Структура порового пространства и ее влияние на фильтрационно –емкостные свойства.

Пористость бывает вторичная, первичная и т. д. Этого мало, чтобы сказать, какого типа коллектор. В разных пластах с разным типом трещин поры различны.

Под структурой порового пространства понимается характер распределения пор по размерам, конфигурация и взаимное расположение пор.

С точки зрения «вида» конфигурации пор:

Поры делятся на категории:

1. сверхкапиллярные поры, >10^-4м;

2. капиллярные поры, :10^-7 – 10^-4м;

3. субкапиллярные поры, :10^-9 – 10^-7м;

4. микропоры, <10^-9м.

1) Сверхкапиллярные поры:

характерны для слабосцементированного галечника, гравия, среднезернистых песков, зон выщелачивания, карст.

Поверхность взаимодействия на ед. объема – мала.

2. Капиллярные:

Существенное взаимодействие, поверхностное натяжение препятствует движению флюидов. В таких объектах делают ПХГ.

Характерны сцементированным породам, доломитам.

2. Субкапиллярные:

_Поры могут быть заполнены прочносвязывающей жидкостью, нефтью.

Глины, мелкокристаллические известняки, доломиты и т.д.

2. Микропоры:

Нефть в таких порах неподвижна.

Глины.

2 основных метода изучения строения пор:

1)Прямые;

2)Косвенные

1) Берем образец керна; делаем шлиф, помещаем в микроскоп и начинаем его изучать. Существуют так же программы, определяющие конфигурацию пор.

Так же существуют электронные микроскопы.

С уществуют специальные программы, восстанавливающие структуру пор пространства.

Анизотропия – разница в свойствах по разным направлениям.

Координационное число – это количество мелких капилляров на круглую

форму. Для западной сибири координационное число может составлять

20, 30 и т.д.

2) Косвенные методы:

Пористую среду схематизируют в виде различных правил.

Метод ртутной капиллярометрии:

Формула Лапласа:

_________________________________________________________________________

Вывод формулу Казели – Кармена.

w_n – среднестатистическое сечение

- среднестатистическая просветность породы.

Линейная скорость истечения флюида через такой

канал V_и можно определить через расход по закону

Пуазейля:

, d – диаметр канала,

 - вязкость жидкости. Используя понятие о гидравлическом радиусе канала произвольного сечения: ,

где V_к, V – объемы фильтрующих каналов и образца, S_к – поверхность фильтрующих каналов; К_пд – коэффициент динамической пористости, S_ф – удельная поверхность фильтрующих каналов.

В случае капиллярного сечения:

.

С учетом (3) уравнение для цилиндрического канала из (1)

.

Линейную скорость фильтрации, полученную путем отнесения расхода флюида к сечению всего образца можно определить из уравнения Дарси:

.

Зависимость между истинной и фиктивной скоростями фильтрации найдем из соотношения V_иw_к = V_фw ,

с другой стороны, ,

где Т_г – гидравлическая извилистость каналов; - просветность пористой среды

из (7) и (6): .

: .

.

_____________________________________

.

l/l₀ =– коэффициент извилистости.

.

Парциальная проницаемость . .

т.е. .

.

Формула Пурсела – связывает функцию капиллярного давления с проницаемостью пласта.

.

Основы физики деформационных процессов.

Горное давление – это силы, которые действуют на пласт в его естественном залегании. Это силы, которые обусловлены весом вышележащих слоев, тектоническим движением, давлением газов.

dP_гор = gdr (r – расстояние до центра Земли).

Тектонические движения вызваны тем, что породы находятся в непрерывном горообразующем процессе.

При отборе нефти и газа напряжения могут происходить скачкообразно (землетрясения).

Напряжения бывают плоские, линейные и

объемные.

_x,_y,_z – нормальное напряжение, _ij – тангенциальное напряжение.

В состоянии равновесия:_ij = _ji.

Напряжения могуть быть охарактеризованы диаграммой Мора.

Напряжения делятся на первичные (геологические) и вторичные (возникают при разработке скважины). Напряжение возникает на контактах зерен – концентрация напряжений. Коэффициент концентрации напряжений – это максимум напряжений по отношению к боковым значениям напряжений.

Деформация характеризует способность объекта изменять свою форму и размеры (). Деформации:

• линейные

• сдвига

• объемные деформации

Х арактеристика пород – напряжение от деформации.

