3.1. Изменения упругоемкости пласта, взаимовлияние механических напряжений и физико-химических наноявлений на контакте жидкости с породой при вытеснении нефти

Большое влияние на продуктивность добывающих скважин ока­зывают свойства коллектора в призабойной зоне при деформацион­ных процессах пород за счет упругих свойств коллектора.

Учитывая большую роль глинистых минералов в призабойных зонах скважин, пористость m и упругоемкость пористой среды не­обходимо рассматривать как функцию от коэффициентов объемной К_гл и активной К_гл^а глинистости, минерализации фильтрующейся воды С :

m = m (Р_пл , _эфф, К_гл , К_гл^а, С, Т); (2)

= (Р_пл, _эфф, К_гл , К_гл^а, С, Т); (3)

где Р_пл - пластовое давление, _эфф - эффективное напряжение, Т - температура.

На рис. 3 показаны изменения дебитов и коэффициентов про­дуктивности по жидкости и нефти при изменении пластовых давле­ний и депрессий в скв. 9030.

Рис. 3. Изменения пластового давления Рпл, депрессии ∆Р и плотности закачиваемой воды d (a), коэффициентов продуктивности по жидкости и нефти

Видно, что снижение пластового давления после всплеска в 1980 г. (рис.3. а) ведет к снижению дебитов и коэффициентов про­дуктивности. При этом наблюдается гистерезис продук­тивности, т.е. их значения не восстанавливаются после увеличения пластовых давлений и депрессий (в 1987 г. и 1990 г.), хотя некоторый рост коэффициентов продуктивности заметен.

Изменение минерализации закачиваемой воды существенно влияет на продуктивность скважин горизонта Д1 Ромашкинского ме­сторождения. Начальная пластовая минерализация воды на этом объ­екте - 220-280 г/л (плотность 1,19 т/м³). В нагнетательные скважины закачивалась вода практически постоянной минерализации 50-70 г/л (плотность 1,05 т/м). Следовательно, в призабойной зоне скв. 9030 вода плотностью 1,05 т/м³ приведет к изменению состояния глинистых минералов, как из глинистого цемента, так и попавших из бурового раствора.

Вместе с тем, после 1980 г. попутная вода в скв. 9030 была прак­тически такой же, как закачиваемая (рис.3.а). Следовательно, изме­нения продуктивности после 1980 г. не могут быть связаны с измене­нием минерализации попутной воды, а являются следствием измене­ния упруго-пластичных свойств коллектора.

Примем значения и одинаковыми и равными 0,001 МПа^-1, = 0,00045 МПа^-1 (что соответствует сжимаемости на глубинах 1500-2000 м сцементированных песчаников с глинистым цементом), а m = 0,123.

После пуска скв. 9030 уменьшение минерализации воды от 240 до 60 г/л приведет к уменьшению пористости m на 5% и значение * (при постоянном ) уменьшится на 4%.

Для рассмотрения влияния глинистых минералов на учтем, что пористая среда состоит из песчаного скелета и цементирующих его глинистых минералов. Тогда при сохранении структуры пористой среды (малом изменении минерализации или малых депрессиях):

=(1-К_гл^об) +К_гл^об ₍₄₎

где и - коэффициенты сжимаемости песчаного скелета и глини­стых минералов.

При значимых изменениях минерализации или депрессии, при­водящих к изменению структуры пористой среды, изменение будет зависеть от конкретных условий и требуются специальные экспе­риментальные исследования для определения зависимости (Р_пл, _эфф, К_гл К_гл^а, С, Т). Для расчетов деформации пород в призабойных зонах к известным уравнениям деформации грунтов требуется добавить уравнение пере­носа солей.

В промысловых условиях проявлением этих эффектов является характерное искривление индикаторных диаграмм к оси депрессии, сопровождающееся к тому же необратимым снижением коэффициен­та продуктивности скважины. Для оценки характера и уровня дефор­мационных изменений проницаемости применяются специальные механические испытания образцов керна пород-коллекторов. Опыты проводились как на сплошных, так и на трещиноватых образцах, в том числе содержащих естественные макроскопические трещины.

