книги / Физические свойства коллекторов нефти при высоких давлениях и температурах

А К А Д Е М И Я Н А У К С С С Р

ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И РАЗРАБОТКИ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЛЛЕКТОРОВ НЕФТИ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ И ТЕМПЕРАТУРАХ

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О « Н А У К А »

МОСКВА 1979

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время все шире ведутся поиски и разработка неф­ ти и газа на больших глубинах. Состояние и свойства, горных по­ род, в том числе коллекторов нефти и газа, на больших глубинах отличаются от свойств на дневной поверхности. Более правильное представление о них могут дать эксперименты при высоких давле­ ниях и температурах.

Изучение физических свойств горных пород при высоких значе­ ниях термодинамических параметров проводится в ИФЗ АН СССР,

ИГ АН УССР, МИНХи^П, ВНИИГеофизика. В ИГиРГИ такие работы были начаты под руководством Н.Н. Павловой.

Имеются большие достижения в исследовании закономерностей изменения физических характеристик .горных пород как при во з­ действии одних высоких давлений, так и при одновременном влия­ нии высоких давлений и температур. В последние годы основные результаты в этой области обобщены в монографиях и справоч­ никах.

Однако непосредственно вопросам, связанным с нефтяной гео­ логией, посвящены лишь немногие работы. Важные задачи прак­ тического использования лабораторных данных еще не решены, хо­ тя некоторые попытки их решения делаются. Настоящий сборник и является такой попыткой.

Сборник состоит из двух разделов. Раздел I включает работы, посвященные исследованию влияния высоких равномерных и нерав­ номерных давлений на деформационные, упругие, электрические и коллекторские свойства осадочных пород - коллекторов и покры­ шек. В нескольких статьях рассматривается влияние аномально­ высокого порового давления на сжимаемость, электропроводность и проницаемость коллекторов.

Почти в каждой статье делаются попытки решения геологичес­ ких задач на основании экспериментальных данных или проводится сопоставление лабораторных результатов с полевыми геофизичес­ кими наблюдениями.

Наряду с изучением свойств горных пород важное значение име­ ют исследования содержащихся в них флюидов, особенно углево­ дородов. Поэтому в этом же разделе помещена статья об изучении газожидкостного равновесия в смесях углеводородов при пластовых температурах и давлениях. Подобные исследования дают возмож­ ность рассчитать фазовое состояние пластовых флюидов на боль­ ших глубинах и могут быть использованы для вопросов миграции углеводородов.

Раздел II начинается со статьи Н.Н. Павловой и Р.А. Коны­ шевой. Это последняя статья, написанная Н.Н. Павловой. Она от­

ражает новое направление работ, которое сейчас широко развива­ ется. В статьях этого раздела на основе экспериментальных дан­ ных особенности изменения деформационных и других физических свойств горных пород связываются с изменением их петроструктурных, литологических характеристик.

В подготовке рукописи к печати большую помощь оказали Т. В. Со­ колова, Л.С. Алексеева и Г.*А. Федорова.

Большая часть помещенных в сборнике статей написана на ос­ новании исследований, выполненных под руководством и при учас­ тии Н.Н. Павловой или в плане дальнейшего развития ее идей. Ав­ торы с глубокой благодарностью вспоминают о совместной работе с Ниной Николаевной Павловой.

Более 1 0 лет Н.Н. Павлова руководила сектором эксперимен­ тальной геомеханики ИГиРГИ. Установки высокого давления, скон­ струированные Н.Н. Павловой с сотрудниками, позволяют повышать

ния. В этих установках до настоящего времени проводятся экспе­ рименты, результаты которых расширяют представления о процес­ сах, происходящих на больших глубинах.

Под руководством Н.Н. Павловой разработаны методы опреде­ ления деформационных и прочностных характеристик горных пород в условиях равномерных и неравномерных давлений, а также методы изучения коллекторских свойств осадочных пород и изолирующих свойств покрышек при давлениях и температурах, соответствующих пластовым.

Память о научной одаренности и замечательных личных качест­ вах Н.Н. Павловой будет жить в сердцах тех, кому выпало счастье с ней сотрудничать.

I. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЛЛЕКТОРОВ ПОКРЫШЕК И СМЕСЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ

ИЗОЛИРУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ,

ДЕФОРМАЦИОННЫЕ И ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ГЛИНИСТЫХ ПОРОД

Г. Е. Кузьменкова, А. А. Фомин

Изолирующие возможности глинистых пород, играющие роль эк­ рана для флюидов и газа, тесно связаны с их деформационным сос­ тоянием в условиях залегания, т.е. деформационными и прочност­ ными свойствами при объемных напряженных состояниях и темпе­ ратурах.

