М.Т. Абасов, Р.Д. Джеваншир, А.А. Иманов, Г.И. Джалалов (ИПГНГМ АН Азербайджана)

Следует иметь в виду, что наиболее часто применяются относительно доступные экспериментальные кривые изменения пористости и проницаемости в зависимости от всестороннего давления, трансформированные затем в кривые изменения пористости и проницаемости от эффективного или пластового давления. Аналогичным образом используются и более представительные экспериментальные данные, полученные с учетом изменения как всестороннего, так и внутрипорового давления в образцах пород. Известны обобщенные сводки о влиянии эффективного давления на изменение пористости и проницаемости пород-коллекторов различного вещественного состава относительно их значений в атмосферных условиях, рекомендованные для практического использования [1, 2].

В работе [2 ] справедливо указывается, что экспериментальные исследования, моделирующие влияние давления на физические свойства пород-коллекторов в процессе разработки, должны проводиться при фиксированных значениях всестороннего давления и изменяющемся поровом. Вместе с тем, несмотря на очевидность данного утверждения, практически отсутствуют данные о подобных экспериментах, выполненных непосредственно с целью использования при проведении гидродинамических расчетов показателей разработки конкретного объекта.

Идея настоящей работы возникла после анализа литературных данных [1-4 ], а также собственных экспериментальных исследований в Институте проблем глубинных нефтегазовых месторождений (ИПГНГМ) АН Азербайджана по изучению влияния эффективного давления на пористость и проницаемость терригенных пород-коллекторов (Иманов А.А., 1984). Эти исследования позволили установить, что при одних и тех же эффективных давлениях, но разных значениях всестороннего и порового давлений зависимости изменения пористости и проницаемости пород от эффективного давления отличаются друг от друга. Приведем некоторые типичные результаты комплексных экспериментальных исследований влияния эффективного давления на пористость и проницаемость образцов гранулярных пород-коллекторов продуктивной толщи Азербайджана, отобранных из глубоких скважин в интервале глубин 2400-6000 м (рис. 1).

Как видно, для условий относительно малых глубин (см.рис. 1) преобладающую роль играет рост горного давления, воздействующего главным образом на скелет породы, а для больших глубин – изменение порового давления, влияющего как на собственно скелет породы, так и на минеральную часть скелета, а также ту часть твердой фазы ("пассивную" по терминологии [1]), которая не испытывает нагрузку со стороны внешних сил.

Как показано в работах [1, 2], рост давления жидкости в порах приводит к увеличению объема скелета породы из-за уменьшения эффективного давления; в то же время под действием увеличивающегося пластового давления происходит сокращение объема минеральных частиц, составляющих твердую фазу породы, а следовательно, и уменьшение объема скелета породы. Такая трактовка физического смысла роли пластового давления при оценке степени изменения объема скелета породы справедлива для гранулярных сред, представляющих жесткосцементированную систему без пассивной твердой фазы, которая не испытывает нагрузку со стороны внешних сил, когда последние действуют на эластичную оболочку образца (всестороннее давление). Для пород с пассивной твердой фазой (песчаники и алевролиты с плохо отсортированными зернами или с цементом заполнения пор) пластовое давление наряду с вышеуказанными эффектами дополнительно увеличивает объем пор вследствие сжатия вещества твердой фазы. Это увеличение объема пор будет происходить без изменения внешнего объема, т.е. объема скелета. Следовательно, относительные изменения объемов скелета и пор при одинаковом пластовом давлении будут определяться строением породы и соотношением активной (скелетной) и пассивной твердой фаз [1].

Приведенные рассуждения достаточно четко указывают на необходимость строгого подхода к использованию опубликованных экспериментальных данных для гидродинамических расчетов показателей разработки месторождений нефти и газа, так как зависимости изменения пористости и проницаемости пород от эффективного давления при различных соотношениях горного и перового давлений могут носить различный характер (см.рис. 1).

С целью дальнейшего изучения влияния процессов разработки на фильтрационно-емкостные свойства коллекторов Южно-Каспийской впадины была реализована более адекватная схема проведения эксперимента по изучению влияния падения пластового давления на изменение пористости и проницаемости, заключающаяся в том, что начальным условием экспериментов принимались горное и пластовое давления, соответствующие глубине залегания исследуемого объекта (образца породы), а изучение изменения пористости и проницаемости для условий падения пластового давления проводилось относительно этих начальных условий.

Анализ результатов выполненных экспериментов (рис. 2) по определению проницаемости для трех образцов песчано-алевритовых пород-коллекторов глубокозалегающих месторождений Южно-Каспийской впадины по предлагаемой схеме и при изменении только горного давления (аналогичные результаты получены и по пористости) позволяет высказать ряд положений, имеющих, на наш взгляд, принципиальное значение.

В первую очередь следует отметить, что, как и предполагалось, при одних и тех же эффективных давлениях, но различных значениях горного и порового давлений (см. кривые 1 и 2 на рис. 2) получены количественно отличающиеся друг от друга зависимости коэффициента проницаемости от эффективного давления, носящие в обоих случаях характер, близкий к экспоненциальному. При этом в интервале изменения эффективного давления от 0 до 30-40 МПа кривые 1 и 2 на рис. 2 мало отличаются друг от друга из-за преобладающего влияния горного давления, действующего в основном на скелет породы. При дальнейшем увеличении эффективного давления те же кривые отличаются друг от друга уже более существенно, что обусловлено доминирующей ролью порового давления, воздействующего также и на пассивную часть породы, приводящего к ее дополнительному сжатию и соответственно к сохранению более высоких значений пористости и проницаемости (см.кривую 2 на рис. 2). Интересно также отметить, что в интервалах изменения эффективного давления, отвечающих реальным условиям залегания изучаемых образцов (60-80 МПа), обе кривые выходят на асимптоты, что может свидетельствовать о незначительном влиянии эффективного давления на изменение пористости и проницаемости глубокозалегающих пород-коллекторов.

