Освоение скважин при помощи струйных насосов на восточно-северском месторождении. Учебное пособие 2е издание Тема Физические свойства горных породколлекторов нефти и газа. Природные коллекторы нефти и газа
 Скачать 3.74 Mb.
|
|
1.5. Удельная поверхность породы. Удельной поверхностью породы называется величина суммарной поверхности частиц, приходящейся на единицу объема образца. Вследствие небольших размеров отдельных зерен и большой плотности их упаковки общая площадь поверхностей порового пространства горной породы достигает огромных размеров. Подсчитано, что поверхность зерен правильной сферической формы размером 0,2 мм, содержащихся в 1 м3 однородного песка, составляет около 20276 м2 От величины удельной поверхности нефтеносных пород зависят их проницаемость, содержание остаточной воды, адсорбционная способность и т. д. Если пористая среда имеет большую удельную поверхность, то число поверхностных молекул жидкости возрастает и становится сравнимым с числом объемных молекул. Поэтому поверхностно-молекулярные явления в малопроницаемой породе могут оказать более существенное влияние на процесс фильтрации жидкости, чем в высокопроницаемых породах. Удельную площадь поверхности фильтрации нефтесодержащих пород с достаточной точностью можно подсчитать по приближенной формуле:  (1.7)где  - удельная поверхность породы, м2/м3; m - пористость, доли единицы; к - проницаемость, м2.Удельная поверхность нефтесодержащих пород нефтяных месторождений, имеющих промышленное значение, колеблется в широких пределах - от 40000 до 230000 м2/м3. Породы, имеющие удельную поверхность более 230000 м2/м3, проницаемы или слабопроницаемы. Они представлены глинами, глинистыми песками, глинистыми сланцами и т.п. 1.6. Коллекторские свойства терригенных пород. По минералогическому составу терригенные коллекторы делятся на кварцевые и полимиктовые. Кварцевый коллектор образуется в природе при условиях, когда в процессе осадконакопления превалирующее значение имеют зерна кварца. В этом случае образованная порода имеет песчаную основу (до 95-98 %), как правило, обладает хорошими коллекторскими свойствами, пористостью и проницаемостью. Начальная нефтенасыщенность достигает 80-95 %, а насыщенность водой - 5-20%. Полимиктовый коллектор образуется, если при осадконакоплении помимо зерен кварца большой процент зерен представлен полевыми шпатами и продуктами их химических преобразований. Образованная порода имеет значительную примесь глинистых разностей (до 25-50 %), ухудшающих ее коллекторские свойства. Начальная водонасыщенность у полимиктовых коллекторов может достигать 30-40%. Терригенные коллекторы характеризуются очень широким диапазоном фильтрационных свойств. Проницаемость их изменяется от 3-5 до 0,0001-0,001 мкм2, а пористость - от 25-26 до 12-14 %. 1.7. Коллекторские свойства карбонатных пород. Высокими значениями эффективной пористости, проницаемости, нефтегазонасыщенности могут обладать лишь так называемые биоморфные, органогенные и обломочные карбонатные породы пустотное пространство в которых не было подвержено вторичным изменениям (отложениям солей), вследствие чего коллекторы характеризуются низкими емкостными и фильтрационными свойствами. Эти карбонатные коллекторы могут иметь проницаемость до 0,3-1 мкм2 и пористость 20-35 %. Обычно такие породы комковатые, рыхлые, слабосцементированные, цемента до 10 %. Начальная водонасыщенность их в нефтяной залежи не превышает 5-20 %. Среднепористые и среднепроницаемые карбонатные коллекторы обладают уже меньшей пористостью (12-25 %) и проницаемостью (0,01-0,3 мкм2) и более высокой степенью цементации (10-20 %). Водонасыщенность среднепористых карбонатов может достигать 25-35%. Мелкозернистые, слабопроницаемые, мелкопористые карбонатные коллекторы, обычно называемые матрицами, обладают низкой полезной емкостью и плохими фильтрационными свойствами: пористость 8-15 %, проницаемость 0,0001-0,01 мкм2, водонасыщенность 35-50 %. Емкостные свойства карбонатных коллекторов этого типа связаны с пористостью матриц, а фильтрационные свойства - с трещинноватостью пород. Качество трещинноватых пород, как коллектора нефти и газа характеризуется раскрытостыо трещин, их числом, густотой трещин. Раскрытость трещин колеблется в пределах 14-80 мкм2. Густота трещин в какой-либо точке пласта характеризуется объемной плотностью трещин:  (1.8)где  - половина площади поверхности всех трещин в некотором элементарном объеме породы  .Трещинная пористость определяется отношением объема трещин к объему образца породы:  (1.9)где  - трещинная пористость, доли единиц; b - высота раскрытости трещин, мм.Проницаемость трещинноватой породы определяется по формуле:  (1.10)где  - коэффициент проницаемости трещинноватой породы.Высокопористые, высокопроницаемые карбонатные коллекторы - хорошие объекты для разработки. Разработка слабопроницаемых, мелкопористых карбонатных коллекторов трудна и малоэффективна, однако наличие трещинноватости приводит к увеличению проницаемости и дает возможность разрабатывать эти коллекторы. 