Laboratory simulation of change in mechanical and flow properties of reservoir formations at various stages of oil-field development

Daniil Karmanskiy, Saint Petersburg Mining University, Dmitriy Petrakov, Saint Petersburg Mining University
2020 Perm Journal of Petroleum and Mining Engineering  
At different stages of oil and gas field development, a reservoir undergoes various stress-strain states. The change of reservoir pressure during development results in the change in physical and mechanical properties of the reservoir. In terms of geochemistry, the fluids also affect the properties of the host rocks. The process of reservoir fluid extraction can clog flow channels with washed-out rock particles and deposited paraffins and salts, but also decrease the strength and elastic
more » ... and elastic characteristics of the rock. The article provides a brief analysis of operations affecting the causes of changes in the physical, mechanical, porosity and permeability properties of formations during drilling and oil-field development. The method of theoretical calculation of changes in the formations' porosity and permeability is provided. To establish the convergence of theoretical calculation methods with real data, the tests to determine the uniaxial compressive strength and the filtration experiments on terrigenous samples of a West Siberian field were carried out. Water and kerosene in different proportions were used as saturating fluids in the experiment to determine physical and mechanical properties. Based on the data obtained, the dependencies of the modulus of elasticity and the uniaxial compressive strength on different types of saturation were derived, with diagrams and calculating formulas given. In the filtration experiment, the influence of effective pressure on permeability of samples at volumetric compression was determined. The dependencies of permeability decline on the sample axial load were established. The obtained dependencies can be used to work out geological and engineering procedures for well stimulation and field development management during the entire operational life cycle. Ключевые слова: эффективное давление, пластовое давление, горное давление, пористость, проницаемость, насыщенность, обводненность, деформации, прочностные свойства, упругие свойства, пороупругость, одноосное сжатие. На различных этапах разработки нефтяных и газовых месторождений пласт испытывает различные напряженнодеформированные состояния. Изменение пластового давления в процессе разработки приводит к смене физикомеханических свойств пласта. С точки зрения геохимии, на свойства вмещающих пород также оказывают влияние сами флюиды. Процесс извлечения пластовой жидкости может вызывать не только закупоривание фильтрационных каналов вымываемыми частицами породы и выпадением парафинов и солей, но и уменьшение прочностных и упругих характеристик породы. В статье приведен краткий анализ работ, затрагивающих причины изменения физико-механических и фильтрационно-емкостных свойств пластов в процессе бурения и разработки месторождений нефти. Приведена методика теоретического расчета изменений пористости и проницаемости пластов. Для установления сходимости теоретических методов расчета с реальными данными были проведены испытания по определению предела прочности при одноосном сжатии и фильтрационные эксперименты на терригенных образцах одного из месторождений Западной Сибири. В эксперименте по определению физико-механических свойств в качестве жидкостей насыщения использовались вода и керосин в различном соотношении. На основе полученных данных были выведены зависимости модуля упругости и предела прочности при одноосном сжатии от различного вида насыщенности, приведены графики и расчетные формулы. В фильтрационном эксперименте при объемном сжатии определялось влияние эффективного давления на проницаемость образцов. Установлены зависимости уменьшения проницаемости от осевой нагрузки на образец. Полученные зависимости можно использовать при подготовке геолого-технических мероприятий по интенсификации притока и при управлении разработкой месторождения на протяжении всего жизненного цикла.
doi:10.15593/2224-9923/2020.1.5 fatcat:qvl2ochzi5cpfitv7tyyzchegi