книги из ГПНТБ / Боревский Б.В. Методика определения параметров водоносных горизонтов по данным откачек

При этом наиболее существенные отличия проявляются при не­ установившейся фильтрации, причем они связаны с двойственной природой пустотности трещиноватых пород.

Механизм фильтрации жидкости при возмущении в породах с двойной пористостью может быть представлен следующим образом.

При резком изменении напора в пласте, поскольку проницаемость трещин К 1 относительно высока, а пористость п мала, несмотря на высокое значение коэффициента сжимаемости трещин р\, коэффи­ циент пьезопроводности а1 оказывается весьма большим. За короткое время в системе трещин происходит перераспределение напора. В силу малой проницаемости блоков фильтрация жидкости в них происходит медленно, и напор может более или менее долго оста­ ваться первоначальным. В результате между напором жидкости, заполняющей пористый блок, и напором в трещинах возникает ска­ чок. Исчезновение скачка, а следовательно, и перераспределение напоров будет осуществляться постепенно в результате перетока части жидкости из блоков в трещины. Очевидно, этот процесс будет тем длительнее, чем меньше проницаемость блока, больше его раз­ меры и пористость, а также сжимаемость жидкости и порового

В настоящее время наметились два основных направления в рас­ смотрении процессов фильтрации жидкости в трещиноватых породах.

1. Трещиноватая порода рассматривается как сплошная среда, обладающая непрерывными свойствами. При этом подразумевается, что порода разбита достаточно большим числом трещин и расстояния между трещинами несоизмеримо меньше линейных размеров областей фильтрации, в которых происходят рассматриваемые процессы. Такой подход позволяет пренебречь размерами, конфигурацией и расположением отдельных трещин в пространстве (Г. И. Баренблатт, Ю. П. Желтов и др.).

2. Трещиноватая порода рассматривается как среда, разбитая системами правильно расположенных трещин с известной геомет­ рией. Рассмотрение процессов фильтрации включает в себя изучение параметров трещиноватости горных пород (раскрытие трещин,

чительно более общим. В тоже время в ряде случаев при наличии редкой сети крупных трещин их размерами и конфигурацией нельзя пренеб­ речь без существенных погрешностей в гидродинамических расчетах.

Основные положения нестационарной фильтрации жидкости в тре­ щиновато-пористой породе, основанные на рассмотрении такой породы, как сплошной среды, были разработаны Г. И. Баренблаттом и Ю. П. Желтовым [7, 8].

Как следует из полученных Г. И. Баренблаттом и Ю. П. Желтовым [7, 8] решений основной системы дифференциальных уравнений движения жидкости в трещиновато-пористом пласте (6.1), опреде­ ление расчетных гидрогеологических параметров такого пласта возможно либо на основе непосредственного решения этих уравне­

Таким образом, обоснование возможности использования при расчете параметров уравнения Тейса •— Джейкоба связано с необхо­ димостью определения характерного времени запаздывания т.

Вопросы методики определения времени запаздывания рассмат­ ривались А. Баном [3, 4] на основе решения дифференциального урав­ нения (6.3) с использованием интегрального преобразования Лапласа. При этом для определения проницаемости использовалась формула Дюпюи, а затем т определялось подбором из серии прямых в преоб­ разованных по Лапласу координатах, отвечающих различным зна­ чениям т. Время запаздывания, рассчитанное для нескольких сква­ жин на различных месторождениях нефти в трещиноватых пластах, составило от 5—6 мин до 17 ч, или 15—21% от полного времени вос­ становления давления.

По полученным данным был рассчитан также коэффициент ат характеризующий интенсивность обмена жидкостью между трещи­

Определение т таким способом достаточно приближенно, а в усло­ виях высоко проницаемых пластов вообще неопределенно, так как, с одной стороны, как будет показано ниже, сами расчеты проницае­

При проведении опыта величины, определяющие т, остаются неизвестными. Поэтому по существу оказывается непрогнозируемой аналитически и сама величина т.

В более общем случае задача об определении параметров трещи­ новато-пористых пластов рассматривалась В . С. Кутляровым и и Ю. П. Желтовым [51]. При этом также использовалось интеграль­ ное преобразование Лапласа. Полученное выражение оказывалось весьма сложным, поэтому параметры было предложено определять по асимптоте графика, построенного в преобразованных по Лапласу координатах, отвечающей условиям фильтрации в обычной пористой

•среде с проницаемостью Кг + К2 и пьезопроводностью г/ . a (Pi Рі"ГР2

и Рз — соответственно упругоемкости среды 1 и 2).

