книги / Физические свойства коллекторов нефти при высоких давлениях и температурах

Деформация глин в условиях неравномерного напряженного сос­ тояния воспроизводит Один из случаев катагенётического их преоб­ разования.

Ранее [4] текстурные изменения в водонасыщенных глинах бы­ ли изучены в условиях одноосного сжатия. При этом было выделе­ но два типа текстурных изменений. Первый тип вызывался ориен­ тированным напряжением сжатия. Для него характерно улучшение пространственной ориентации частиц (перпендикулярно сжимающему усилию) и усиление исходной аксиальной структуры. Второй тип р аз­ вивался в процессе разрушения образца под действием касательных напряжений: исходная текстура в зоне сдвига нарушалась, частицы переориентировались в направлении сдвига. Нами изучалось' влия­ ние катагенеза на текстуру огланлинского бентонита, подвергнуто­ го неравномерному объемному сжатию.

При анализе микрофотографий, полученных при съемке на сканиру­ ющем микроскопе, исходного и деформированного при <7^= 500кгс/см^

чезла их тонкая скульптура, произошла некоторая упорядоченность текстуры), так и неравномерного - разъединения микроблоков и их

трехосном сжатии различных глинистых пород. Как можно видеть, большинство образцов испытано при величинах Эффективных напря­ жений, типичных для глубин залегания пород ( а эф д )'

Таким образом, в опытах условно воспроизведен один из слу­ чаев воздействия тектонического напряжения на породы, находя­ щиеся в условиях эффективного напряжения.

Анализ результатов исследований показывает, что породы I груп­ пы по деформационно-прочностным свойствам при вдавливании (бентонит) и часть пород II группы деформировались в этих усло­ виях остаточно как пластические материалы - без изменения объ­ ема (рис. 1 ).

Интересны результаты, полученные при деформации плотных ар­ гиллитов и алевролитов — покрышек девонских отложений из раз­

дать микротрешинообразование в процессе остаточной деформации этих пород, а следовательно, и увеличение объема. Однако увели­ чение объема не отмечалось (см. табл. 2). Специально проведенное микроскопическое изучение сколов исходных и Деформирован­ ных пород на сканирующем электронном микроскопе JSM-2 по­ зволило объяснить отсутствие увеличения объема при деформации этих образцов аксиальной микростуктурой образцов, препятствую­ щей развитию микротрещин.

р и с . 1. Диаграммы деформаций огланлинского бентонита при раз­

Р и с . 2 . Диаграммы деформаций глинистого алевролита (обр. 1054 -К ,

зованию микротрещин на контактах зерен при переориентировке зе­ рен.

рождения {+€va Д° 8,1% ), они аналогичны показателем прироста

пустотности у алевролитов этой толщи.

Следует отметить влияние температуры на механизм деформации глинистых пород. Так, разуплотнение при деформации пород в ус­

Полученные данные объясняют ухудшение изолирующих свойств глинистых пород с ростом содержания в них неглинистых матери­ алов, степени их уплотнения и развития трещиноватости.

Комплекс проведенных исследований деформационных и прочности ных свойств глинистых пород (методом вдавливания штампа) в ус­ ловиях неравномерного объемного сжатия, сопоставление полученных данных с результатами изучения трещиноватости пород в шлифах по­ зволили провести разделение пород на группы и дать прогноз их изолирующей способности (табл. .3). Для подтверждения, правомер­ ности такого прогноза были проведены дополнительные эксперимен­ ты по определению изолирующей способности пород по уже приня­ тым методикам. Так, учитывая, что к настоящему времени одной из наиболее объективных характеристик изолирующей способности глинистых пород признано давление прорыва через них газа* вы­ борочно для некоторых пород выделенных групп было проведено изучение величин давлений прорыва газа рпр по методике ВНИИГаза [ 5 ] . Методика основана на представлениях о сохранении гли­ нистыми породами, насыщенными минерализованными водами, экра­ нирующих свойств для газовых залежей до некоторого критическо­ го значения давления газа (названного давлением прорыва), пре­ вышение которого свидетельствует о потере породами изолирую­ щих качеств. Установлено, что давление прорыва р соответст­ вует капиллярному давлению групп пор породы с наибольшими ра­ диусами пор гп , т.е.

^пр = 2crcos ОАц%

где о - коэффициент поверхностного натяжения на границе насы­ щающей жидкости с газом; в - краевой угол станки капилляра с едкостью , газом; г„ - средний радиус группыперовых каналов, по которым происходит прорыв.

