книги / Физические свойства коллекторов нефти при высоких давлениях и температурах

ОБ ОЦЕНКЕ ИЗМЕНЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПОРИСТОСТИ И ПРОНИЦАЕМОСТИ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД

ПОД ДЕЙСТВИЕМ ДАВЛЕНИЙ,

ТИПИЧНЫХ ДЛЯ БОЛЬШИХ ГЛУБИН

Г. Н. Юрель

Одним из важнейших расчетных параметров при оценке геологи­ ческих запасов является коэффициент пористости пород, определя­ емый лабораторными и геофизическими исследованиями.

В связи с ростом глубин открываёмых месторождений данные стандартных лабораторных определений пористости по керну нужда­ ются в введении поправки на упругое восстановление порогового объема при извлечении керна с забоя скважины на поверхность. Ве­ личины этих поправокмогут быть определены при эксперименталь­

Внастоящее время подобные исследования физических свойств карбонатных пород еще малочисленны и характеризуют свойства не всех типичных разностей карбонатных коллекторов.

ВИГиРГИ изучение изменений деформационных и коллекторских свойств 'карбонатных пород при термодинамических параметрах, ха­ рактерных для разных глубин залегания, проводилось на породах различных структурно-генетических типов девонских и главным об­ разом каменноугольных отложений Пермскогр Прикамья. При этом исследованию подвергались как пористые породы из разрезов плат­ форменной части области, так и плотные трещиноватые породы Пред-

уральского прогиба и передовых складок Урала.

Особенностью условий залегания карбонатых отложений в преде­ лах Предуральского краевого прогиба по сравнению с аналогичными

плотность и прочность. Результаты сравнительного изучения порис­ тости карбонатных пород-коллекторов перспективных отложений верх­ него девона-турне показали, что в районе Предуральского краевого прогиба породы всех литогенетических типов характеризуются мень­ шими объемами пустотного пространства и более низкими значения­ ми коэффициента проницаемости, нежели в пределах платформы. Эфг фективная мощность пластов прогиба по сравнению с платформой уменьшена на 15-25% ,

Оценка изменений коэффициента пористости пород с глубиной проводилась на основании результатов экспериментального изучения объемных деформаций пород под действием всестороннего равномер­ ного сжатия, уровень которого выбирался либо близким к величине гравитационного напряжения, либо более высоким.

На рис. 1 приведены диаграммы деформаций органогенных из­ вестняков и микрокристаллического доломита.

Анализ объемных деформаций пород позволил выявить одну из характерных особенностей процесса деформации под действием все­ стороннего сжатия - ее неоднородность. Отношение продольных де—

с неоднородностью состава и структуры пород, является возникно­ вение неупругих изменений в структуре карбонатных пород в усло­ виях относительно невысоких величин равномерного всестороннего сжатия - 6 0 0 - 1 0 0 0 кгс/см 2 ). Однородные же плотные микрозернистые известняки имеют более равномерную деформацию.

Изучение области перехода от упругой к необратимой (остаточ­ ной) деформации и количественная оценка предела упругой устойчи­ вости необходимы для прогноза деформационного поведения пород на больших глубинах.

Область упругих 'изменений пород детально исследована в рабо­

ная зависимость деформаций от напряжений. С ростом напряжений происходит снижение темпа роста деформаций (II область). Зависи­ мость деформаций от <тэф, характерная для этой области, сохраня­ ется в широком диапазоне эффективных напряжений. С определенного

графику очень легко. Он характеризует переход к необратимым де­ формациям в условиях всестороннего сжатия. Ранее этот переход был выявлен при деформации грунтов.

При деформировании органогенных известняков уровень напря­ жений, при которых начинается возникновение необратимых дефор­ маций (III область), равен 6 0 0 - 7 0 0 кгс/см ^. Этот уровень характе­ ризует глубины 5 -7 км. У хемогенных же пород граница упругой устойчивости проходит на уровне более высоких эффективных нап­

пород, анизотропией строения и т.д.

Деформации карбонатных пород определенным образом влияют на коэффициент пористости. Изучение упругих деформаций позволяет оценить упругие (обратимые) изменения пористости при эффектив­ ных напряжениях и температурах, типичных для глубин залегания исследуемых коллекторов. При напряжениях о эфир' превышающих глубины залегания, возникают необратимые деформации. В связи

с этим интересно изучение влияния этих деформаций на коэффициент пористости.

Как в эксперименте, так и в природных условиях в карбонатных породах под действием давления пористость может уменьшаться без разрушения зерен» Процессом, который способствует их более плотной упаковке, является растворимость минерального скелета на контактах зерен. При этом грани, подверженные воздействию наиболее интенсивного давления, растворяются. Растворившееся ми­ неральное вещество выпадает из раствора и переотлагается на

поверхностях минеральных зерен, подвергшихся наименьшему напря­ жению. Вследствие повышенной растворимости кальцита в пласто­ вых водах и под давлением происходит уплотнение породы без раз­ рушения зерен, что можно наблюдать как при кратковременном сжа­

Таким образом, действие нагрузки и химических процессов на­ правлены в сторону необратимого уменьшения эффективной емкости (гранулярной пористости) с глубиной в результате более плотной упаковки зерен и образования вторичных минералов в порах. В ре­ зультате порода уплотняется, пористость и проницаемость ее па­ дают, прочностные характеристики возрастают.

Коэффициент проницаемости карбонатных пород под влиянием термодинамических условий изменяется в большей степени, чем коэффициент пористости. Если небольшие и обратимые изменения коэффициента пористости связаны главным образом с упругой де­ формацией скелета породы, то на коэффициент проницаемости ока­ зывают влияние такие факторы, как свойства фильтрующихся жид­ костей, характер процесса фильтрации пород и т.д. Эксперименталь­ ные работы, посвященные изучению влияния давлений и температур, свидетельствуют, о значительном йзменении коэффициента проницае­ мости даже при упругом деформировании пород.

Опыты по определению проницаемости проводились на установ­ ке, разработанной во ВН 4ГНИ и усовершенствованной в ИГиРГИ. Проницаемость изучалась при стационарной фильтрации газа (азо­ та), что позволило избежать физико-химического влияния насыщен­ ных сред. Коэффициенты проницаемости пород изучались при объем­

являлась оценка влияния необратимых изменений в структуре пород на коэффициент проницаемости в процессе снятия напряжения. Для изучения влияния температуры часть образцов испытывалась при

200°С .

В табл. 2 и на рис. 3 представлены результаты изучения газо­ проницаемости пород при эффективных напряжениях аэ и ^эфпр

Результаты испытаний представлены в

Проведенные испытания позволили выявить диапазон изменения фильтрационных свойств карбонатных пород в термодинамических