Разработка методики количественной оценки влияния напряженного состояния на физические свойства песчано-глинистых пород тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.12, кандидат технических наук Кречетова, Тамара Николаевна

• Кречетова, Тамара Николаевна
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кречетова, Тамара Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ АНАЛИТИЧЕСКОГО

ИЗУЧЕНИЯ ШЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕФОШИРШЫХ ГОРНЫХ

ПОРОД.'.

1.1. Использование теоретических исследований деформаций пористых сред для изучения физических свойств горных пород под действием нагрузки

1.2. Изучение физических свойств горных пород в условиях напряженного состояния при помощи моделей деформируемых пористых сред.

1.3. Особенности структуры порового пространства и процессов деформации реальных поровых коллекторов нефти и газа.

В ы в о д ы

2. НЕЛИНЕЙНО-УПРУГАЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОШСТОИ

СРЕДЫ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДНЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕСЧАНО

ГЛИНИСТЫХ ПОРОД-КОЛЛЕКТОРОВ,НАХОДЯЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ

СЛОЖНО-НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ.

2.1. Характеристика структуры и деформационных свойств модели.

2.2. Изменение физических свойств модели под действием всестороннего неравномерного сжатия

2.3. Изменение физических свойств изотропного варианта модели под действием всестороннего равномерного сжатия.

2.4. Оценка степени справедливости модельных представлений по данным экспериментальных исследований физических свойств песчано-глинистых пород-коллекторов

2.5. Связь упругих постоянных и структурного коэффициента песчано-глинистых пород с их литолого-петрографическими и структурными особенностями

2.6. Возможные методы определения упругих постоянных и структурного коэффициента

В ы в о д ы.

3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ШЗИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ШСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ ПОРОД В УСЛОВИЯХ НАПРЯЖЕННОГО

СОСТОЯНИЯ

3.1. Определение изменения фильтрационных и электрических свойств песчано-глинистых пород по данным об их коэффициенте сжимаемости пор

3.2. Определение изменения диффузионно-адсорбционной активности в пластовых условиях

3.3. Оценка изменения физических характеристик песчано-глинистых пород-коллекторов под действием всестороннего неравномерного сжатия.

3.4. Количественная оценка влияния давления на параметр пористости песчано-глинистой породы

3.5. Особенности фильтрации в упруго деформируемых анизотропных коллекторах.

Вы в о ды.

4. ПРИТОК ЖИДКОСТИ К ВСКШТОИ ЩЕЛЕВЫМ МЕТОДОМ СКВАЖНЕ В

УСЛОВИЯХ УПРУГО ДЕФОРМИРУЕМОГО ПЛАСТА-КОЛЛЕКТОРА.

4.1. Оценка влияния напряженного состояния на фильтрационные характеристики массива горных пород

4.2. Определение поля напряжений в условиях щелевого вскрытия пласта

4.3. Определение притока жидкости к скважине с вертикальными щелевыми разрезами, проведенной в упруго деформируемом пласте

4.4. Приток жидкости к скважине при использовании различных методов вскрытия продуктивных пластов

Вы в о д ы

ЗАКЛШЕНИЕ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУШ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики количественной оценки влияния напряженного состояния на физические свойства песчано-глинистых пород»

Актуальность проблемы. Увеличение запасов нефти и газа, а также их добычи, предусмотренное Директивами ХХУТ съезда КПСС, неразрывно связано как с открытиями новых месторождений, так и с выявлением продуктивных пластов на разведанных месторождениях и применением новых методов их рациональной эксплуатации. При этом важнейшим фактором эффективного использования промыслово-геофизических методов исследования скважин, необходимых для решения поставленных задач, является изучение физических свойств различных пород-коллекторов в условиях, приближенных к их естественному залеганию.

Горные породы-коллекторы нефти и газа на больших глубинах -испытывают значительные нагрузки, связанные с воздействием вышележащих толщ и давлением внутрипоровых флюидов. Действующие в породе напряжения вызывают соответствующие деформации и, следовательно, могут существенным образом влиять на физические свойства коллектора.

В настоящее время данные о поведении песчано-глинистых пород на больших глубинах получают, главным образом, в результате экспериментальных исследований, выполненных на специально разработанных для этой цели лабораторных установках, одни из которых предназначены для изучения отдельных физических параметров образцов под действием нагрузки и температуры, другие, конструктивно более сложные, для одновременного исследования комплекса свойств образца при одном и том же цикле нагружения. Проведение серии экспериментов для получения основных физических характеристик образцов пород под действием как всестороннего равномерного, так и неравномерного сжатия, достаточно трудоемкий процесс, связанный с большими затратами времени. При моделировании сложно-напряженного состояния существующие установки позволяют определять физические свойства образца в условиях действия двух одинаковых и одной отличающейся нормальных компонент эффективного напряжения, тогда как в естественных условиях на породу действуют три различных главных напряжения. Кроме того, лабораторный способ определения физических свойств образцов горных пород в пластовых условиях предусматривает необходимость использования громоздкой дорогостоящей аппаратуры, стоимость и сложность которой непропорционально растут с увеличением моделируемых давлений и температур.

Вследствие того, что значения физических характеристик,полученных при изучении образцов в атмосферных условиях или при напряженном состоянии, не соответствующем условиям залегания пласта, могут значительно отличаться от их значений в естественных условиях, возможность количественной оценки параметров породы как в частном случае всестороннего равномерного сжатия, так и при разноосном неравномерном нагружении представляет большой интерес. Так, например, определение сжимаемости пор, пористости,и проницаемости пород в пластовых условиях имеет важное значение при гидродинамических расчетах, связанных с добычей нефти и газа, а также при подсчете углеводородов в залежи. Так как удельное электрическое сопротивление и диффузионно-адсорбционная активность являются одними из основных геофизических характеристик породы, то знание зависимости этих величин от давления и температуры является необходимым условием эффективного использования основных методов промысловой геофизики для количественной оценки подсчет-ных параметров коллекторов. При разработке месторождений нефти и газа одной из наиболее важных проблем является проблема изучения процессов фильтрации в условиях изменяющегося давления в пласте.

