Что такое сжимаемость пласта

Анализ методов определения сжимаемости

Дата публикации: 30.10.2018 2018-10-30

Статья просмотрена: 704 раза

Библиографическое описание:

Анализ методов определения сжимаемости / Д. А. Абрамов, Р. Р. Юсупов, А. А. Вольф [и др.]. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 44 (230). — С. 227-229. — URL: https://moluch.ru/archive/230/53445/ (дата обращения: 20.12.2021).

Ключевые слова: коэффициент сжимаемости динамическая сжимаемость скелет породы статическая сжимаемость образец породы.

Существуют два основных метода определения коэффициента сжимаемости: динамический (косвенный), по которому определяются скорости прохождения упругих волн через образец горной породы, а коэффициент сжимаемости рассчитывается по известному соотношению для однородно-анизотропного образца и статический (компенсационный), по которому непосредственно определяется объем вытесненной из образца жидкости при изменении эффективного давления. Однако существенные различия между величинами коэффициентов статической и динамической сжимаемостей осложняет выбор значений, необходимых для технологических расчетов.

Был проведен сравнительный анализ полученных значений коэффициентов статической и динамической сжимаемостей на примере месторождения N и определены области их применения; построены зависимости коэффициентов статической и динамической сжимаемости от фильтрационно-емкостных свойств образцов.

Определение коэффициентов сжимаемости проводились на двух лабораторных установках: установке по определению сжимаемости и пористости компенсационным методом (PBC-925) и установке определения деформационных характеристик породы ультразвуковым методом (AutoLab 1500).

На установке PBC-925 исследования проводились на образцах цилиндрической формы, в поршневых кернодержателях высокого давления. Для исключения концевых эффектов на контакте торцов образца и поршней используются мягкие пористые прокладки. Для устранения залипания резиновой манжеты в породе используют термо-усадочную трубку. Насыщенный на 100 % раствором образец правильной цилиндрической формы помещается в кернодержатель, в котором создаются условия, моделирующие пластовые. Давление обжима, торцевое и боковое, создаётся двумя поршневыми прессами. Измерение изменения объёма пор проводится также с помощью поршневого пресса Quizix. Управление насосами, так же, как и пневматическими клапанами, осуществляется компьютером, оснащённым контролерами. Через них же передаются параметры, измеряемые приборами (давление, температура, объём). Перед проведением исследований проводится эталонирование установки. Для этого в кернодержатель помещается эталон с известной пористостью, сжимаемость которого гораздо меньше, чем у породы в целом. Как правило, эталоны изготавливаются из нержавеющей стали. В системе создаются такие же условия (давления и температура), при которых предполагается исследовать образцы породы. Полученные данные используются для учёта изменения объёма измерительной системы: трубок, уплотнений, манжеты и. т.д. При изучении влияния давления на изменение коэффициентов пористости образцы породы ступенчато нагружают или разгружают всесторонним или разносным давлением обычно при постоянных значениях пластового давления и температуры с интервалами 5–20 МПа и равной выдержкой от 30 мин. до 12 ч. на каждой ступени.

После измерения интервалов времени задержки акустического импульса через образцы заданной длины определяются скорости упругих волн.

Основные причины, которые могут повлиять на точность экспериментально получаемых значений скоростей упругих волн, обусловлены методикой эксперимента и связаны с особенностями исследуемых пород. Наиболее значительная погрешность в значениях измеряемых скоростей при данном методе определяется сложностью совмещения импульсов на экране осциллографа при выполнении измерений. На установке AutoLab1500 эта погрешность сведена к минимуму за счет применения цифрового осциллографа и программного обеспечения, позволяющего записывать и воспроизводить на мониторе фиксированную волновую картину процесса. Снижение погрешности в определении размеров образцов, при измерении которых является достаточной точность  0.01мм, достигается применением цифрового штангенциркуля. Погрешность, вносимая слоем специального состава, обеспечивающего акустический контакт в измерительной системе, компенсируется программным обеспечением.

