Циклические нагрузки и фильтрационные свойства пористых горных пород: экспериментальные исследования

Сведения об авторах
  • Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация
  • Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация
  • Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация
  • Пекинский университет гражданского строительства и архитектуры, Пекин, Китай
  • Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация
  • Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация
  • Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация

Аннотация

Изучение фильтрационных свойств пористых пород при циклическом нагружении важно для прогнозирования использования подземных резервуаров для хранения природного газа или водорода, в которых поровое давление колеблется в процессе сезонной добычи или заполнения. При циклическом нагружении проницаемость пород необратимо уменьшается, однако, несмотря на значительный объем исследований, существует пробел в понимании истинных причин этого снижения. В работе представлены результаты экспериментальных исследований влияния циклического нагружения на проницаемость пористых известняков и песчаников. Выявлен механизм гистерезиса проницаемости. Неполное восстановление проницаемости при разгрузке обусловлено наличием порога раскрытия микротрещин в породах. Также установлено влияние миграции коллоидов и мелкодисперсных частиц при измерении проницаемости образцов. Величина изменения проницаемости при циклическом всестороннем давлении обнаруживает сильную корреляцию с начальной проницаемостью. Результаты исследований показывают, что в пористых песчаниках и известняках с начальной проницаемостью ниже 50 мД ухудшение проницаемости в первую очередь связано с закрытием микротрещин. Влияние миграции коллоидов менее очевидно в менее проницаемых породах, вероятно, из-за сниженной подвижности коллоидов. Однако для пород с начальной проницаемостью более 50 мД как уплотнение, так и миграция коллоидов и мелких частиц способствуют снижению проницаемости. В более проницаемых породах подвижность коллоидов выше, что потенциально приводит к значительному снижению проницаемости до 60 %.

Ключевые слова

проницаемостьциклическое нагружениемиграция коллоидовмикротрещиныпористые породыфильтрационные свойствапесчаникиизвестнякиобразцы горных пород

Литература

  1. 1.CO2-brine-rock interactions altering the mineralogical, physical, and mechanical properties of carbonate-rich shale oil reservoirs / S. Li, S. Zhang, H. Xing, Y. Zou // Energy. – 2022. – No. 256. – P. 124608. DOI: 10.1016/j.energy.2022.124608 Scholar
  2. 2.Use closed reservoirs for CO2 storage and heat recovery: A two-stage brine-extraction and CO2-circulation strategy / M. Chen, A. Al-Maktoumi, A. Izady, J. Cai, Y. Dong // Sustainable Energy Technologies and Assessments. – 2022. – No. 52. – P. 102346. DOI: 10.1016/j.seta.2022.102346 Scholar
  3. 3.Study of the influence of nonlinear dynamic loads on elastic modulus of carbonate reservoir rocks / E. Riabokon, M. Turbakov, E. Kozhevnikov, V. Poplygin, M. Guzev // Energies. – 2021. – Vol. 14, no. 24. DOI 10.3390/en14248559 Scholar
  4. 4.Nonlinear Young's Modulus of New Red Sandstone: Experimental Studies / E. Riabokon, E. Kozhevnikov, M. Wiercigroch, E. Kozhevnikov, D. Kobiakov, M. Guzev, M. Wiercigroch // Acta Mechanica Solida Sinica. – 2021. – Vol. 34, no. 6. – P. 989–999. DOI 10.1007/s10338-021-00298-w Scholar
  5. 5.Турбаков, М. С. Анализ эффективности технологий предупреждения образования асфальтосмолопарафиновых отложений на месторождениях Пермского Прикамья / М.С. Турбаков, С.Е. Чернышов, Е.Н. Устькачкинцев // Нефтяное хозяйство. – 2012. – № 11. – С. 122–123. Scholar
  6. 6.Щербаков, А. А. Оценка эффективности мероприятий по интенсификации добычи нефти (на примере месторождений Соликамской депрессии) / А.А. Щербаков, Г.П. Хижняк, В.И. Галкин // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. – 2019. – № 2. – С. 70–73. DOI 10.30713/2413-5011-2019-2-70-73 Scholar
  7. 7.Effects of ultrasonic oscillations on permeability of rocks during the paraffinic oil flow / E. Riabokon, E. Gladkikh, M. Turbakov, E. Kozhevnikov, M. Guzev, N. Popov, P. Kamenev // Géotechnique Letters. – 2023. – No. 13. – P. 1–20. DOI: 10.1680/jgele.22.00137 Scholar
  8. 8.Apparent Permeability Evolution Due to Colloid Migration Under Cyclic Confining Pressure: On the Example of Porous Limestone / E.V. Kozhevnikov, M.S. Turbakov, E.P. Riabokon, E.A. Gladkikh // Transp Porous Media. – 2023. DOI: 10.1007/s11242-023-01979-5 Scholar
  9. 9.Газожидкостные промывочные смеси для первичного вскрытия пластов в условиях аномально низких пластовых давлений / М.В. Турицына [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2012. – № 9. – С. 58–59. Scholar
  10. 10.The Stress‐Memory Effect of Fracture Stiffness During Cyclic Loading in Low‐Permeability Sandstone / C. Kluge, G. Blöcher, H. Hofmann, A. Barnhoorn, J. Schmittbuhl, D. Bruhn // J. Geophys. Res. Solid Earth. – 2021. – No. 126. DOI: 10.1029/2020JB021469 Scholar
Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
24.02.2025
В выпуске
24.02.2025
Выпуск
Том 25, № 1 (2025)
Поделиться