Схарактеризуйте пористість порід-колекторів: поняття, види, фактори впливу, кількісна оцінка та числові значення.

Пористість (пустотілість) — це об'єм породи, що не заповнений твердою речовиною. Відношення цього об'єму до загального об'єму породи в частках одиниці або процентах називають коефіцієнтом пористості

Моровий простір порід створюється як за рахунок пор між окремими зернами (уламками), гак і за рахунок тріщин та каверн. Тому попередню формулу можна записати у такому вигляді:

Пористість прийнято розділяти па загальну і відкриту.

Загальна (повна, абсолютна, фізична) пористість не об'єм всіх пустот в породі, включаючи пори, каверни, тріщини, пов'язані і не пов'язані між собою. Всі наведенні терміни с рівнозначними і не допускають двоякого трактування цієї величини.

Відкрита пористість - не об'єм всіх пустот в породі, з'єднаних між собою. Іноді її називають ефективною пористістю. Вона не включає в себе ту частину пор. які ізольовані і в яких неможливе переміщення флюїдів.

Відкрита пористість визначається в сухих зразках порід методом насичення, нагнітання ртуті в норовий простір і і. н. Ця величина є важливою для промислової практики, оскільки вона входить в усі розрахункові формули. Зрозуміло, що відкрита пористість завжди є меншою за загальну і становить для піщаних порід переважно 80-98% від загальної. В карбонатних та глинистих породах частка відкритої пористості від загальної часто менша за 50%.

Крім них двох різновидів пористості, в публікаціях іноді виділяють так звану " статично ефективну'* і " динамічно ефективну", розуміючи під першою ту частину порового простору, яка зайнята нафтою або газом, а під другою - у якій проходить рух нафти або газу. Ці терміни стосуються стану рідин і газів в поровому просторі і не мають ніякого відношення до поняття пористості, тому їх не слід вживані.

І оологічні процеси призводять.1.0 виникнення та зникнення пор у гірських породах. Вони проходять впродовж всього часу існування порід від самого початку їх виникнення. Залежно від часу утворення пористість поділяють па первинну і вторинну.

Первинна пористість виникає під час утворення гірської породи і створюється порожііипами між окремими зернами, уламками мінералів та порід після фіксації їх на місці осадконакопичення. тріщинами висихання, бульбашками газів при затвердінні магми і т. п.

Вторинна пористість включає всі пустоти, що виникли під впливом різних геологічних факторів після скам'яніння осадків. До факторів, що призводять до утворення вторинної пористості, можна віднести виникнення тектонічних тріщин, процеси вилуговування, перекристалізації порід і т. п.

Переважна більшість гірських порід осадового походження, особливо уламкових і органогенних, характеризуються первинною пористістю, яка за свогю природою може бути названа міжгранулярною, або міжзерновою Міжзернова пористість характерна для пісків, пісковиків, глин, конгломератів, аргілітів. уламкових і органогенних вапняків та доломітів. Усі ці породи є досить високопористі. Величина коефіцієнта пористості для них переважно знаходиться в межах 5-35%, хоч глини іноді мають пористість, що перевищує 50%.

Всі ці породи різняться між собою головним чином розмірами частинок, що їх складають, і це, безумовно, веде до значної різниці в розмірах порових каналів. Макропори, які мають в діаметрі більше 1 мм, зустрічаються тільки в
гравелітах, конгломератах та деяких органогенних вапняках. Надкапілярні пори діаметром 0.1-1 мм здебільшого зустрічаються в грубозернистих породах. Капілярні пори, діаметр яких складає від 0.0002 мм до 0.1 мм, зустрічаються майже в усіх породах у відповідних кількостях. Субкапілярні пори мають діаметр, менший за 0.0002 мм. Такі пори переважно характерні для глинистих порід та сланців.

Форма пор у породах важко піддається опису з використанням звичайних геометричних аналогій. Вона залежить від конфігурації зерен, їх взаємного розташування та багатьох інших причин. Поровий простір складається з безлічі звужень та розширень, тупиків, розгалужень і т. п. Все це створює химерної форми порові капали, які йменуються каналами лише тому, що по них може проходити рух рідин і газів.

