Способ исследования керна терригенных горных пород Российский патент 2023 года по МПК G01N3/32 E21C39/00 

Изобретение относится к области петрофизических исследований и может быть использовано для определения условий протекания упругих и необратимых деформаций горных пород дренируемых пластов при разработке нефтегазовых месторождений и эксплуатации подземных хранилищ газа (ПХГ).

Известен способ исследования керна, при реализации которого определяют комплекс петрофизических свойств образца горных пород при моделировании пластовых условий. При этом керн насыщают газом, создают всестороннее давление, превышающее поровое, а поровое давление - до величины порового давления в моделируемом пласте. При постоянном значении порового давления ступенчато увеличивают всестороннее давление до величины, соответствующей величине всестороннего давления в исследуемом пласте. Исследования повторяют после снижения порового давления до атмосферного, вакуумирования и насыщения керна жидкостью. На каждой ступени изменения давлений определяют петрофизические свойства образца: коэффициент открытой пористости, скорость распространения продольной и поперечной волны, электрическое сопротивление, коэффициент проницаемости по газу (RU 2781413, 2022).

Однако, при реализации этого способа не определяется динамика деформационных свойств исследуемого керна.

Известен способ исследования керна, заключающийся в оценке изменения проницаемости горных пород в условиях переменного (циклического) порового давления и постоянного вертикального и бокового сжимающих напряжений (Индрупский И.М., Ибрагимов И.И., Закирянов Р.А., Гирфанов И.И. Изменение проницаемости карбонатного коллектора при циклическом геомеханическом воздействии. Нефтяная провинция. 2020. №3(23). С. 85-98. http://www.vkro-raen.com).

Этот способ предназначен для изучения динамики фильтрационных параметров карбонатных горных пород в результате циклического изменения порового давления в исследуемом образце горных пород (керне), а изменение деформационных свойств не исследуется.

Наиболее близким к описываемому способу является способ исследования керна терригенных горных пород, при реализации которого после помещения керна в кернодержателе моделируются пластовые условия. Керн насыщают флюидом, создают осевое и обжимающее давления, далее при ступенчатом снижении порового давления определяют деформацию исследуемого образца горных пород (Кузьмин Ю.О., Жуков B.C. Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород. - М.: Издательство МГГУ, 2004. - 280 с.).

Данный способ позволяет определять динамику деформации исследуемого образца горных пород, но характер деформации не определяется.

Целью изобретения является определение величины изменения пластового давления в моделируемом пласте горных пород, при которой упругая деформация горных пород происходит к необратимой.

Поставленная цель достигается тем, что при реализации способа исследования керна терригенных горных пород, включающего насыщение керна флюидом и помещение его в кернодержатель, приведение керна и флюида в керне к пластовым условиям и определение деформационных свойств горных пород при ступенчатом снижении начального давления в керне, деформационные свойства горных пород определяют при циклическом ступенчатом снижении и таком же повышении давления в керне с увеличением этой величины на каждом цикле, фиксируют деформацию керна и величину снижения давления в керне, при которой деформация керна, определенная при снижении давления, становится отличной от деформации керна, определенной при таком же повышении давления в керне, при этом по минимальному такому снижению давления определяют величину давления, ниже которого деформация горных пород керна переходит от упругой к необратимой, а по максимальному, при котором отсутствует деформация горных пород на стадии повышении давления, определяют величину давления, ниже которого деформация горных пород становится только необратимой.

На фиг. 1 показаны принципиальные результаты исследования изменения деформационных свойств горных пород при изменении начального порового (пластового) давления в керне: линия 1 - зависимость относительной деформации исследуемого керна при ступенчатом снижении порового давления от величины этого снижения, 2 - аналогичная зависимость при реализации цикла повышения порового давления на такую - же величину.

Сущность описываемого изобретения заключается в следующем.

Керн насыщают флюидом и помещают его в кернодержатель установки для исследования свойств горных пород. Далее, синхронно увеличивая осевое и боковое обжимающее давление, а также поровое давление, создают начальные условия в моделируемом пласте горных пород. Снижают поровое давление (при сохранении внешних давлений, моделирующих пластовые условия) и фиксируют изменение линейного размера керна - ΔL, затем восстанавливают поровое давление до первоначального значения и также фиксируют величину ΔL. Исследование керна многократно повторяют с увеличением величины снижения и такого же повышения порового давления на каждом цикле. По результатам таких циклических исследований керна определяется относительная его деформация - ΔL/L (L - первоначальная длина керна) и строится зависимость относительной деформации керна от величины снижения порового давления на каждом цикле снижения и повышения порового давления, как показано на фиг. 1. Фиксируется величина снижения пластового давления, при которой относительная деформация керна, определенная при снижении порового давления, становится отличной от относительной деформации, определенной при таком же повышении порового давления. Из приведенного примера исследований (фиг. 1) такая величина фиксируется при снижении порового давления на 3. Такое снижение порового давления является границей перехода упругой деформации керна к необратимой. По величине снижения порового давления, при которой на цикле повышения порового давления в керне не происходит его деформация, судят о наступлении в керне только необратимой деформации (на фиг. 1 - значение снижения порового давления 7). В интервале изменения порового давления от 3 до 7 происходит переход от упругой деформаций керна к необратимой.

При реализации описываемого способа определяется характер деформационных процессов, происходящих в моделируемом пласте горных пород, например, в коллекторе разрабатываемого нефтегазового месторождения или эксплуатируемого ПХГ при снижении начального пластового давления или его повышении в результате выполнения различных технологических операций. Диапазон создания и изменения начального порового давления в керне задают с учетом ожидаемых таких изменений пластового давления в рассматриваемом месторождении или ПХГ.

Использование данного изобретения позволяет решать ряд важных вопросов, например:

- определять целесообразность сооружения геодинамических полигонов на подземных хранилищах газа (ПХГ), поскольку при доказанных необратимых деформациях горных пород в диапазоне изменения начального пластового давления в коллекторах ПХГ изменения высотного положения земной поверхности не будет;

- назначать технологические режимы эксплуатации скважин, при которых депрессии на пласт не превышают критические значений перехода от упругих деформации горных пород к необратимым, приводящих к разрушению коллекторов в призабойной зоне.

Изобретение относится к области петрофизических исследований и может быть использовано для определения условий протекания упругих и необратимых деформаций горных пород дренируемых пластов при разработке нефтегазовых месторождений и эксплуатации подземных хранилищ газа (ПХГ). Сущность: керн терригенных горных пород насыщают флюидом и помещают его в кернодержатель. Приводят керн и флюид в керне к пластовым условиям и определяют деформационные свойства горных пород при ступенчатом изменении начального давления в керне. При этом деформационные свойства горных пород определяют при циклическом ступенчатом снижении и таком же повышении давления в керне с увеличением этой величины на каждом цикле, фиксируют деформацию керна и величину снижения давления в керне, при которой деформация керна, определенная при снижении давления, становится отличной от деформации керна, определенной при таком же повышении давления в керне. По минимальному такому снижению давления определяют величину давления в керне, ниже которого деформация горных пород керна переходит от упругой к необратимой, а по максимальному, при котором отсутствует деформация горных пород на стадии повышении давления, определяют величину давления, ниже которого деформация горных пород становится только необратимой. Технический результат: возможность оценивать целесообразность сооружения геодинамических полигонов на ПХГ и определять депрессии на пласт при назначении режимов работы эксплуатационных скважин, не приводящих к разрушению горных пород коллекторов в призабойной зоне. 1 ил.

Способ исследования керна терригенных горных пород, включающий насыщение керна флюидом и помещение его в кернодержатель, приведение керна и флюида в керне к пластовым условиям и определение деформационных свойств горных пород при ступенчатом снижении начального давления в керне, отличающийся тем, что деформационные свойства горных пород определяют при циклическом ступенчатом снижении и таком же повышении давления в керне с увеличением этой величины на каждом цикле, фиксируют деформацию керна и величину снижения давления в керне, при которой деформация керна, определенная при снижении давления, становится отличной от деформации керна, определенной при таком же повышении давления в керне, при этом по минимальному такому снижению давления определяют величину давления, ниже которого деформация горных пород керна переходит от упругой к необратимой, а по максимальному, при котором отсутствует деформация горных пород на стадии повышении давления, определяют величину давления, ниже которого деформация горных пород становится только необратимой.