Общие сведения о призабойной зоне пласта. Причины ухудшения коллекторских свойств ПЗП. Влияние фазовых превращений на движение многокомпонентных жидкостей в условиях пропитки дисперсиями (эмульсии, суспензии). Основные признаки дисперсных систем. Классификация систем по дисперсности. Классификация дисперсных систем по межфазному взаимодействию. Фильтрация дисперсных систем через пористые среды
ЛЕКЦИЯ № 8
Как говорил А.Эйнштейн, наука должна начинаться с фактов и кончаться фактами. Наиболее характерная особенность такого подхода – цикличность, так как она начинается и кончается фактами, и факты завершающие один цикл, оказываются началом следующего и так далее до бесконечности. Вот и мы с Вами обратимся к фактам.
Как известно разработка и эксплуатация газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений осуществляется на основе постоянного совершенствования техники и технологии производства и всемерного повышения их эффективности. А это связано в свою очередь с качественным и количественным учётом всех факторов при организации и проектировании мероприятий по повышению газоконденсатонефтеотдачи.
|
|
Первоначально обратимся к понятию призабойной зоны пласта (ПЗП). После вскрытия пласта скважиной по всей его толщине, вокруг ствола скважины возникает так называемая призабойная зона пласта, в которой произошли, происходят или могут происходить различные процессы, нарушившие или нарушающие первоначальное равновесное механическое или физико-химическое состояние горных пород. Радиус призабойной зоны пласта практически не возможно определить, и в этой связи выбирается условный средний радиус, ограничивающий по простиранию во всей его толщине, в которой происходят все процессы и явления, обусловленные вскрытие продуктивного пласта. При чем эта зона может иметь самую разнообразную конфигурацию.
Принципиальная схема призабойной зоны пласта приведена на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема призабойной зоны пласта.
ПЗП - призабойная зона пласта; УЗП - удаленная зона пласта; Р - равнодействующая вертикального горного давления;
Рд – равнодействующая горного бокового давления; rд - радиус скважин по долоту при бурении; rс - фактический радиус скважины; r1 -радиус призабойной.зоны пласта; r2 -расстояние произвольно взятой точки б удаленной зовы пласта от оси скважины; rк - радиус контура питания
За счёт различных процессов, происходящих в ПЗП, и факторов, воздействующих на неё, в каждый период времени призабойная зона пласта будет находиться в определенном статическом или динамическом состоянии, определяющем степень гидродинамической связи его со скважиной.
|
|
Через ПЗП из продуктивного горизонта на забой скважины происходит фильтрация пластового флюида. Если же фильтрационная способность ПЗП по сравнению с первоначальным состоянием пласта по каким-либо причинам изменилась (ухудшилась или улучшилась), то и продуктивность его будет иной по сравнению с природным её значением.
Состояние ПЗП при вскрытии пласта определяется:
1) механическими напряжениями в породе;
2) гидродинамическим влиянием трещин;
3) загрязнением ПЗП и физико-химическими процессами, протекающими в породе;
4) фильтрационным движением жидкостей и распределением давления в пласте.
Механические напряжения возникают с момента вскрытия кровли пласта до завершения разбуривания породы, с обнаружением которого на контуре выработки кругового сечения возникают сжимающие кольцевые напряжения. Предельные значения этих напряжений могут достигать удвоенной величины статического давления, существующего в ненарушенном массиве горной породы, за вычетом забойного давления, т. е.
(1)
где Н - глубина скважины;
Рпл - пластовое давление;
γс.п. - средний объёмный вес пород в разрезе скважины.
Под действием вертикального и особенно бокового горного давлений возникает сила, действующая на каркас породы и пластовую жидкость, как бы выталкивая эту породу в горную выработку (скважину).
Напряжение в каркасе грунта определяется как разница между горным и пластовым давлениями:
При определенном значении этого напряжения разрушается сцепление между зернами породы. В призабойной зоне пласта такие неустойчивые породы, как глина, соль, лёд и слабосцементированные песчаники, иногда разрушаются и пластически текут в горную выработку. В местах их вытекания образуются пустоты (каверны). Вследствие упругих деформаций в этих местах происходит разгрузка породы и перераспределение напряжений. Если каверны в ней глубокие, то может произойти изгиб породы по напластованию, образование искусственных и раскрытие естественных трещин. Под действием упругих напряжений объём породы увеличивается в основном за счёт пористой среды. Увеличение это объёма определяется по уравнению В. Н. Щелкачева
где Vн - объём породы;
ΔΡ - перепад давления;
βп - коэффициент сжимаемости породы.