Физико-механические свойства глинистых пород разного состава, строения и постседиментационного уплотнения существенно раз­ личны, что подтверждают результаты испытаний большого числа гли­ нистых пород-покрышек методом вдавливания, позволившие диффе­ ренцировать породы по деформационно-прочностным свойствам.

В ИГиРГИ под руководством Н.Н. Павловой были изучены свой­ ства свыше 1 0 0 0 образцов глинистых пород-покрышек разного воз­

бири, Средней Азии, Предкавказья, Днепровско-Донецкой впадины. Эти исследования подтвердили общие физические соображения и от*» дельные экспериментальные рёзультаты [1 ,2 ], свидетельствующие о возрастании интенсивности трещинообразования в породах с рос­

работе упругих деформаций).

Проведенные исследования позволили также установить, что тре­ щиноватость глинистых пород, оцененная в шлифах методом ВНИГРИ [ 3 ] , возрастает по мере усложнения состава глинистых пород, в частности увеличения содержания примесей, с чем связан рост уп­ ругих и прочностных параметров (рт, рQ ) и снижение способнос­ ти к пластической деформации К,

На основании данных по механическим свойствам были выделе­

ны группы (I-III) низкой, средней и повышенной способности к трешинообразованию, обратной изолирующим возможностям этих по-

род. Так, чистые глины разного состава без или с малым содер^ жанием неглинистых примесей прежде всего отличают высокие зна­ чения коэффициентов пластичности (3 - 3 *5 < К < « ), низкие величи­ ны модуля упругости ( Ет » 0 Д *1 0 5 - 0 ,Ф Ю 5 кгс/см 2 )и преде­

прочность и трещиноватость - это свойства, позволяющие характе­ ризовать высокие качества глин как экранов.

Группу II уплотненных глин или глинистых пород с более высо­ ким содержанием примесей должны отличать худшие изолирующие свойства. Глинистые породы этой группы имеют более высокие проч­ ностные и упругие характеристики у сухих пород (1 0 - 1 5 ) < P Q <

теризует высокая способность к трещинообразованию ( Тш > 2 5 - 3 0 и до сотен единиц на метр). По механическим свойствам это наи­

щества. Проведенные эксперименты на монтмориллонитовой глине - огланлинском бентоните показали, что прочность образцов из этой

изолирующих свойств покрывающих горизонтов нефтяных и газовых залежей в разных, регионах. В связи с этим было проведено экс­ периментальное изучение деформационного поведения и прочностных свойств глинистых пород при термодинамических параметрах, ти­ пичных для глубин залегания. Исследование проводилось на образ­ цах различного состава и строения, отобранных с разных, глав­ ным образом больших, глубин. Из пород, отнесенных по деформа­ ционно-прочностным свойствам при вдавливании к первой группе (по­ крышки с высокими изолирующими свойствами), испытывали огланлинекий бентонит. Из покрышек средней изолирующей способнос­ ти - глинистые породы из разрезов месторождёний Волгоградской и Куйбышевской областей и Днепровско-Донецкой впадины. Третья группа была представлена аргиллитами и глинистыми алевролитами

из глубинных покрывающих горизонтов Днепровско-Донецкой впа­ дины, Предкавказья и Ферганы.

Результаты испытаний глинистых пород в условиях всесторон­ него равномерного сжатия при напряжениях и температурах, ти­ пичных для глубин залегания (стэф^ > U °С), представлены в табл, 1 ,

вусловиях неравномерного объемного сжатия - в табл, 2, Принятые в табл. 1 обозначения: азфц - эффективное напря­

Анализ табл. 1 показывает, что в данных условиях глинистым породам свойственно в основном высокое значение коэффициента ежи* маемости и значительное уменьшение коэффициента пористости.

Следует, однако, отметить, что у испытанных пород I —I 11 групп четкого различия в изменении этих свойств с глубиной не просле­ живается.

Были исследованы также при высоком уровне напряжений равно­ мерного объемного сжатия необратимые деформации чистой глиныогланлинского бентонита. Оказалось, что в этих условиях объем пор бентонита уменьшается за счет необратимых деформаций приблизи­ тельно на 6%,

рующем электронном микроскопе, были выявлены следующие особен­ ности механизма остаточной деформации бентонита; исчезновение тон­ кой скульптуры, уплощение исходного объема частиц, большая упоря­ доченность первичной беспорядочной структуры, обособление мик­ роблоков. Эта деформация бентонита подобна той, которую испы­ тывают глины в условиях седиментогенёза и диагенеза.

Известно, что первичные текстуры глин создаются в седиментогенезе. Затем в диагенезе происходит изменение взаимной ори­ ентации кристаллов глинистых минералов относительно друг друга и относительно неглинистой составляющей пород.