Коллекторские свойства горных пород

Горные породы, содержащие нефть, газ и воду и способные отдавать их при разработке, называются коллекторами. Коллекторские свойства нефтеносных пластов зависят от размера и формы зерен, слагающих породу, степени отсорбированности обломочного материала, характера и степеней цементации осадков, а карбонатных пород - от пористости и трещиноватости. Любая порода, которая содержит сообщающиеся между собой поры, пустоты, трещины, может стать коллектором.

Принято все коллекторы нефти и газа разделять на терригенные и карбонатные.

Терригенные коллекторы. Породы-коллекторы терригенного типа состоят из зерен минералов и обломков пород разных размеров, сцементированных цементами различного типа. Обычно эти породы представлены в разной мере сцементированными песчаниками, алевролитам, а также в виде смеси их с глинами и аргиллитами. Для характеристики терригенных коллекторов большое значение имеет их минералогический и гранулометрический составы.

По минералогическому составу терригенные коллекторы делятся на кварцевые и полимиктовые.

Кварцевый коллектор образуется в природе при условиях, когда в процессе осадконакопления превалирующее значение имеют зерна кварца. В этом случае образованная порода имеет песчаную основу (до 95 - 98 %).

Полимиктовый коллектор образуется, если при осадконакоплении помимо зерен кварца большой процент зерен представлен полевыми шпатами и продуктами их химических преобразований. Образованная порода имеет значительную примесь глинистых разностей (до 25 - 50 %), ухудшающих ее коллекторские свойства.

Карбонатные коллекторы слагаются в основном известняками и доломитами. Среди карбонатных коллекторов особое место занимают биогенные или органогенные толщи, образованные жизнедеятельностью организмов: кораллов, мшанок, моллюсков, диатомовых водорослей.

Породы-коллекторы характеризуются пористостью, проницаемостью и трещиноватостью. Пористость горной породы характеризуется наличием в ней пустот (пор), являющихся вместилищем для жидкостей (воды, нефти) и газов, находящихся в недрах Земли.

Различают общую, открытую и эффективную пористость.

Общая пористость характеризуется разностью между объемом образца и объемом составляющих его зерен.

Открытая пористость или пористость насыщения характеризуется объемом тех пустот, в которые может проникать жидкость (газ) при перепадах давлений, наблюдающихся в естественных пластах.

Эффективная пористость - учитывает лишь объем открытых пор, насыщенных нефтью (или газом), за вычетом содержания связанной воды в порах.

С пористостью связаны величины насыщения пласта флюидами: водонасыщенность (S_в), газонасыщенность (S_г), нефтенасыщенность (S_н), величины, выраженные в долях или в процентах.

Связь пористости и коэффициента насыщенности (в долях):

,

(1.13)

Так как поровое пространство породы всегда заполнено, то S_насыщ = 1;

Промышленную ценность нефтяного месторождения можно определить по проницаемость его пород - это фильтрующий параметр горной породы, характеризующий её способность пропускать через себя жидкости и газы при перепаде давления.

Породы нефтяных и газовых залежей имеют капиллярные каналы, средний размер которых составляет 0, 0002 – 0, 5 мм. При эксплуатации нефтяных месторождений в пористой среде движется нефть, газ, вода или их смеси. Поэтому для характеристики проницаемости нефтесодержащих пород различают проницаемость абсолютную, эффективную и относительную.

Абсолютная проницаемость - проницаемость пористой среды при движении в ней лишь одной какой-либо фазы (газа или однородной жидкости).

Эффективная (фазовая) - проницаемость породы для одной из жидкостей или газа при одновременной фильтрации различных жидкостей и газа.

Относительная - проницаемость пористой среды, характеризующаяся отношением фазовой проницаемости этой среды к абсолютной.

К проницаемым породам относят пески, песчаники, известняки, к непроницаемым или плохо проницаемым породам - глины, глинистые сланцы, песчаники с глинистой цементацией и т.д.

Единица измерения коэффициента проницаемости называется Дарси (Д). Обычно проницаемость выражают в миллидарси или мкм². 1 Д» 1, 02· 10^-12 м² или 1мД» 1, 02· 10^-15 м².

Одно из важных свойств горных пород - трещиноватость, которая обуславливается густотой развития в них трещин. Трещинная проницаемость прямо пропорциональна густоте трещин в пласте. На рис. 1.4 показан пример естественной трещиноватости породы-коллектора.

Содержание в породе частиц различной величины, выраженное в весовых процентах, называется гранулометрическим (механическим) составом.

Рис. 1.4 – Наличие естественной трещиноватости в пласте-коллекторе

От гранулометрического состава зависят не только пористость, но и другие важнейшие свойства пористой среды: проницаемость, удельная поверхность и др.

На основании результатов механического анализа, проводимого в процессе эксплуатации месторождения, для оборудования забоев нефтяных скважин подбирают фильтры, предохраняющие скважину от поступления в нее песка, подбирают режимы промывок песчаных пробок и т.д. Анализ механического состава широко применяется не только для изучения свойств, их происхождения, но и в нефтепромысловой практике. Механический состав определяют ситовым анализом (a > 0, 05 мм), седиментационным, в жидкости различная скорость осаждения.

Удельная поверхность - суммарная поверхность частиц или поровых каналов, содержащихся в единице объёма горной породы. Величина ее в коллекторах нефти и газа составляет десятки тысяч квадратных метров (при диаметре зерен 0, 2 мм удельная поверхность превышает 20 000 м²/м²). Вследствие этого в виде пленочной нефти и конденсата в пласте остается большое количество углеводородов.

Контрольные вопросы по теме 1

1. Нефть, ее химический состав и товарные качества.

2. Физические свойства нефти.

3. Вязкость нефти. Классификация нефти по вязкости. Зависимость вязкости от пластовых условий.

4. Давление насыщения. Влияние давления насыщения на фильтрацию жидкости в пластовых условиях.

5. Плотность нефти. Классификация нефти по плотности. Зависимость плотности от пластовых условий.

6. Понятие о сжимаемости нефти и температурном расширении.

7. Понятие об объемном коэффициенте пластовой нефти и пересчетном коэффициенте.

8. Природный углеводородный газ и его физические свойства.

9. Природный углеводородный газ, его химический состав. Группы природного углеводородного газа.

10. Понятие о газоконденсате. Сырой и стабильный конденсат. Давление начала конденсации.

11. Физические свойства пластовых вод.

12. Пластовые воды и их промысловая классификация.

13. Понятие о минерализации пластовых вод. Зависимость минерализации от пластовых условий.

14. Понятие о породах-коллекторах, терригенные и карбонатные коллектора.

15. Пористость пород-коллекторов. Генетическая классификация пористости. Виды пористости.

16. Проницаемость пород-коллекторов. Виды проницаемости. Единицы измерения.

17. Нефтегазоводонасыщенность, карбонатность и гранулометрический состав пород-коллекторов.

18. Дайте характеристику полимиктовым коллекторам.