Проявление упругих и упругопластических свойств горных пород при процессах разработки нефтяных месторождений
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.
Упругие свойства горных пород и влияют на перераспределения давления в
пласте в процессе эксплуатации месторождения. Давление в пласте, благодаря
упругим свойствам пород, перераспределяется не мгновенно, а постепенно после
изменения режима работы скважины.
Упругость – свойство горных пород сопротивляться изменению их
объёма и формы под действием приложенных сил. Абсолютно упругое тело восстанавливает
первоначальную форму мгновенно после снятия напряжения. Если тело не
восстанавливает первоначальную форму или восстанавливает её в течение
длительного времени, то оно называется пластичным.
Большая часть горных пород выдерживает высокие
нагрузки при всестороннем сжатии. Значительно меньшие разрушающие напряжения
при изгибе и растяжении. Если нагружение и разгрузка многих горных пород
происходят в короткий промежуток времени, при значительном диапазоне напряжений
справедлив закон Гука. Если же сжимающая нагрузка, составляющая иногда 10-15 %
от разрушающей (т.е. не превышающей предела упругости), действует длительно, в
породах могут возникать явления крипа (ползучести) с образованием остаточных
деформаций. В отличии от явлений крипа пластические деформации происходят при
быстром нагружении пород за пределами их упругости.
Явления крипа и пластической деформации способствуют частичной разгрузке продуктивных пластов призабойной зоны от воздействия горного давления вследствие «течения» части пород в скважину при ее строительстве под влиянием высоких нагрузок в вертикальном направлении. Поэтому давление гидроразрыва пластов часто оказывается значительно меньше горного.
Со
снижением пластового давления эффективное напряжение возрастает и поэтому
уменьшается объем пор вследствие упругого расширения зерен, их переукладки и
более плотной упаковки. Вначале происходят упругие деформации, а при
значительном снижении пластового давления в глубокозалегающих пластах возможны
неупругие (остаточные) деформации пород, которые не восстанавливаются в полной
мере даже в процессе заводнения залежи и при увеличении пластового давления до
первоначального.
Подавляющая часть нефтяных месторождений
разрабатывается с заводнением, и значительного снижения пластового давления не
происходит. Поэтому в большинстве случаев возникают процессы упругих деформаций
пористых сред. Расширяющиеся при этом горные породы и пластовые жидкости, находящиеся
в зоне снижения пластового давления, обладают упругим запасом, равным сумме
объемов расширения пород и пластовых жидкостей. Количественно упругие изменения
объема пор принято оценивать коэффициентом объемной упругости пласта β с
где
V –
объем образца породы; dV пор –
изменение объема пор при уменьшении или увеличении пластового давления на dp. Значение β с зависит не только от состава, строения
и свойств горной породы, но и от давления р.
