На нефтяных месторождениях геологические структуры часто представлены слабосцементированными терригенными коллекторами. Эксплуатация таких объектов осложнена разрушением призабойной зоны скважин и выносом пластового песка , который вызывает абразивный износ наземного оборудования, образование песчаных пробок, повреждение обсадной колонны, а также снижение производительности.
Причины, способные нарушить устойчивость призабойной зоны пласта и в дальнейшем ее разрушение, можно разделить на две группы:
Первую группу составляют факторы, вызванные особенностями геологического строения пластов и физико-химическими свойствами горных пород (пластовое и горное давление, сцементированность, гранулометрический состав, пористость, проницаемость, состав пластового флюида, соотношение газа и воды).
Вторую – технические и технологические факторы, обусловленные техникой и технологией бурения, заканчивания и эксплуатации скважин (конструкция забоя, способ вскрытия пласта, технологические жидкости, дебит, депрессия; скорость фильтрации, допустимое содержание песка в добываемой продукции и др.).
Так, например, в неглубоких скважинах, эксплуатирующих слабосцементированные пласты, пескопрявление в основном фильтрационными деформациями пород призабойной зоны, зависящими от прочностных свойств пород пласта и депрессий. В то же время, в глубоких скважинах (свыше 4000 м) пескопроявление обуславливают, кроме того, высокое горное давление и наличие в нефти, насыщающей пласт, адсорбирующихся на поверхности раздела фаз смолистых веществ. В глубоких скважинах фильтрационные деформации и вынос пород из призабойной зоны в ствол скважины происходят после разрушения прочных пород призабойной зоны в результате концентрации горного давления на отдельных участках.
Исследованиями установлено, что нарушение равновесной формы тела (форма, при которой все граничные точки тела имеют одинаковую возможность разрушения) начинается вследствие концентрации напряжения в какой-либо точке тела, например в весьма малой выемке в стволе скважины. В эксплуатационных скважинах такая выемка может быть в породе, примыкающей к эксплуатационной колонне, образованной при перфорации последней.
Вынос породы и образование каверны в пласте приводят к возникновению области предельного состояния, представляющей собой совокупность крупных кусков разрушенной породы, не связанных силами сцепления. Проницаемость этой области по сравнению с проницаемостью пласта много больше и гидродинамическое сопротивление ее фильтрационному потоку незначительно для создания сил трения, обуславливающих (перемещение кусков пароды и вынос их в скважину. Поэтому проявление фильтрационных деформаций пород области предельного состояния зависит как от депрессии на пласт, так и от характеристик фильтрующейся жидкости — в основном от наличия в ней смолистых веществ, приводящих к структурным изменениям породы.
Известно, что при адсорбции смолистых веществ на поверхности раздела нефть-вода они образуют гелеобразные структурированные адсорбционные слои, цементирующие частицы парафина и минералов в единый монолит. В результате структурных изменений каналов между кусками разрушенной породы снижается проницаемость призабойной зоны, а следовательно, увеличиваются депрессии, необходимые для поддержания отборов нефти из скважины на заданном уровне. В результате происходят фильтрационные деформации пород и вынос их кусков из призабойной зоны, а также пескопроявления скважин.
Одной из причин разрушения ПЗП при градиенте давления и скорости фильтрации меньших, чем их критические значения, является наличие предварительного разрушения скелета пород. С увеличением степени предварительной разрушенности пород призабойной зоны значения критических градиентов давления и скоростей фильтрации уменьшаются. Начало разрушения связано с некоторым предельным общим напряженным состоянием пород.
Из данных лабораторных исследований установлено, что в предельных случаях нагрузка на породу вызывает снижение пористости на 5 – 7 %, что может соответствовать уменьшению толщины пласта почти на 1 м на каждые 10 м толщины продуктивного интервала.
В реальных условиях сжимаемость зависит от степени предшествующего нагружения, формы и размеров зерен, геометрии их укладки, гранулометрического и минерального составов.
Уплотнение пласта и уменьшение его толщины в процессе добычи происходит при следующих условиях:
· Когда пластовая порода является сжимаемой.
· Когда давление жидкости или газа, насыщающих породу,
снижается и внешняя нагрузка частично переносится с жидкой (газовой) фазы на скелет породы.
· Когда перекрывающие породы проявляют недостаточную
жесткость, и в них происходят деформации, направленные вниз, что
создает постоянную нагрузку на подстилающие отложения.
При отборе жидкости или газа из пласта возможно снижение порового давления. Снижение это сопровождается соответствующим увеличением вертикальной нагрузки на скелет породы, так как она равна горному давлению минус поровое.