Добыча полезных ископаемых неразрывно связана с теми или иными механическими воздействиями на горные породы. Вне зависимости от того, является ли изменение напряженного состояния массива побочным эффектом проводимых технологических операций или вызывается целенаправленно, ^при оценке его последствий важно, в первую очаредь, узнать суммарное изменение, гидродинамических характеристик. До настоящего времени- вопрос о влиянии сложно-напряженного состояния на фильтрационные характеристики массива горных пород теоретически мало изучен. Однако его решение необходимо для практического использования в ряде, задач; строительной механики, горного дела, сейсмологии, промысловой геологии и т.д. При этом несомненный интерес представляют как величина изменений напряженного состояния и размеры той области, на которую они распространяются, так и аналитическая связь между главными компонентами тензора проницаемости и главными напряжениями, позволяющая количественно оценить изменение гидродинамических характеристик массива пород.

Таким образом, задача установления аналитических связей между физическими характеристиками горных пород-коллекторов нефти и газа и напряжениями, возникающими в них под действием приложенной нагрузки, является весьма актуальной как в теоретическом, так и в практическом отношении и относится к числу основных направлений, определяющих успешное промышленное освоение: земных недр.

Цель работ ы^ заключается в получении аналитических выражений, отражающих с достаточной степенью точности обратимые изменения важнейших физических свойств реальных песчано-глинистых поровых коллекторов нефти и газа под действием всесторонней равномерной и неравномерной нагрузки и позволяющих вносить соответствующие поправки в лабораторные исследования керна при атмосферных условиях, а также- оценивать влияние сложно-напряженного состояния на физические и фильтрационные характеристики массива пород.

Основными з а д а I а м; 1 настоящего исследования явились:

- установление аналитических связей между параметрами всестороннего неравномерного сжатия породы и тензорами ее проницаемости, удельного электрического сопротивления, а также пористостью и коэффициентом сжимаемости пор на основе анализа процессов обратимых деформаций пористых сред;

- создание методов аналитического определения изменений физических характеристик песчано-глинистых пород-коллекторов в условиях напряженного состояния;

- разработка методики количественной оценки влияния сложно-напряженного состояния на фильтрационные характеристики массива пород при различных граничных условиях и ее реализация на примере исследования метода щелевого вскрытия пласта.

Научная новизна. В работе предложена новая структурная модель деформируемой пористой среды, соответствующая песчано-глинистым коллекторам нефти и газа порового типа, позволяющая одновременно аналитически описывать обратимые изменения их проницаемости, удельного электрического сопротивления параметра пористости , пористости, сжимаемости пор и диффузионно-адсорбционной активности в зависимости от вида и величины нагрузки. Установлены корреляционные связи между параметрами модели и литолого-петрографическими особенностями песчано-глинистых пород-коллекторов.

На основе предложенной модели разработана методика определения изменений петрофизических характеристик нефтегазовых коллекторов при эффективном давлении, характерном для их естественного залегания, по данным изучения сжимаемости пор на керне породы.

Теоретически показано, что для определения физических свойств изотропных песчано-глинистых пород порового типа можно использовать понятие среднего нормального эффективного напряжения и соответствующие вычисления с достаточной степенью точности производить на основе схемы всестороннего равномерного сжатия.

Получено теоретическое подтверждение ранее выявленной экспериментальным путем особенности фильтрации в трансверсально-изотроп-ных образцах пород-коллекторов, а именно, коэффициент их фильтрационной анизотропии, равный отношению меньшей осевой проницаемосг ти к большей, при увеличении всесторонней равномерной нагрузки возрастает приблизительно по линейному закону. Установлено, что при разноосном неравномерном нагружении подобных образцов изменение проницаемости в каждом из осевых направлений, как и в случае изотропной породы, определяется в основном величиной среднего нормального эффективного напряжения.

Разработанная методика количественной оценки влияния сложно-напряженного состояния на фильтрационные характеристики массива пород позволила уточнить механизм возникновения дополнительного притока жидкости в скважину при щелевом методе вскрытия пласта в случае упругой деформации нетрещиноватых пород. Показано, что щелевые разрезы за счет перераспределения напряжений в приствольной зоне скважины приводят к резкому изменению ее проницаемости, характер и интенсивность которого существенным образом зависят от числа и размеров щелей. Коэффициент совершенства скважины по характеру вскрытия для используемых на практике параметров щелевых разрезов достигает значений, больших единицы.

Теоретическая ценность работы состоит в разработке новой нелинейно-упругой гидродинамической модели пористой среды, которая позволяет решать многие важные в научном и практическом отношении задачи об упругих изменениях физических характеристик горных пород в условиях равномерного и сложного напряженного состояния. Указанная модель может быть использована для дальнейшего теоретического исследования влияния напряженного состояния горных пород на их физические свойства при других законах деформаций, а также для изучения изменений иных физических характеристик породы.

Практическая значимость проведенных исследований определяется полученными аналитическими выражениями, позволяющими вносить соответствующие поправки в значения физических характеристик, используемых при количественной интерпретации промыслово-геофизических данных с целью определения под-счетных параметров нефтяных и газовых месторождений.

Использование полученных соотношений для оценки изменения проницаемости в приствольной зоне скважины при ее вскрытии щелевым методом позволило обосновать оптимальные параметры щелевых разрезов и оценить нижнюю границу величины дополнительного притока жидкости в скважину, которая может служить критерием качества проведения соответствующих технологических операций.

Разработанная методика решения фильтрационных задач в упруго деформируемых массивах пород может быть использована для повышения достоверности гидродинамических расчетов, связанных с разработкой месторождений нефти и газа, проводкой горных выработок в обводненных породах, при проектировании гидротехнических сооружений. Ее применение наиболее эффективно в случаях, когда среднее нормальное эффективное напряжение резко изменяется по всей исследуемой области.

