II физико-механические и тепловые свойства горных пород

Упругость, прочность на сжатие и разрыв, пластичность — наиболее важные механические свойства горных пород, влия­ющие на ряд процессов, происходящих в пласте в период раз­работки и эксплуатации месторождений. Физико-механические свойства горных пород необходимо знать и учитывать при стро­ительстве скважин, нефтяных шахт, хранилищ газа в истощен­ных нефтяных и газовых пластах, в толщах каменной соли, в искусственно размываемых полостях.

Так, например, упругие свойства горных пород и упругость пластовых жидкостей влияют на перераспределение давления в пласте в процессе эксплуатации месторождения. Сильно сжа­тые породы и жидкости при снижении давления могут быть значительным источником энергии, под действием которой про­исходит движение нефти по пласту к забоям скважин. Действи­тельно, если пластовое давление снижается, то жидкость (вода и нефть) расширяется, а поровые каналы сужаются. Упругость пород и жидкостей очень мала, но вследствие огромных разме­ров пластовых водонапорных систем в процессе эксплуатации значительное количество жидкости (упругий запас) дополни­тельно вытесняется из пласта в скважины за счет расширения объема жидкости и уменьшения объема пор при снижении пла­стового давления.

Не менее существенный эффект упругости жидкости и пла­ста заключается в том, что давление в пласте перераспределя­ется не мгновенно, а постепенно после всякого изменения ре­жима работы скважины, после ввода новой или остановки ста­рой скважины. Таким образом, при большой емкости пласта и высоком пластовом давлении с начала эксплуатации пласт бу­дет находиться в условиях, для которых характерны длительные неустановившиеся процессы перераспределения пластового давления. Скорости этих процессов в значительной мере опре­деляются упругими свойствами пород и жидкостей. Оказыва­ется, что по скорости перераспределения давления при извест­ных упругих свойствах пород и жидкости можно судить о про­ницаемости и других параметрах.

В процессе разработки месторождения важно знать также и прочность пород на сжатие и разрыв. Эти данные наряду с модулем упругости необходимы при изучении процессов искусственного воздействия на породы призабойной зоны скважин (торпедирование, гидроразрыв пласта), применяемых в нефтепромысловом деле для увеличения притоков нефти.

Развивается строительство подземных газохранилищ в районах крупных городов и промышленных центров. Некоторые из них представляют собой искусственно размытые полости в растворимых в воде отложениях. Устойчи­вость стенок таких полостей определяется физико-механиче­скими свойствами окружающих полость пород.

В нашей стране накоплен значительный и ценный опыт по разработке месторождений тяжелой нефти и битуминозных песчаников шахтным способом. Можно с уверенностью утверж­дать, что роль шахтной добычи тяжелой нефти в будущем бу­дет непрерывно возрастать. При проектировании шахт, штолен и других горных выработок при расчете нагрузок на крепи ши­роко используются данные о напряженном состоянии горных пород в условиях их залегания; о влиянии скважин, и других горных выработок на напряженное состояние пород в окружа­ющих их зонах. О зависимости деформаций пород от напряже­ния можно судить лишь при наличии сведений, описывающих физико-механические свойства пород.