Связь между пористостью и проницаемостью

Количественная зависимость между пористостью и проницаемостью весьма

.

Фиг. 4-16. Зависимость меду пористостью и проницаемостью в двух коллекторах: песчанике Верхний Уилкокс (эоцен) в Мерси, Техас (слева), и мелкозернистом песчанике Накаточ (верхний мел) в Белвью, Луизиана (справа) (Archie, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 34, p. 945, Fig. 1). Наблюдается общее увеличение проницаемости с увеличением пористости

изменчива и трудно поддается определению [81]. Помимо общеизвестного факта, что проницаемая порода должна быть также и пористой, между двумя ее свойствами, по-видимому, нет более тесной связи (фиг. 4-16). Было произведено множество замеров пористости и проницаемости песчаников Брадфорд (нижний девон), Пенсильвания, которые в силу своей равномерной мелкозернистости, казалось, должны бы были характеризоваться достаточно постоянной зависимостью между этими параметрами, если она вообще существует. Однако, как видно из фиг. 4-17, даже в этих породах наблюдается лишь самая общая связь менаду ними [82]. Влияние трещиноватости на пористость и проницаемость известняков и доломитов, установленное в результате обобщения данных нескольких сотен измерений, показано на фиг. 4-18. Линия К_90° (проницаемость перпендикулярно к системе трещин) отражает связь с первичной

¹Изучение упругого сжатия коллекторов очень важно для правильной интерпретации лабораторных данных по определению проницаемости. Дело в том, что проницаемость, полученная вследствие снятия давления, в лабораторных условиях может быть в два раза выше истинной проницаемости, которой обладают породы на глубине. ‑ Прим. ред.

Фиг. 4-17. Значения пористости и проницаемости для 500 образцов песчаников Брадфорд (нижний девон) из месторождения Брадфорд в северо-западной Пенсильвании (Ryder, World Oil, p. 174, 1948).

Все образцы представляют собой колонки керна длиной в 1 фут, отобранные из 29 скважин, сосредоточенных на небольшой площади. Считается, что песчаник Брадфорд характеризуется эднородным строением, и на графике, несмотря на общее увеличение проницаемости с увеличением пористости, наблюдается широкий разброс точек, свидетельствующий об отсутствии тесной связи между пористостью и проницаемостью. Так, любому значению проницаемости соответствуют различные значения пористости (от 6 до 10 значений).

пористостью и кавернозной пористостью; линия К_макс отражает максимальную проницаемость пород в направлении, параллельном системе трещин. Проницаемость нетрещиноватых доломитов возрастает в обоих направлениях в соответствии с увеличением пористости. В то время как пористость является безразмерной величиной, проницаемость в соответствующих единицах измерения отражает сопротивлениепо роды прохождению через нее гомогенного флюида. Теоретически проницаемость может быть увязана с характером структуры горной породы согласно уравнению [83]

где К ‑ проницаемость, 2 ‑ коэффициент пористости, S - удельная поверхность твердой минеральной массы. S является также удельной поверхностью пор и равна поверхности

Фиг. 4-18. Зависимость между проницаемостью и пористостью в палеозойских породах-коллекторах западного Техаса, представленных известняками и доломитами (Кеllon, О. and G. Journ., 24, p. 119, 1949). К_макс проходит параллельно системе трещин, а К₉₀° - под прямым углом к ней. Поле между линиями К_макс и К_90° (заштриховано) отражает объем и распределение вторичной пористости, связанной с трещинами и кавернами.

твердой фазы, содержащейся в 1 см³ породы. Приведенное уравнение предполагает, что с увеличением пористости и соответствующим уменьшением удельной поверхности пор возрастает проницаемость. С уменьшением размера отдельных пор увеличивается их удельная поверхность и, следовательно, уменьшается проницаемость.

