Фильтрация газов в трещиноватых коллекторах, страница 77

ки поверхности образцов и жесткости герметизирующих ман­жет п может изменяться от 0,27 до 0,85.

Изучение пород-коллекторов, как правило, проводится на диаграммах с координатами эффективное давление (напряже­ние) — относительная деформация. На этих диаграммах на­блюдаются две области: а) область справедливости закона Гука; б) область проявления упругопластических и пластиче­ских деформаций. В первой области деформации обратимы, а во второй — частично или полностью необратимы. Точка, в ко­торой начинается отклонение от закона Гука, характеризует предел упругости пород. .Возникновение необратимых деформа­ций определяется пределом упругости скелета горной породы. Павлова Н. Н. [81] связывает развитие остаточной деформации с неоднородностью распределения напряжений в породе, кото­рое обусловлено неоднородностью его строения и состава. Не­обратимые деформации горных пород имеют специфические особенности, связанные с зернистым, неоднородным их строе­нием. По мнению Н. Н. Павловой, остаточная деформация по­род сочетает деформации двух типов — межзернового сколь­жения, сопровождающегося развитием микротрещиноватости, и внутрикристаллического, развивающегося при высоких давле­ниях [81].

В начальные моменты микроразрушения в скелете породы незначительны, что не изменяет вида зависимости объемных деформаций от давления. Значительные необратимые измене­ния объема пород происходят, главным образом, при предель­ных значениях эффективных давлений. Естественно, что при этих значениях эффективных давлений отмечаются существен­ные необратимые изменения пористости и проницаемости.

Зависимости между напряжениями и деформациями горной породы определяются свойствами породы, т. е. его скелета и цементирующего вещества. Эти зависимости обычно получают из анализа результатов специальных лабораторных экспери­ментов. Опубликованные экспериментальные данные позволяют говорить о деформациях следующих видов: упругих, упругопла­стических и пластических.

Если в случае восстановления пластового давления горная порода полностью восстанавливает свои первоначальные свой­ства, то она характеризуется проявлением упругих деформа­ций. При упругопластических деформациях первоначальные свойства восстанавливаются не полностью, т. е. наблюдаются частично необратимые деформации. Горные породы, для кото­рых присущи полностью необратимые деформации, называются пластичными.

Деформации как обратимые, так и необратимые (пластиче­ские) влияют на фильтрационные характеристики пласта, т. е. на дебит и распределение давления в результате изменения ко­эффициентов пористости и проницаемости породы.

133

Упругие деформации наблюдаются у хорошо сцементирован­ных гранулярных коллекторов с неглинистым типом цемента. Упругопластичность проявляется у слабо сцементированных песчаников, алевролитов и других пористых пород, особенно если диапазон изменения нагрузки находится в пределах от 100 до 1000 кгс/см² [43].

Пластичными свойствами характеризуются пески, песчаники с глинистым цементом, а также трещиноватые коллекторы.

В отечественной литературе впервые, основываясь на анали­зе разработки некоторых месторождений США, И. Н. Стрижо-вым [92] указано на необратимость изменений пористости и про­ницаемости при эксплуатации газовых скважин. Он отмечает, что поры и каналы продуктивных коллекторов при снижении давления уменьшаются. Пористость уменьшается до «беспо­лезной». Проницаемость пласта снижается. Масштаб этих явле­ний увеличивается по направлению к скважине. Чем ближе к скважине, тем больше сжимается и деформируется продуктив­ный пласт [92]. Позднее опубликована работа [51], посвящен­ная исследованию особенностей деформации нефтеносных кол­лекторов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕОБРАТИМЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И ПОРИСТОСТИ ОТ ДАВЛЕНИЯ

Как отмечает А. Т. Горбунов [74], экспериментальные исследо­вания физических свойств кернов в условиях нагружения пре­следуют две основные цели. Первая состоит в нахождении свя­зи измеряемых параметров пористой среды при атмосферном давлении с их значениями при глубинных условиях; вторая — в прогнозировании изменения параметров пласта при измене­ниях пластового давления в процессе разработки месторожде­ния.