Геофизические исследования: статья

ИЗМЕНЕНИЯ УПРУГИХ СВОЙСТВ КОЛЛЕКТОРОВ НЕФТИ И ГАЗА ПРИ РОСТЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
В. Жуков
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук
Журнал: Геофизические исследования
Том: 22
Номер: 2
Год: 2021
Страницы: 62-81
УДК: 550.8.05: 550.3
DOI: 10.21455/gr2021.2-4
Полный текст статьи
Ключевые слова: упругие свойства, горная порода, коллектор нефти и газа, рост температуры, водонасыщенность, пластовые условия, эффективное давление
Аннотация: Представлены результаты лабораторных исследований горных пород при росте температуры. Рассмотрены опубликованные ранее данные о влиянии увеличения температуры до 600 °С на физические и механические свойства сухих песчаников, карбонатных, метаморфических и осадочных пород. Показано, что основными причинами изменения их упругих свойств являются различия при расширении зерен минералов и возникновение трещин при высокой температуре (около 400 °С), а также разложение сложных минералов, таких как каолинит. Анализ опубликованных данных об изменениях скоростей продольных волн с ростом температуры от 20 до 100 °С в образцах песчаников, насыщенных сырой нефтью, воздухом и солевым раствором показал, что скорость продольных волн в образцах, насыщенных сырой нефтью, снижается быстрее, чем в сухих или водонасыщенных образцах. Объясняется это быстрым уменьшением скорости продольной волны с повышением температуры в сырой нефти, возможно, обусловленным плавлением отдельных ее компонент. Поскольку влияние увеличения температуры с глубиной и при дополнительных термических воздействиях на физические свойства коллекторов углеводородов слабо исследовано, то оценка величины снижения скорости в водонасыщенных коллекторах является актуальной задачей. Приведены результаты экспериментальных исследований влияния роста температуры от 20 до 80 °С на скорость продольных и поперечных волн водонасыщенных образцов песчаника при разных эффективных давлениях. Показано, что для водонасыщенных образцов, при эффективном давлении 2.0 МПа изменения скоростей продольной и поперечной волн от температуры практически одинаковы, но при эффективном давлении 37.0 МПа изменения скорости продольной волны от температуры почти в два раза меньше, чем скорости поперечной волны. Зависимости упругих модулей от температуры, полученные экспериментально, показали, что только коэффициент Пуассона растет с увеличением температуры, причем более высокое эффективное давление только усиливает эту тенденцию. Все остальные упругие модули уменьшаются при повышении температуры, что позволяет ожидать снижения прочности горных пород, в частности, прочности на сдвиг. Это может выглядеть как повышение пластичности горных пород при увеличении температуры, которое сопровождается ростом коэффициента Пуассона. Зависимости упругих характеристик коллекторов нефти и газа от температуры, полученные в представленном исследовании, могут быть использованы при подготовке проектов разработки месторождений, в частности, при планировании методов термического воздействия
Список литературы: Авчян Г.М., Матвеенко А.А., Стефанкевич З.Б. Петрофизика осадочных пород в глубинных условиях. М.: Недра, 1979. 224 с.

Гиматудинов Ш.К., Ширковский А.И. § 4. Дроссельный эффект при движении жидкостей и газов в пористой среде // Физика нефтяного и газового пласта: Учебник для вузов. Изд. 3-е перераб. и доп. М.: Недра, 1982. С.155-157.

Жуков В.С. Оценка прочностных и упругих свойств горных пород дагинского горизонта шельфа Сахалина // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. № 4. С.44-57. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-4-0-44-57

Жуков В.С. Динамика физико-механических свойств горных пород (динамическая петрофизика) // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2002. № 9. С.59-63.

Жуков В.С. Оценка трещиноватости коллекторов по скорости распространения упругих волн // Вести газовой науки. 2012. № 1(9). С.148-152.

Жуков В.С. Способ определения трещинной пористости пород: Патент на изобретение RU 2516392. Бюлл. № 8 от 20.05.2014.