Реализация работы в производстве. Научно-исследовательские разработки по щелевому вскрытию прискважинной зоны переданы и использованы в ПО Удмуртнефть и ПО Оренбурггаздобыча, а также вошли в состав методических рекомендаций по щелевому вскрытию, утверлзденных Управлением нефти и газа Министерства геологии СССР.

Разработанные методы аналитического изучения изменения петро-физических свойств нефтегазовых коллекторов порового типа в условиях, характерных для их естественного залегания использованы-при петрофизическом изучении ряда месторождений Днепрово-Донецкой впадины в лаборатории петрофизики УкрНИГЙТ, при обработке и интерпретации материалов исследований в лаборатории физических свойств; пород ВШПЙвзрывгеофизика, а также в секторе физико-химических методов исследования горных пород ВШИокеангеология. Межведомственный научный совет по лабораторным методам анализа коллекторов нефти и газа в своем решении отметил высокий уровень теории методов; и рекомендовал их к апробации своим членам.

Результаты работы использованы в отделе горных ударов ВНЙМЙ для оценки влияния разгружающих щелей на течение- жидкости и газа в породах, сжатых горным давлением. Зависимость фильтрационных характеристик от напряженно-деформированного состояния упругих пород легла в основу дальнейшего развития теории, которая используется для определения границ зон эффективной искусственной дегазации при отработке защитных пластов.

Результаты исследований отмечены первой премией на Ш Ухтинской научно-технической конференции "за высокий научный уровень и практическое значение проведенных работ".

Апробация работы. Материалы исследований докладывались :

1. На У1 Всесоюзном совещании по физическим свойствам горных пород при высоких давлениях и температурах в г.Ташкенте, 1981 г,

2. На Всесоюзном семинаре "Пути повышения достоверности прогнозных оценок нефтегазоносности" в г.Ленинграде, 1981 г.

3. На Ш Ухтинской научно-технической конференции молодых ученых

- 1г и специалистов по проблемам развития геологии., нефтяной и газовой промышленности Тимано-Печорского территориально-производственного комплекса В: г.Ухте, 1982 г.

4. На Межведомственном совете по лабораторным методам исследования горных пород в г.Киеве, 1983 г,

5. На Всесоюзном семинаре "Современные проблемы и математические методы теории фильтрации" в г.Москве, 1984 г.

А также на научных семинарах: во Всесоюзном научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского дела в г.Ленинграде, 1982 г.; в Институте физики Земли АН СССР в г. Москве, 1984 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения и содержит 130 страниц машинописного текста, 30 рисунков, 3 таблицы, 5 приложений и список литературы из 122 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геофизика», Кречетова, Тамара Николаевна

Выводы:

В настоящем разделе: предложен метод количес .твенной оценки влияния напряженного состояния! на фильтрационные характеристики упругого массива нетрещиноватых горных пород. Предложенный метод реализован на примере решения задачи о притоке жидкости к вскрытой щелевым методом скважине в условиях упруго деформируемого пласта, В результате проведенных исследований уточнен механизм возникновения дополнительного притока жидкости в скважину при ее вскрытии щелевым методом. Показано, что коэффициент совершенства скважины по характеру вскрытия достигает в этом случае значений, больших единицы. Обоснованы оптимальные параметры щелевых разрезов. Получена нижняя граница увеличения притока, которая может служить критерием качества проводимых технологических операций. Следует ожидать, что реальные притоки в случаях трещиноватых или пластичных пород будут намного выше полученных значений. Классическая теория упругости и используемая нелинейно-упругая гидродинамическая модель пористой среды дают возможность сделать лишь первый шаг в изучении закономерности влияния напряженного состояния на процессы фильтрации в:, реальном массиве пород.

Возможно, что дальнейшие исследования в этом направлении, а также развитие механики скальных пород позволят исследовать поведение; фильтрационных характеристик массива во времени и в запредельном состоянии. Однако в этом вопросе пока еще много неясностей, связанных как с величиной естественных напряжений, так и с их влиянием на физические свойства пород /7/.

Необходимо подчеркнуть, что предложенный метод решения фильтрационных задач в упруго деформируемых массивах горных пород может быть использован для оценки притока жидкости к любой горной выработке, находящейся под действием горного давления, а также для расчетов фильтрации под гидротехническими сооружениями. Этот метод наиболее эффективен в случаях, когда среднее нормальное эффективное напряжение резко изменяется по всей исследуемой области, например, в таких задачах, где нельзя пренебрегать изменением веса вышележащих толщ с глубиной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложены результаты теоретического исследования обратимых изменений физических свойств песчано-глинистых пород в условиях как всестороннего равномерного, так и неравномерного сжатия, опробованные на экспериментальных данных, полученных в МИНХ и ГП им. Й.М,Губкина, ИГ и, РШ и НИИГА, различными авторами. Всего для этой цели: было привлечено 131 образец песчаников и алевролитов разного минерального состава из различных нефтегазодобывающих районов СССР. Основой использованного метода исследования является математическое моделирование структуры и упругих свойств; деформируемых поровых коллекторов.

В итоге проделанной работы получены следующие основные, выводы и рекомендации,:

I. Предложена общая нелинейно-упругая гидродинамическая модель анизотропной пористой среды, поровое пространство которой состоит из полостей двух типов - щелевидных каналов и гидродинамически связанных с ними сферических пустот, доля которых в общем поровом объеме определяется структурным коэффициентом. Правомерность использования подобных представлений структуры порового пространства реальных поровых коллекторов подтверждается исследованиями Х.П^манна, Г.Райдера, И.Фэтта, В.А.Регуша.

