Механика горных пород при разработке месторождений углеводородного с.-1

Результаты испытаний изменения пористости образцов УНГКМ при длительном действии эффективного давления 45 МПа

наблюдается на практике. Это еще раз подтверждает основопола­ гающую роль трещинной составляющей проницаемости в сниже­ нии дебита скважин АГКМ.

Аналогичные исследования были выполнены для образцов ачимовских отложений УНГКМ. Выдержка 4 образцов для по­ ристости и 2 образцов для проницаемости производилась под нагрузкой 45 МПа (что соответствует падению давления на 1213 МПа) в течение 192 ч. Обобщение результатов испытаний изменения представлено в табл. 6.1.3, 6.1.4.

Полученные значения предельного снижения пористости и проницаемости относительно начала действия эффективного давления 45 МПа также сравнительно невелики, и выявленное снижение ФЕС также не должно приводить к масштабному па­ дению продуктивности скважин с течением времени. Как и в случае с АГКМ, подтверждается основополагающая роль тре­ щинной составляющей проницаемости в снижении дебита сква­ жин ачимовских отложений УНГКМ. В то же время столь сла­ бое снижение ФЕС в результате длительного действия высоких эффективных напряжений свидетельствует о исходном переуп­ лотнении данных продуктивных объектов в природных условиях.

Таблица 6.1.4

Результаты испытания изменения проницаемости образцов УНГКМ при длительном действии эффективного давления 45 МПа

Совершенно иные результаты были получены при проведении аналогичных опытов на образцах терригенного бобриковского объекта Шершневского нефтяного месторождения, расположен­ ного на севере Пермского края.

6.1.3. ИЗМЕНЕНИЕ ФЕС ТЕРРИГЕННЫХ КОЛЛЕКТОРОВ ШЕРШНЕВСКОГО НЕФТЯНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПРИ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОМ ДЕЙСТВИИ ПОВЫШЕННОГО ЭФФЕКТИВНОГО ДАВЛЕНИЯ

Компрессионные испытания образцов терригенных отложений Шершневского нефтяного месторождения ООО «Лукойл-Пермь» выполнялись при их нагружении до эффективного давления 30, 33 и 37 МПа. В ходе этих опытов были получены графики зави­ симости пористости и проницаемости от эффективного давления и времени нагружения. Принятые значения эффективных давле­ ний 30, 33 и 37 МПа соответствуют напряженному состоянию коллектора при падении исходного пластового давления на 3-4, 6-7 и 10-11 МПа.

Программа испытаний при нагружении до эффективного давления Рэф = 33 МПа имеет следующий вид:

1.Измерения пористости, проницаемости, модуля упругости, коэффициента Пуассона в условиях, близких к атмосферным.

2.Нагружение образца до эффективного давления 33 МПа в течение 6-8 ч. Измерения пористости, проницаемости, модуля упругости, коэффициента Пуассона при давлениях 10, 15, 20, 25, 30, 33 МПа.

3.Выдержка образца под нагрузкой 33 МПа в течение 120 ч. Каждые 12 ч измерения пористости, проницаемости, модуля уп­ ругости, коэффициента Пуассона.

4.Разгрузка образца до эффективного давления 25 МПа в те­ чение 3-4 ч и далее выдержка под этим давлением 2 ч.

Измерение пористости, проницаемости, модуля упругости, ко­ эффициента Пуассона.

5.Разгрузка образца до эффективного давления 20 МПа в те­ чение 3-4 ч и далее выдержка под этим давлением 2 ч.

Измерение пористости, проницаемости, модуля упругости, ко­ эффициента Пуассона.

6.Разгрузка образца до эффективного давления 15 МПа в те­

чение 3-4 ч и далее выдержка под этим давлением 2 ч. Измерение пористости, проницаемости, модуля упругости, ко­

эффициента Пуассона.

7. Разгрузка образца до эффективного давления 10 МПа в те­ чение 3-4 ч и далее выдержка под этим давлением 2 ч.

Измерение пористости, проницаемости, модуля ynpyr0c fH> коэффициента Пуассона.