Пористість гранулярних порід залежить від цілого ряду факторів, головними з яких є: укладка і відсортованість зерен, форма і мінералогічний склад, гірський та внутрішньопоровий тиски, кількість цементу і температура.

Укладка зерен значною мірою впливає па величину пористості гранулярних порід. В більшості породи є досить погано відсортовані, тобто складені з зерен різного діаметра. Величина пористості значною мірою залежить від неоднорідності порід за розмірами зерен. Зерна меншого діаметра займають частину пор між великими зернами і різко зменшують її величину. Теоретично можна підібрати такий гранулометричний склад породи, при якому пористість буде мінімальною. Таким чином, чим більш неоднорідна порода за розмірами зерен, тим менша величина пористості.

Форма зерен може мати двоякий вплив на пористість. Якщо зерна неправильної форми, то вони можуть бути укладені так. що пористість буде більша і гак. що пористість буде менша. Цей двоякий вплив зустрічається в природі. У верхніх шарах, де породи не зазнавали дії ущільнюючих факторів, пористість є високою, в той час породи аналогічного складу, що зазнали ущільнення, мають значно нижчу пористість.

Вплив мінералогічного складу порід па величину пористості не є безпосереднім. Цей зв'язок здійснюється через форму зерен. Кожний мінерал має тільки йому властиві механічні властивості і тому при транспортуванні до місця осадконагромадження набуває відповідної форми.

Під дією гірського тиску (тиску вищезалягаючих порід), а також тисків, що виникають при горотворних процесах, всі породи тією чи іншою мірою ущільнюються, і їх пористість зменшується. Це зменшення відбувається за рахунок більш щільної укладки зерен, руйнування малостійких мінералів, втиснення зерен один в одного, перекристалізації та за рахунок пружних деформацій.

Безпосередньо на скелет породи діє тиск, нижчий від гірського на величину тиску в поровому просторі, тобто на величину пластового тиску (Рпл.). Його називають ущільнюючим тиском (Ру).

Різні породи по-різному реагують на дію ущільнюючого тиску. Глинисті породи значно зменшується в об'ємі, і пористість в них знижується кілька разів, в той час як піски і пісковики мало піддаються ущільненню, і відповідно пористість знижується незначно.

Слід розрізняти зміну пористості під дією гірського тиску від зміни пористості з глибиною залягання порід. З глибиною проходить зменшення пористості не лише за рахунок ущільнення, а й за рахунок більш значної цементації та інших процесів. Тому у всіх нафтогазоносних регіонах спостерігається тенденція до погіршення колекторських властивостей порід з глибиною.

Тиск рідин і газів, які заповнюють поровий простір, протидіє ущільненню породи і, так би мовити, намагається розширити поровий простір. З ростом впутрішньопорового (пластового) тиску пористість дещо зростає. Коли пластовий тиск досягає або перевищує величину гірського, то тоді наступає раптове збільшення пористості за рахунок виникнення тріщин при розриві породи.

На величину пористості значно виливає присутність цементу в породі, бо цемент відкладається саме в поровому просторі. Цементація починається з моменту фіксації осаду на дні басейну і проходить па протязі довгого часу. Ці процеси іноді призводять до того, що порода практично перестає бути пористою. Крім цього, відкладення цементу в поровому просторі призводить не лише до зменшення пористості, але й до ізоляції окремих пор. які вже не зможуть бути вмістилищем нафти і газу.

За походженням цементи бувають первинні та вторинні, а за складом - глинисті, кременисті, вапнисті, бітумні та інші, а також їх суміші.

Первинний цемент відкладається з відкладенням уламкового матеріалу. При ущільненні вони схоплюють окремі зерна і цементують їх. Первинна цементація здебільшого не має відчутного впливу на величину пористості, оскільки вона проходить в обмежених масштабах.

Вторинна цементація, яка проходить після деякого ущільнення, має більш значний вплив па пористість. Внаслідок деяких процесів проходить випадання цементів, які значно зменшують величину пористості. Вторинні цементи бувають автохтонні, тобто утворені без привнесення матеріалу ззовні, і алохтонні, утворені з привнесеного матеріалу. Носієм такого матеріалу здебільшого є мулові води, які витискаються з глинистих порід при їх ущільненні.