Для проведения исследований по определению коэффициента статической и динамической сжимаемостей была отобрана коллекция образцов из интервала 2502–2516м. пласта n месторождения N. Образцы подготавливались к экспериментам согласно ГОСТу 26450.0–85, а затем по каждому из них определялись фильтрационно-ёмкостные свойства (плотность насыщенного образца, коэффициент пористости и проницаемости по газу). На рисунке 1 представлены результаты определения плотности насыщенных образцов и коэффициента пористости от глубины залегания. Как видно из рисунка, исследуемый интервал можно разбить на три части. При этом в центральной части этого интервала наблюдается зона увеличения фильтрационно-емкостных свойств. Эта картина наблюдается и по данным исследования полноразмерного керна.

Рис. 1. Распределение плотности насыщенных образцов и коэффициента пористости образцов по глубине залегания

Далее, по всем образцам выбранной коллекции определялся коэффициент динамической сжимаемости акустическим методом на установке AutoLab1500, а затем на тех же образцах измерялся коэффициент статической сжимаемости на установке РВС-925.

Анализируя полученные данные, коэффициенты сжимаемости, определяемые различными способами, отличаются друг от друга более чем на порядок. Если значения коэффициента статической сжимаемости варьируются в пределах (0,13–0,379) *10– 9 1/Па, то пределы изменения коэффициента динамической сжимаемости — (0,18–0,57)*10– 10 1/Па. Анализируя полученные результаты можно сделать вывод о том, что в случае определения коэффициента статической сжимаемости определяется коэффициент сжимаемости породы β_с, а в случае определения коэффициента динамической сжимаемости — коэффициент сжимаемости твердой фазы β_Т или скелета породы. Последнее предположение также основывается и на том, что распространение упругих волн в образце происходит в основном по скелету породы. Эти выводы подтверждаются результатами исследования отечественных и зарубежных ученых. Например, пределы изменения β_с пород зернистых коллекторов изменяется в широких пределах — (0,03–0,3) *10– 9 1/Па, и β_Т = (0,25–0,27)*10– 10 1/Па для известняков. Еще одним фактом, подтверждающим это предположение, можно считать практически линейную взаимосвязь между коэффициентами сжимаемости определенными двумя способами, которая отображена на рисунке. Анализируя корреляционную зависимость, представленную на этом рисунке, можно сделать вывод о том, что коэффициент статической сжимаемости в 6–8 раз больше коэффициента динамической сжимаемости. Это не противоречит физическим представлениям, так как объем пор обладает более высокими упругими свойствами, нежели породообразующие минералы.

Рис. 2. Зависимость коэффициента статической от коэффициента динамической сжимаемости

Источник

Что такое сжимаемость пласта

Определение сжимаемости пор сложных коллекторов по изменению продуктивности скважин

В. М. ДОБРЫНИН (МИНХиГП)

Коэффициент сжимаемости пор является важной характеристикой пласта-коллектора, необходимой при определении запасов нефти по методу упругого материального баланса, коэффициента извлечения нефти, а также при решении многих задач, связанных с разработкой месторождений.

В настоящей статье рассмотрен способ определения коэффициента сжимаемости пор коллектора по изменению коэффициента продуктивности скважин. Этот способ особенно полезен при исследовании сжимаемости пор коллекторов со сложной структурой порового пространства (трещинных, трещинно-поровых и глинистых). В коллекторах этого типа далеко не всегда удается получить представительный керн и, как правило, достоверно неизвестна структура порового пространства.

В качестве примера приведем расчет коэффициента сжимаемости пор коллектора пласта баженовской свиты Салымского месторождения нефти.

Коэффициент сжимаемости пор коллектора по керну обычно определяют при всестороннем изотермическом сжатии по количеству вытесненной из образца жидкости, находящейся при постоянном давлении [1]:

При разработке залежи пласт деформируется в результате уменьшения пла стового давления при постоянной величине горного давления. Это уже другая схема нагружения, коэффициент сжимаемости пор при которой определяется уже по другой формуле [1]

Если пренебречь несущественным различием в сжимаемости зерен породообразующих минералов и глинистых включений, то получим соотношение между этими двумя коэффициентами сжимаемости, учитывающее упругость изучаемого пласта [I]:

Для чистых, высокопористых сцементированных коллекторов при коэффициенте Пуассона пласта-коллектора, равном 0,2,значение. Это означает, что при изменении схемы нагружения коэффициент сжимаемости пор может измениться в 2 раза.

