалось, горная порода в пласте находится в сложных условиях напряженного состояния. При этом вертикальные и горизонтальные напряжения в основном не равны между собой. Так как в большинстве случаев истинный характер распределения напряжений в различных направлениях остается неизвестным, напряжения в породе в глубоко залегающих горизонтах оценивают некоторой средней величиной, полагая, что на большой глубине они не зависят от направления. На этом основании средние напряжения в скелете породы оценивают по законам гидростатики.

Представим себе элемент породы (рис. II.4), заключенный в непроницаемую эластичную оболочку и испытывающий горное давление о, а в порах пласта, насыщенного жидкостью,- давление р.

До начала эксплуатации залежи пластовое давление жидкости способствует уменьшению нагрузки, передающейся на скелет породы от массы вышележащих отложений (если кровля пласта непроницаема). Тогда давление на скелет породы (эффективное давление)

о,о-р. (11.10)

При извлечении нефтн на поверхность пластовое давление р падает и давление на скелет пород увеличивается.

Установлено, что с падением пластового давления объем порового пространства пласта уменьшается вследствие упругого расширения зерен породы и возрастания сжимающих усилий, передающихся на скелет от массы вышележащих пород. При этом зерна породы испытывают дополнительную деформацию и пористость среды уменьшается также вследствие перераспределения зерен и более плотной упаковки их и изменения структуры пористой среды.

На объем пор влияют цементирующие вещества породы, обладающие иногда большей упругостью, чем зерна скелета, и участвующие в процессе переукладки зерен породы.

Считается, что основные изменения объема пор с уменьшением пластового давления происходят вследствие возрастания сжимающих усилий, передающихся на пласт от массы вышележащих пород.

Некоторые из упомянутых процессов, вызывающие изменение объема пор, являются обратимыми, как например, упругое расширение зерен цемента и деформации пх в сторону пустот, не занятых твердым веществом, под действием массы вышележащих пород. Другие же процессы, например, перегруппировка зерен, скольжение их по поверхностям соприкосновения и разрушение и дробление эерен, - процессы необратимые. В результате с возрастанием

пластового давления должны появиться значительные остаточные деформации и пористость пород не восстанавливается. Последние деформации пород, по-видимому, характерны для глубоко залегающих пластов.

Объем V внешнего скелета пористой среды складывается из объемов твердой фазы и порового пространства V„ и поэтому с изменением в породах среднего нормального напряжения а и пластового давления р происходят упругие изменения Всех трех упомянутых величин. Тогда объемная деформация пород при всестороннем сжатии описывается тремя коэффициентами сжимаемости, которые целесообразно определять по следующим соотношениям:

(П.И) (11.12) (11.13)

где Р, Рп и - коэффициенты сжимаемости породы, пор и твердой фазы.

Индексы при скобках указывают на условия определения частных производных: при постоянном р или постоянной разности напряжений (а ~ р).

Очевидно, что коэффициенты сжимае.мости имеют размерность

т=- или [pi-mvh.

Объемная деформация коллекторов в реальных условиях при всестороннем сжатии зависит одновременно от разности (о - р) и от давления в порах р. Эффективное напряжение (а - р) определяет деформацию внешнего скелета породы, а изменение давления р в пласте - деформацию твердой фазы. Тогда, с учетом формул (11.11), (П.12) и (11.13) относительные суммарные упругие деформации скелета, пор и твердой фазы будут определяться соотношениями

= pd(o-p) + p,dp;

=-nd(a-p) + f,,dp;

где m - открытая пористость коллектора.

Между р, Рпи Рт - существует следующая связь

(11.14) (П.15) (П.16)

(11.17)

Как показано В. Н. Щелкачевым [51], особое значение в процессах, протекающих в пластах при эксплуатации нефтяных и газовых и водоносных горизонтов, имеет коэффициент объемной упругости пласта р:

V dp

(11.18)

Из (11.15) и (11.17) найдем

Рс = «Рп(1--)-«Рт.

(11.19)

Коэффициент Рс иногда определяют, изменяя давление жидкости в порах при о = const. В этом случае формула (11.19) принимает вид

(Рс). = «(рп-Рт)

Рс = (Рс),-«Рп-

(11.20)

По формулам (П.18)-(11.20) можно определить коэффициент объелгаой упругости пород Р, если известен из лабораторных данных коэффициент сжимаелшсти пор р„. В табл. П.З приведены значения коэффициента сжимаемости пор некоторых осадочных пород при различных величинах эффективного давления. Кроме того, указаны глубины залегания пород, соответствующие эффективным давлениям на скелет породы.

Таблица П.З

Коэффициенты сжимаемости пор некоторых осадочных пород [14]

Коэффициент сжимаемости пор породы ?„-iO ы/Н

При практических оценках некоторых пород значениями коэффициента сжимаемости можно пренебречь в связи с малостью величины Р. Например, коэффициент сжимаемости кварца или кальцита мало изменяется от давления в интервале до 200 МПа и равен