Материал: Физика пласта. учебное пособие. Булыгин Ю.А

Опытами установлено, что в зависимости от объемного насыщения порового пространства различными компонентами возможно одно-, двух- и трехфазное движение.

При водонасыщенности до 25 % нефте- и газонасыщенность пород максимальная (45 – 75 %), а относительная фазовая проницаемость для воды равна нулю. При увеличении водонасыщенности до 40 % фазовая проницаемость для нефти и газа уменьшается в 2-2,5 раза. При увеличении водонасыщенности до 80 % фильтрация газа и нефти в пласте стремится к нулю.

При газонасыщенности меньше 10 % и нефтенасыщенности меньше 23 % в потоке будет практически одна вода и движения газа не будет.

При нефтенасыщенности меньше 23 % движение нефти отсутствует. При содержании воды от 20 до 30 % и газа от 10 до 18 % фильтроваться может только одна нефть.

Для несцементированных песков область совместного движения в потоке всех трех фаз находится в следующих пределах насыщенности: нефтью от 23 до 50 %, водой от 33 до

64 %, газом от 14 до 30 %.

Рис. 6.1. Область совместного движения [2]

55

7. УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ

Удельная поверхность Sуд горных пород – это суммарная поверхность всех её зёрен в единице объема породы. Она характеризует степень дисперсности породы. С увеличением дисперсности, т.е. с уменьшением диаметра зерен и коэффициента пористости, поверхность породы возрастает. В коллекторах всегда присутствуют поры различного диаметра, и поэтому опытно измерить удельную поверхность очень сложно. Она зависит от фазовой проницаемости и от адсорбционной способности пород.

Оценивают удельную поверхность по эмпирическим соображениям, например, по формуле Козени – Кармана:

Если выразить проницаемость в [мкм2], то получим объемную удельную поверхность в [м2/м3]. Если удельную поверхность отнести к единице массы, то размерность будет [м2/кг] и она называется массовой.

Взаимосвязь между объемной и массовой удельными поверхностями выражается следующим образом:

Sм Sо тв 1 kпр ,

где ρтв – плотность породы.

Чем больше удельная поверхность, тем сильнее твердая фаза влияет на движение жидкости и газа, сужается диапазон фазовой проницаемости.

Наиболее просто удельная поверхность пород определяется по гранулометрическому составу и пористости. К динамическим методам определения удельной поверхности

57

относится метод, основанный на использовании данных по течению воздуха через пористую среду. При заданном значении расхода воздуха находится перепад давления и затем по формуле Дарси вычисляется проницаемость. Далее по формуле Кармана или ей аналогичной рассчитывается величина удельной поверхности. Этот метод пригоден для крупнозернистых структур (грубодисперсные структуры), поперечный линейный размер пор которых во много раз больше свободного пробега молекул воздуха. Поэтому скольжением газа по стенкам пор можно пренебречь.

7.1. Карбонатность породы

Под карбонатностью породы понимается содержание в ней солей угольной кислоты:

известняка – СаСО3, доломита – СаСО3·МgСО3,

соды – Na2CO3,

поташа – К2СО3, сидерита – FeCO3 и др.

Общее количество карбонатов относят обычно к СаСО3, потому что углекислый кальций наиболее распространен в породах и составляет основную часть перечисленных карбонатов. Карбонатность продуктивных пород определяют в лабораторных условиях по керновому материалу газометрическим методом, основанном на химическом разложении солей угольной кислоты действием соляной кислоты и измерении объема углекислого газа, образовавшегося в результате реакции:

СaCO3 2HCl CO2 CaCl2 H2O.

По объему выделившегося СО2 вычисляют весовое процентное содержание карбонатов в породе в пересчете на СаСО3.

58

7.2. Механические 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.

Упругость – свойство горных пород сопротивляться изменению их объема и формы под действием приложенных сил. Абсолютно упругое тело восстанавливает первоначальную форму мгновенно после снятия напряжения. Если тело не восстанавливает первоначальную форму или восстанавливает ее в течение длительного времени, то оно называется пластичным.

Давление в пласте в результате действия на породу комплекса сил (веса вышележащих пород, тектонических сил, напора подземных вод, тепловых и электрических полей) благодаря упругим свойствам пород и жидкостей перераспределяется не мгновенно, а постепенно после изменения режима работы скважины. Упругие свойства пород и жидкостей создают запас упругой энергии в пласте, которая освобождается при уменьшении давления и служит одним из источников движения нефти по пласту к забоям скважины.

При снижении пластового давления объем жидкости будет увеличиваться, а объем порового пространства будет уменьшаться. Считается, что основные изменения объема пор при уменьшении пластового давления происходят вследствие увеличения сжимающих условий на пласт от веса вышележащих пород. При одинаковой прочности пород интенсивность трещиноватости будет увеличиваться при уменьшении мощности пласта.

Упругие свойства горных пород описываются законом

Гука:

59