Эксперименты на кернах терригенных коллекторов показывают, что создание больших депрессий на пласт вызывает деформацию ске­лета породы, ведущую к снижению проницаемости. При возвраще­нии пород пласта в исходное состояние, их проницаемость обычно восстанавливается не полностью. Для пластов, представленных глиносодержащими породами, снижение проницаемости наиболее суще­ственно (в разы и даже в десятки раз), и имеет практически необра­тимый характер, что обусловлено пластическими деформациями грунтового скелета (рис. 3).

Взаимовлияние механических напряжений и протекающих фи­зико-химических явлений на контакте жидкости с породой (набуха­ние глин, отрыв глинистых частиц, выпадение осадков, растворение и т.п.) при вытеснении нефти, оказывает значимое влияние на измене­ние фильтрационных свойств пласта и формирование его остаточного нефтенасыщения. Для исследования этих процессов на установке всестороннего сжатия, разработанной в ИПМех РАН, было ис­пытано около двухсот образцов из кернового материала, отобранного с различных месторождений.

Результаты испытаний показали, что снижение пластового дав­ления для большинства исследованных пород приводит к существен­ному снижению проницаемости. При этом отмечено, что наблюдаю­щиеся в опытах изменения проницаемости напрямую связаны со структурными особенностями грунтового скелета.

Экспериментальные исследования выполнялись на образцах из кернов терригенных коллекторов Ромашкинского месторождения (песчаник, алевролит).

В лабораторных испытаниях осуществлялось моделирование процесса вытеснения:

а) при разгруженном грунтовом скелете образца;

б) в условиях сжатия грунтового скелета, модели­рующих пластовые;

в) при циклически меняющемся уровне сжатия грунтового скелета.

При моделировании пластовых условий обнаружено, что про­ницаемость пород изменяется в разы по сравнению со случаем, когда напряжения на грунтовый скелет породы близки к атмосферному давлению. Моделирование показало, что в испытаниях, длившихся сутки, при прокачке дистиллированной воды через образцы песчани­ка при пластовых условиях наблюдалось более чем 2-х кратное сни­жение проницаемости по сравнению со случаем, когда скелет поро­ды был разгружен от эффективных напряжений.

Были проведены эксперименты при циклических нагружениях. Обнаружено значительное (в несколько раз) снижение проницаемо­сти породы с ростом напряжений на грунтовый скелет для всех цик­лов. Кроме того, наблюдается тенденция снижения проницаемости с ростом числа циклов (рис. 3).

Исследования показали, что изменения проницаемости и порис­тости нефтяного коллектора зависят от:

1) его начальной проницае­мости, распределения и количества глинистого материала (изменения в пласте и призабойной зоне будут различны), типа коллектора (терригенный, карбонатный);

2) динамики нагружения;

3) величины пла­стового давления;

4) минерализации воды;

5) неоднородности кол­лектора;

6) структуры порового пространства.

Были исследованы изменения проницаемости призабойной зоны пласта в процессе его вскрытия. Эти испытания показали, что паде­ние проницаемости пород в этом случае в несколько раз выше, чем в условиях всестороннего сжатия. Для глиносодержащих терригенных пород снижение проницаемости в призабойной зоне пласта при вскрытии пластов может быть в 2-3 раза большим и носит необрати­мый характер. В приствольных зонах резкое необратимое снижение проницаемости составляет от нескольких десятков до сотен процен­тов. В удаленной от скважины части пласта уровень механогенного снижения проницаемости намного ниже - от нескольких процентов до первых десятков. Для карбонатных пород, наоборот, наблюдается рост проницаемости в призабойной зоне пласта.

Нефтеотдача в очень большой степени зависит от абсолютных значений проницаемости. Поэтому технологии, регулирующие нано­явления в коллекторе с учетом влияния его напряженного состояния, будут приводить к повышению нефтеотдачи.