Фильтрация газов в трещиноватых коллекторах, страница 75

Опыт разработки газовых и нефтяных месторождений, при­уроченных к большим глубинам, указывает на необходимость учета в прогнозных газогидродинамических расчетах необрати­мых деформаций продуктивных коллекторов. На больших глу­бинах часто приходится сталкиваться с месторождениями, ха­рактеризующимися аномально высокими пластовыми давления­ми. Здесь с необратимыми деформациями необходимо считать­ся даже при снижении пластового давления до уровня гидро­статического. Значительным необратимым деформациям под­вержены гранулярные несцементированные или слабо сцемен­тированные коллекторы, приуроченные даже к небольшим глу­бинам.

До недавнего времени методы проектирования разработки нефтяных и газовых месторождений развивались, в основном, в рамках теории упругого режима фильтрации. В последние годы стали появляться работы, в которых исследуются филь9   Зак. 14                                                                                                                          J29

трационные процессы в упругих коллекторах, где нарушае!ся закон Гука [9, 11, 28—30, 32, 33]. Применительно к фильтрации жидкости исследуются модели упругопластичных и пластичных коллекторов [11, 30, 33]. Соответствующие исследования для случая фильтрации газа предприняты в настоящей работе.

Таким образом, при разработке нефтяных и газовых место­рождений важное значение имеют деформации продуктивного коллектора, происходящие в процессе эксплуатации месторож­дения. Деформацию вызывает изменение пластового давления, которое может уменьшаться со временем и вновь восстанавли­ваться (например, при исследовании скважин, при реализации методов поддержания пластового давления и т. д.).

ЧАСТИЧНО ИЛИ ПОЛНОСТЬЮ НЕОБРАТИМЫЕ ДЕФОРМАЦИИ КОЛЛЕКТОРОВ НЕФТИ И ГАЗА

Горные породы, слагающие продуктивный массив месторожде­ния, находятся в напряженном состоянии, зависящем от глуби­ны залегания залежи, физических свойств пластов и насыщаю­щих их жидкостей и газов. До ввода месторождения в разра­ботку геостатическое давление массы вышележащих пластов вызывает напряженное состояние пласта и частично уравнове­шивается внутрипластовым давлением.

Значение среднего нормального напряжения а зависит от массы вышележащих пород, геометрии, упругости деформируе­мого пласта и конкретной тектонической обстановки, влияю­щей на напряженное состояние породы в естественном залега­нии. Прямых методов определения о не существует, и для оценки среднего нормального напряжения пользуются схемами [37].

Байдюк В. В., предположив, что гравитационные силы яв­ляются определяющими при нахождении а продуктивных плас­тов на различных глубинах, получил:

ог = ^(1+2^)^Я_Рп,_ср,                                                                                       (75)

где Н — глубина, на которой определяется среднее нормальное напряжение; р_п._ср—средняя плотность вышележащих пород; k — коэффициент бокового распора, k — y(\—v); v — коэффи­циент Пуассона; g — ускорение свободного падения.

Как показано в [34], при определении о в осадочных поро­дах, залегающих на значительных глубинах, предполагают, что в силу релаксации касательных напряжений при уплотнении горных пород в течение какого-то геологического времени глав­ные нормальные напряжения равны между собой. При этом k-+\ и

N

<* - g_z = V ghtPtf ,                                                                                                    (76)

130

где o_z — вертикальное главное нормальное напряжение; hi —■ мощность 1-го литологического однородного интервала разреза, имеющего плотность р_ш-.

В осадочной породе, насыщенной газом или жидкостью, внутрипоровое пластовое давление способствует уменьшению нагрузки о, передающейся на скелет пласта-коллектора от гор­ного давления. При отборе пластового агента пластовое давле­ние уменьшается, и действующие на сцементированный скелет породы внешние сжимающие усилия возрастают, т. е. на де­формацию породы влияет разность между средним нормаль­ным напряжением о и давлением пластового агента р_Пл, кото­рая называется эффективным напряжением: