Коллектора и свойства

Под скоплением нефти (газа или нефти с газом) предполагается такое ее количество на ограниченном участке геологической структуры, которое делает рентабельным его разведку и эксплуатацию. Часто скопления углеводородов называют промышленным, противопоставляя их скоплениям малой экономической ценности. Синонимом понятия «скопления нефти (газа)» является термин «залежь».

Еще Д.И. Менделеев считал, что нефть пропитывает горные породы так же, как вода пропитывает губку. Это сравнение отражает взаимоотношение между горной породой и насыщающей ее нефтью, газом и водой.

Практически в каждой породе имеются полости, образованные порами и трещинами. Эти полости и заполняются нефтью, газами и водой. Однако промышленные скопления углеводородов имеются лишь в таких породах, в которых общий объем пор составляет около 5% или более от общего объема породы, причем значительная часть пор сообщается между собой.

Такие породы называют коллекторами или резервуарами, и их количество определяется величиной пористости и проницаемости. Есть пористость общая (абсолютная) и эффективная.

Под общей пористостью понимают отношение объема всех пор и степени их сообщаемости, т.е. коэффициент пористости выражается как

К_п= V_пор/V*100%

Однако промышленную ценность коллектора определяет не общая, а эффективная или открытая пористость. Она представляет отношения общего объема сообщающихся между собою пор к общему объему породы и также выражается в процентах. Эти поры могут заполнятся нефтью (газом) и освобождаться от нее. Именно эти поры определяют какое количество нефти заключено в коллекторе и ту ее часть, которая может быть из него извлечена.

Исследования показали, что коэффициент пористости зависит от расположения элементарных частиц в породе – минералов или мелких обломков. При наименьшей плотности К_п достигает 47,6 %, а при наибольшей – 25,8 %. Однако эти величины коэффициента являются теоретическими. В действительности размеры элементарных частиц различны, неодинаковы по форме и, кроме того, эти частицы хорошо сцементированы глинистым или другим веществом, занимающим часть порового пространства.

Во всех нефтегазоносных регионах мира коллекторы обычно представлены либо песчаниками (размеры частиц от 0,1 до 1-2 мм), либо алевролитами (размеры от 0,1 до 0,01 мм), либо известняками или доломитами, если их эффективная пористость составляет 17-25%. Считается, что такие коллекторы обладают высокой полезной емкостью.

Проницаемость или фильтрационная характеристика определяет способность коллектора пропускать через себя жидкость или газ. Проницаемость зависит от размера сообщающихся между собой пор и трещин в горных породах и характеризуется коэффициентом фильтрации (м/с, м/сут) или коэффициентом проницаемости, выражаемым в м²,(Дарси) мД.

По этому показателю определяются возможность отдачи коллектором нефти и газа. Согласно закону Дарси скорость фильтрации прямо пропорциональна гидровлическому уклону, а коэффициент фильтрации К зависит от свойств самой породы. Коэффициент проницаемости (Дарси) выражается

К_пр=Q*M*L/ F*∆p

где Q – расход жидкости, см²/с; М – вязкость жидкости, сПз (сантипуаз – единица измерения вязкости); L – длина пути фильтрации, см; ∆p – перепад давления, кг/см²; F – коэффициент связанный с удельным весом породы.

За единицу Дарси принимается такая проницаемость, при которой через породу с поперечным сечением в 1 км² и при перепаде давления в 1 ат. на протяжении 1 см проходит 1 см³ жидкости с вязкостью в 1 сПз.

Проницаемость является важным параметром коллектора. Порода может обладать большой пористостью и содержать в себе много нефти, но если проницаемость ее будет низкой, то она не будет отдавать нефть. Поэтому промышленная ценность коллектора зависит от проницаемости.

Форма залежи нефти и газа зависит от того, какую форму имеют резервуары и ограничивающий сверху пласт непроницаемой породы.

Рис.1. Схема пластового коллектора

А - коллектор–песчаная порода; Б - экран – глина

Обязательным условием сохранения залежи является наличие над ней непроницаемой породы (экрана). Функции экрана обычно выполняют глины, плотные известняки, ангидриты и соли. Различают три типа резервуаров.

Пластовый резервуар представляет собой коллектор, распространенный на всей площади месторождения и даже за его пределами.

Он ограничен сверху и снизу непроницаемыми породами.

В таком резервуаре жидкости и газ движутся по пласту и они не могут сместиться за его приделы.

Массивный резервуар образуется за счет залегающих друг на друге нескольких пластов проницаемых пород и общего для них экрана. Если пласты представлены породами одного и того же типа, на например, известняками, то такой резервуар называется однородным.

Рис. 2. Массивный однородный резервуар в пластах известняка.

Если проницаемые пласты представлены породами разного типа, например песчаниками и известняками, то резервуары называются неоднородными. Мощность таких резервуаров достигает нескольких сотен метров. Условия движения жидкости и газа здесь сложные. Они стремятся по трещинам переместиться в верхнюю часть разреза и обычно концентрируются под экраном.

Литологически ограниченные резервуары представляют собой линзы проницаемых пород, заключенные в непроницаемых породах.

Рис. 3. Литологический резервуар

А – коллектор – песчаник; В – вмещающие непроницаемые породы (глина)

Движение жидкости в таких условиях ограничены объемом резервуара. Заполнение их нефтью происходит за счет отжатия ее из окружающих вмещающих пород.