Такий механізм утворення цементів призводить до того, що малопоіужні пласти пісковиків, що залягають серед потужних глинистих пластів, повинні мати низьку величину пористості за рахунок поступлення великої кількості цементу з поступаючих з глин вод. В потужних пластах пісковиків цементу не вистачає для значної цементації, і тому в них зберігається висока пористість. З ростом глибин процеси цементації прогресують, тому на великих глибинах пласти малої потужності перестають бути колекторами нафти і газу.

Слід зазначити, що вплив цементу на пористість є обернено пропорційним, тобто збільшення кількості цементу на 1% об'ємний призводить до зменшення пористості також на 1%. Такий характер залежності обумовлений тим, що до 10% карбонатності карбонати виступають виключно як цемент. При більших значеннях карбонатності породи вони вже складають окремі зерна скелету і тому зростання карбонатності не веде до значного зниження пористості.

Теоретичні та експериментальні дослідження свідчать, що безпосередній вплив температури на величину пористості є незначним. Деякий вплив може виразитись через зміну фізико-механічних властивостей скелету породи, і таким чином порода по-іншому буде реагувати на зовнішні навантаження, що відіб'ється на величині пористості.

Окрім міжзернової (міжгранулярної) пористості виділяють тріщинну і кавернозну пористість. Тріщинна пористість створюється об'ємом тріщин (щілин) в породах. Цяпористість рідко досягає 5% від об'єму породи, здебільшого не перевищує 0.5%. Тріщинна пористість найбільш характерна для карбонатних (особливо хемогенних), магматичних і метаморфічних порід. Для інших груп порід тріщинна пористість, навіть за наявності досить густої сітки тріщин, має підпорядковане значення, оскільки становить дуже незначну частку всіх пустот в породі. Ширина тріщин буває найрізноманітнішою. В більшості вона буває в межах 5-50 мікрон і рідко сягає понад 100.

Визначення величини тріщинної пористості викликає значні труднощі. Безпосередньо її можна визначати за фотографіями стінок свердловин або методом дослідження мікротріщин у шліфах та пришліфовках. Тріщинну пористість підраховують за формулою

де: т_тр - тріщин на пористість, b-ширина тріщин, l- довжина тріщин. S-площа шліфа.

Величина тріщинної пористості залежить від ряду факторів, в першу чергу від тих, що призводять до виникнення самих тріщин. Основними є тектонічний фактор, літологічний склад породи, ступінь цементації та здатність до деформації. Зрозуміло, що високопластичні породи не можуть мати відкритих тріщин. З цього огляду кращі умови для виникнення і збереження тріщин є в більш щільних породах, таких як окварцовані пісковики, сланці, хемогенні вапняки і різні магматичні породи.

Давно встановлено, що густота тріщин на поверхні землі значно вища, ніж в пластах розкритих гірничими виробками і свердловинами. З глибиною проходить закриття тріщин за рахунок явищ деформацій порід під дією гірського тиску. Польові спостереження і лабораторні досліди свідчать, що густота тріщин залежить і від потужності пласта. Мало потужні пласти в місцях згину порід тріскаються на менші блоки, ніж більш потужні пласти. Тому густота тріщин у них вища.

Слід звернути увагу, що тріщини здебільшого є орієнтовані в одному або декількох напрямах, створюючи окремі групи (ряди).

Пористість, утворена кавернами, вивчена досить слабо. Вона виникає переважно за рахунок розчинення скелету породи поровими водами. Часто початком такого розчинення є виникнення систем тріщин, по яких проходив інтенсивний рух вод. Рідше кавернозна пористість виникає за рахунок перекристалізації. В органогенних вапняках нерідко каверни виникають ще в момент їх утворення, як це має місце в сучасних коралових рифах. Кавернозна пористість найчастіше зустрічається в вапняках, доломітах і гіпсах.

В природі дуже рідко зустрічаються гірські породи тільки з тріщинною або кавернозною пористістю, тут зазвичай частина порового простору (і досить значна) припадає на міжзернову пористість.