Искусственные, или создаваемые человеком, пористость и проницаемость¹. В настоящее время разработаны различные методы создания или увеличения порового пространства и проницаемости пород. Раньше других был предложен метод торпедирования скважин, т.е. взрывание в скважине против природного резервуара заряда нитроглицерина. Возникновение в результате этого трещин в природном резервуаре увеличивает эффективный радиус ствола скважины, повышает пористость и проницаемость окружающих ее пород и соответственно усиливает приток в скважину нефти и газа. Действие взрыва меняется в зависимости от типа пород и в значительной мере определяется тем, делает ли взрыв упаковку частиц породы более плотной пли создает в ней трещиноватость. Нагнетание в породу-коллектор кислот под давлением называется кислотной обработкой [84]. Кислота проникает в коллектор по системе сообщающихся пор и растворяет растворимые в ней вещества, тем самым повышая проницаемость и пористость. В результате кислотной обработки особенно возрастает проницаемость природных резервуаров, сложенных известняками, но и некоторые природные резервуары, представленные песчаниками с карбонатным или каким-либо

¹Такие коллекторы можно назвать техноколлекторами. ‑ Прим. ред.

иным растворимым в кислотах цементом, дают при этом значительный прирост дебитов нефти и газа. Разработаны также различные методы гидравлического разрыва, заключающиеся в нагнетании в поры коллектора под очень высоким давлением жидкости, содержащей песчаные зерна [85]. При снижении давления жидкость уходит из пласта, оставляя в образовавшихся трещинах зерна песка, не дающие трещинам вновь сомкнуться. Эти методы известны в практике под различными узкопрофессиональными названиями: гидроразрыв, разрыв пласта и. т.д. При гидравлическом разрыве, особенно в тех пластах, где сохранялось начальное пластовое давление, часто наблюдалось исключительно высокое увеличение дебитов нефти и газа¹.

Заключение

Эффективная пористость и проницаемость представляют собой основные свойства пород-коллекторов. Эффективная пористость обеспечивает пространство, в котором происходит скопление нефти и газа, а проницаемость способствует их миграции в породе.

Инженеры-промысловики и сотрудники лабораторий достигли больших успехов в понимании факторов, влияющих на пористость пород-коллекторов, особенно в выяснении роли глинистых частиц, действия различных пластовых вод и петрофизических свойств пустот различных типов. Собрана масса детальных количественных данных о пористости и проницаемости отдельных природных резервуаров, влиянии каждого из этих параметров на дебиты нефти и газа и взаимосвязи порового пространства с содержащимися в нем флюидами. Однако предстоит еще многое изучить, особенно в отношении совершенствования методов извлечения нефти из пород с чрезвычайно низкой пористостью и проницаемостью, влияния размеров зерен на пористость и проницаемость и связи различных видов пористости и проницаемости с обстановкой накопления осадков. Все это поможет лучше понять условия, существующие на глубинах, и повысить точность прогнозирования перспектив нефтегазоносности.

¹В карбонатных коллекторах эффективным является применение гидрокислотного разрыва, под действием которого наряду с образованием трещин и увеличением степени II раскрытия происходит и растворение отдельных компонентов породы. ‑ Прим. ред.

Цитированная литература

1. Аrсhie G.E., Introduction to Petrophysics of Reservoir Rock, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 34, pp. 943-961, 1950.

2. Krynine P.D., Petrologic Aspects of Prospecting for Deep Oil Horizons in Pennsylvania, Prod. Monthly, 12, pp. 28-33, 1948.

3. Jоnes P.J., Petroleum Production, 1, Mechanics of Production, Reinhold Publishing Corp., New York, pp. 13-15, 1946.

4. Melсher A.F., Determination of Pore Space of Oil and Gas Sands, Trans. Am. Inst. Min. Met. Engrs., 65, pp. 469-489, 1921. (Мелчер - пионер изучения пористости, и это его первая опубликованная работа по данной проблеме.)

Pirson S.J., Elements of Oil Reservoir Engineering, McGraw-Hill Book Co., New York, pp. 20-34, 1950.

Pollard T.A., Reichertz P.P., Core-Analysis Practices - Basic Methods and New Developments, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 36, pp. 230-252, 1952.

5. Кrуnine P.D., Reservoir Petrography of Sandstones, U.S. Geol. Surv., Oil and Gas Investig., May OM 126, Geology of the Arctic Slope of Alaska (3 sheets), from sheet 2.

6. Darсу Н., Fontaines publiques de la ville de Dijon, Victor Dalmont, Paris, 1856.

7. American Petroleum Institute, New York and Dallas, Texas, Recommended Practice for Determining Permeability of Porous Media API RP № 27, 27 p., 1952.

5. Muskat M., Physical Principles of Oil Production, McGraw-Hill Book Co., New York, pp. 123-149, 1949.