_п – предел упругости

_пл – предел прочности (порода разрушается)

I – область упругих деформаций (обратима)

II – упруго – пластический тип деформаций

3 – пластическая деформация

Упругость пласта – это способность пласта

сопротивляться изменению размеров тела и его формы.

Температура меняет тип деформации.

ТЕНЗОР ДЕФОРМАЦИИ:

Пластические деформации связаны со скольжением зерен относительно друг друга.

Горные породы бывают:

• упруго-хрупкие

• упруго-пластичные

Для характеристики упругости породы – обобщенный закон Гука:

E – модуль Юнга.  = Е.

G – модуль сдвига (коэффициент между касательной напряжения и

сдвигом).  = G.

, - коэффициент Пуассона (для горных пород 0 – 0,5).

С лоистая среда:

Чем больше пористость, тем меньше значение деформационных параметров.

Так же влияет и структура пор.

Физический механизм деформирования при пластической деформации представляет собой переупаковку зерен.

Реологические модели:

1. У пругая модель:

2. В язкая модель:

Перфорированный поршень

3. Упруго – вязкая модель:

Комбинация этих элементов

4. Упруго – вязкая модель Максвелла:

5. Пластичная модель сен-Валена

6. Вязко – пластическая одель –

Тело Бенгама – Шведова

Все эти процессы описываются нелинейными уравнениями:

 = k…

 =₀exp(-k)…

Модуль пластичности:

При пластических деформациях происходит изменение связей в породе, но не происходит разрушения. На разрушение нужна большая деформация.

.

Чем больше в породе фракции с размером

d < 0.01 мм, тем она более пластичная.

Внешнее воздействие может усилить появление пластичности у породы.

Прочность и разрушение породы.

Прочность – это критическое значение напряжения, при котором порода начинает разрушаться.

Для разрушения кристаллической решетки нужны напряжения:

DRыN HOME OFFICE 2001 (12)

На границах каверн и трещин есть концентрация напряжений.

Теория хрупкого разрушения использует эти свойства:

R – радиус искривления

В области трещины образуется местное напряжение ’.

Работа по разрыву A_s = 4ll_s, l_s – уедльная поверхностная энергия среды.

Упругая энергия:

Трещина будет расти, если

Критическое состояние:

, где tg  - коэффициент внутреннего трения

tg  = 0.8 – 2

К _сц = коэффициент сцепления или предел прочности породы при срезе в условиях отсутствия нормальных напряжений

К_сц = 10⁴-10⁵Па – глина

К _сц = 0 – галечник

Угол трения уменьшается при с увеличением мелких глинистых фракций.

Прочность зависит от минерального состава, – чем больше кварца, тем больше прочность. Прочность так же зависит от содержания цемента

Чем больше пористость, тем меньше прочность породы.

-структура порового пространства.

Слоистая неоднородность пластов так же влияет на прочность. Вводится коэффициент анизотропии:

Реологические свойства пород:

Я вление ползучести – явление роста деформации при постоянной нагрузке с изменением времени.

I – обычный процесс мгновенной деформации.

II – установившееся течение

III – идет до порога разрушения.

 = _Е + _П .

_Е – упругая деформация

_П – ползучесть (пластическая деформация). Т.к. _Е = /Е, то

Уравнение ползучести .

Теория последовательности: (,t) = ()L(t - ) ядро ползучести

По данным эксперимента: L(t-)=(t-)^,

L(t-)=ae^-b(t-), a и b,  и  - эмпирические коэффициенты.

В общем случае процессы деформации описываются интегральными уравнениями.

Обратное явление ползучести – релаксация напряжений – если деформация постоянна, то напряжения падают.

.

t₀ – период релаксации (напряжение за это время уменьшится в е раз)

- относительный показатель падения напряжений.

При длительном воздействии напржений снижается прочность пород различают длительную и мгновенную прочность пород (_дл, ₀).

Горное давление – воспринимается зернами и порами породы.

Р_г=Р_пл.

Принцип Терцаги:

Р_г= +Р_пл

Если взять ( ), то ,

Где Е – модуль юнга, Р – давление.

V₀=N³D³.

V_i=N³(D - )  N²D² – 3N³D².

Из решений Герца, .

.

Для идеальной упаковки шаров, у нас нарушается прямая пропорциональность .

Вывод из особенностей пористой среды: .

Для пластов закон Гука недействителен.

V=V_скел.

V_{скелета}=V_пор+V_тв.ф.

Коэффициент сжимаемости: .

.

.

Режим разработки газовых месторождений – это процесс истощения.

Закон Дарси: - случай несжимаемых пластов.

.