Влияние давления на коллекторские свойства пород.

Вследствие сжимаемости пород коллекторские их свойства зависят от давления. Эти зависимости при упругой деформации описываются различными эмпирическими формулами:

1. В первом приближении (при изменении эффективного напряжения от (-р) до (-р)₁:

где m_(-h) и m_(-h)1 – коэффициенты пористости пласта при значениях эффективных напряжений соответственно (-р) и (-р)₁ ; _П коэффициент сжимаемости пор.

Установлено, что пористость песчаников уменьшается на 20 % при давлениях около 15 МПа, а плотных аргиллитов – на 6%.

2. в ряде случаев изменение пористости при изменении эффективного напряжения описывается экспоненциальной зависимостью:

где m₀ – пористость при начальном эффективном напряжении ₀., m – пористость при эффективном напряжении .

Проницаемость горных пород k в значительной степени зависит от давления, что описывается соотношением:

где k_(-p) , k_(-p)1 – коэффициенты проницаемости пород при давлениях (-р) и(-р)₁ соответственно, показатель степени :

Здесь  - коэффициент, характеризующий структуру поровых каналов. Для сцементированных песчаников -(1,25 – 1,8).

По результатам измерений коэффициент пористости k песчано-глинистых пород на глубине 1300 – 2000 м уменьшается на 10 – 40 % по сравнению с коэффициентом проницаемости при атмосферном давлении.

В глубоко залегающих нефтяных и газовых пластах могут происходить необратимые неупругие (пластические) деформации вследствие роста эффективного давления (-р) при уменьшении пластового давления Р в процессе эксплуатации месторождения.

Это существенно сказывается на процессах фильтрации жидкости и учитывается в теории упругопластического режима пласта.

Упругие колебания в породах. Акустические свойства пород.

В тектонических операциях, связанных с разработкой нефтяных месторождений, широко используется возбуждение в пласте упругих колебаний и упругих волн. Таким образом, например, добиваются повышения дебитов добычных и поглотительной способности нагнетательных скважин (путем обработки призабойной зоны пласта скважинными гидравлическими и акустическими вибраторами, что способствует возникновению новых и раскрытию имевшихся в породе трещин, увеличивает производительность прискважинной части пласта для жидкости и газов).

Установлено также, что при одновременном акустическом воздействии интенсифицируются другие типы воздействия на пласт:

1. тепловая обработка электронагревателями для удаления из пор парафина и смол;

2. тепловая обработка при нагнетании жидких теплоносителей;

3. химическая обработка при нагнетании разного рода растворителей.

Упругие волны представляют собой процесс распространения в породах упругих деформаций ее частиц с переменным знаком. В промысловой практике используют упругие волны различных частот f:

f < 20 Гц – инфразвуковые;

20 Гц < f < 20000 Гц – звуковые;

20000 Гц < f – ультразвуковые.

Акустическими параметрами породы называют ее физические свойства, которые характеризуют процесс распространения упругих волн:

• скорость распространения упругих волн;

• коэффициент поглощения упругих колебаний;

• волновое сопротивление (акустическая жесткость) пород;

• способность отражать и преломлять волны.

В зависимости от вида упругих деформаций породы выделяют 2 типа объемных волн:

• Продольные (Р-волны) – распространение попеременного объемного сжатия и растяжения в среде ;

• Поперечные (S-волны) - распространение упругих деформаций сдвига.

Продольные волны распространяются в любой среде (газах, жидкостях и твердых телах), поперечные - только в твердых телах (т.к. в жидкостях и газах сопротивление сдвигу практически отсутствует ).

Скорость распространения упругих продольных – U_p и поперечных – U_s волн зависит от упругих характеристик пород:

Где  - плотность породы, Е - модуль Юнга,  - коэффициент Пуассона , G-модуль сдвига.

Как видно из выше приведенных формул, скорость распространения упругих волн в горных породах зависит от их упругих свойств и плотности и практически не зависит от частоты колебаний (что позволяет использовать для исследований любые частоты колебаний).

Отношение скоростей продольных и поперечных волн является только функцией коэффициента Пуассона ;

Как известно, коэффициент Пуассона горных пород изменяется примерно в интервале 00,5. Для кристаллических изверченных и метаморфических пород 0,10,45, что дает 1,53,3 (наиболее вероятно 1,71,9).

В осадочных породах диапазон изменения V_P/V_S увеличивается: