|
апрель 2007 года
СЕКЦИЯ ГЕОЛОГИИ
содержание
Э.В.Калинин, Л.Л.Панасьян, Н.Б.Артамонова
В настоящее время для прогноза проседания поверхности в результате отбора нефти или газа наиболее часто используются модели Джекоба-Терцаги [3] и Био [2].
Модель Джекоба-Терцаги описывает процесс течения грунтовых вод и влияние его на деформацию грунта при отсутствии вертикального нагружения породы, основываясь на допущении об отсутствии горизонтальных перемещений грунта. Эта модель проста и удобна, но принятые в ней допущения приводят к искажению результатов расчета.
Наиболее существенным при математическом моделировании деформирования среды в ходе движения жидкости является учет трехмерности поля фильтрации и поля напряжений и деформаций, совместного деформирования двух фаз среды, характера передачи порового давления на скелет породы. Все эти факторы учитывает теория пороупругости Био, позволяющая вычислять изменение порового давления, компоненты напряжений и деформаций во времени в результате откачки жидкости.
Согласно общей теории Био, течение жидкости подчиняется законам Дарси и сохранения массы. Деформация скелета происходит в соответствии с законом сохранения массы твердой фазы, законом равновесия скелета грунта и законом Гука. Основное различие между пороупругой теорией М.Био и теорией упругого режима фильтрации Джекоба - Терцаги состоит в описании процесса деформации скелета грунта. В теории упругого режима фильтрации предполагается отсутствие сдвиговых компонент тензора деформаций или горизонтальных деформаций каркаса. В противовес этому, согласно пороупругой теории М.Био, скелетная матрица деформируется в трех направлениях, вследствие чего деформация скелета и течение жидкости оказываются связанными друг другом и решение пороупругих уравнений требуют суммарного решения для напора воды и перемещений в скелете.
К настоящему времени разработано большое количество решений модели Био, как аналитических, так и численных. Возможность совместных деформаций скелета породы и жидкости обеспечивают численные решения модели Био, поэтому их использование для прогноза проседания поверхности при откачках предпочтительно.
Исследование территорий разработки месторождений нефти и газа с целью прогноза возможного проседания земной поверхности проводится в несколько этапов.
На первом этапе изучается геологическое строение, тектоника, гидрогеологические условия нефтегазоносных структур, положение в разрезе продуктивных пород полевыми методами. Результатом этого этапа исследования является построение детальных геологических разрезов различной пространственной ориентации.
Вторым этапом исследования объекта является определение физико-механических и фильтрационных свойств пород. Лабораторные методы являются базовымидля информационного обеспечения расчетов. Определение модуля упругости и коэффициента Пуассона необходимо проводить в условиях трехосного сжатия. Результаты лабораторных исследований эффективно сопоставлять с данными, полученными полевыми геофизическими методами, что позволит перенести результаты испытаний образцов пород на те участки массива, в которых не было отбора керна. Задача переноса на массив результатов лабораторного изучения свойств может быть выполнена с помощью корреляционного метода [1]. Фильтрационные характеристики пород рекомендуется оценивать по данным опытных откачек как наиболее достоверным.
На третьем, наиболее важном, этапе производится обоснование использования математической модели для конкретного геологического объекта, затем строится схематичный разрез. Поскольку залежи нефти и газа обычно имеют в плане округлую форму (купола), то следует обосновать решение осесимметричной задачи. Задаются граничные условия с учетом изолированности резервуара или возможности подтока флюида и условий деформирования границ построенной модели. Для каждого слоя модели задаются осредненные по слою показатели свойств пород.
Четвертым этапом является прогнозный расчет изменения напряжений и деформаций пород, порового давления и величины проседания земной поверхности через определенные промежутки времени от начала эксплуатации месторождения.
Успех решения поставленных задач о деформировании слоистой толщи может быть обеспечен только в том случае, если результаты расчетов будут сопоставляться с данными геодезических наблюдений за осадкой поверхности. С этой целью прогнозное моделирование должно обязательно сопровождаться точными геодезическими измерениями деформаций в процессе эксплуатации месторождения, по крайней мере, на площади расположения скважин нефтедобычи.
Литература
- 1. Шаумян Л.В. Физико-механические свойства массивов скальных горных пород. М., Наука, 1972, 119 с.
- 2. Biot M.A. Mechanics of deformation and acoustic propagation in porous media. // Journal of Applied Physics. 1962. Vol.33. No.4. P.1482-1498.
- 3. Jacob C.E. On the flow of water in an elastic artesian aquifer. // Trans. Am. Geophys. Union. 1940. Vol.21. P.574-586.
|