Анизотропия свойств модели при отсутствии нагрузки определяется анизотропным распределением щелевидных каналов. Рассматривается случай трансверсально-изотропного пористого тела, характерный для анизотропных поровых коллекторов. Для характеристики дет-формационного поведения такой модели используются два различных модуля Юнга и два коэффициента Пуассона,

Предполагается, что под действием нагрузки в модели деформируются лишь щелевидные каналы, раскрытия которых при этом определяются компонентами напряжения, нормальными к плоскостям стенок каналов. Модули Юнга модели являются переменными величинами, зависящими от эффективного напряжения, действующего вдоль оси-нагружения. Коэффициенты Пуассона принимаются постоянными. Закон Гука справедлив лишь для бесконечно малых приращений напряжений и. деформаций. Принятые упругие свойства модели не противоречат известным экспериментальным данным для горных пород-коллекторов, нефти и газа порового типа.

Нелинейно-упругая гидродинамическая модель пористой среды позволяет связать изменения физических характеристик порода с приложенным давлением. В частном случае изотропной пористой среды, модель с достаточной степенью точности описывает изменение; пористости, проницаемости, удельного электрического сопротивления, коэффициента сжимаемости пор песчано-глинистых пород-коллекторов в зависимости от всестороннего равномерного и разноосного нагружения с помощью четырех постоянных, характеризующих породу: двух упругих постоянных, определяющих переменный модуль Юнга, коэффициента Пуассона: и структурного коэффициента.

Оценка степени соответствия модельных представлений реальным песчано-глинистым коллекторам нефти и газа порового типа проведет-на с помощью коллекции из 101 образца песчаников и алевролитов ,, отобранных с глубин 1150 * 4195 м, различных по возрасту и представляющих различные геологические районы; СССР. Образцы7 существенно отличаются по своим литолого-петрографическим и физическим характеристикам. Сопоставление теоретических данных, полученных при расчетах с помощью предлагаемой модели, с экспериментальными показало хорошую их сходимость. Так, средняя для всей коллекции погрешность вычисления пористости составила менее Iпроницаемости - менее 3&5, а удельного электрического сопротивления и коэффициента сжимаемости пор - около 5$,

Установлены корреляционные связи упругих постоянных и структурного коэффициента песчано-глинистых пород с их литолого-петро-графическими и структурными особенностями. Эти связи определяются физической сущностью новых постоянных породы.

Максимальные значения коэффициента С , характеризующего модуль Юнга породы при малых нагрузках, наблюдаются у хорошо отсортированных кварцевых песчаников и сильно уплотненных песчано-глинистых пород с повышенным содержанием карбонатного цемента. Минимальные - у неотсортированных песчаников и слабоуплотненных разностей полимиктовых песчаников с большим содержанием глинистого материала. В целом, значения С и коэффициента С/ , характеризующего интенсивность изменения модуля Юнга породы при увеличении нагрузки, для полимиктовых песчаников ниже, чем для кварцевых.

Максимальные значения структурного коэффициента oL получены для образцов с резким изменением проницаемости и удельного электрического сопротивления, минимальные - в случаях незначительного изменения этих свойств. В плохоотсортированных и плохоокатанных песчаниках значения оL , как правило, выше, чем в хорошоотсортиро-ванных разностях.

С увеличением относительной глинистости породы при прочих равных условиях характерно уменьшение постоянных С, с? и увеличение с^ . -При этом вариации структурного коэффициента незначительны около его среднего значения для рассматриваемых пород.

Породы, в которых состав цементирующей части представлен глинисто-карбонатным цементом, характеризуются меньшими значениями cL , чем породы с глинисто-кремнистым цементом.

У разностей с базальным типом цементации упругие постоянные меньше, а структурный коэффициент больше, чем у пород с другими типами цемента.

Особенности структуры порового пространства образцов, находящие свое отражение в увеличении доли пор больших диаметров на порометрических кривых, приводят к увеличению коэффициентов С , oL и уменьшению коэффициента Q .

Выявленные закономерности хорошо согласуются с ранее полученными различными авторами качественными описаниями изменений физических свойств песчано-глинистых пород под действием нагрузки.

Разработан метод определения упругих постоянных и структурного коэффициента пород по экспериментальным данным об изменении коэффициента сжимаемости пор как при одноосном нагружении, так и при всестороннем равномерном сжатии, заключающийся в математической обработке таких данных на ЭВМ с помощью специальной программы. Намечены перспективы разработки более простых методов их получения.

2. Полученные аналитические выражения открывают широкие, возможности для их практического использования. Рассмотрены примеры использования нелинейно-упругой гидродинамической модели пористой среды для решения важных практических задач, связанных с определением изменений физических свойств образцов пород-коллекторов в условиях напряженного состояния: а. установлен и рекомендован к практическому использованию теоретический метод, позволяющий с помощью ЭВМ быстро и достаточно точно определять изменения проницаемости и удельного электрического сопротивления пород-коллекторов в условиях всестороннего равномерного сжатия по данным о сжимаемости порового пространства, полученным не менее, чем при трех ступенях нагружения.

Метод основан на возможности определения упругих постоянных и структурного коэффициента породы из условия минимума суммы среднеквадратичных отклонений величин, вычисленных по формулам, полученным на основе модельных представлений, от значений коэффициента сжимаемости порового пространства, полученных экспериментальным путем; бФ получена теоретическая зависимость для расчета диффузионно-адсорбционной активности Acja, песчано-глинистых пород-коллекторов: в пластовых условиях, при выводе которой наряду с предложенными модельными представлениями использована известная связь А <р, с температурой и фильтрационно-емкостным параметром С ^р / Ко) при атмосферном давлении. Расчетные данные сопоставлены; с результатами экспериментальных определений для 22 образцов терригенных пород, отобрацных из скважин Северного Сахалина с вполне удовлетворительной сходимостью; в. разработана программа расчета физических свойств образца в условиях всестороннего неравномерного сжатия. Показано, что для определения проницаемости однородных и изотропных пород при неравномерном разноосном сжатии в случае, когда все три осевые нагрузки отличны от нуля, можно использовать понятие среднего нормального эффективного напряжения и производить соответствующие вычисления на основе схемы всестороннего равномерного сжатия. Аналогичные выводы справедливы для величин пористости, удельного электрического сопротивления и сжимаемости порового пространства в общем случае всестороннего неравномерного сжатия, включающем в себя вариант одноосного нагружения.

