15. Деформационные свойства горных пород. Сжимаемость коллекторов нефти и газа.

Деформации бывают: линейные и объемные, упругие и пластичные. Упругие хар-ки – упруг-ть, пласт-ть, прочность на сжатие и разрыв и др. Большая часть г/п выдерживает высокие нагрузки при всестороннем сжатии. Значительно меньшие разруш-ие напряжения при изгибе и растяжении. Если нагружение и разгрузка г/п происходит в короткий промежуток времени, при значит диапазоне напряжний справедлив закон Гука. Если сжимающая нагрузка, составляющая иногда 10 -15% от разрущающей (т. е. не превышающей предел упругости), действует длительно, в породах могут возникать явл ползучести с образованием остаточных деформаций. В отличии от явления ползучести пластич деформации происходят при быстром нагружении пород за пределами их упругости. Явления ползучести и пластической деформации способствует частичной разгрузке продуктивных пластов призабойной зоны от воздействия горного Р – вследствие — «течения» части пород в скважину при ее строительстве под влиянием высоких нагрузок в вертикальном направлении. Поэтому явление ГРП часто оказ-ся значит ниже горного (до 20-40%). Со снижением пластового Р, эффективное напряжение возрастает и поэтому уменьшается объем пор вследствие упругого расширения зерен, их переукпадки и более плотной упаковки. Вначале происходят упругие деформации, а при значительном снижении пластового Р, возможны остаточные деформации пород, которые не восстанавливаются в полной мере даже в процессе заводнения залежи и при увеличении Р , пластового до первоначального. Так как больш-во м/р разраб-ся заводнением, то значительного снижения Р пластового не происходит. Поэтому в больш-ве случаев возникают пр-ссы упругих деформаций пористых сред. Расширяющиеся при этом г/п и пластовые ж-ти находящиеся в зоне пластового Р, обладают упругим запасом, равным сумме объемов расширения пород и пластовых жидкостей. Количественно упругие изменения объема пор оценивают коэффициентом объемной упругости пласта.

βс=(1/V)*(dVпор/dP), где V - объем образца породы; dVпор - изменения V пор при уменьшении или увеличении Р пластового на dP.

Значение βс зависит от состава, строения и св-в г/п, а также от Р (сжимаемость сокращается с ростом P). При изменении Р, изменяется и объем ж-ти, коэф-т сжим-ти которой (βж хар-ся соотношением

βж=(1/V)*(dV/dP), где V - V жидкости; dV - изменение объема ж-ти при изменении Р на dP.

Коэффициент сжим-ти нефтей βн, зависит от кол-ва растворенного газа и изменяется в пределах (4 - 140)*10^-10 Па^-1. Для учета суммарной сжим-ти пор и ж-тей введен комплексный параметр - коэф-т упругоемкости β; =βс+mβж.

16. Деформация коллекторов при разработке нефтяных и газовых месторождений.

Важное значение в процессе разработки нефтяных и газовых месторождений имеют деформации пород, происходящие вследствие изменения пластового давления, которое может уменьшаться со временем и вновь восстанавливаться при искусственных методах поддержания давления в залежи. Установлено, что с падением пластового давления объем порового пространства пласта уменьшается вследствие упругого расширения зерен породы и возрастания сжим-их усилий, передающ-ся на скелет от массы вышележащ пород. При этом зерна породы испытывают дополнительную деформацию в пористость среды уменьшается также вследствие перераспределения зерен, более плотной их упаковки и изменения структуры пористой среды. Некоторые из упомянутых процессов, вызывающие изменения объема пор, явля­ются обратимыми, как, например, упругое расширение зерен цемента и их дефор­мации в сторону пустот, не занятых твердым веществом, под действием массы выше­лежащих пород. Другие процессы, например перегруппировка зерен, скольжение их по поверхности соприкосновения, разрушение и дробление зерен, необратимые. В результате с возрастанием пластового давления должны появиться значительные остаточные деформации, и пористость пород не восстанавливается. Последние деформации пород, во-видимому, характерны для глубокозалегающих пластов. В ряде случаев изменение пористости описывается ф-лой: m=m₀exp[-β_п(σ-σ₀)], m₀-пористость при начальном напряжении, β_п -коэф-т сжимаемости пор. β_п= β_с/ m₀, β_с-коэф-т объемной упругости породы. Значит больше подвержена изменению прон-ть гор пород.

где К_(σ-р) и К_(σ-р)1-коэф-ты прин-ти породы, находящ под давлением (σ-р) и (σ-р)₁

n=2β_п1(σ-р)(3+α)/(2+α), где α-коэф-т, хар-щий структуру поровых каналов.

Важное значение в процессе разработки имеют деформации пород, происходящие вследствие изменения пластового давления , которое может уменьшаться со временем и вновь восстанавливаться при искусственных методах поддержания давления в залежи. Установлено, что с падением пластового давления объем перового пространства пласта уменьшается вследствие упругого расширения зерен породы и возрастания сжимающих усилий, передающихся на скелет от массы вышележащих пород. При этом зерна породы испытывают дополнительную деформацию и пористость среды уменьшается также вследствие перераспределения зерен и более плотной упаковки их изменения структуры пористой среды.

Некоторые из упомянутых процессов, вызывающие изменение объема пор, являются обратимыми, как, например, упругое расширение зерен цемента и деформации их в сторону пустот, не занятых твердым веществом, под действием массы вышележащих пород. Другие же процессы, например, перегруппировка зерен, скольжение их поверхности соприкосновения и разрушение _и дробление зерен, - процессы необратимые. В рез-те с возрастанием пластового давления должны появиться значительные остаточные деформации и пористость породив восстанавливается. Последние деформации пород характерны для глубоко залегающих пород. Объем V внешнего скелета пористой среды складывается их объемов твердой фазы VT и перового пространства Vn, и поэтому с изменением в породах среднего нормального напряжения о и пластового давления р происходят упругие изменения всех трех величин.

Объемная деформация коллекторов в реальных условиях при всестороннем сжатии зависит одновременно от разности (σ- р) и от давления в порах р. эффективное напряжение (σ - р) определяет деформацию внешнего скелета породы, а изменение давление в пласте — деформацию твердой фазы. Тогда относительные суммарные упругие деформации скелета, пор и твердой фазы будут определяться соотношениями dV/V = βd (σ - р) +βTdp, dVп/Vп = βnd (σ - p) +βтdp, dVт/Vт = 1/ (1-m)βтd (σ - p) +βTdp, где β, βп, βт- коэф-ты сжимаемости породы, пор и твердой фазы. Между β, βп, βт существует следующая связь: β = mβп + βт.