- •Структура и свойства нефтегазового пласта как многофазной многокомпонентной системы.
- •Гранулометрический анализ пород.
- •Структура порового пространства и ее влияние на фильтрационно –емкостные свойства.
- •Упругие колебания и акустические параметры пласта.
- •Коэффициент сверхсжимаемости природных газов
- •Давление насыщения нефти и газа.
- •Изменение фазового состояния нефти и газа.
- •Физические основы повышения продуктивности скважин.
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:
сверхкапиллярные поры, >10-4м;
капиллярные поры, :10-7 – 10-4м;
субкапиллярные поры, :10-9 – 10-7м;
микропоры, <10-9м.
1) Сверхкапиллярные поры:
характерны для слабосцементированного галечника, гравия, среднезернистых песков, зон выщелачивания, карст.
Поверхность взаимодействия на ед. объема – мала.
Капиллярные:
Существенное взаимодействие, поверхностное натяжение препятствует движению флюидов. В таких объектах делают ПХГ.
Характерны сцементированным породам, доломитам.
Субкапиллярные:
_Поры могут быть заполнены прочносвязывающей жидкостью, нефтью.
Глины, мелкокристаллические известняки, доломиты и т.д.
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.
wn – среднестатистическое сечение
- среднестатистическая просветность породы.
Линейная скорость истечения флюида через такой
канал Vи можно определить через расход по закону
Пуазейля:
, d – диаметр канала,
- вязкость жидкости. Используя понятие о гидравлическом радиусе канала произвольного сечения: ,
где Vк, V – объемы фильтрующих каналов и образца, Sк – поверхность фильтрующих каналов; Кпд – коэффициент динамической пористости, Sф – 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 Vиwк = Vфw ,
с другой стороны, ,
где Тг – 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.
dPгор = 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:
У пругая модель:
В язкая модель:
Перфорированный поршень
Упруго – вязкая модель:
Комбинация этих элементов
Упруго – вязкая модель Максвелла:
Пластичная модель сен-Валена
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 As = 4lls, ls – 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
Ксц = 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.
Рг=Рпл.
Принцип Терцаги:
Рг= +Рпл
Если взять ( ), то ,
Где Е – модуль юнга, Р – давление.
V0=N3D3.
Vi=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=Vскел.
Vскелета=Vпор+Vтв.ф.
Коэффициент сжимаемости: .
.
.
Режим разработки газовых месторождений – это процесс истощения.
Закон Дарси: - случай несжимаемых пластов.
.