Состояние призабойной зоны пласта

За счёт различных процессов, происходящих в ПЗП, и факторов, воздействующих на неё, в каждый период времени призабойная зона пласта будет находиться в определенном статическом или динамическом состоянии, определяющем степень гидродинамической связи его со скважиной.

Через ПЗП из продуктивного горизонта на забой скважины происходит фильтрация пластового флюида. Если же фильтрационная способность ПЗП по сравнению с первоначальным состоянием пласта по каким-либо причинам изменилась (ухудшилась или улучшилась), то и продуктивность его будет иной по сравнению с природным её значением.

Состояние ПЗП при вскрытии пласта определяется:

1) механическими напряжениями в породе;

2) гидродинамическим влиянием трещин;

3) загрязнением ПЗП и физико-химическими процессами, протекающими в породе;

4) фильтрационным движением жидкостей и распределением давления в пласте.

Механические напряжения возникают с момента вскрытия кровли пласта до завершения разбуривания породы, с обнаружением которого на контуре выработки кругового сечения возникают сжимающие кольцевые напряжения. Предельные значения этих напряжений могут достигать удвоенной величины статического давления, существующего в ненарушенном массиве горной породы, за вычетом забойного давления, т. е.

₍₁₎

где Н - глубина скважины;

Р_пл - пластовое давление;

γ_с.п. - средний объёмный вес пород в разрезе скважины.

Под действием вертикального и особенно бокового горного давлений возникает сила, действующая на каркас породы и пластовую жидкость, как бы выталкивая эту породу в горную выработку (скважину).

Напряжение в каркасе грунта определяется как разница между горным и пластовым давлениями:

При определенном значении этого напряжения разрушается сцепление между зернами породы. В призабойной зоне пласта такие неустойчивые породы, как глина, соль, лёд и слабосцементированные песчаники, иногда разрушаются и пластически текут в горную выработку. В местах их вытекания образуются пустоты (каверны). Вследствие упругих деформаций в этих местах происходит разгрузка породы и перераспределение напряжений. Если каверны в ней глубокие, то может произойти изгиб породы по напластованию, образование искусственных и раскрытие естественных трещин. Под действием упругих напряжений объём породы увеличивается в основном за счёт пористой среды. Увеличение это объёма определяется по уравнению В. Н. Щелкачева

где V_н - объём породы;

ΔΡ - перепад давления;

β_п - коэффициент сжимаемости породы.

Коэффициент сжимаемости породы для песчаников изменяется в пределах β_п = (10,86+1,26) 10 ⁴ МПа. Вследствие такого, хотя и от ничтожно малого увеличения порового пространства, повышается фильтрационная способность этого слоя породы. Если породы плотные и прочные, то кольцевые напряжения будут способствовать увеличению бокового горного давления, которое приводит к сжатию породы, уменьшению порового пространства и снижению проницаемости. Величина этого давления зависит от противодавления (репрессии) столба бурового раствора в скважине, чем больше противодавление, тем меньше боковое горное давление отражается на состоянии породы в ПЗП. В этом случае репрессия бурового раствора на пласт выполняет положительную роль. Кольцевые напряжения не только сжимают породу, но вследствие пластичности выжимают её в скважину, в результате чего радиус последней уменьшается (см. рис 1) В твердых породах изменение диаметра скважины настолько мало, что никакого влияния на её состояние не оказывает. В деформации горных пород существенную роль играет фактор времени, с течением которого состояние породы вблизи стенок скважины будет изменяться.

Перераспределение напряжений в горной породе наиболее существенно отражается на естественных трещинах. Сужение или полное смыкание которых, по мнению Г. Т Овнатанова , в призабойной зоне пласта ограничивается окружностью радиусом, не превышающем 1 м. От кольцевых напряжений смыкаются только вертикальные и наклонные трещины. Некоторые из них полностью закрываются на выходе к стенке скважины. На степень смыкания трещин дополнительно влияет величина депрессии на пласт. В трещинных коллекторах за счёт смыкания трещин может значительно уменьшиться или совсем исчезнуть гидродинамическая связь скважины с пластом. В порово-трещинных коллекторах смыкание трещин со временем может вызвать снижение продуктивности скважин, т. е. механические процессы могут обусловить изменения фильтрационного состояния призабойной зоны пласта.

С момента вскрытия кровли продуктивного пласта на него воздействует буровой раствор. За счёт его репрессии в перовую среду ПЗП проникает фильтрат, а в трещины - и сам раствор. Такое загрязнение поровой среды может привести к существенному изменению состояния и фильтрационной способности ПЗП. По мере разбуривания пласта увеличивается загрязнение его призабойной зоны. После первоначального поглощения бурового раствора трещинами, а фильтрата - поровой средой на стенках скважины образуется глинистая корка, которая снижает, но не прекращает проникновения в ПЗП фильтрата и раствора. Чем больше репрессия столба бурового раствора на пласт, тем больше загрязняется ПЗП.

При утяжелении бурового раствора значительно увеличивается его удельный вес, а, следовательно, и его репрессия на пласт. При достижении его определенного значения раскрываются естественные и образуются новые трещины (ГРП), происходит поглощение новых порций бурового раствора. Все это существенно изменяет прежнее состояние ПЗП и приводит к новому её состоянию.

В процессе вызова притока из пласта (депрессии) происходит извлечение пластового флюида из коллектора, который сперва выдавливает, а затем вымывает загрязняющий материал из ПЗП в ствол скважины. С повышением депрессии на пласт увеличивается вымывающая способность пластового флюида, происходит самопроизвольная очистка ПЗП. Эффективность и степень очистки ПЗП зависят от времени извлечения пластового флюида. Это, в свою очередь, приводит к новому состоянию призабойной зоны. Новое качественное состояние ПЗП может возникнуть в результате проведения методов воздействия на пласт, особенно после кислотных обработок.

Таким образом, ПЗП представляет собой зону вокруг эксплуатационного забоя скважины, в которой произошли, происходят или могут произойти какие-то изменения породы, свойств пористой среды, её проницаемости, по сравнению с первоначальным природным состоянием коллектора. Размеры ПЗП могут изменяться во времени и зависят от протекающих в ней процессов.

Зона, следующая за ПЗП, в которой сохранились первоначальное состояние породы и свойства пористой среды, называется удаленной зоной пласта (УЗП).