Коэффициент сжимаемости породы для песчаников изменяется в пределах βп = (10,86+1,26) 10 4 МПа. Вследствие такого, хотя и от ничтожно малого увеличения порового пространства, повышается фильтрационная способность этого слоя породы. Если породы плотные и прочные, то кольцевые напряжения будут способствовать увеличению бокового горного давления, которое приводит к сжатию породы, уменьшению порового пространства и снижению проницаемости. Величина этого давления зависит от противодавления (репрессии) столба бурового раствора в скважине, чем больше противодавление, тем меньше боковое горное давление отражается на состоянии породы в ПЗП. В этом случае репрессия бурового раствора на пласт выполняет положительную роль. Кольцевые напряжения не только сжимают породу, но вследствие пластичности выжимают её в скважину, в результате чего радиус последней уменьшается (см. рис 1) В твердых породах изменение диаметра скважины настолько мало, что никакого влияния на её состояние не оказывает. В деформации горных пород существенную роль играет фактор времени, с течением которого состояние породы вблизи стенок скважины будет изменяться.
Перераспределение напряжений в горной породе наиболее существенно отражается на естественных трещинах. Сужение или полное смыкание которых, по мнению Г. Т Овнатанова, в призабойной зоне пласта ограничивается окружностью радиусом, не превышающем 1 м. От кольцевых напряжений смыкаются только вертикальные и наклонные трещины. Некоторые из них полностью закрываются на выходе к стенке скважины. На степень смыкания трещин дополнительно влияет величина депрессии на пласт. В трещинных коллекторах за счёт смыкания трещин может значительно уменьшиться или совсем исчезнуть гидродинамическая связь скважины с пластом. В порово-трещинных коллекторах смыкание трещин со временем может вызвать снижение продуктивности скважин, т. е. механические процессы могут обусловить изменения фильтрационного состояния призабойной зоны пласта.
|
|
С момента вскрытия кровли продуктивного пласта на него воздействует буровой раствор. За счёт его репрессии в перовую среду ПЗП проникает фильтрат, а в трещины - и сам раствор. Такое загрязнение поровой среды может привести к существенному изменению состояния и фильтрационной способности ПЗП. По мере разбуривания пласта увеличивается загрязнение его призабойной зоны. После первоначального поглощения бурового раствора трещинами, а фильтрата - поровой средой на стенках скважины образуется глинистая корка, которая снижает, но не прекращает проникновения в ПЗП фильтрата и раствора. Чем больше репрессия столба бурового раствора на пласт, тем больше загрязняется ПЗП.
При утяжелении бурового раствора значительно увеличивается его удельный вес, а, следовательно, и его репрессия на пласт. При достижении его определенного значения раскрываются естественные и образуются новые трещины (ГРП), происходит поглощение новых порций бурового раствора. Все это существенно изменяет прежнее состояние ПЗП и приводит к новому её состоянию.
В процессе вызова притока из пласта (депрессии) происходит извлечение пластового флюида из коллектора, который сперва выдавливает, а затем вымывает загрязняющий материал из ПЗП в ствол скважины. С повышением депрессии на пласт увеличивается вымывающая способность пластового флюида, происходит самопроизвольная очистка ПЗП. Эффективность и степень очистки ПЗП зависят от времени извлечения пластового флюида. Это, в свою очередь, приводит к новому состоянию призабойной зоны. Новое качественное состояние ПЗП может возникнуть в результате проведения методов воздействия на пласт, особенно после кислотных обработок.
|
|
Таким образом, ПЗП представляет собой зону вокруг эксплуатационного забоя скважины, в которой произошли, происходят или могут произойти какие-то изменения породы, свойств пористой среды, её проницаемости, по сравнению с первоначальным природным состоянием коллектора. Размеры ПЗП могут изменяться во времени и зависят от протекающих в ней процессов.
Зона, следующая за ПЗП, в которой сохранились первоначальное состояние породы и свойства пористой среды, называется удаленной зоной пласта (УЗП).