Эти результаты хорошо согласуются с данными, полученными В.Б.Мулиным на основе экспериментального изучения коллекции, состоящей из 78 образцов полимиктовых песчаников и алевролитов; г. теоретически исследованы особенности фильтрации в анизотропной пористой среде на примере образцов пород-коллекторов, обладающих тем свойством, что их проницаемость вдоль вертикальной оси существенно отличается от проницаемости, одинаковой в любом из горизонтальных направлений. Показано, что при увеличении всесторонней равномерной нагрузки большая по величине-горизонтальная проницаемость, изменяется резче, чем меньшая - вертикальная. При этом коэффициент фильтрационной анизотропии, равный отношению величины вертикальной проницаемости к горизонтальной, возрастает с увеличением давления приблизительно по линейному закону.

Получены полярные диаграммы для изменения направленных прони-цаемостей в анизотропном образце в случае равномерного и разноос-ного нагружения. Характер подобных диаграмм зависит от типа нагру-жения образца.

Показано, что каждая из осевых проницаемоетей трансверсально-изотропного образца, находящегося под действием неравномерного разноосного сжатия, как и в случае изотропной породы, определяется, главным образом, суммой нормальных эффективных напряжений, действующих на образец.

Результаты проведенных теоретических исследований свидетельствуют о том, что предложенные модельные представления качественно хорошо согласуются с известными экспериментальными данными по изучению осевых проницаемостей анизотропных пород-коллекторов в условиях всестороннего равномерного и разноосного нагружения. д. предложено аналитическое выражение, с помощью которого можно вносить поправки на увеличение параметров пористости пес-чано-глинистых пород при всестороннем сжатии, характерном для их естественного залегания по данным о стуктурном коэффициенте породы и упругих постоянных (изменении коэффициента пористости).

3. Предложена методика оценки влияния напряженного состояния на фильтрационные характеристики упруго деформируемого массива пород, в которой используется связь тензоров проницаемости и напряжения, полученная на основе модельных представлений. Методика реализована при решении задачи о притоке жидкости к скважине с тонкими вертикальными щелевыми разрезами. Проведенное исследование позволило уточнить механизм возникновения дополнительного притока жидкости к скважине при щелевом методе вскрытия пласта, а также количественно оценить влияние факторов разгрузки прискважин-ной зоны и увеличения площади фильтрации на величину этого притока, а. Показано, что в условиях упруго деформируемого нетрещиноватого пласта щелевые разрезы за счет перераспределения напряжений в приствольной зоне скважины приводят к резкому изменению ее проницаемости, характер и интенсивность которого существенным образом зависят от числа и размеров щелей. Прямое влияние изменения поля напряжений на величину притока тем не менее незначительно. При этом суммарный эффект перераспределения напряжений при прорезке двух щелей приводит к увеличению притока жидкости к скважине, а в случае четырех щелей для практически используемых размеров разрезов - к уменьшению притока. Таким образом, при использовании щелевого метода вскрытия целесообразно ограничиваться двумя щелями.

Производительность скважины значительно возрастает с, увеличением длины щелевых разрезов. Необходимо совершенствовать используемую в настоящее время аппаратуру, обеспечивающую прорезку щелей длиной до 0,4 - 0,5 м.

Получена минимальная величина дополнительного притока жидкости к скважине в условиях щелевого вскрытия пласта, которая может служить критерием качества проводимых технологических операций. б. Проведена оценка и сопоставление притоков жидкости к скважине, вскрытой щелевым методом, с притоками, получаемыми при использовании метода кумулятивной перфорации. Показано, что при щелевом методе вскрытия коэффициент совершенства скважины по характеру вскрытия может достигать значений, больших единицы, что подтверждается известным промысловым экспериментом.

Изложенные в диссертации теоретические результаты и методические приемы могут быть использованы для решения других важных практических задач, связанных с учетом влияния напряженного состояния на физические свойства песчано-глинистых пород.

Наиболее актуальными задачами дальнейших исследований являются: а. Разработка прямых методов определения упругих постоянных и структурного коэффициента пористых горных пород. б. Проведение теоретических и экспериментальных исследований с целью установления возможности описания с помощью нелинейно-упругой гидродинамической модели пористой среды иных физических свойств пород, в том числе плотности и скорости прохождения^ упругих волн. в. Изучение возможности распространения модели на породы, подчиняющиеся иным законам механического поведения под действием нагрузки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кречетова, Тамара Николаевна, 1984 год

1. Авчян Г.М. Физические, свойства осадочных пород при высоких давлениях и температурах. М.: Недра, 1972. - 145 с.

2. Авчян Г.М., Матвеенко А.А., Стефанкевич З.Б. Влияние пластового давления на физические свойства песчаников. Разведочная геофизика, 1969, вып. 55, с. 149 - 164

3. Авчян Г.М., Матвеенко А.А., Стефанкевич З.Б. Петрофизика осадочных пород в глубинных условиях. М.: Недра, 1969. - 244 с.

4. Афиногенов Ю,А., Касьянов;М.В. Влияние разноосного сжатия образцов пород на их пористость и проницаемость. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1973, № 3, с. 108110

5. Баюк Е.И. Изучение упругих свойств; образцов горных пород из глубоких скважин при высоких давлениях. Изв. АН СССР. Сер. геофиз., I960, № 12, с. 1756 - 1761

6. Берзон И.С., Васильева Ю.И., Стародубровская С,П. О преломленных волнах, соответствующих водоносным пескам. Изв. АН СССР» Сер.геофиз., 1959, № I, с. 31 - 48, № 2, с. 177 - 182

7. Введение в механику скальных пород / Под ред. Х.Бока. М.: Мир, 1963. - 276 с.

8. Венделыптейн Б.Ю. Исследование разрезов нефтяных и газовых скважин методом собственных потенциалов. М.: Недра, 1966206 с.

