Часть 3
Условия возникновения ГНВП
Выделяют три категории условий возникновения ГНВП:
- геологические;
- технические;
- технологические.
ГНВП редко возникает только от одного из вышеуказанных типов условий. Обычно – это результат сочетания нескольких факторов, которые определяют силу и опасность проявления.
Основное геологические условие возникновения ГНВП – это наличие в геологическом разрезе пластов, обладающих определенным уровнем пористости и проницаемости, а также насыщенных каким-либо флюидом. Характеристики пласта, а также тип насыщающего его флюида определяют опасность возникновения и сложность ликвидации потенциального ГНВП.
Основные параметры пласта, которые мы рассматриваем в контексте рассмотрения его с позиции опасности возникновения ГНВП – это пористость и проницаемость.
Пористость – это отношение суммарного объема пустот в горной породе к единице ее объема. Пористость бывает общей, которая характеризует объем всех пор в образце по отношению к его объему. Открытая пористость – это количественная характеристика сообщающихся пустот образка горной породы. Эффективная пористость – это доля порового пространства способная пропускать через себя флюид.
В контексте ГНВП пористость определяет суммарные запасы флюида в пласте, а, значит, потенциально может указывать на длительность проявления при его возникновении. Кроме того, порода с большей пористостью потенциально отдаст больше флюида при ГНВП, чем порода с малой пористостью.
Проницаемость – это физическое свойство пористых материалов, которое определяет протекание флюида через материал при приложении давления. Проницаемость – основной критерий, по которому оценивается качество продуктивных пластов. Многие породы (например, глина) имеют высокую пористость, но низкую проницаемость.
С точки зрения возникновения и развития ГНВП – чем выше проницаемость, тем быстрее пласт «отдает» флюид. Другими словами, при прочих равных условиях, пласт с большей проницаемостью будет обеспечивать больший объем притока в скважине.
Тип флюида определяет опасность ГНВП. С точки зрения возможного проявления наиболее опасным флюидом является газ. Тому имеется ряд причин:
- газ обычно залегает при более высоких пластовых давлениях;
- газовый приток поднимается в скважине значительно быстрее, чем нефтяной или водяной приток (разница в скорости достигает нескольких раз);
- в закрытой скважине – газовый приток не остается на забое, а начинает мигрировать к устью скважины, что приводит к росту давлений на забое, на башмаке обсадной колонны (слабый пласт), на устье;
- газ может объединяться в крупные скопления;
- газ может проводить к выбросам, что является причиной сильного падения уровня в скважине и, как следствие, приводит к выходу следующей пачки из пласта;
- за счет наличия летучих углеводородов в составе газ обладает повышенной пожаро- и взровоопасностью;
- газ нередко сопровождается такой опасной примесью как сероводород (пожароопасность, взрывоопасность, отравляющее воздействие на человека, коррозионная активность).
Такие качества, как способность к миграции и высокая скорость развития газового проявления обусловлены тем, что при выходе из пласта газ находится под гидростатическим давлением, но в процессе миграции он меняет свои размеры и давление, поскольку он подчиняется законам Бойля-Мариотта и Архимеда.
Рассмотрим как ведет себя газ при перемещении к устью скважины, если скважина открыта.
Стадия 1. После выхода из пласта газ находится под гидростатическим давлением со стороны бурового раствора, но сам он обладает давлением практически равным давлению пласта. В этот момент он находится в пузырьковом режиме. В таком состоянии буровой раствор «газирован». Плотность газа при любых условиях будет меньше плотности бурового раствора, поэтому под действием Архимедовой силы он начнет всплывать – скорость всплытия пузырьков газа составляет 300-350 м/ч. Для сравнения скорость всплытия нефти обычно 60-70 м/ч.
Стадия 2. Перемещаясь выше газ испытывает меньшее гидростатическое давление, что заставляет его по закону Бойля-Мориотта начать расширяться. В результате давление в газе будет снижаться, а объем его расти. При увеличении объема пузырей они становятся сравнимы с диаметром скважины, что провоцирует более высокую Архимедову силу, а значит потенциальное ускорение всплытие пузырей. Это называется снарядное всплытие, при котором скорость подъема пузырей уже составляет 600-900 м/ч.
Стадия 3. Приближаясь к устью скважина за счет постоянно снижающегося гидростатического давления – объем пузырей газа увеличивается до размеров перекрывающих сплошным потоком часть ствола скважины. Это называется «кольцевым» вскрытием. Принципы всплытия и расширения газа сохраняются, только скорость притока возрастает до 1500-2000 м/ч. Обычно кольцевое всплытие сопровождается выбросом газового притока, снижением уровня раствора в скважине и выходом повторной пачки из пласта.