Файл: Особенности вскрытия, испытания и опробования трещинных коллекторов нефти..pdf

ташов и И. Г. Б еллад [31] сделали важный для практики вывод о том, что для расчетов напряженного состояния сжимаемого массива пород около горных выработок можно использовать ап­

Кроме того, для оценки напряжений и деформаций породы в мо­ мент приложения к ней нагрузок необходимо использовать вели­ чины А0 и В0, а по истечении достаточно длительного времени — соответственно Ап и Вп.

Метод испытания горных пород на боковой распор, разрабо­ танный ВНИМИ применительно к задачам прогноза горного дав­ ления на крепь шахтных стволов, состоит в приложении к цилин­ дрическим образцам породы (диаметром 36 мм и высотой 40 или 70 мм) объемных нагрузок, имитирующих горное и боковое дав­ ления, отвечающих задаваемым деформациям выдавливания (поперечным деформациям образца).

В табл. 17 в качестве примера приведены коэффициенты бо­ кового распора некоторых пород, определенные методом ВНИМИ [30].

Т а б л и ц а 17 Коэффициент боковогораспора некоторых пород

Из всего сказанного можно заключить, что кольцевые сжи­ мающие напряжения в зависимости от величины бокового рас­ пора могут быть меньше, равны или больше горного давления. Отсюда, напряженное состояние приствольной зоны продуктив­ ного горизонта зависит от физико-механических свойств горных

.56

пород, слагающих продуктивный интервал; времени, прошедшего с момента вскрытия до опробования, и времени процесса опробо­ вания.

После вскрытия скважиной разреза горных пород вступает в действие механизм перераспределения напряжений [12, 53], кото­ рый наиболее резко проявляет себя в приствольной зоне скважи­ ны. Это изменение напряжений непосредственно связано с геоло­ го-тектоническими особенностями разреза, литологией горных по­ род, чередованием менее прочных пластичных пластов с более прочными и упругими, техникой и технологией проводки скважи­ ны и многими другими факторами, действие которых изучено сла­ бо или вовсе не изучено. Наиболее сильное влияние на изменение напряженного состояния ствола скважины оказывает деформа­ ция пластичных пород разреза и вытекание их в ствол под дейст­ вием горного давления. При этом происходит снижение горного, давления в отложениях, залегающих под пластичным пластом, и снижение напряжений в пластах, залегающих выше, за счет об­

вить, что снижение горного давления в пластичном пласте опре­ деляется уравнением

1а

(22)

а

где Ро — снижение горного давления в кгс/см2 ; qn — горное дав­ ление до проводки скважины в кгс/см2 ; q — величина пониженно­ го горного давления в кгс/см2 ; Ко — коэффициент сцепления по­ роды пластичного пласта в зоне г0 в кгс/см2 ; a=igq>, ф — угол внутреннего трения; г, г0 и г% —соответственно текущий радиус, радиус нарушенной зоны пластичного пласта, радиус зоны пони­ женного горного давления в м.

Коэффициент сцепления и угол внутреннего трения являются характеристиками предельных состояний горной породы (паспор­ та прочности). При большом всестороннем сжатии можно при­ ближенно считать коэффициент сцепления постоянным, не зави­ сящим от изменения горного давления, т. е. /Со = /(—const. Угол внутреннего трения для пластичных пород в условиях большого давления всестороннего сжатия очень мал, т. е. с повышением давления а -> 0.

В условиях скважины, заполненной промывочной жидкостью? понижение радиального напряжения в приствольной зоне воз­ можно до величины, равной давлению столба глинистого раство­ ра. Учитывая это, минимально возможная величина горного дав­

57

практики точностью определяется из выражения

Обычно на практике представляет интерес радиус зоны понижен­ ного горного давления. Решая уравнение (24 ) относительно г%, получаем

горного давления зависит от радиуса зоны нарушения пласта, но

пятской впадины: средневзвешенная плотность горных пород 2,2 г/см3 ; плотность промывочной жидкости 1,2 г/см3 ; при буре­ нии скважины в зоне пластичного пласта образуются каверны, по­ этому радиус нарушенной зоны, включающий радиус каверн и участок пласта с нарушенной структурой, значительно больший диаметра скважины, для расчетов принят равным 2 м; коэффи­ циенты сцепления горных пород приняты ориентировочно 30, 50 и 100 кгс/см2 [10, 46, 48].

На глубинах 3 0 0 0 — 4 0 0 0 м зона пониженного горного давле­ ния простирается на 3 0 — 5 0 м ниже подошвы пласта, представ­ ленного пластичными породами. Величина зоны пониженного горного давления связана с радиусом нарушения (каверн) плас­ тичного пласта.

Некоторые исследователи считают, что в продуктивных горнзонтах нефтяных и газовых месторождений, залегающих на боль­ ших глубинах, наблюдалось снижение горного давления в про­ цессе формирования залежи в связи с особенностями тектониче­ ских процессов [46]. Чередование пластов, сложенных горными породами с различными физико-механическими и коллекторскими свойствами, также вызывает снижение горного давления в нефтяных и газовых скважинах.

Изменение напряженного состояния приствольной зоны про­ дуктивного горизонта влияет на особенности поведения коллек­ тора при вызове притока и извлечении пластовой жидкости [11, 13]. Вследствие высокой сжимаемости трещинных коллекторов

58

Т а б л и ц а 18

Величина радиуса разгруженной зоны при различных глубинах залегания пластичного пласта

Радиус зоны пониженного горного даплення, м

Глубина

залегания, м

Л'-ЗО кгс/см» К=50 кгс/см3 А"=10п. кгс/сма

действия горного давления лабораторные эксперименты проводи­ лись нами для трех наиболее характерных типов напряженных состояний приствольной зоны продуктивного горизонта: 1) все­ стороннего сжатия, равного горному давлению; 2) осевой нагруз­ ке, равной горному давлению, и боковом давлении, равном дав­ лению столба промывочной жидкости в скважине; 3) всесторон­ нем сжатии, равном давлению столба промывочной жидкости. В первом случае напряженное состояние соответствовало части пласта, удаленной от ствола скважины. Во втором — пристволь­ ной зоне скважины, вскрывшей разрез, представленный плотны­ ми и прочными породами с высокими упругими свойствами, име­ ющими низкий коэффициент бокового распора, в котором отсут­ ствует разгружающий пластичный горизонт. В третьем случае напряженное состояние соответствовало участку пласта в при­ ствольной зоне скважины, когда имеются хорошие условия для разгрузки горного давления.

Очевидно, в некоторых геологических условиях приствольная зона скважины последовательно с течением времени может нахо­

коллектора к натуре блоки моделей изготавливались из образцов керна, наиболее соответствующих по своим физико-механическим свойствам породам продуктивных горизонтов. В связи с тем, что основной целью экспериментов было изучение напряжений, воз­ никающих в блоках при изменении давления в трещинах, раскрытость искусственных трещин была выбрана из соображений сво­ бодной прокачки рабочей жидкости.

Блоки моделей представляли собой бруски керна с централь­ ными отверстиями, имитирующими скважины. Всестороннее сжа­ тие осуществлялось гидрообжимом, а осевая нагрузка (горное давление) —нажимом поршня. Через трещины в центральное от­ верстие подавалась жидкость, создающая пластовое давление или давление, подобное давлению столба жидкости в скважине. Такое нагружение вызывало напряжения в блоке, аналогичные

59