9. Венделыптейн Б.Ю., Латышова М.Г. Обработка и интерпретация материалов геофизических исследований скважин. М.: Недра, 1975.-272с.

10. Воларович М.П., Баюк Е.И. Влияние всестороннего давления, до 4000 кг/см^ на упругие свойства образцов горных пород. ДАН СССР, I960, т.135> № I, с. 65 - 68

11. Воларович М.П., Баюк Е.И», Ефимова Г.А. Упругие, свойства минералов; при высоких давлениях* ~ М.: Наука, 1975. 131 с.

12. Воларович М.П., Баюк Е.И., Левыкин А.И., Томашевская И.С. §изико-механические свойства горных пород и минералов при высоких давлениях и температурах. М.: Наука, 1974. - 223 с.

13. Воларович М.П., Томашевская И.С., Будников В,А. Механика горных пород при высоких давлениях. — М.: Наука, 1979. — 152 с.

14. Гиматудинов Ш.К., Ширковекий А.И. Физика нефтяного и газового пласта. М.: Недра, 1982. - 311 с.

15. Дахнов. В. Н. Геофизические методы определения коллекторских свойств; и нефтегазонасыцения горных пород. М.: Недра, 1975. ~ 349 с.

16. Дахнов: В.Н. Электрические и магнитные методы исследования скважин. М.: Недра, 1981. - 344 с.

17. Дахнов; В. Н, Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин. М.: Недра, 1982. - 448 с»

18. Добрынин В.М. Физические свойства нефтегазовых коллекторов в, глубоких скважинах» М»: Недра, 1965. - 163 с,

19. Добрынин В.М. Деформации и изменения физических свойств коллекторов; нефти и газа. М.: Недра, 1970. - 239 с.

20. Добрынин В.М., Авчян Г.М., Марморштейн Л.М. Влияние термодинамических условий на физические свойства горных пород.

21. В кн. Пётрофизика коллекторов нефти и газа.- М. : Недра, 1975, с. 74 82. - (Тр. МИНХ и ГП; Вып. 115)

22. Добрынин В.М., Куликов Б.Н. Экспериментальное исследование влияния всестороннего сжатия и температуры на диффузионно-адсорбционную активность горных пород. В кн.: Геофизические исследования нефтяных скважин, М.: Недра, 1971, с, 89-93

23. Добрынин В.М., Куликов Б.Н. Влияние и. учет термодинамических условий при изучении пористости и проницаемости кернов песча-но-глинистых пород,- В кн. Коллекторы нефти и газа, на больших глубинах. М.: ШЖ и ГП, 1975, с. 85 86

24. Добрынин В.М., Мулин В.Б, Физические свойства полимиктовых песчаников: в приствольной зоне скважины*- Проблемы нефти и газа Тюмени, 1974, вып.21, с. 3 5

25. Желтов Ю.П. Деформации горных пород. М.: Недра, 1966.198 с.29. 1елтов Ю.П. Механика нефтегазоносного пласта. М.: Недра,1975. £(6с,

26. Зенкевич 0. Метод конечных элементов в технике.- М.: Мир, 1975. 541 с.

27. Иванов А.Н», Кречетова Т.Н., Марморштейн Л.М., Ромм Е.С,0 притоке жидкости к скважине при использовании различных методоввскрытия продуктивных пластов. Геофиз. журн,, 1984, № 6, с» 82-84

28. Калиткин Н.Н. Численные метода. М.: Наука, 1978.- 512 с,

29. Карасик В.М, Сопоставление упругих свойств: осадочных горных пород по данным сейсмокаратажа и лабораторных измерений. -Нефтегазовая геология и геофизика, 1970, № 6, с. 53 56

30. Кобранова В,Н, Физические свойства горных пород, М.: Гостоптехиздат, 1962, 480 с.

31. Козлов Е.А. О скоростях продольных волн в терригенных отложениях. Изв. АН СССР. Сер. геофиз., 1962, №8, с. 1009-1024

32. Коннор Дж,, Бреббиа К. Метод конечных элементов, в механике жидкости. Л.: Судостроение, 1979. - 263 с.

33. Котяхов Ф.И. Физика, нефтяных и газовых коллекторов, -М,: Недра, 1977.- 287 с.

34. Кречетова Т.Н, Количественная оценка влияния сложно-напряженного состояния на фильтрационные характеристики массива горных пород. В кн.: Физические свойства горных пород при высоких давлениях и температурах. Ташкент: §ан, 1981, с. 160 - 161

35. Кречетова Т.Н. Методика расчета притока жидкости к скважине с вертикальными щелевыми разрезами, В кн. Интенсификация добычи нефти. М,: ВНШнефть, 1983, с. 17 - 25. ( Тр. ВНИИнефть; Вып.85 )

36. Кречетова Т,Н,, Куликова И.Н,, Марморштейн JI.M., Ромм Е.С, Оценка влияния термобарических условий на, величину электрохимической активности по данным об упругих свойствах пород. Геофиз. журн., 1983, Р 3, с, 81 - 83

37. Кречетова Т.Н., Марморштейн Л.М., Ромм Е.С. О возможности определения изменения фильтрационных и электрических свойств пород-коллекторов по данным об их сжимаемости. Геофиз, журн,, 1983, Р 2, с. 52-55

38. Кречетова Т.Н., Марморштейн Л.М., Ромм Е.С. О возможности прогнозирования изменений некоторых физических свойств пород-коллекторов нефти и газа по лабораторным данным. Геофиз. журн., 1984, № 3, с. 58 - 61

39. Кречетова Т.Н», Ромм Е.С. Новый метод прогнозирования физических свойств пород-коллекторов нефти и газа на больших глубинах. В кн. Пути повышения достоверности прогнозных оценок неф-тегазоносности. Л.: ВШГРИ, 1981, с. 79 - 81

40. Кречетова Т.Н., Ромм Е.С. О связи главных компонентов тензоров напряжения и проницаемости пористых сред. Механика жидкости и газа, 1984, № I, с. 173 - 177

41. Куликов Б.Н, Влияние термодинамических условий на электрические и коллекторские параметры карбонатных пород. Автореф. дис. . канд.-геол.-минерал, наук.- М., 1971. 27 с. - В надзаг.: МИНХ и га им. И.М.Губкина

42. Куликов Б.Н. Экспериментальное изучение влияния пластовых условий на сжимаемость, пористость и удельное электрическое сопротивление горных пород. Нефтегазовая геология и геофизика, 1971, № I, с. 31 - 34

43. Куликова И.И., Марморштейн Л.М., Ромм Е.С., Холодницкий Б.А. Методические рекомендации по определению диффузионно- адсорбционного потенциала песчаных коллекторов в пластовых условиях. Л.: НИИ геологии Арктики, 1979. - 18 с.