Таким образом, общая длительность эксперимента составляла 132-136 ч на один образец. Среднее время нагружения образца до повышенного эффективного давления составляет 6-8 ч, а среднее время разгрузки до исходного состояния составляет бо­ лее 20 ч, т.е. существенно выше, чем время нагружения. Это сде­ лано для того, чтобы образец породы имел возможность получе­ ния деформаций разгрузки.

Испытания для эффективных давлений 30 МПа и 37 МПа выполнялись по аналогичной программе.

Испытания проводились в ОАО «ТюменьНИИгипрогаз» и в институте «ПермНИПИнефть» на установке УИК-1. Всего было испытано 3 образца на пористость и проницаемость при эффек­ тивном давлении 30 МПа, по 4 образца на пористость и прони­ цаемость при эффективном давлении 33 МПа, а также по 4 об­ разца на пористость и проницаемость при эффективном давле­ нии 37 МПа. При этом все 11 образцов представляли собой пес­ чаник коричневый, алевролитистый, нефтенасыщенный, средне- и мелкозернистый.

Основная цель экспериментов состояла в получении пласти­ ческих (необратимых) величин деформаций образцов, характер­ ных для длительного действия эффективных напряжений. В данных опытах эффективное давление 30, 33 и 37 МПа действо­ вало на образцы в среднем в течение 120 ч, что недостаточно для полного затухания деформаций ползучести. Однако дальнейшее увеличение продолжительности эксперимента оказалось затруд­ нительным по финансовым и организационным причинам. По­ этому конечные величины деформаций, соответствующие полно­ му затуханию процесса ползучести, определялись методом ин­ версии, как описано в разделе 6.1.2.

Характерные графики деформирования одного из образцов показаны на рис. 6.1.9 и 6.1.10. На рис. 6.1.11 представлена экст­ раполяция предельного снижения пористости и проницаемости при длительном действии нагрузки, выполненная методом ин­ версии. Образец № 15 скважины 70 при атмосферном давлении имел пористость 14,9 % и проницаемость 44,6 мД. После увели­ чения эффективного давления до 37 МПа пористость образца составила 13,37 %, а проницаемость - 34,48 мД, т.е. соответст­ венно 0,89 и 0,77 от исходных значений. После выдержки образ­ ца под давлением 37 МПа в течение 115 ч пористость и прони­ цаемость образца снизилась до 13,25 % и 27,69 мД, т.е. до 0,991 и 0,803 от начального значения при давлении 37 МПа. Как видно на рис. 6.1.9 и 6.1.10, времени нагружения 115 ч недостаточно,

Рис. 6.1.9. Зависимость пористости образца № 15 скважины 70 Шершневского месторождения от эффективного давления (а) и времени нагружения (б)

чтобы определить конечные величины деформаций при полном затухании ползучести. В то же время экспериментальные данные в инверсионных координатах (1/время), (\/АКп)/(\/А К пр) хоро­ шо аппроксимируются прямыми линиями (см. рис. 6.1.11). Экст-

Рис. 6.1.11. Экстраполяция предельного снижения пористости (а) и проницае­ мости (б) образца № 15 скважины 70 Шершневского месторождения при дли­ тельном действии повышенного эффективного давления

цаемости при бесконечном времени нагружения: Д/Сп.пред = 0,277 %; А^пр.пред = 10,1 мД. Таким образом конечное значение пористости при полном затухании ползучести составит 13,09 % (0,979 от на­ чального значения при давлении 37 МПа), а проницаемости - 24,38 мД (0,71 от начального значения при давлении 37 МПа). Обобщение результатов испытаний изменения пористости и проницаемости представлено в табл. 6.1.5, 6.1.6.

Таблица 6.1 .5

Результаты испытаний изменения пористости образцов Шершневского месторождения

при длительном действии повышенного эффективного давления

Таблица 6.1.6

Результаты испытаний изменения проницаемости образцов Шершневского месторождения при длительном действии повышенного эффективного давления

В целом полученные графики деформирования образцов по­ казывают достаточно равномерное снижение пористости при рос­ те эффективного давления, при этом сами величины относи­ тельного снижения пористости при действии постоянной нагруз­ ки, превышающей природную на 6-7 и даже 10 МПа, сравни­ тельно невелики. Среднее снижение пористости составляет 0,975 от начального значения; при этом зависимости изменения порис­ тости от ее исходного значения не выявлено. Столь незначитель­ ное снижение пористости в результате действия эффективного давления, превышающего природное на 7 МПа, можно объяснить фактом переуплотнения продуктивных объектов в результате действия высоких тектонических напряжений, обнаруженных по результатам ГРП на месторождениях Соликамской депрессии.

В отличие от пористости, общее относительное снижение проницаемости происходит довольно неравномерно, что можно объяснить контактными условиями и микронесимметричностью образцов, что вызывает в процессе нагружения появление каса­ тельных напряжений и дилатансионных микротрещин. Также в отличие от пористости, абсолютное и относительное снижение проницаемости выражено весьма заметными величинами и при этом зависит от абсолютного значения исходной проницаемос­ ти - высокопроницаемые образцы более подвержены снижению проницаемости. Снижение проницаемости в пластовых условиях относительно атмосферного составляет в среднем около 25 %.

Изменение проницаемости образцов под действием постоян­ ного эффективного напряжения также происходит достаточно неравномерно, при этом чем выше исходная проницаемость, тем быстрее и плавнее происходит стабилизация изменения прони­ цаемости. Также графики деформирования показывают, что пе­ риода выдержки под давлением 115 ч недостаточно для выявле­ ния участка стабилизации и затухания процесса ползучести.

Обработка экспериментальных данных позволила найти кор­ реляционные зависимости относительного снижения проницае­ мости от абсолютного значения исходной проницаемости при длительном действии постоянного эффективного давления. Эти зависимости при действии эффективного давления 30, 33 и 37 МПа в течение 115 ч имеют следующий вид:

Кир/К ар0 = 1-0,68 Кпр/(К ар + 291);

Кп?/К п?0= 1-0,79 Кпр/(К ир +111);

*пР/К про= 1-0,43 Ки?/(К В? + 78),

где Ка?выражен в мД.

Для величин предельного снижения проницаемости при дей­ ствии эффективного давления 30, 33 и 37 МПа (определенных методом инверсии) были получены аналогичные зависимости:

Ки?/ к про.Пред= 1- 0,74 Кир/(К п? + 280);

Для примера на рис. 6.1.12 представлены экспериментальные данные и корреляционные зависимости снижения проницаемости при действии эффективного давления 33 МПа. На данном ри­ сунке видно, что у высокопроницаемых образцов при длительном действии повышенного эффективного давления проницаемость снижается достаточно сильно. Так, при исходной проницаемости в атмосферных условиях 300 мД ее значение составит 245 мД при эффективном давлении 33 МПа, т.е. 0,82 ед. относительно атмосферного. После выдержки под давлением 33 МПа в течение 115 ч проницаемость составит 0,42 ед. (102 мД) от исходного значения при давлении 33 МПа; конечное снижение проницае­ мости при длительной выдержке под давлением составит 0,32 от исходного. Таким образом конечная проницаемость будет почти в четыре раза (3,75) ниже исходной проницаемости в атмосфер-

Время, сут

Рис. 6.1.13. Зависимость снижения проницаемости образцов керна Шершневского месторождения от времени действия эффективного давления 33 МПа:

1 ~ скв. 79, обр. 19; 2 - скв. 66, обр. 32; 3 ~ скв. 66, обр. 38; 4 - скв. 64, обр. 71;

5 - аппроксимация

мирования образцов на первые 115 ч нагружения. В качестве примера на рис. 6.1.13 представлены экспериментальные данные и аппроксимация снижения проницаемости во времени образцов при действии эффективного давления 33 МПа. Параметры ап­ проксимирующих кривых определены таким образом, чтобы пре­ дельное снижение проницаемости соответствовало корреляцион­ ной зависимости (6.1.2), а снижение проницаемости на 115 ч со­ ответствовало зависимости (6.1.1). Например, при исходной про­ ницаемости образца 300 мД снижение проницаемости на 115 ч нагружения должно составлять 0,423, а предельное снижение проницаемости составляет 0,321. Соответствующие этим показа­ телям параметры аппроксимации равны: Лпр = 0,68; Гпр = 20 ча­ сов.