Воздействие воды и СО2 на механические свойства низкопроницаемых горных пород

Об авторах:

Кислицын Анатолий Александрович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры прикладной и технической физики, Тюменский государственный университет; a.a.kislicyn@utmn.ru; ORCID: 0000-0003-3863-0510

Липатов Никита Владимирович, аспирант кафедры прикладной и технической физики, Тюменский государственный университет, заведующий лабораторией механических исследований ООО «Корэтест Сервис»; lipatov.n.v@mail.ru

Аннотация:

Представлены результаты экспериментального исследования прочности на трехосное сжатие низкопроницаемых образцов доломита с различным ограничивающим давлением (от 2 до 20 МПа), разными поровыми флюидами (сухой воздух, вода, СО₂) и различными температурами (от 25 до 150 °C). Эксперименты проводились на установке, позволяющей измерить модуль упругости, коэффициент Пуассона, предел текучести, напряжение разрушения, а также соответствующую осевую и радиальную деформацию. Были выполнены две группы экспериментов: в первой исследовалось влияние ограничивающего давления на напряжение разрушения образцов керна без закачки поровой жидкости; во второй группе изучалось влияние температуры на механические свойства образцов керна, в поры которых закачивалась вода или СО₂ в сверхкритическом состоянии. Показано, что прочность породы увеличивается с увеличением ограничивающего давления. При увеличении ограничивающего давления c 2 до 20 МПа прочность на сжатие увеличивается c 86 до 370 МПа. Закачка поровой жидкости снижает эффективное ограничивающее давление, и прочность кернов снижается приблизительно в полтора раза. Температура оказывает значительное влияние на прочность породы при ограничивающем давлении менее 15 МПа, причем это влияние температуры на прочность не является монотонным. Нагревание от комнатной температуры до 90 °C (при ограничивающем давлении до 15 МПа) повышает прочность доломита, но при дальнейшем нагреве прочность образцов уменьшается. При увеличении ограничивающего давления выше 15 МПа влияние температуры на прочность образцов доломита снижается. Обсуждаются возможные причины этих особенностей.

Список литературы:

1. Байков Н. М. Опыт повышения нефтеотдачи на месторождениях США путем закачки CO₂ / Н. М. Байков // Нефтяное хозяйство. 2012. № 11. С. 141-143.

2. ГОСТ 5180-2015 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик» // Электронный фонд правовой и нормативно-технической информации. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200126371

3. Закиев И. Д. Исследование процесса вытеснения вязкой нефти сверхкритическим диоксидом углерода в широком интервале изменения термобарических условий // И. Д. Закиев, А. В. Радаев, Р. Л. Рахимов, А. Н. Сабирзянов // Материалы XIV Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ (РКТС-14): в 2 томах. Пленарные и устные доклады. Казань: Отечество, 2014. Том 1. С. 366-368.

4. Солодовников А. О. Применение СО₂-содержащих составов для повышения нефтеотдачи пластов / А. О. Солодовников, О. В. Андреев // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2012. № 5. С. 69-74.

5. Сургучев Л. М. Обзор третичных методов увеличения нефтеотдачи / Л. М. Сургучев // Нефтяное хозяйство. 2001. № 5. С. 50-54.

6. Alejano L. R. Triaxial strength and deformability of intact and increasingly jointed granite samples / L. R. Alejano, J. Arzúa, N. Bozorgzadeh, J. P. Harrison // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2017. Vol. 95. Pp. 87-103. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2017.03.009

7. Chen Y. Permeability Evolution in Granite under Compressive Stress Condition // Geotechnical and Geological Engineering. 2018. Vol. 36, No. 8. Pp. 641-647. DOI: 10.1007/s10706-017-0313-x

8. Kranz R. L. The effects of confining pressure and stress difference on static fatigue of granite / R. L. Kranz // Journal of Geophysical Research. 2009. Vol. 85. Pp. 37-66. DOI: 10.1029/JB085iB04p01854

9. Linstrom P. J. NIST Chemistry WebBook / P. J. Linstrom, W. G. Mallard // National Institute of Standards and Technology. URL: https://webbook.nist.gov/chemistry/

10. Nasseri M. H. B. Fracture Toughness and Fracture Roughness Interrelationship in Thermally treated Westerly Granite / M. H. B. Nasseri, B. S. A. Tatone, G. Grasselli, R. P. Young // Rock Physics and Natural Hazards. 2018. Vol. 166. Pp. 641-647. DOI: 10.1007/978-3-0346-0122-1_4

11. Noorian-Bidgoli M. Water Pressure Effects on Strength and Deformability of Fractured Rocks Under Low Confining Pressures / M. Noorian-Bidgoli, L. Jing // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2015. Vol. 48. Pp. 971-985. DOI: 10.1007/s00603-014-0628-3

12. Zoback M. D. Reservoir Geomechanics / M. D. Zoback. New York: Cambridge University Press, 2007. 504 pp.