Часть 1
Процесс строительства скважины построен на контроле вполне определенного перечня давлений, которые определяют условия физического равновесия. Физическое равновесие необходимо, чтобы предотвратить возможные осложнения в процессе бурения скважины.
Все давления, которые создаются в скважине и околоствольном пространстве можно разделить на две группы:
- Естественные (геологические) – это группа давлений, которые определяются особенностями залегания и генезиса горных пород;
- Антропогенные – создаваемые человеком.
Антропогенная группа давлений определяется совокупностью естественных условий, с которыми человек сталкивается при строительстве скважин.
Группу естественных (геологических) давлений составляют – горное давление, пластовое (поровое) давление, давление поглощения (гидравлического разрыва) пород.
Горное давление определяется массой вышележащих пород.
Пластовое (поровое) давление определяется давлением, которое создается жидкостью или газом, располагающимися в пустотном пространстве массива.
Давление поглощения коррелирует с пластовым давлением, поскольку с физической точки зрения оно является его антагонистом. Точно также, как и давление гидравлического разрыва коррелирует с горным давлением, которое в некоторой степени определяется прочностными характеристиками породы.
Антропогенная группа давлений в скважине представлена гидростатическим давлением и забойным давлением. Важно понимать, что гидростатическое давление определяется количеством и характеристиками (плотностью) жидкости в стволе скважины, а забойное давление включает в себя только гидростатическое давление, если циркуляция отсутствует, а также включает в себя и дополнительные гидравлические сопротивления, которые возникают при циркуляции жидкости.
Часть 2
Горное или геостатическое давление - это давление, создаваемое каркасом горных пород. Поэтому оно определяется плотностью горных пород и является характеристикой их гравитационного поля.
Важно понимать, что горное давление не может влиять на пластовое давление в большинстве случаев, поскольку сначала были образованы горные породы, а затем уже происходило их насыщение флюидами. То есть ониуже обладали жесткой монолитной структурой.
Исключение составляют горные породы, не имеющие монолитной структуры, тогда они будут оказывать своим весом дополнительное воздействие на флюиды и их перераспределение. Но такие случаи крайне редки для нефтедобычи, и мы их не рассматриваем.
Кроме того, важно помнить, что горное давление определяет давление гидроразрыва горных пород, поскольку оно по факту определяет прочность горной породы. Но отсутствует утвержденная математическая модуль этой зависимости, поскольку на величину прочности пород влияет не только их масса, но и физико-механические свойства слагающих их минералов.
Важно понимать, что горное давление, что в обычных условиях в массиве горных пород формируется горное давление, обуславливаемое распределением силы тяжести горных пород.
А при сооружении скважин на их крепь (стенки) скважин действует более сложная составляющая горного давления, которая определяется не только массой пород, но также их устойчивостью, что особенно важно для слабосвязанных и неустойчивых пород.
Часть 3
Поровое (пластовое) давление – это давление, оказываемое флюидами, содержащимися в породах внутри пор и трещин. В некоторых источниках литературы можно встретить утверждение, что поровое давление относится к непроницаемым породам, то есть не может менять по пласту. Другими словами, если в одной части пласта давление изменится, то это не окажет влияния на давление в других частях пласта из-за отсутствия сообщения. Для проницаемых пород рассматривают понятие пластового давления – если происходит изменение в одной части пласта, то оно за счет сообщения между порами провоцирует изменение и в другой части пласта. Но в рамках теории управления скважиной данная терминологическая разница считается несущественное, поскольку непроницаемые пласты не рассматриваются, как проявляющие. Следовательно, термины «поровое давление» и «пластовое давление» считаются синонимами.