44. Латышова М.Г., Вендельштейн Б.Ю., 1узов В.П. Обработка и интерпретация материалов геофизических исследований скважин.1. М. : Недра, 1975 . с.

45. Лебедев Т.С. Экспериментальные исследования физических свойств вещества Земли при высоких термодинамических параметрах. -Геофиз. сб. АН УССР, вып. 38, 1970, с. 36-47

46. Лейбензон Л.С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде. М.: Гостоптехиздат, 1947. - 244 с.

47. Либацкий Л.Л., Вида М.И. О предельном равновесии пластинки, ослабленной круговым отверстием и трещинами. В кн.: Динамика и прочность машин. Харьков: изд-во Харьковского гос.у-та, 1968,с, 24 29

48. Ляховицкий Ф.Н. О скоростях распространения продольных волн в зернистых средах.- В кн.: Инженерная геология. М.: Гидропроект, I960, с. 319 325. Тр. гидропроекта; Сб. 3

49. Марморштейн Л.М. Влияние давления на физические свойства коллекторов нефти и газа.- М.: ОНТЙ ВЙЭМСа, 1967. 18 с.

50. Геол. месторожд. полез, ископ., регион, геол.; № 8

51. Марморштейн Л.М, Коллекторские и экранирующие свойства осадочных пород при различных термодинамических условиях.- Л.: Недра, 1975. 159 с.

52. Методические рекомендации по увеличению проницаемости прискважинной зоны методом щелевой разгрузки / Г.Н.Герасименко, М.Д.Кравец, Н.П.Лесик, Л.М.Марморштейн к др. Л. : НИИ геол. Арктики, 1979. - 79 с.

53. Методические рекомендации по увеличению проницаемости прискважинной зоны методом щелевой разгрузки / Г.Н.Герасименко, А.Н.Иванов, М.Д.Кравец, Т.Н.Кречетова и др. Л.: ВНШокеангео-логия, 1984, 37 с.

54. Морозович Я.Р. Изучение влияния напряженного состояния на электрические и коллекторские свойства горных пород. Автореф. дис. . канд. геол.-минерал, наук.- М., 1965. 28 с. - В надзаг.: МИНХ и ГП им. И.М.Губкина

55. Мулин В.Б. Физические свойства песчаных коллекторов: нефтяных и газовых месторождений в условиях неравномерного сжатия. Автореф. дис. . канд. геол.-минерал, наук.- М., I973.-25 с.

56. В над заг.: МИНХ и ГП им. И.М.Губкина

57. Мулин В.Б. Исследование физических свойств водонасыщенных песчаников при анизотропном напряженном состоянии. В кн.: Нефть и газ. М.: МИНХ и ГП, 1977, с. 45 - 47

58. Никифоров А.3>., Уваров. В.Б. Специальные функции математической физики. М.: Наука, 1978. - 319 с.

59. Определение петрофизических характеристик по образцам / В.Н.Кобранова, Б.И.Извеков, С.Л.Пацевич, М.Д.Шварцман.-М.: Недра, 1977. 432 с.

60. Павлова Н.Н. Деформационные и коллекторские свойства горных пород. М.: Недра, 1975. - 239 с.

61. Петров Л.П. Изучение физических свойств песчано-глинистых пород при высоких давлениях и температурах. Автореф. дис. . канд. геол.-минерал, наук. М., 1967. - 19 с. - В надзаг.: МИНХ и ГП им. И.М.Губкина

62. Петрофизика коллекторов нефти и газа/ Под ред. В.Н. Дахно-ва,- М.: Недра, 1979. 286 с.

63. Петухов И.М., Марморштейн Л.М., Сидоров B.C., Юргенсон В.А. Экспериментальное изучение проницаемости пород-коллекторов в условиях сложно-напряженного состояния. В кн.: Коллекторы нефтии газа на больших глубинах. М,: Недра, 1978, с. 184 185

64. Пилатовский В.П. Основы гидромеханики тонкого пласта.-М.: Недра, 1966. 317 с.

65. Прочность. Устойчивость. Колебания. М.: Машиностроение, 1968. Т.I. 831 с.

66. Ризниченко Ю.В., Силаева О.И., Шшина О.Г., Мячкин В.И. и !jp. Сейсмоакустические методы изучения напряженного состояния горцах пород на образцах и в массиве. М.: Изд-во АН СССР, 1959, с. 74 - 104 (Тр. геофизич. ин-та / АН СССР; Вып.34 (I6D)

67. Ромм Е.С. Фильтрационные свойства трещиноватых горных пород.» М.: Недра, 1966, 283 с.

68. Ромм Е.С., Позиненко Б.В. О проницаемости анизотропных трещиноватых горных пород.- Инженерный журн.,1963, №2, с.381-386

69. Ромм Е.С., Бубашкин А.А. Адсорбция ионов, поверхностный заряд и штерновский потенциал на границе окисел- раствор электро-сгита. Электрохимия, 1983, № 7, с. 993 - 998

70. Семенов: В.В., Шеварина Н.Н. Приложение метода конечных элементов к расчету фильтрации в основании гидротехнических сооружений. Гидротехническое строительство, 1976, № 4, с. 8 - 10

71. Справочник по физическим свойствам минералов и горных пород 1ри высоких термодинамических параметрах / Под ред. М.П.Волорови-ia. М.: Недра, 1978. - 237 с.

