Расположения скважин

Образование застойных зон рассмотрим на примере вытеснения нефти водой из пласта с пятиточечной системой расположения скважин (рис.11.7). Пусть через нагнетательную скважину 1 закачивается вода, а через эксплуатационные скважины 2 отбирается нефть. Как следует из характеристики двумерного течения, в зонах 3 скорость течения будет мала по сравнению со скоростями течения в областях, прилегающих к прямым, соединя­ющим нагнетательную и эксплуатационные скважины. Поэтому эти зоны и окажутся застойными.

Тема 12. Деформация горных пород

12.1. Напряженное состояние горных пород

Горные породы, залегающие в земной коре, подвергались в течение геологического времени и подвергаются в настоящее время действию силы тяжести, внутриземных сил, притяжения Солнца, Луны и планет, физико-химическим превращениям. Под действием этих факторов в горных породах создалось напряженное состояние, которое будем называть естественным напряженным состоянием.

При искусственном воздействии на горные породы путем выработок в них проявляется эффект естественного напряженного состояния пород или горного давления.

Рассматривая естественное напряженное состояние пород, следует различать вертикальную компоненту горного давления σ_z и горизонтальную σ_х.у Вертикальную компоненту горного давления называют также полным горным давлением и обозначают q_г, а горизонтальную компоненту – боковым горным давлением.

К прямым методам определения горного давления можно отнести измерение горного давления в горных выработках (скважинах, шахтах, штреках и т. д.). Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что для определения вертикальной компоненты горного давления в не насыщенных жидкостью или газом горных породах можно использовать формулу

σ_z = ρ_пgH,

где: ρ_п – осредненная плотность горных пород в интервале от z = 0 до z = Н (z — вертикальная координата, причем z = 0 на дневной поверхности); g — ускорение свободного падения.

Считается, что горизонтальную компоненту естественного напряженного состояния пород для не насыщенных жидкостью или газом пород можно определить по формуле:

g_x,у = а σ_z

Считается, что наиболее вероятные значения коэффициента а для хрупких горных пород в пределах 0,3-0,7, для текучих горных пород он близок к единице. Объясняется это тем, что релаксация напряжений в твердых, хрупких горных породах либо не происходит вовсе, либо происходит чрезвычайно медленно, так что даже за геологические периоды в десятки и сотни миллионов лет, разность между вертикальным и боковым горным давлением сохраняется. Если горные породы упругие и в пластах отсутствовали значительные тектонические движения, особенно в горизонтальном направлении, то а = v/(1-v) (v - коэффициент Пуассона). У текучих пород время релаксации достаточно мало по сравнению с периодами существования геологических структур, и вследствие текучести пород, разность между боковым и вертикальным горным давлением могла практически исчезнуть. В вязкой жидкости, например, согласно закону Паскаля давление, действующее на элементарный объем жидкости в вертикальном направлении, равно давлению жидкости, действующему на этот объем в горизонтальном направлении.

При проведении горных выработок напряженное состояние вблизи выработок, существенным образом изменяется (рис. 12.1).

Рис.12.1. Давления в горных породах вокруг вертикальной выработки

Рассмотрим упругую деформацию горных пород вблизи выработок круговой формы в плане, когда действие нагрузки на выработку не является осесимметричным. Рассмотрим пример плоского двумерного напряженного состояния.

Пусть скважина радиусом г, пробурена в массиве, где действует лишь одностороннее сжимающее напряжение направленное вдоль оси О_х. Вблизи скважины образуется пластическая область, где вертикальное напряжение оказывается ниже вертикального горного давления. Эта область разгрузки горного давления распространяется от скважины до определенного радиуса.

Размер области разгрузки горного давления сильно зависит от разности плотности породы и жидкости и глубины залегания пласта. [(р_п-р_в) gН]

Так, при одинаковых параметрах и радиусе выработки 1 м на глубине Н = 2000 м радиус области разгрузки горного давления равен 90 м, а при глубине 1000 м и тех же параметрах он равен лишь 7,4 м.

Разгрузка горного давления оказывает большое влияние не только на процесс проходки скважины, так как из-за пластической деформации из разбуриваемых горизонтов «выдавливается» большое количество малопрочных пород, но и на последующую разработку пластов, расположенных около пластически деформирующегося пласта. Таким образом, разгрузка горного давления изменяет напряженное состояние вблизи скважины и облегчает образование трещин в пластах при повышении давления жидкости в скважине.