Теоретические основы течения жидкостей в порово-трещиноватых коллекторах

В настоящее время проблемы выработки запасов нефтяных месторождений Западной Сибири связаны, в основном, с присутствием в продуктивных коллекторах высокой фильтрационной неоднородности, в связи с чем заводнением охватываются лишь наиболее высокопроницаемые разности. Между тем, значительная часть извлекаемых запасов не затронута воздействием, вследствие чего часто утвержденный КИН не достигается.

Подобная изменчивость коллекторских свойств связана с наличием в продуктивных пластах двойной среды [1-6]. Понятие сред с двойной пористостью впервые появилось в работах Р. Гуднайта, В.А. Клыкова и Дж. Фатта [6] и одновременно Г.И. Баренблатта и Ю.П. Желтова [1] применительно к средам, состоящим из каналов с тупиковыми порами или системы трещин с пористыми блоками.

В фундаментальной работе Т.Д. Голф-Рахта [3] приведены и проанализированы основные исследования ряда авторов, посвященные методам разработки на базе упрощенных моделей поровотрещиноватых пластов, или пластов с двойной средой.

В модели Уоррена-Рута трещиноватый пласт схематизируется одинаковыми прямоугольными параллелепипедами, разделенными прямоугольной сетью трещин. Считается, что движение жидкости к скважине происходит по системе трещин, а матрица непрерывно питает всю систему трещин при условиях квазистационарного течения. Для описания нестационарного течения выведена зависимость, учитывающая влияние давления и представляющая собой функцию двух безразмерных параметров X и ю. Эти параметры характеризуют взаимосвязь между двумя областями пласта с разными видами пустотности. Величина X выражает интенсивность перетока жидкости между двумя областями пласта, ю - относительную емкостную характеристику этих областей. Зависимость изменения давления от логарифма времени (для случая падения и восстановления давления), полученная в результате обработки данных по модели Уоррена-Рута, на графике выражается двумя параллельными линиями вместо одной, как это наблюдается для пласта с межзерновойпустотностью, причем для трещиноватого пласта характерно некоторое запаздывание во времени.

Разница между опережающей и запаздывающей параллельными линиями зависит от относительной емкостной характеристики трещин ω , а период неустановившегося давления между опережающей и запаздывающей линиями будет функцией коэффициента перетока X между областями пласта. Наклон параллельных линий является прямой функцией фильтрационной характеристики системы трещин, не зависящей от межзерновой пористости. Модели Уоррена-Рута обеспечивает детальное понимание механизма фильтрации в порово-трещиноватом пласте.

Основные допущения построения модели Уоррена-Рута аналогичны допущениям модели Оде. Единственное различие их заключается в определении двух типов пустотности. Из анализа исходных данных о порово-трещиноватом пласте Оде сделал вывод о том, что вмещающая способность двух систем в общем настолько схожа, что после переходного периода от нестационарного течения к стационарному наступает период, когда трещиноватый пласт ведет себя как пласт с меж-зерновойпустотностью. Поэтому модель Оде рассмотрена вместе с моделью «обычного пласта».

В модели Полларда изменения давления в переходном периоде рассчитывается как результат взаимодействия трех областей, которые развиты в порово-трещиноватом пласте. Первую область образует система трещин вокруг скважины, вторую - вся трещинная система вдали от скважины, и третью - матрица, которая питает трещины. Две последние области представляют собой трещиновато-матричную систему, подобную той, которая упоминалась выше. Но вначале па- дение давления бывает связано с системой трещин, окружающих скважину, затем с системой трещин всего пласта и только на третьей стадии -с падением давления в матрице. После того как снизилось давление в матрице, и она начала питать трещины, процесс течения быстро становится квазистационарным. Падение давления в скважине можно представить в виде ряда, состоящего из членов с временной экспонентой.

Уточненная зависимость логарифма падения давления от времени позволяет рассчитать объемы трещин и матрицы. Модель Полларда, хотя и не учитывает радиальную геометрию течения и сводит задачу к простому процессу расширения, в некоторых случаях дает приемлемые результаты. Использование ее для расчета различных параметров по аналогии с пластами с межзерновой пустотностью в ряде случаев может быть успешным, но часто приводит к значительным погрешностям.

В модели Каземи трещиноватый пласт аппроксимируется слоистой системой, состоящей из тонких слоев с высокой проводимостью, которые моделируют трещины, чередующихся со слоями большой мощности с низкой проводимостью и высокой емкостной характеристикой, представляющими матрицу. С помощью численного интегрирования изменения давления в скважине во времени эта модель дает результаты, удовлетворительно совпадающие с результатами модели Уоррена-Рута для случаев равномерного распределения трещин и при сочетании высокой вмещающей способности матрицы с возможностью интенсивных перетоков жидкости из матрицы в трещины.

Модель Де Свана описывает неустановивше-еся течение жидкости на основании предположения, что матричные блоки представляют собой бесконечные плиты правильной геометрической формы или сферические блоки. Позднее эта модель была усовершенствована Наджуриеты для целей интерпретации данных исследования скважин, полученных по кривым падения и восстановления давления, и данных при исследовании скважин интерференцию.

Однако до настоящего времени понятия двойных сред применялись при рассмотрении механизма выработки запасов в карбонатных коллекторах, для терригенных же коллекторов такое суждение было, по меньшей мере, спорным.

Теоретически наличие порово - трещиноватого типа коллектора в терригенных отложениях объясняется следующим образом: обломочная порода, минеральные зерна и глинистые частицы на начальном этапе диагенеза образуют рыхлые, разуплотненные породы. На последующих стадиях литогенеза они продолжительное время находятся под воздействием высоких давлений и температур, что приводит к уплотнению и обезвоживанию, превращая их в окаменелые породы. Этот процесс называется литификация. В обломочных и глинистых породах он обычно начинается на поздних стадиях диагенеза и под влиянием уплотнения. В результате повышающегося давления и температуры на поздней стадии катагенеза происходит изменение глинистого вещества и растворение обломочных зерен. В дальнейшем твердое и в то же время хрупкое тело находится в напряженном состоянии и при тектонической активности часто испытывает критические нагрузки, которые превышают пределы упругой и пластичной деформации.