книги / Физические свойства коллекторов нефти при высоких давлениях и температурах

в шлифах трещинных пород (составляющих 60-70% ), определенная методом ВНИГРИ [4 ], колеблется от 8 0 до 1 0 0 0 1/м . При этом трещины развиты во всех типичных для кумской свиты литологиче­ ских разностях пород: алевролитах глауконит-кварцевого состава, аргиллитах, аргиллитоподобных глинах и мергелях. Все эти породы почти лишены первичной пористости (величины открытой первичной и вторичной пористости алевролитов колеблются от 1,0 до 11,3%, общей - от 1,4 до 13,9%) и имеют показатели проницаемости Япрг типичные для трещинных коллекторов от 0 ,1 до 1 0 -2 0 , ре­ же - до 100 мД).

При исследовании решалось несколько задач. Для подсчета гео­ логических запасов нефти необходимо было произвести количествен­ ную оценку упругих изменений коллекторских свойств пород при выносе керна на поверхность. С этой целью изучалось влияние эф­ фективных напряжений, аномального порового давления и темпера­ туры на глубине залегания пород на коэффициенты их сжимаемости, пористости и проницаемости.

Для сравнения те же физические свойства были изучены и при обычных (равных гидростатическим) поровых давлениях насыщаю­ щих породы моделей пластовых вод.

Эта часть исследования позволила установить, что при равных эффективных напряжениях увеличение поровых давлений до уровня аномальных, типичных для кумской свиты, вызывает существенное изменение деформационных характеристик (рост сжимаемости пород и пор и соответствующее более резкое снижение коэффициентов по­ ристости пород - в среднем на 1-6% по сравнению с уменьшением пористости при гидростатическом давлении) (табл. 1).

Выявленный эффект дополнительного снижения емкостных свойств пород в случае аномально-высоких пластовых давлений, по-видимо­ му, достаточно существен, чтобы поставить вопрос о необходимо­ сти его учета при оценке геологических запасов того или другого

лютным значениям коэффициентов пористости коллекторов кумской свиты, определенных в атмосферных условиях (^потк атм » ^ п0бщатмЬ

личением абсолютных значений пористости, числа трещин и объемов трещинной пустотности, относительное же снижение пористости {АК11/К"атм ) уменьшается с ростом исходной пористости. К числу

причин, вызывающих повышение деформационной способности пород при высоких поровых давлениях, прежде всего следует отнести вли­ яние роста сжимаемости минеральных зерен скелета и глинистого

Т а б л и ц а 1

Деформационные и коллекторские свойства коллекторов при эф их залегания, и разных поровых давлениях Рп

пород с высоким содержанием глинистого цемента это влияние дос­ таточно заметно, однако оно не может полностью определить вы­ явленные большие изменения.

На основании проведенного исследования можно сделать предпо­ ложение о влиянии высокого порового давления на дефектность отруктуры горных пород - ослабленные границы зерен, микротре­ щины и щелевые поры. Новообразованные в результате локальных гндроразрывов и раскрытые ранее имевшиеся в породе дефекты уве­ личивают исходный объем пустотного пространства, соответственно чему возрастает сжимаемость, условно относимая к пористости, определенной в атмосферных условиях.

На справедливость предположения о нарушениях в структуре по­ род при высоких nopoejMX давлениях косвенно указывает еще одна выявленная особенность, деформационного поведения пород - сдвиг границы упругой устойчивости .в сторону меньших эффективных нап­ ряжений &эф> близких к величине ^эф на глубине их залегания.

фективных напряжениях (аэф) и температурах, типичных для глубин

Влияние порового давления на возникновение в породах необрати­ мой деформации иллюстрирует рис. 1. На нем представлены диаграм­

деформаций алевролитов и аргиллита при разных поровых давлени-

Я Х Р

Как можно видеть, в случае высоких поровых давлений, равных испытываемым породами в реальных условиях, необратимые дефор­ мации наступают при значениях ^эфПр ' всего на 3 0 - 7 5 кгс/см^ превышающих напряжения на глубине залегания °эф д* ВР" величинах

же рп 9равных гидростатическим, предел упругой устойчивости часто; не достигается и при значительно более высоких значениях аэф •

"Интересны результаты изучения коэффициента газопроницаемо­ сти пород КПр кумской свиты при эффективных напряжениях ^ т е м ­ пературах, типичных для глубин залегания (табл. 3 ).