Изучение давлений прорыва в глинистых породах проводилось на установке для изучения газопроницаемости пород конструкции ВНИГНИ. При этом использовались образцы диаметром 1 6 мм, длиной 25 мм, насыщенные моделями минерализованных пластовых вод (для наи­ более полного моделирования условий в пласте). Внешний обжим образца в каждом опыте соответствовал величине эффективного на­ пряжения на глубине залегания породы. За начальное давление про­ рыва принималось давление газа, при котором происходило внача­ ле интенсивное, не прекращающееся вытеснение жидкости, завер­ шающееся визуально наблюдаемым движением пузырьков газа че­ рез жидкости

В этих испытаниях было установлено хорошее соответствие ме­ жду оценками изолирующей способности по комплексу деформацион­ но-прочностных свойств и по давлениям прорыва. Так, максималь­

я 1 0 кгс/см ^ (/СПр ^ ) » минимальные значения КПр41 •1 0 г ^ мД ха­

Данные по пластическим свойствам и способности к разуплот­ нении!) структуры пород (свидетельствующей о развитии микротре­ щиноватости), полученные при изучении деформационного поведе­ ния глинистых пород-покрышек в условиях неравномерного трехос­ ного сжатия, также хорошо согласуются с оценками изолирующей способности пород литологического барьера по комплексу дефор- мационно-прочностных свойств при вдавливании и с другими ре­ зультатами изучения физических свойств.

В заключение предлагается следующая уточненная схема опенки изолирующей способности глинистых покрышек литологического барь­ ера по деформационным и прочностным свойствам, подтверждаемая результатами других исследований экранирующей способности пород (см. табл. 3 ).

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования глинистых пород подтвердили, что определенный комплекс упругих, пластических и прочностных свойств глинистых пород может быть поставлен в соответствие с их изолирующими свойствами.

5. ХанИн А.А. Породы-коллекторы нефти и газа нефтегазоносных провин­ ций СССР. М.: Недра, 1 9 7 3 . 3 6 8 е.

ВЛИЯНИЕ АНОМАЛЬНО-ВЫСОКИХ

ПОРОВЫХ ДАВЛЕНИЙ НА ДЕФОРМАЦИОННЫЕ И КОЛЛЕКТОРСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ОБЪЕМНЫХ НАПРЯЖЕННЫХ СОСТОЯНИЯХ

А. А. Фомин

Залежи нефти и газа на больших глубинах часто характеризуют (АВПД ) по сравнению с гидростатическим аномально-высокие давле­ ния насыщающих породы флюидов [1, 2], влияние которых на коллектор­ ские свойства пород в условиях объемных напряженных состояний малоизучено, несмотря на важность оценки этого влияния для подсче­ та геологических запасов углеводородов.

Результаты экспериментального изучения напряженного состоя­ ния пород в верхних частях земной коры, новейших и современных

еедвижений свидетельствуют о неравномерности поля напряжений

вкоре, обусловленной значительным влиянием тектонических напря­ жений [3 ]. В условиях неравномерного объемного напряженного состояния в породах развиваются остаточные деформации и трещи­ ны разрушения.

Поскольку перспективы нефтегаэоносности больших глубин связан­ ны в основном с. коллекторами трещинного типа, изучение возникно­

вения трещин и механизма их развития в породах, так же как фор­ мирования коллекторских возможностей пород в условиях сложных объемных напряженных состояний и аномально-высоких поровых давлений, типичных для больших глубин, представляет одну из ак­ туальных задач нефтяной геологии.

Ниже изложены результаты проведенного в ИГиРГИ под руковод­ ством Н.Н. Павловой экспериментального исследования влияния вы­ соких поровых давлений на деформационные и коллекторские свой­ ства пород при различных (в том числе неравномерных) объемных напряженных состояниях.

Полученные данные использованы для объяснения некоторых осо­ бенностей деформационного поведения коллекторов глубокозалегающих месторождений нефти и газа.

Исследование проведено главным образом на керновом матери­ але, приуроченном к южному борту Западно-Кубанского прогиба.

Это глубокозалегающее месторождение отличают аномальные пласто­ вые давления (порядка 7 0 0 - 8 5 0 кгс/см ^, аномальность - 1 ,8 5 - 1 ,9 ) и высокие температуры (1 3 5 - 1 5 0 °С ) .

Для исследуемого региона в целом характерна повышенная Тек­ тоническая активность, а следовательно, неравномерность поля нап­ ряжений. Влияние неравномерного напряженного состояния на деформированность массива подтверждает высокая трещиноватость пород продуктивной кумской свиты эоцена. Объемная плотность трещин