Жуков В.С., Иванов П.Ю. Изменение физических свойств коллектора как результат роста эффективного давления в процессе разработки месторождения (моделирование на примере Южно-Киринского месторождения) // Вести газовой науки. 2015. № 4(24). С.144-148.

Жуков В.С., Иселидзе О.В., Григорьев Е.Б. Методика экспериментального исследования значений некоторых характеристик образцов горных пород, получаемых при поиске углеводородов, в диапазоне температур 0…100 °С и давлений до 85 МПа. М.: Государственная служба стандартных справочных данных (ГСССД) Зарегистрировано под № ГСССД МЭ 257-2016 во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологической службы (ФГУП “ВНИИМС”), 2016. 31 с.

Жуков В.С., Люгай Д.В. Определение фильтрационно-емкостных и упругих свойств и электрических параметров образцов горных пород при моделировании пластовых условий: Учебно-методическое пособие. М.: ООО Газпром ВНИИГАЗ, 2016. 56 с.

Жуков В.С., Кузьмин Ю.О. Экспериментальные исследования влияния трещиноватости горных пород и модельных материалов на скорость распространения продольной волны // Физика Земли. 2020. № 4. С.39-50.

Жуков В.С., Семенов Е.О., Кузьмин Ю.О. Динамика физических свойств коллекторов при разработке месторождений нефти и газа // Вести газовой науки. 2018. № 5(37). С.82-99.

Жуков В.С., Чуриков Ю.М., Моторыгин В.В. Изменения структуры порового пространства коллекторов дагинского горизонта при моделировании пластовых условий // Вести газовой науки. 2017. № 3(31). С.238-246.

Кузьмин Ю.О. Современная аномальная геодинамика недр, индуцированная разработкой месторождений нефти и газа // Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности. Вып. 2. М.: ГЕОС, 2002. С.418-427.

Кузьмин Ю.О. Индуцированные деформации разломных зон // Физика Земли. 2019. № 5.С.61-75.

Кузьмин Ю.О., Жуков В.С. Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород. М.: Изд-во МГГУ, 2004. 262 с.

Рыжов А.Е., Жуков В.С., Иселидзе О.В., Семенов Е.О. Исследование влияния температуры на проницаемость песчаных пород // Газовая промышленность. 2008. № 5 (617). С.56-58.

Bourbie Т., Coussy O., Ziszner B. Acoustic of porous media. Gulf Publishing Company, Houston: Book Division. 1987. 334 p.

Brotons V., Tomas R., Ivorra S., Alarcon J.C. Temperature influence on the physical and mechanical properties of a porous rock: San Julian's calcarenite // Engineering Geology. 2013. V. 167.P.117-127.

Chang C., Zoback M.D., Khaksar A. Empirical relations between rock strength and physical properties in sedimentary rocks // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2006. V. 51. P.223-237.

Gautam P.K., Verma A.K., Maheshwar S., Singh T.N. Thermomechanical analysis of different types of sandstone at elevated temperature // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2016. V. 49. P.1985-1993.

Tian H., Kempka T., Xu N.X., Ziegler M. Physical properties of sandstones after high temperature treatment // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2012. V. 45. P.1113-1117.

Vagnon F., Colombero C., Colombo F., Comina C., Ferrero A.M., Mandrone G., Vinciguerra S.C. Effects of thermal treatment on physical and mechanical properties of Valdieri Marble-NW Italy // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2019. V. 116. P.75-86.

Wang Z., Nur A.М. Effect of temperature on wave velocities in sand and sandstones with heavy hydrocarbons // Society of Petroleum Engineers 61-st Annual Technical Conference and Exhibition. New Orlean, Lousiana. 1986. P.158-164

Zhang L-Y., Mao X-B., Lu A-H. Experimental study on the mechanical properties of rocks at high temperature // Science in China Series E: Technological Sciences. 2009. V. 52, N 3. P.641-646.

Zhang Y., Sun Q., He H., Cao L., Zhang W., Wang B. Pore characteristics and mechanical properties of sandstone under the influence of temperature // Applied Thermal Engineering. 2017. V. 113. P.537-543.