Физические процессы, протекающие при разработке низкопроницаемых неоднородных коллекторов

Исходя из анализа промысловых данных, отмечается более низкая, по сравнению с расчетной, эффективность применения ГС [67,119,127, 7]. Одной из основных причин снижения фактической продуктивности ГС, по сравнению с их расчетными данными (потенциалом), являются техногенные изменения природного состояния (деформационные процессы) нефтегазового пласта в призабойной зоне, которые, в свою очередь, приводят к снижению пористости и проницаемости [9, 74]. Подтверждением наличия техногенных процессов в пласте при разработке ГС является большое содержание механических примесей в продукции скважин.

Изучению деформации коллекторов посвящены работы В.М. Добрынина, А.Т. Горбунова, М. М. Кусакова, Н. С. Гудок, В. П. Сонича, В.Т. Питкевича, Р.Н. Дияшева, А.Н. Мохель и другие. Изучение влияния деформаций продуктивных коллекторов Западной Сибири на их ФЕС были проведены на кернах продуктивных пластов Усть-Балыкского и Мегионского месторождений [45], Самотлорского месторождения [46].

Продуктивные пласты месторождений Западной Сибири сложены восприимчивыми к нагрузкам глинистыми песчано-алевритовыми породами полимиктового состава, содержащие неустойчивые зерна выветренных полевых шпатов и обломков пород. В связи с этим вопрос необратимых деформаций актуален для данных месторождений [122].

Для оценки влияния на проницаемость системы изменения эффективного давления при протекании упругих деформаций предложено несколько аналитических представлений закона изменения проницаемости от изменения пластового давления [34, 64]:

степенная зависимость

(1.19)

где n – показатель степени равный 2,3,4, ….

полиномиальная зависимость (используется при больших изменениях пластового и забойного давлений)

(1.20)

где - коэффициенты определяемые из экспериментов.

В.Н. Николаевским предложена экспоненциальная зависимость. Однако имеются результаты экспериментов, которые только частично описываются данной зависимостью.

, (1.21)

где - проницаемость и пористость при начальном пластовом давлении;

- коэффициент изменения проницаемости, пористости (сжимаемости пор), 1/МПа.

Большинством исследователей [24, 43, 100] для количественной оценки зависимости проницаемости от эффективного давления при протекании необратимых деформаций пород пласта используют понятие переменного коэффициента снижения проницаемости в экспоненциальной зависимости проницаемости:

, (1.22)

где – коэффициент изменения проницаемости в возмущенном пласте при начальном пластовом давлении,1/МПа;

– коэффициент учитывающий изменение коэффициента , 1/МПа.

В данной функции влияние продолжительности действия нагрузки и, соответственно, накопление пластических деформаций не учитываются.

В работе [47] предложена зависимость в виде двойной экспоненты и сделан вывод, что наибольшее изменение проницаемости от давления будет происходит у коллекторов с большим содержанием глинистой составляющей. С увеличением эффективного давления также может иметь место необратимое изменение пористости. Необратимое изменение пористости происходит у песчаников при содержании со значительным содержанием обломочного и цементирующего материала.

Группой специалистов «СургутНИПИнефть» (В. П. Соничем, Н. А. Черемисиным, Ю. Е. Батуриным) проведён большой объём лабораторных исследований керна для условий, моделирующих пластовые. В результате данных исследований получены зависимости изменения проницаемости и пористости от эффективного давления и времени нагружения для трёх выделенных литологических групп [105].

, (1.23)

где - относительное уменьшение проницаемости;

- относительное уменьшение пористости;

- коэффициент, зависящий от литологической группы пород равный 1,38; 0,616; 2 соответственно для 1, 2, 3 группы;

- коэффициент, зависящий от литологической группы пород равный 1,38·10^-3, 9·10^-4, 8·10^-4 соответственно для 1,2,3 группы.

1 группа - образцы керна с мелко-среднезернистыми слабоглинистыми песчаниками с содержанием глинистого материала (К_гл) менее 10 %.

2 группа - образцы керна с мелкозернистыми глинистыми песчаниками и слабоглинистыми алевролитами с К_гл 10-15 %.

3 группа - образцы керна глинистые алевролиты и сильноглинистые мелкозернистые песчаники с К_гл более 15 %.

В результате экспериментальных исследований установлено, что с снижением пластового давления происходит изменение пористости и проницаемости. Проницаемость изменяется в большей степени, чем пористость.

В работе [42] проведена многофакторная оценка деформационных процессов на керне. Показано, что в неглинистых терригенных коллекторах деформация незначительна в отличие от глинистых.

В указанной работе [94] в результате изучения деформационных процессов на керновом материале сделан вывод, что наибольшие относительные изменения коэффициента проницаемости с ростом давлений будут наблюдаться у глинистых низкопроницаемых коллекторов, а наименьшие – у высокопроницаемых коллекторов. При малых эффективных давлениях имеют место обратимые деформации, а при превышении некоторой критической величины – деформации частично необратимые и полностью необратимые (область пластического режима фильтрации). Наличие необратимых деформаций зафиксировано у песчаников с плохо отсортированными зернами со значительным содержанием обломочного и цементирующего материала, а также у доломитов и известняков.