2.2 Поровое давление
Поровое давление представляет собой давление, оказываемое флюидами, содержащимися в породах внутри пор и трещин. В равной степени используются термины пластовое давление, давление пластового флюида и давление в залежи.
2.2.1 Связь между поровым давлением и геостатическим давлением. Понятие “эффективное напряжение”
Для пористой породы геостатическое давление и поровое давление связаны следующей формулой :
ргеостат = v + рпор
ргеостат - геостатическое давление, выраженное в барах,
v - вертикальное эффективное напряжение, ведущее к деформации породы и выраженное в барах,
рпор - поровое давление, выраженное в барах.
В случае непористой породы мы получим рпор = 0 и ргеостат = v. Геостатическое давление полностью создается матрицей породы.
В нормальных условиях поровое давление не зависит от геостатического давления.
2.2.2 Нормальное поровое давление
Поровое давление называется нормальным, когда его единственной причиной является гидростатическое давление вод, насыщающих породы и сообщающихся через поры с атмосферой независимо от морфологии пор и перемещений флюида. Режим нормального давления предполагает существование системы, гидравлически открытой для атмосферы.
Такое нормальное поровое давление учитывает среднюю плотность подземных вод.
Эта плотность, зависящая от солености вод, обычно составляет 1,00-1,08. Для поверхностных вод она находится в пределах 1,00-1,04. В более глубоких пластах она может составить 1,15 и еще больше в случае пород, находящихся в контакте с соляными куполами.
Согласно определению пласта при нормальном давлении, можно сделать вывод о том, что бурение пород с нормальным давлением может осуществляться без проблем с использованием бурового раствора плотностью 1,00-1,20, в зависимости от плотности пластовых вод.
Однако, в некоторых случаях понадобится использовать буровой раствор плотностью ниже 1,00 или выше 1,20.
Случай расположения буровой выше отметки обнажения поверхности или контура питания проницаемого пористого пласта. Равновесная плотность для пересечения пласта будет меньше 1,00 (рис. 2.3).
Рис. 2.3 Расположение буровой выше отметки зоны обнажения
Случай расположения буровой ниже отметки зоны обнажения. Плотность бурового раствора должна быть выше 1,00 для прохождения пласта. Это случай артезианских скважин (рис. 2.4).
Рис. 2.4 Расположение буровой ниже отметки зоны обнажения
Отметка расположения буровой, отличающаяся от уровня контура питания пласта, создает такую “кажущуюся аномалию давления”, что требует повысить или снизить плотность бурового флюида. Эти аномалии вызываются топографией.
2.2.3 Аномальные поровые давления
Любое поровое давление, не соответствующее определению параграфа 2.2.2, называется аномальным.
Существование аномальных давлений требует одновременного присутствия :
непроницаемой перегородки, образующей “стенку сосуда, работающего под давлением” и не допускающего сообщения флюидов с атмосферой,
и явления, создающего давление.
Наличие непроницаемой перегородки связано с геологическими процессами (осадконакопление, диагенез и тектоника).
Вызывающие давление явления многочисленны и разнообразны. Они действуют зачастую одновременно и связаны с физико-химическими процессами. Основные из них :
присутствие углеводородов (эффект плотности),
эффект геостатического давления в процессе оседания (недоуплотненные породы),
минералогические превращения глин,
термическая экспансия вод,
осмос,
отложение эвапоритов,
превращение органического вещества,
тектоника,
циркуляция флюидов (гидродинамизм).
В существовании избыточных давлений важную роль играет время. Непроницаемые перегородки никогда не бывают герметичными и постоянными в масштабе геологических периодов. С течением времени давления имеют тенденцию к выравниванию с обеих сторон перегородки. Это объясняет, почему эффективное давление чаще встречается в недавно сформировавшихся породах по сравнению с древними.