1.4 Физико-механические и тепловые свойства горных пород

Для решения ряда технологических задач газонефтепромысловой практики (проектирование гидроразрывов пласта, торпедирования, учета распределения давления в коллекторе) необходимо знать физико-механические свойства горных пород – упругость, пластичность, прочность на сжатие и разрыв. Горные породы выдерживают высокие нагрузки при всестороннем сжатии. Если сжимающая нагрузка, составляющая 10-15 % от разрушающей (т.е. не превышающей предела упругости), действует длительно, в породах могут возникать явления крипа (ползучесть) с образованием остаточных деформаций.

Явления крипа и пластической деформации способствуют частичной разгрузке продуктивных пластов призабойной зоны от воздействия горного давления вследствие «течения» части пород в скважину при ее строительстве под влиянием высоких нагрузок в вертикальном направлении. Со снижением пластового давления эффективное напряжение возрастает, и как следствие уменьшается объем пор. Вначале происходят упругие деформации, а при значительном снижении пластового давления в глубокозалегающих пластах возможны остаточные деформации пород, которые не восстанавливаются в полной мере даже в процессе заводнения залежи и при увеличении пластового давления до первоначального.

Большая часть нефтяных месторождений разрабатывается с заводнением и значительного снижения пластового давления не происходит.

Теплопроводность горных пород по сравнению с металлами очень низка, и поэтому для нагрева на 50-60 ⁰С пород призабойной зоны на глубину 2-3 м нагревательные приборы на забое выдерживают в течение десятков часов. Теплопроводность возрастает при сочетании тепловой обработки пласта, с ультразвуковым воздействием на него за счет переноса тепла через жидкую среду, заполняющую поры.

1.5 Физико-химические свойства природных газов

Природные газы газовых, газоконденсатных и нефтегазовых месторождений состоят в основном из углеводородов гомологического ряда метана и неуглеводородных компонентов: азота, углекислого газа, сероводорода, редких газов: гелия, аргона, крептона, паров ртути.

Основу природных газов составляет метан, в меньших объемах тяжелые углеводороды – этан, пропан, бутан, пентан, и др.

1.5.1. Уравнение состояния газов

Уравнение состояния связывает давление, температуру и объем газа, представленного в виде физически однородной системы при условиях термодинамического равновесия. Для идеальных газов согласно уравнению Клапейрона-Менделеева:

pV= GRT,

где p – давление, Па, V – объем газа, м³, G – масса газа, кг, R – газовая постоянная, Дж/(кгК), Т – абсолютная температура (К0).

1.6. Свойства пластовой нефти и воды

Влияние пластовой температуры, давления и количества растворенного газа свойства нефти в пластовых условиях могут значительно отличаться от свойств на поверхности.

Растворимость газов в нефти подчиняется закону Генри:

V=a*p, где V – объем растворенного газа в единице объема жидкости м³/м³, а – коэффициент растворимости газа при данной температуре, размерность а=м³/(м³*Па), р – давление, Па.

При высоких давлениях (более 10 МПа) в 1 м³ нефти может содержаться несколько сот кубометров газа.

Давление насыщения нефти газом – это то давление, при котором растворенный газ начинает выделяться из нефти. Зависит от температуры системы, количества растворенного газа, скорости снижения давления. В лабораторных условиях определяют при пластовой температуре путем снижения давления в пробе нефти за счет ее расширения в бомбе РVT.

Объемный коэффициент нефти и воды (b) – отношение объема жидкости с растворенным в ней газом в пластовых условиях к объему этой же жидкости после дегазации (в стандартных условиях).

Вязкость нефти и воды зависит от состава углеводородов нефти, температуры и количества растворенного газа.