20. Пластические св-ва гп.
При упругих деформациях упруго деформируются зерна породы и цементирующий материал. При увеличении давления свыше предела упругости (прочности) цементирующий материал разрушается – зерна породы смещаются относительно друг друга – плотность их упаковки увеличивается.
Рассмотрим график зависимости βС от изменения горного давления:
I. Область упругих деформаций пород пласта.
II. Область пластических деформаций. Область разрушения – разрушение цементирующего материала, смещение зерен относительно друг друга и резкое уменьшение ΔVп – резкий рост βС.
III. Область упругих деформаций зерен скелета породы.
Скелеты породы отличаются очень низкими значениями деформации. Развитию пластической деформации может способствовать внедрение в пласт воды, что приведет к набуханию глин и смещению зерен пород.
Наиболее пластичные ГП: глина, каменная соль, глиносодержащие породы.
Сведение о пластичности необходимо для прогнозной устойчивости в стенах скв. при буриении. А также в расчетах при подборе обсадных труб для крепления скважин.
21.Прочность на сжатие и разрыв гп.
Прочность ГП – их сопротивление механическому разрушению. Прочность пород на сжатие во много раз больше прочности на разрыв, например (при одноосном сжатии и растяжении):
Порода |
На сжат МПа |
На раст МПа |
Песчаник |
28-103 |
5-22 |
Известняк |
21-343 |
10-87 |
Доломит |
11-290 |
3-74 |
Глина |
17-20 |
- |
Видно, что сопротивление сжатию превышает сопротивление растяжению в 6-7 раз. По мере уменьшения общей прочности это преобладание уменьшается. Значительный диапазон изменения значений обуславливается кристаллической и агрегатной структурой пород, плотностью, составом и характером распределения цементирующего материала.
Мелкозернистые породы более прочны, чем те же породы, но крупнозернистые, т.к. у них большая плотность упаковки зерен, большая площадь контакта м/у зернами. Прочность пород, глубоко залегающих, несоизмерима с прочностью пород, находящихся на поверхности.
Существенное влияние на прочность оказывает влага. При насыщении известняков и песчаников водой, их прочность уменьшается на 30-45%. С увеличением всестороннего сжатия до 200 МПа прочность на сжатие увеличивается в 5 раз.
В лаб. условиях прочность пород (коэф. сжимаемости βс) определяется на установке Антонова:
1 – пресс,
2 – манометр,
3 – образец ГП,
4 – кернодержатель,
5 – мерная трубка.
Пресс и вся система заполнены маслом.
Δр1 – ΔV1,
Δр2 – ΔV2,
Δр3 – ΔV3,
22.Методы определения механических св-в гп. Практическое использование.
От упругих свойств ГП и упругости пластовых жидкостей зависит перераспределение давления в пласте во время эксплуатации м/р. Запас упругой энергии, освобождающейся при снижении давления, может быть значительным источником энергии, под действием которой происходит движение нефти по пласту к забоям скважин. Из-за упругости ж-тей и пласта давление в пласте перераспределяется не мгновенно, а постепенно после всякого изменения режима работы скважины, ввода новой или остановки старой.
Большое значение получил коэф-нт сжимаемости поровой среды βс, который хар-зует уменьшение объема порового пространства в ед. объема породы при изменении давления ∆Р = 0,1 МПа. В пластовых условиях коллекторские св-ва ГП вследствие их сжимаемости отличаются от св-в на поверхности, например, при давлении 15 МПа пористость песчаника уменьшается на 20%, а коэф-ты проницаемости для различных пород на 10 - 40 %.
Важно знать и прочность пород на сжатие и разрыв. Эти данные, наряду с модулем упругости, необходимы при изучении процессов искусственного воздействия на породы призабойной зоны скважин (торпедирование, гидроразрыв пластов).
Сведения о пластичности необходимы для прогнозной устойчивости в стенах скв. в процессе бурения. А также в расчетах при подборе обсадных труб для крепления скважин.
Методы определения деформационных св-в можно поделить на:
Статические. Основаны на измерении деформаций образцов исследуемых ГП под нагрузкой. Для измерения продольных и поперечных деформаций образцов при их нагружении применяют проволочные тензометры сопротивления, либо механические индикаторы часового типа. В процессе нагружения и разгрузки с помощью автоматической записывающей аппаратуры ведут непрерывную запись деформаций.
Был разработан ГОСТ, в соответствии с которым определение прочности пород при одноосном сжатии производится на цилиндрических образцах. Нагружение образца производят с равномерной скоростью, повышая нагрузку вплоть до разрушения образца и фиксируя значение разрушающей нагрузки.
Динамические основаны на измерении скоростей упругих колебаний, возбуждаемых в исследуемых образцах в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот.
Импульсный динамический метод: в основе лежит пропускание ч/з образец ГП повторяющихся импульсов ультразвуковых колебаний, по значениям скоростей распространения которых рассчитывают упругие характеристики.
В лаб. условиях прочность пород (коэф. сжимаемости) определяется на установке Антонова:
1 – пресс, 2 – манометр, 3 – образец ГП,
4 – кернодержатель, 5 – мерная трубка.
Δр1 – ΔV1,
Δр2 – ΔV2,
Δр3 – ΔV3.