Значениеснижается при увеличении пластичности породы [1].

Коэффициент проницаемости коллектора, представленного системой трещин трех направлений, по Е.С. Ромму (1966 г.) определяется:

Поскольку изменением объемной плотности трещин при изменении пластового давления можно пренебречь, уравнение (4) позволяет получить [1]

гдеи— коэффициенты сжимаемости трещин и непроницаемой матрицы коллектора при всестороннем сжатии;— объем трещин.

Поскольку, с учетом выражений (3) и (5):

где— коэффициент сжимаемости трещин, определенный при снижении пластового давления.

После интегрирования найдем среднее в интервале пластовых давлений значение:

гдеи— коэффициенты проницаемости коллектора при пластовых давлениях р₁ и р₂ на контуре питания скважины.

При небольших депрессиях коэффициент продуктивности скважин К прямо пропорционален коэффициенту проницаемости пласта. Тогда

Вычисленные по формуле (8) значенияпри небольших D p хорошо совпадают с данными более приближенной формулы Ф.И. Котяхова (1956 г.):

Для определения сжимаемости коллектора с межзерновой пористостью воспользуемся уравнением, предложенным А. Маршаллом (1958 г.) и использованным нами в работе [1] для описания изменения проницаемости коллектора при всестороннем сжатии:

Из уравнения (10) можно найти коэффициент сжимаемости пор коллектора с межзерновой пористостью:

А если использовать для этого коэффициент продуктивности скважины, то

Для определения с помощью уравнений (8) или (13) используются индикаторные кривые, получаемые при испытании скважин. Для сложных трещинных и трещинно-поровых коллекторов индикаторные кривые существенно искривлены [3]. Это искривление объясняется главным образом нарушением линейной зависимости между скоростью фильтрации и перепадом давлений. На рисунке в качестве примера изображены индикаторные кривые, полученные при испытании скв. 27 Салымского месторождения. Скважина вскрыла нефтяной глинистый коллектор баженовской свиты [2].

На рисунке д, е, ж, з изображены индикаторные кривые, полученные при различных пластовых давлениях. Пластовые давления измерены после многосуточного простаивания скважины. Минимальное забойное давление не превышает 20 МПа, что существенно выше давления насыщения. Эти данные не выявляют больших необратимых деформаций в процессе испытания скважины. По-видимому, основной причиной отклонения индикаторных кривых от прямых линий является отклонение фильтрации от закона Дарси, а также существенные обратимые изменения проницаемости коллектора. Разделить эти два фактора пока не представляется возможным. В то же время зависимости (8) и (13) получены исходя из закона Дарси, т. е. из линейной зависимости между дебитом и депрессией. Поэтому определение коэффициента продуктивности по искривленным индикаторным кривым необходимо производить при минимальных скоростях фильтрации по самому начальному участку индикаторной кривой, когда выполняется условие . Для этого строится касательная линия к индикаторной кривой в начале координат. На рисунке эти линии показаны пунктиром. Касательную к кривой можно найти графически, как перпендикуляр к нормали, восстановленной к кривой в начале координат.

Однако следует отметить необходимость достижения особой детальности при измерении забойных давлений и дебитов на начальном участке индикаторной кривой, а также получения надежных данных при измерении пластового давления в остановленной скважине.

Мы рассмотрели пример определения коэффициента сжимаемости пор коллекторов баженовской свиты. Коллектор этого типа нельзя назвать трещинным, так как в нем отсутствуют протяженные «ровные» трещины, типичные для карбонатных пород. Микрополости, заполненные нефтью, в этом коллекторе соединяются между собой короткими микротрещинами [2]. Дебит скважин коррелируется с величиной открытой пористости, полученной по геофизическим данным. Такой коллектор по структуре пор ближе к сильно уплотняющемуся коллектору с межзерновым типом пор Поэтому для нахождения коэффициента сжимаемости пор воспользуемся уравнением (13).