Наиболее интересны результаты, отражающие ту часть экспериментов, при которой увеличение эффективного давления достигалось путем снижения порового давления на этапе моделирования процесса разработки пласта (см .кривую 3 на рис. 2). При переходе от кривой 2 к кривой 3, т.е. в точке, начиная с которой производилось снижение порового давления в образцах пород по принятой схеме, наблюдается специфический излом, а сама кривая 3, отражающая влияние падения порового давления на изменение проницаемости, носит иной характер и существенно отличаются от зависимостей, представленных кривыми 1 и 2. Объяснение этому результату вновь находим в физическом смысле трактовки влияния порового давления на пассивную часть породы. Излом между кривыми 2 и 3 можно объяснить тем, что в этой точке схема эксперимента претерпела существенное изменение, после чего рост эффективного давления стал обеспечиваться не последовательным увеличением одновременно горного и порового давлений, а снижением порового давления при постоянном горном. При этом наряду с увеличением давления на скелет одновременно происходило значительно более резкое снижение давления на пассивную часть породы, что, по-видимому, и обусловило появление указанного излома. Аналогичным образом объясняется и изменение самого характера зависимостей, представленных на кривых 3 рис. 2, которые для данных конкретных условий оказались близкими к линейным, хотя не следует исключать получение зависимостей и иного вида.

Для дополнительной иллюстрации полученного эффекта и механизма его объяснения приведем результаты экспериментального изучения изменения коэффициента проницаемости образца породы в процессе разработки под действием увеличивающегося эффективного давления, выполненного по аналогичной схеме (рис. 3). Однако последняя отличается тем, что рост эффективного давления на этапе, моделирующем процесс разработки, создается не снижением порового давления в образце породы, а увеличением горного давления при фиксированном поровом. Как видно из рис. 3 (кривая 2), рост эффективного давления за счет увеличения горного давления при фиксированном поровом не привел ни к появлению излома на экспериментальной кривой, ни к изменению ее характера в целом. Это является еще одним наглядным подтверждением адекватности приводимого механизма влияния порового давления на пассивную часть породы. В данном случае рост горного давления способствовал лишь дополнительному сжатию скелета образца породы, что и обусловило сохранение вида и характера зависимости коэффициента проницаемости от эффективного давления.

К_р/К_г=А+ВР_пл-СР_гор,

где К_г - начальные значения параметров (проницаемость или пористость), соответствующие естественным условиям залегания пласта; К_р - то же при текущем внутрипоровом (пластовом) давлении; Ргор, Рпл - соответственно горное и поровое (пластовое) давления, МПа; А, В, С - коэффициенты изменения параметра (пористости или проницаемости).

Числовые значения коэффициентов А, В и С определялись с помощью ЭВМ по методу наименьших квадратов с использованием стандартной подпрограммы (таблица). Породы-коллекторы подразделены на три класса, отличающихся как упругими свойствами скелетной составляющей твердой фазы, так и характеристиками пассивной твердой фазы.

1. Авчян Г.М. Физические свойства осадочных пород при высоких давлениях и температурах - М Недра, 1972
2. Горбунов А.Т. Разработка аномальных нефтяных месторождений - М Недра, 1981
3. Добрынин В.М. Деформация и изменения физических свойств коллекторов нефти и газа - М Недра, 1970
4. Желтов Ю.П. Деформации горных пород -М Недра, 1966

Realization of the adequate scheme of experimental study of baric conditions effect on porosities and permeabilities parameters of terrigenous reservoir rocks in process of hydrocarbon pools development was exemplified by terrigenous reservoir rocks of South-Caspian depression. This scheme differs that porosities and permeabilities parameters under natural sample occurrence are regarded as initial values, while their further change is governed by pore pressure decrease.

Experimental studies according to the above scheme allowed to establish a character of porosity and permeability change in rock samples of deep-seated pools of South-Caspian depression in process of formation pressure decrease.

A set of empirical formula describing porosity and permeability relationships simultaneously versus rock and formation pressures at their different combinations, recommended to be used for hydro-dynamic estimation of development indices of oil and gas pools composed by granular reservoirs of different lithological composition is proposed.

А - месторождение Бахар, скв 36, интервал 4769-4771 м, свита перерыва, Б - месторождение Дуванный-Дениз, скв 547, интервал 5416-5425 м, X горизонт балаханской свиты, В - месторождение Бахар, скв 29, интервал 4852-4856 м, X горизонт балаханской свиты, 1 - при изменении горного давления и фиксированном поровом давлении, равном 0,1 МПа, 2 - при одновременном изменении горного и порового давлений, 3 - при снижении порового давления и фиксированном горном давлении (этап моделирования разработки).

Месторождение Сангачалы-Дениз, скв 550, интервал 3419-3422 м, надкирмакинская песчаная свита, 1 - при одновременном изменении горного и порового давлений, 2 - при увеличении горного давления и фиксированном поровом давлении (этап моделирования разработки).