Несмотря на значительную громоздкость предложенных методов и в общем невысокую точность расчетов, определение параметров можно производить по асимптотической части преобразованных графиков, которая отвечает условиям простой пористой среды. При этом во всех работах отмечается, что при небольшом времени прове­ дения опытов за асимптоту может быть принят начальный участок графика [4, 5].

Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что определе­ ние параметров пород с двойной пористостью можно проводить обыч­ ным методом Джейкоба с использованием асимптотической части опытных закономерностей изменения уровня [15].

Для использования при расчетах параметров метода Джейкоба требуется установить:

1) насколько реальная картина фильтрации жидкости в трещин- но-карстовых породах соответствует математической модели среды

с«двойной пористостью»;

2)наличие на графиках изменения уровня асимптотических участков, соответствующих уравнению Джейкоба.

Для решения первого вопроса необходимо проанализировать характерную форму графиков S — lg t при откачках из трещиноватых и закарстованных пород. Проведенный анализ многочисленных графиков прослеживания понижения и восстановления уровня во времени показал, что в большинстве случаев они характеризуются весьма сложной формой, не отвечающей теоретической для однород­ ного неограниченного водоносного горизонта.

Типовая форма графика приведена на рис. 1 , в. Примеры реаль­ ных графиков иллюстрируются рис. 31, 38, 39.

Обычно на графиках S — lg t может быть выделено три участка.

Третий участок связан с макронеоднородностью водоносного горизонта либо с влиянием внешних границ пласта, что приводит к выполаживанию графиков или увеличению их крутизны в зависи­ мости от характера действующих факторов.

Наличие на графике первых двух участков может быть объяснено различной ролью трещин и пор (или макро- и микротрещин) в про­ цессе фильтрации жидкости или влиянием эффекта «двойной пори­ стости». При этом деформация начальных участков графиков харак­ терна не только для возмущающих скважин, что может быть связано с наличием скин-эффекта, но и для наблюдательных.

Наличие характерного излома на графиках восстановления давле­ ния в остановленных скважинах, эксплуатирующих трещинно-поро-

Математически течение жидкости в породе с «двойной пористо­ стью» аналогично движению в двухслойном пласте. Оба процесса описываются аналогичными дифференциальными уравнениями. При этом они отличаются лишь коэффициентами при членах, выража­ ющих разность напоров в обеих средах или пластах, а коэффициенту

то движение жидкости аналогично движению в двухслойном пласте без разделяющего слоя со слабо проницаемым безнапорным верхним

Графики прослеживания понижения уровня во времени при откачках из двухслойных пластов (см. рис. 1 , г) аналогичны типовому графику (см. рис. 1 , в) и реальным графикам, приведенным на рис. 31, 38, 39. Аналогичную форму имеют также графики при откачках из безнапорных пластов (эффект Болтона).

Таким образом, описанная выше форма графиков наблюдается в тех случаях, когда в процессе откачки происходит изменение «эф­ фективной водоотдачи» пласта во времени.

Следовательно, реальные условия фильтрации жидкости в тре- щинно-карстовой среде, находящие свое отражение в форме графи­ ков S — lg t, соответствуют математической модели породы с «двой­

жет быть осуществлена так же, как в двухслойных пластах или без­ напорных водоносных горизонтах.

Первый участок на типовом графике соответствует периоду ложностационарной фильтрации. Теоретически этот участок должен иметь крутую левую ветвь, соответствующую периоду фильтрации при водоотдаче, определяемой емкостью крупных трещин. По этому участку тогда могут быть определены проницаемость и пьезопроводность среды 1 . Практически такой участок наблюдается редко (см. рис. 31). Обычно левая крутая ветвь участка 1 вырождается, что выражается в виде резкого скачка уровня в наблюдательных сква­ жинах при пуске откачки.

Абсолютная величина этого скачка, как правило, невелика ввиду

из-за весьма малой емкости крупных трещин. Действительно, при нулевой пористости трещин перераспределение уровней в них должно было бы происходить мгновенно, а участок ложностационарного режима иметь практически горизонтальную форму. Чем меньше разница в величине пористости двух сред (трещин и пористых блоков, макро- и микротрещин), тем хуже выражен участок ложностационар­ ного режима. Он может иметь более или менее пологую достаточно прямолинейную форму (см. рис. 39) и легко быть принят за участок истинного квазистационарного режима. Такие случаи характерны для среды с двумя системами интенсивно развитых трещин суще­ ственно разного раскрытия.

При близких значениях пористости (упругоемкости) двух сред этот участок может быть вообще практически невыражен. Естествен­ но, что определение параметров по этому участку даст резкое завы­ шение рассчитанных значений коэффициентов водопроводимости и уровнепроводности. Продолжительность участка I может соста­ влять от нескольких минут до сотен часов.

Постепенно, по мере того как формирование понижений начинает определяться водоотдачей основной массы микротрещин, пор и пу­ стот, этап ложностационарной фильтрации заканчивается, крутизна графика увеличивается и он более или менее быстро приобретает прямолинейную форму (участок I I на рис. 1 , в).

Этот участок соответствует асимптоте, отвечающей условиям фильтрации в обычной пористой среде. По нему и следует опреде­ лять параметры водоносного горизонта, характеризующие осредненные фильтрационные и емкостные свойства водовмещающей среды.

Сложность интерпретации графиков S — lg t заключается в том, что поскольку величина т остается неизвестной, асимптотический участок I I может быть ошибочно принят за участок, связанный с влиянием непроницаемых границ или границ с зонами более низкой водопроводимости, а за расчетный принят участок I. В ряде случаев при расположении скважин вблизи границ участок II может практи­ чески вырождаться.

Если на графике выделяется левая крутая ветвь первого участка (участок I а), то интересно сопоставить результаты расчета параметров

или более ниже, что подтверждает основную роль в формировании емкостных свойств водоносного горизонта среды 2.

Если водопроводимость, определенная по участку I I , оказывается выше, чем по участку la, следовательно, проницаемость среды 2 также играет заметную роль в формировании общей водопроводи­ мости пласта. В противном случае уклон участка определяется также влиянием зон с более низкой проводимостью. В качестве примера проанализируем график на рис. 31, на котором достаточно четко выражены все участки, а участок I представлен в полной форме.

Откачка проводилась в долине р. Оки из напорного водоносного горизонта в закарстованных известняках нижнего карбона.

Параметры пласта, определенные по участкам la и Па, оказы­ ваются весьма близкими, соответственно 2260 (2310) и 2340 м2 /сутки, что свидетельствует о незначительной роли среды 2 в формировании проницаемости.

Скв. I522B4

Скв. 15Z283

Рис. 31. Характерные графики временного прослеживания при откачке из куста 152610, 152611, 152612 в напорном трещинно-карстовом пласте с «двойной пори­ стостью» вблизи реки (по данным А. Ф. Потемкиной, 1970 г., долина р. Оки)

Сопоставление величин упругой водоотдачи показывает, что среда 1 (крупные трещины и карстовые полости) дает лишь около 5—10% от общей упругой отдачи пласта. Совпадение проводимостей свидетель­ ствует, что на участке I I еще не сказывается влияние притока из реки. Оно проявилось позднее (участок I I , б), когда уровень воды посте­ пенно стабилизировался.

Проведенный анализ подтверждает, что исследуемый пласт ха­ рактеризуется «двойной пористостью».

Следует иметь в виду, что при расчете параметров по асимптоти­ ческой части графика S — lg t методом Джейкоба значения коэффи­ циентов водопроводимости получаются достаточно надежными. Ко­ эффициенты пьезопроводности (уровнепроводности) могут оказаться в большей или меньшей степени искаженными. Это связано с формой депрессии и характером ее развития в трещиноватом пласте.

О 1,0 2,0 0,0 4,0 I

На рис. 32 приведены кривые зависимости безразмерного давле­

при т) ->• 0, либо при t -voo) распределение давления в трещиноватой породе стремится к распределению его в обычной пористой среде. Как видно из рисунка, кривая депрессии в трещиноватом пласте является более пологой, чем в обычном пористом.

Следовательно, только при достаточно большом времени откачки распределение понижений в трещиновато-пористом пласте будет отвечать уравнению Тейса — Джейкоба.