Тема 2. Физико-механические и тепловые свойства горных пород ЛЕК. Лекция 6 Напряженное состояние горных пород в условиях залегания в массиве
 Скачать 18.66 Kb.
|
|
Тема 2. Физико-механические и тепловые свойства горных пород ЛЕКЦИЯ 6 Напряженное состояние горных пород в условиях залегания в массиве. Напряженное состояние горных пород в районе горных выработок. 1) Напряженное состояние горных пород в условиях залегания в массиве По вертикали на продуктивный пласт действует вес вышележащих пород. С увеличением глубины залегания продуктивного пласта вес пропорционально возрастает. Воспринимаясь минеральным скелетом породы продуктивного пласта, суммарная масса вышележащих пород создает в теле породы напряжение в вертикальном направлении, называемое еще горным давлением. Давление, создаваемое весом залегающих над нефтяным пластом пород, называется горным давлением (геостатическим) и определяется по формуле:  ,где Рг – горное давление, Па, ρп – средняя плотность горных пород всех вышележащих пластов с учетом насыщающих их жидкостей, кг/м3, g – ускорение свободного падения, м/с2, Н – глубина от поверхности земли до точки пласта, в которой определяется горное давление, м. Различают вертикальную и горизонтальную составляющие горного давления, которые называют, соответственно, полным и боковым горным давлением. При этом боковое горное давление может различаться в разных направлениях. В толще горных пород в идеальном случае составляющие горного давления по вертикали и горизонтали (боковое) должны быть равны. Это обусловлено действием фактора времени и ползучестью пород, а также наличием пластических деформаций в глинистых материалах. Породы продуктивных отложений обладают известной пустотностью (пористостью, кавернозностью, трещиноватостью). Пустотное пространство заполнено флюидами, которые находятся (в общем случае) под давлением, равном гидростатическому. В зонах истощенных продуктивных пластов это давление может быть меньше гидростатического. Однако нередко начальное давление флюидов в пустотном пространстве замкнутых (а в некоторых случаях и нормально сообщающихся) пластов больше гидростатического, а иногда достигает почти горного давления. Напряженное состояние породы в каком-то объеме будет определяться так называемым эффективным горным давлением. Разница между горным давлением (внешним) и пластовым давлением (внутрипоровым) называется эффективным горным давлением:  где n – безразмерный параметр, учитывающий часть пластового давления, обусловливающего разгрузку горного давления (изменяется в пределах 0,85-1). Информация о различных составляющих горного давления очень полезна для прогнозирования типа трещин, образующихся при проведении операций по гидроразрыву (вертикальные и горизонтальные), а также их ориентации (в случае образования вертикальных трещин). Очевидно, что в этом случае можно выбирать такое расположение скважин, как добывающих, так и нагнетательных, которое обеспечивало бы максимальную эффективность системы разработки месторождения. 2) Напряженное состояние горных пород в районе горных выработок Призабойная зона скважин представляет собой область пласта, от характеристики которой зависит их производительность. Эта область (самого узкого сечения потока) в процессе вскрытия пластов и эксплуатации скважин подвержена воздействию глинистого раствора, воды, цемента, отложений парафина, солей и смол, заиливания и т.д., в результате чего уменьшается приток нефти и газа. Поэтому свойства пород призабойной зоны и процессам, происходящим в этой области, уделяется особое внимание. С бурением скважин изменяется начальное напряженное состояние пород, так как происходят возмущения в естественном поле напряжений. В глубине пластов породы всесторонне сжаты, а по мере приближения к скважине они будут находиться в условиях, близких к одноосному сжатию. Поэтому пластичные породы (некоторые глины и глинистые сланцы) частично выдавливаются в скважину и удаляются в процессе бурения. В результате вертикальное горное давление на породы нефтяного пласта в районе скважины частично уменьшается. При этом в простом естественном поле напряжений появляется зона аномалий. В горном деле установлено, что область аномалий, имеющая практическое значение, невелика: она только в несколько раз превосходит размеры горной выработки. Вместе с тем в этой области существенно изменяются условия залегания горных пород, что может быть причиной значительных изменений их фильтрационных свойств. Новое поле напряжений, образующееся вокруг выработок, зависит от их глубины, геометрии и размеров, а также от состояния и физико-механических свойств массива пород. В зависимости от конкретных условий залегания пород и состояния массива при расчетах используют различные гипотезы проявления горного давления – в отдельных случаях считают, что порода подчиняется законам сыпучих тел, в других – законам теории упругости и т.д. Если в горных породах имеется вертикальная цилиндрическая выработка, принято считать, что естественное напряженное состояние в них, обусловленное горным давлением, сохраняется вдали от выработки на расстоянии, равном примерно 3-5 ее радиусам. |