Предельный (максимальный) коэффициент продуктивности, определенный по касательной к индикаторной кривой на рисунке д, K ₁ = 80 м 3 /(сут*МПа) при пластовом давлении р₁ =29,6 МПа.

Предельный коэффициент продуктивности, определенный по касательной кривой на рисунке е, К₂ = 68 м 3 /(сут-МПа) при р₂ =28 МПа.

Коэффициент сжимаемости пор определим с помощью уравнения (13):

Среднее значение из приведенных трех определений составляет

1. Предложена методика и получены новые уравнения для определения по результатам испытания скважин коэффициента сжимаемости пор трещинных и межзерновых коллекторов нефти и га за с учетом структуры порового пространства.

2. При определении коэффициента сжимаемости пор коллекторов по искривленным индикаторным кривым рекомендуется использовать предельные (максимальные) значения коэффициентов продуктивности, полученные при минимальных скоростях фильтрации флюидов.

1. Добрынин В.М. Деформации и изменения физических свойств коллекторов нефти и газа. М., Недра, 1970.

3. Майдебор В.Н. Особенности разработки нефтяных месторождений с трещиноватыми коллекторами. М., Недра, 1980.

Рисунок Индикаторные кривые, построенные по данным испытания скв. 27 Салымского месторождения нефти (глинистый коллектор баженовской свиты).

Источник

СЖИМАЕМОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД

Смотреть что такое «СЖИМАЕМОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД» в других словарях:

Сжимаемость — горных пород (a. compressibility of rocks; н. Zusammendruckbarkeit der Gesteine, Kompressibilitat des Gebirges; ф. compressibilite des roches; и. compresibilidad de rocas) способность горн. пород изменять свой объём под воздействием… … Геологическая энциклопедия

Сжимаемость — способность вещества изменять свой объём под действием всестороннего давления. С. обладают все вещества. Если вещество в процессе сжатия не испытывает химических, структурных и других изменений, то при возвращении внешнего давления к… … Большая советская энциклопедия

Сжимаемость — [compressibility] способность вещества изменять объем под действием всестороннего давления. Сжимаемостью обладают все вещества. Если вещество при сжатии не испытывает химических, структурных и других превращений, то после снятия внешнего давления … Энциклопедический словарь по металлургии

Вода — С древнейших времен стали понимать великое значение воды не только для людей и всяких животных и растительных организмов, но и для всей жизни Земли. Некоторые из первых греческих философов ставили воду даже во главе понимания вещей в природе, и… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Давление высокое — в широком смысле давление, превышающее атмосферное; в конкретных технических и научных задачах давление, превышающее характерное для каждой задачи значение. Столь же условно встречающееся в литературе подразделение Д. в. на высокие и… … Большая советская энциклопедия

Глина — (геологич.) весьма распространенная вторичная или обломочная горная порода, происшедшая от выветривания других горных пород, преимущественно заключающих в своем составе полевой шпат (см. Глина, техн. II. Образов. в природе). В чистом виде Г.… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Глина (технич.) — (франц. argile, нем. Thon, англ. clay) общеизвестное землисто порошковатое вещество, составляющее неизбежную составную часть поверхностного растительного слоя земли, образующее, в более или менее чистом виде или в смеси с песком (суглинки),… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

АТМОСФЕРА — газовая оболочка, окружающая небесное тело. Ее характеристики зависят от размера, массы, температуры, скорости вращения и химического состава данного небесного тела, а также определяются историей его формирования начиная с момента зарождения.… … Энциклопедия Кольера

Гидродинамические исследования скважин — (ГДИС) совокупность различных мероприятий, направленных на измерение определенных параметров (давление, температура, уровень жидкости, дебит и др.) и отбор проб пластовых флюидов (нефти, воды, газа и газоконденсата) в работающих или… … Википедия

Источник