72. Ставкин Г.П. Влияние термодинамических условий на физические свойства полимиктовых песчаников нефти и газа. Автореф. дис. . канд. геол.-минерал, наук* М., 1976. - 25 с. - В надзаг.:. ЛИНХ и ГП им. И.М.Губкина

73. Стаховская З.И. О влиянии высокого давления на упругие характеристики горных пород. Изв. АН СССР. Сер. физика Земли, 1965, № 7, с. 40 - 47

74. Стаховская З.И. Изменение упругих параметров горных пород в; зависимости от трехосного напряженного состояния,- М.: Наука,.1966, с. 37 45 (Тр. ин-та физики Земли / АН СССР ; Вып,37 (204))}

75. Стефанкевич З.Б. Экспериментальное изучение влияния давления и температуры на электрические свойства осадочных горных пород. Автореф. дис. . канд. геол.-минерал, наук.- М., 1973.25 с. В надзаг.: МИНХ и ГП им. И.М.Губкина

76. Тимошенко С.П.,1Удьер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1975. - 576 с.

77. Царева Н.В. Распростронение упругих волн в песке. — Изв. АН СССР. Сер. геофиз., 1956, № 9, с. 1044 1053

78. Щелкачев В.Н. Разработка нефтяных пластов при упругом режиме. М.:; Гостоптехиздат, 1959. - 467 с.

79. Яремийчук Р,С. Повышение качества освоения скважин путем управления состоянием прискважинной зоны, Автореф. дис. докт. техн- наук. Баку, 1982. - 33 с. - В надзаг.: Азербайджанский институт нефти и химии им, М.Азибекова

80. OcbssrrjGbb P. t/fcer- ake (SPzsA/^LAPA АЬ^оЪе,- A/ep/oy

81. Vu^el/oPr^cAs-. /Vo/u^/orecAjeszcAesb Ges Оъ РРР&ъ /&&/, 96,p.

82. Об . yo/zrzson P, s /Р , Pc^&Pc^^P

83. P Me&Stwe/^frP a^p сSty/b^f/cas?^ . P^oaP-C^s Porz/A . /3, л/ / p.oq. XcPtio^ P-P. Stress osbatfysts о/ OL press^^c -Z£c6 CtrC^cPz^ ppk wt'^/г, ^cuPoP (У-с2хЛл5 ОУг, cjyfcnt-p t/asfrc /э&2£e . у. pratp. Мгс/ъ^ 79 ?0, б, л/S,р. /езз

84. OS- laszod^^srb /5-7^ CrOLiv/oro6 p. 73. <§//&cP q/J9t

85. Ссуэа&Ру. s . ATPE/ 796Q, £79,p>- 407-4/7 /об. Р/6сУъ$Ас А . Р/Р ZPtory о/ беседуor Por-ous fiocfccs Юг^&г^/ъсУго a. Spo/ър Pb^e PPo-c-ture . Рос .Sec.C/S. pep. Co^o. / /)pp£. P7ec/i, p. £1766 '

86. JSojzAZSIX^'C JfP. Йге. carrs/aszds С/CL SoPP C0/iZ<Myii>z0 SpPu-oca.6 Ao&S . P^&c. PTzyS. Зое.lo/тРогь , Sec.fr, /9SO/ 6Ъ, p P-//70S. PPcu-PzcPZ ^P . /&/оРогъ pp^&^pp^y

87. QybP SL'zjl /Эоз^биЛоъ of Ролез. -J7. Sa/6- ^ v /9^ Э, a/ /, p. 7-8og P-j Рс^Айиг? P.esp q/ /)n/soPopcc Acr pkr/y^zaZt PZ/ a Sottf. -Proc. SotZ- Tb^es-cca, /9,p. 3во-696

88. Zlyap^ PM. CTba^a^Ze^ о/csz oc £ ^czrzo/s. WoM Ооб, 79T/S> л/ /6, p./£9-/64.

89. ScPo у. 1/е/осс '£у о/ z&bs&c и/av-es yo^c^oQ-£>г ^ePia, и/с^Р s/^a/Z, Ao&s.ctOsAjt Pes ■ Pnst f 79££ f ЗО, л/3,

90. КГ Wal6/b /3. J/ы 0/ OracAs Огь Pie. СоггргеззсбьРАу oj rocA, . y. OerpPps 3£/-3<?Эв. WalsA у. В . б/feet о/pore preserve сгу?/^

91. Пьгг^ press/^e. олг /rac/ctre р>е/~гт?есь6с;&ёу ■ ■ у А/ее/г

92. Wols/i arzaC Згасе, W-F. ^ fracture crc7ea-con for Srcttlc a^^soAqoL c ^ocA. У. бео/. 69, p. 3449

93. Wo/Zorz K. Pht &f/ecAve 6&lsPc Afoo^oA: 0/A/o-(PP SePtmerds s веюрЛрз. JAP&s osp. ЗЪе., /97S p. £93-306g lVarre/ъ А/. PP&reA/cc?A С^с^&гАьъ p Co^? -peszcScAAp of Porous МедРа. f- Opo/ps. &es /973, ЛР, p. -36/3

94. ZO. Wes-ren M, //szP&rsorz <2 A <S&zsAc proper eA'ts ■ 0/ ^ezte^caZs сгсбг^ с^гса^аА

95. Cyc&s . O&pPps. Xes., ssa&.p,. G&//г/. WPPe 1 £.t Ser-pScssA AeA?csPyrrenP с'гъ ri&Qr' ^sspacr . ~ Oe&pAt/s. /9 <53, /<?p. Ы-яд / V > 'гг. ZpAszsAc P., AA^Po/pP> AAh^/г. ^ ^ ге^шРУгр SeAzr^co^of S006S . ^ ^W- ^ ^f3,A// , P Z? -gq