- •3. Преобразования фес пород, вызванные бурением скважины, вторичным вскрытием стреляющими перфораторами
- •3.1. Преобразование фес пласта при вскрытии бурением
- •3.1.1 Переход породы в новое напряжённо - деформированное состояние
- •3.1.2 Экспериментальные исследования процесса дилатансии
- •Классификация пород–коллекторов неокомских и юрских отложений по их склонности к дилатансии
- •3.2.1. Общие представления об адсорбции
- •3.2.2. Теоретическая оценка влияния адсорбции на запасённую энергию в скелете породы
- •3.2.3. Стендовые исследования факторов, влияющих на подвижность флюидов в пластовых условиях.
- •3.2.4. Кольматация пород с взрывным воздействием
- •3.2.5.Тепломассоперенос в породах при воздействии на них взрыва
- •3.2.6. Анализ процессов кольматации со взрывом
- •3.3. Анализ термоаномалий, получаемых в скважинах после выстрела перфоратора.
- •3.3.1 Причины термоаномалий, возникающих в скважине после вторичного вскрытия пластов стреляющими перфораторами.
3. Преобразования фес пород, вызванные бурением скважины, вторичным вскрытием стреляющими перфораторами
Первичное вскрытие пласта при бурении нарушает установившееся в пласте квазиравновесное состояние. Это приводит к протеканию в пласте сложных переходных процессов, сопровождающихся миграцией от скважин или к скважине пластового флюида. Кроме того, порода в окрестности скважины переходит в новое напряжённо – деформированное состояние, результатом которого является дилатансия породы или, наоборот, -уплотнение.
Вторичное вскрытие пласта с использованием стреляющих перфораторов не ограничивается формированием перфорационных каналов, пересекающих стенку обсадной трубы, затрубный цементный камень и входящих в пласт на ту или иную глубину. Высокоскоростная струя или пуля, порождающие в породе волны напряжения, способствуют выходу на поверхность минералов дефектов в большом объёме породы в окрестности скважины и, таким образом, активизируют хемосорбцию в пласте с протеканием в нём процессов аналогичных тем, которые имеют место при первичном вскрытии.
3.1. Преобразование фес пласта при вскрытии бурением
3.1.1 Переход породы в новое напряжённо - деформированное состояние
В нетронутом массиве породы на глубине H на площадку с нормальным вектором, параллельным вертикальной оси Z, действует эффективное давление, равное разности горного и пластового давлений
Pz = ρп g H – Рпл , (3.1)
где ρп - усреднённая плотность породы, Н – глубина ,g–ускорение свободного падения, Рпл – пластовое давление на глубине Н.
Боковые давления на площадках, перпендикулярных осям Х иY, в общем случае могут быть не одинаковыми. При равенстве давления в породе напряжению, можно говорить о том, что на глубине H действует комплекс напряжений: . Для изотропной среды можно допуститьиPz. Понятно, чтобудут составлять только какую–то часть. (рис. №3.1)
Для оценки боковых напряжений рассмотрим некоторые положения теории упругости. При растяжении цилиндрического твёрдого тела силой F по схеме, представленной на рисунке №3.2, его длина и диаметр претерпят изменения. Относительные деформации длины и диаметра цилиндра обозначим и, соответственно.
.
Рис.№3.2
Схема действующей нагрузки.
Относительные деформации, выраженные через геометрические размеры цилиндра равны:
и.-суммарное удлинение.
Поперечное сечение цилиндра – S. Тогда действующее напряжение в твёрдом теле будет равно .
Отношение относительного уменьшения диаметра цилиндра к относительному удлинению цилиндраназывается коэффициентом Пуассона:
.(3.2)
Естественно, боковые напряжения должны выражаться через коэффициент
Пуассона. Для упрощения решения будем считать породу изотропной средой. Тогда в пределах упругих деформаций можно ввести понятие коэффициента бокового распора:
Тогда в пределах упругих деформаций можно ввести понятие коэффициента бокового распора:
. (3.3)
Напряжения =. Таким образом, боковые напряжения в нетронутом массиве выражаются через коэффициент бокового распора и напряжение, создаваемое горным давлением.
Бурение скважины сопровождается переходом пород в окрестности ствола в новое напряжённо – деформированное состояние. Теперь приведённые соотношения действительны только в достаточно удалённых от скважины зонах. Для скважины необходимо ввести цилиндрические координаты.
Координата r может вращаться относительно оси скважины, вследствие допущения об изотропности породы.
Координата θ, являясь скользящей и может перемещаться вдоль координаты r, оставаясь перпендикулярной r.
Достаточно простые решения могут быть получены для случая отсутствия фильтрации и постоянства скачка давления на стенке скважины равному разности забойного и пластового давления в скважине на глубине залегания пласта. Решение будет распространяться для области
≤r ≤ ∞.
+ a =-a; (3.4)
где a , = репрессия, равная разности забойного и пластового давлений.
Следует отметить, что для нетронутого массива σr и σθ , при условии r , должны быть равны.
Действительно, проверка равенств (3.4) показывает:
при r = а; при;
п
Из теории упругости следует закономерность, состоящая в следующем: при действии в среде 2 – х главных взаимно перпендикулярных напряжений возникает сдвиговое напряжение , которое равноили= . (3.5)
Обозначим известное сдвиговое напряжение , получим
= (3.6)
Для размера зоны дилатансии в пласте из (3.5) получим
( 3.7)
Основная проблема состоит в определении значения предела прочности породы – коллектора на сдвиг для конкретного пласта в условиях залегания.
Для описания объемных деформаций пористых сред в условиях пластического течения используется следующее реологическое уравнение
dθ = dθ ш - dθD = ß(Р)dp – λ(έr0,5)dτ , (3.8)
где θш–объемная деформация, обусловленная действием шаровой части тензора напряжений; θD–дилатантная составляющая объемной деформации среды; έr - второй инвариант девиатора тензора скоростей деформаций; λ–скорость дилатансии. Вычитаемое в правой части выражения представляет собой дилатантную составляющую деформации в функции от сдвигового напряжения. Переходя к теории конечных деформаций, величину θD можно представить в виде
θD = λ ( έr 0,5 )Δτ = Φ·Δ σр 0,5 , (3.9)
где Φ - некоторая функция, σр- второй инвариант девиатора тензора напряжений.