Для того, чтобы возникло пластовое давление необходимо соблюдение следующих условий:
- наличие пласта коллектора, способного вмещать и отдавать флюида – другими словами, это должна быть порода, которая обладает пористостью (трещиноватостью) и определенной проницаемостью;
- наличие перекрывающих непроницаемых пород – породы-флюидоупора (покрышки), которая не позволит при внешнем воздействии на пласт-коллектор флюидам беспрепятственно мигрировать за его пределы;
- наличие флюида в пласте, который либо был образован в пласте, либо мигрировал туда из других пластов – учитывая, что и образование флюидов, и их миграция происходит под давлением, то флюид, находящийся в пласте, также будет обладать определенным давлением, которое он будет оказывать на стенки вмещающей породы. Это давление и будет называться пластовым.
Существует понятие нормального давления. Нормальным считается давление равное гидростатическому давлению слабосоленой воды. Либо иногда нормальное пластовое давление характеризуется градиентом гидростатического давления морской слабосоленой воды (плотность 1,05 кг/л (г/см3)).
Величина градиента нормального пластового давления принимается равной 0,1052 бар/м (0,1050 атм/м). Среднее значение градиента давления пласта в морских бассейновых осадках было установлено в 1960 году в США в северной части побережья Мексиканского залива.
Такое значение нормального пластового давления основано на предположениях о том, что нефть и газ образовывались в недрах Земли, на которые давила толща Мирового океана с соответствующей плотностью жидкости. Считается, что сырье для нефти и газа под действием этого давления и сил гравитации погружались в донные отложения (и перекрывались ими) до тех пор, пока не попадали в зоны высоких температур и давлений (зоны диагенеза и катагенеза), под которыми и происходило их преобразование в нефть и газ. Таким образом, находясь изначально под избыточным давлением будущие нефть и газ приобретали его и в дальнейшем мигрировали под его действием по пути наименьшего сопротивления (благодаря пористости и проницаемости пород), а также распределялись в массивах горных пород согласно действию сил гравитации. То есть можно утверждать, что после образования и на этапах миграции нефть и газ находились под действием нормального пластового давления.
Следовательно, возникает вопрос откуда появляются понятия аномально высокого и аномально низкого пластовых давлений. Согласно признанной терминологии – это давления, градиент которых соответственно больше и меньше градиента пластового давления.
Часть 4
Понятие аномальных пластовых давлений активно используется в строительстве скважин. Принято выделять аномально высокие и аномально низкие пластовые давления. Существует два подхода к их идентификации.
Первый подход – аномальное давление – это давление отличающееся от нормального. Следовательно, для его интерпретации логично пользовать термином не давления, а градиента давления (чтобы исключить привязку к конкретным численным значениям, ведь 10 атм на глубине 10 м – это очень много, а на глубине 10000 м – очень мало). Таким образом, можно сказать, что аномальное давление – это такое давление, градиент которого отличен от нормального. Если считать, что градиент нормального давления составляет 0,1052 бар/м или 10 500 Па/м, то аномально высоким давлением будет считаться такое, которое имеет больший градиент, а аномально низким – соответственно, меньший.
Второй подход – это использование коэффициента аномальности. Коэффициент аномальности – это отношение давления в заданной точке к условно нормальному давлению в этой точке. Считается, что если коэффициент аномальности:
- 0,9-1,1 – пластовое давление близко к гидростатическому давлению слабосоленой воды, то можно считать его нормальным;
- больше 1,1 – пластовое давление – аномально высокое;
- меньше 0,9 – пластовое давление – аномально низкое.
Согласно статистике АВПД встречается чаще на больших глубинах (более 4 км). Среди буровиков принято считать, что АВПД – это зоны с превышением пластового над гидростатическим давлением в интервале 1,3-1,8 раза, иногда до 2,0- 2,2раз. Обычно давления в зонах АВПД не достигают значений горного давления, оказываемого весом вышележащих пород, но в единичных случаях были зафиксированы АВПД, равные или превышающие значения горного давления.
АНПД могут быть вызваны искусственно при добыче нефти, газа и воды, если не происходит восполнение отбираемых из пласта флюидов. Поверхностный признак такого снижения давления - проседание земной поверхности (но это обычно характерно для небольших глубин расположения зоны).
|