1.8. Механические свойства горных пород. Многие процессы, происходящие в пласте при его вскрытии и влияющие на ряд процессов в период разработки и эксплуатации месторождений, связаны с механическими свойствами горных пород - упругостью, прочностью на сжатие и разрыв, пластичностью. Упругость горных пород. Упругостью горных пород называют изменение объема породы под действием давления. Под действием давления порода сжимается, а при снятии давления расширяется. При расширении породы жидкость начинает вытесняться из пор. Упругие свойства пород влияют на перераспределение давления в процессе эксплуатации. О величине упругих деформаций породы судят по коэффициенту объемной упругости, который определяется опытным путем с последующим расчетом по формуле:  (1.11)где  - коэффициент объемной упругости породы, 1/Па,  - изменение объема пор в образце породы при изменении давления на  , м3;  -объем образца породы, м3.Коэффициент объемной упругости определяет в относительных величинах изменение объема при изменении давления на 1 Па. Лабораторные и промысловые исследования показывают, что величина коэффициента объемной упругости для нефтесодержащих пластов изменяется от 0,3-10 - 2  10-10 Па-1. Коэффициент объемной упругости используется в расчетах по исследованию скважин, а также при математическом описании процессов фильтрации жидкости (газа) в пластах при изменяющихся давлениях.Прочность горных пород - это сопротивление их механическому разрушению (сжатию и растяжению). Прочность пород при растяжении во много раз меньше, чем при сжатии. Прочность известняков на сжатие составляет 50-180 МПа, песчаников - 15-20 МПа. Прочность известняков уменьшается с увеличением в них глинистых частиц. Песчаники с известковым цементом имеют наименьшую прочность на сжатие. При увеличении плотности пород прочность их на сжатие возрастает. Прочность известняков и песчаников после насыщения их водой уменьшается на 20-45 %. Пластичность горных пород - это способность пород Деформироваться под большим давлением без образования трещин или видимых нарушений. Пластичность проявляется на большой глубине. На большой глубине твердая порода может "вытекать" в скважину под действием высокого горного давления вышележащих пород. Образование складок в земной коре с плавными изгибам] вогнутостями и выпуклостями также обусловлено пластическим свойствами горных пород. 1.9. Тепловые свойства горных пород и насыщающих их флюидов. Тепловые свойства горных пород и насыщающих их жидкосте необходимо знать при проектировании различных методов тепловог воздействия на призабойную зону скважин и пласт в целом. Тепловы свойства горных пород и жидкостей зависят от многих факторов температуры, давления, пористости, водонасыщенности: минералогического состава породы и насыщающих жидкостей. В таблице 1.1 приводятся некоторые обобщенные результаты исследований теплофизических свойств карбонатных и терригенных пород по результатам лабораторных исследований. Таблица 1. Средние значения теплофизических свойств горных пород
Эти результаты указывают на существенное отличие пород по теплофизическим свойствам, поэтому знание литолого-петрофизических особенностей пород, слагающих нефтепродуктивный пласт, определяет правильность выбора теплофизических коэффициентов. Кроме того, следует помнить, что результаты исследований теплофизических свойств пород, приводимые в таблице 1.1, выполнены при комнатной температуре (20 °С). Для их пересчета на пластовые температуры можно пользоваться формулой:  (1.12)где  - коэффициент теплопроводности при температуре  ; К - поправочный коэффициент, К = (1-5) 10-3; То- температура, при которой проведены лабораторные эксперименты; Т - пластовая температура.Исследованиями установлено, что слоистые породы имеют разные коэффициенты теплопроводности по напластованию и перпендикулярно к нему. Коэффициент вдоль напластования на 30-35 % выше, чем перпендикулярно к нему. Изменение теплофизических свойств горных пород от давления несущественное. Так, например, при увеличении давления на 100 МПа теплопроводность известняка изменяется только на 0,1 %, поэтому при выборе теплофизических параметров для расчетов предварительно подлежат изучению литолого-петрографические характеристики пород с учетом их физического состояния по давлению, температуре, нефтегазоводонасыщенности и др. Удельная теплоемкость горных пород возрастает с уменьшением их плотности, она зависит от минералогического состава и не зависит от строения, структуры и дисперсного состояния минералов. Установлено, что с увеличением влажности и температуры теплоемкость пород возрастает. Теплопроводность и температуропроводность горных пород по сравнению с металлами очень низка. Поэтому для прогрева на 60-70 К пород призабойных зон скважин даже на небольшую глубину (2-3 м) необходимо выдерживать нагревательные приборы в течение нескольких суток. Теплопроводность горных пород, заполненных нефтью и водой, значительно повышается за счет конвективного переноса тепла жидкой средой. По этой причине для усиления прогрева пород пласта и увеличения глубины прогрева забой скважины одновременно подвергается ультразвуковой обработке, в результате чего ускоряется процесс передачи тепла за счет конвекции, возникающей вследствие упругих колебаний среды. Температуропроводность горных пород повышается с уменьшением пористости и с увеличением влажности. В нефтенасыщенных породах она более низка, чем в водонасыщенных, так как теплопроводность нефти меньше, чем воды. Теплопроводность пород практически не зависит от минерализации пластовых вод. Кроме характеристик породы температурные условия в стволе и пласте предопределяются также теплофизическими свойствами нефти, воды и газа. В таблице 1.2 приведены средние значения теплофизических свойств нефти и воды при стандартных условиях (20 °С и 0,1 МПа). Таблица 1.2 | |||||||||||||||||||||||||
