Экспериментальное моделирование изменения деформационных и емкостных свойств пористых коллекторов в связи с эксплуатацией подземных хранилищ газа

Глава 1. Состояние проблемы.

Вопросам сооружения и эксплуатации ПХГ и мировой практике их использования посвящены труды К.С. Басниева, С.Н. Бузинова, Н.М. Дмитриева, К.С. Зиновьева, Е.В. Левыкина, М.В. Лурье, В.А. Казаряна, В.И. Смирнова, И.А. Чарного, А.И. Ширковского и многих других. В главе дана краткая история развития подземного хранения газа в мире и в России, рассмотрены различные типы подземных газохранилищ. Наиболее широкое распространение получили ПХГ в пористых средах (в истощенных месторождениях углеводородов и водонасыщенных пластах), к ним относятся все 25 объектов подземного хранения, созданных на территории Российской Федерации.

Создание хранилищ в пористых средах базируется на использовании природной пористости и проницаемости пород-коллектров. Исследованиями в области определения коллекторских свойств занимались: Е.И. Баюк, М.П. Воларович, М.К. Калинко, Н.Н. Павлова, Е.А. Поляков, А.А. Ханин и др. Во многих литературных источниках указывается, что прямой зависимости между пористостью и проницаемостью нет, хотя рядом авторов указывается, что, как правило, более проницаемые породы часто являются и более пористыми. Помимо пористости и эквивалентных диаметров каналов на проницаемость оказывают влияние и другие факторы: напряженное состояние, температура, взаимодействие флюидов с породой и др. Из приведенных работ следует, что, зная исходные коллекторские свойства продуктивного пласта, глубину его залегания и режим эксплуатации ПХГ, можно предсказать изменение проницаемости, и, соответственно, изменение активного объема резервуара.

Теоретические исследования деформирования и разрушения пород-коллекторов и вопросы напряженно-деформированного состояния нефтяных и газовых месторождений рассмотрены в работах Б.В. Байдюка, К.С. Басниева, Ш.К. Гиматудинова, В.М. Добрынина, Ю.П. Желтова, Г.С. Жданова, В.А. Казаряна, Ф.И. Котяхова, П.К. Кучинского, К.Г. Оркина, М. Маскета, И.А. Чарного, А.И. Ширковского и многих других. В них отмечается, что горные породы, образующие естественный геологический резервуар для подземного хранения газа, в процессе эксплуатации ПХГ находятся в условии длительного циклического нагружения (несколько десятков лет), обусловленного периодическими закачками и отборами хранимого продукта.

Анализ литературных источников, посвященных экспериментальным исследованиям поведения коллекторов, показал, что отсутствует единый общепринятый методический подход к экспериментальному изучению физико-механических свойств пород-коллекторов и их взаимосвязи с емкостно-фильтрационными свойствами, учитывающий особенности их деформирования и нагружения при подземном хранении газа. Экспериментальное изучение деформационных и коллекторских свойств горных пород при высоких термобарических условиях, характерных для ПХГ, достаточно сложно и трудоемко. Решением этих задач занимались Г.М. Авчян, Д.А. Антонов, Б.В. Байдюк, М.П. Воларович, Н.С. Гудок, М.К. Калинко, Ю.П. Коротаев, В.М. Добрынин, Н.Н Павлова, Л.А. Шрейнер, И. Фатт и др. Изучалось влияние уровня внешнего нагружения на деформирование пород и изменение их деформационных и емкостно-фильтрационных свойств.

Проведенный обзор показал, что в рассмотренных работах, за небольшим исключением, влияние цикличного нагружения на поведение пород-коллекторов, изменение их деформационных, емкостно-фильтрационных свойств в связи с эксплуатацией подземных хранилищ газа изучено недостаточно. Процессы, протекающие в зоне, удаленной от эксплуатационных скважин и не находящейся в зоне их непосредственного влияния, практически не изучены. Выполненный анализ позволил сформулировать цель и задачи исследования.