Прежде всего следует отметить более высокие показатели КПр пород по напластованию в атмосферных условиях (обр. 11 К р/73

Величины поправок к значениям коэффициентов пористости кол­ лекторов кумской свиты

и 6 К р /7 3 ), свидетельствующие о развитии трещин близкого к го­ ризонтальному направлению. Обращает на себя внимание также рез­ кое обратимое падение проницаемости с давлением, типичное для

трещинных пород (А'ну/К “Ратм- 5 0 -9 3 % ).

Однако даже при напряжениях, характерных для глубин залега­ ния, испытанные породы сохраняли фильтрационные способности

Результаты изучения деформационного поведения и проницаемо­ сти пород при эффективных напряжениях и температурах, типичных для глубин залегания коллекторов кумской свиты, позволили прибли­ женно оценить величины депрессий, при которых породы сохраняют упругое состояние (табл. 4 ) . В таблице приведены минимальные значения депрессий, поскольку при достижении а эфПр в породах только начинается развитие необратимых деформаций (уплотнение).,

Второй задачей исследования была оценка возможного вклада деформаций при неравномерном объемном сжитии в емкостные свой­ ства пород, поскольку установлено [21, что многие глубокозалегающие нефтегазовые месторождения приурочены к тектоническим ак­ тивным зонам, для которых характерна существенная неравномер­ ность поля напряжений.

Применительно к рассматриваемому, району только влияние не­ равномерного напряженного состояния может объяснить существо­ вание на глубине залегания пород раскрытых трещин, обеспечиваю-

Коэффициенты газопроницаемости пород при давлениях и * темпе

Т а б л и ц а 4

Величина допустимых депрессий экспериментально установленных значений предельных эффективных напряжений ( t = 1 3 5 - - 1 4 0 °С

*В числителе - на глубине залегания, в знаменателе - предельное.

щих достаточно высокие фильтрационные возможности продуктивно­

го пласта.

Деформационное поведение коллекторов кумской свиты при не­ равномерном объемно-напряженном состоянии было изучено при мо­ делировании эффективных напряжений, поровых давлений и темпера­ тур на глубине залегания. Испытанию подвергались главным обра­

оценить ее влияние на емкостные свойства пород в условиях залегания.

Результаты изучения деформационных (относительно продольной

свойств пород представлены в табл. 5.

Остаточная деформация исследуемых пород сопровождалась зна­ чительным приростом объема (+(у- = 1-10% ) вследствие развития микротрещин преимущественно по границам, зерен, ориентированных в направлении максимального сжимающего напряжения. Эти резуль-

таты косвенно подтверждают высокий уровень горизонтальных нап­ ряжений, испытываемых породами в условиях залегания.

Заслуживают внимания новые данные о влиянии высоких поровых давлений на деформационные и прочностные свойства пород при не­ равномерном объемном сжатии (см. табл. 5 ). Как видно, при рав­ ных эффективных напряжениях и разных поровых давлениях у пород, испытанных при высоких поровых давлениях, сопротивление разру­ шению всегда меньше, а интенсивность деформированности - выше. Эти данные свидетельствуют о' существенном нарушении структуры пород высоким поровым давлением.

Проведенные исследования обосновывают представление о меха­ низме формирования на больших глубинах коллекторов со вторичной пустотностью трещинного типа, обусловленной неравномерным сос­ тоянием.

Они также свидетельствуют о существенном влиянии поровых давлений насыщающих породы флюидов на деформационную способ­ ность пород при различных объемных напряженных состояниях, ти­ пичных для верхних частей земной коры.

свиты при неравномерном объемном сжатии и разных поровых дав-

4 . Методика изучения трещиноватости горных пород и трещинных коллекто­ ров нефти и гаэа/Под ред. Е.М. Смехова. Л.: Недра. 1 2 9 с.

5 . До бры нин Е.М. Деформация и изменения физических свойств коллекто­ ров нефти и газа. М.: Недра, 1 9 7 0 . 2 4 0 с.

6 . А в ч я н Г.М. Физические свойства осадочных пород при высоких давлени­ ях и температурах. М.: Недра, 1 9 7 2 . 1 4 4 с.