Коллекторские свойства горных пород

1.1. ТИПЫ ПОРОД-КОЛЛЕКТОРОВ

Подавляющая часть нефтяных и газовых месторождений приурочена к коллекторам трёх типов - гранулярным, трещинным и смешанного строения. К первому типу относятся коллекторы, сложенные песчано-алевритовыми породами, поровое пространство которых состоит из межзерновых полостей. Подобным строением порового пространства характеризуются также некоторые пласты известняков и доломитов. В чисто трещиноватых коллекторах (сложенных преимущественно карбонатами) поровое пространство образуется системой трещин. При этом участки коллектора между трещинами представляют собой плотные малопроницаемые нетрещиноватые блоки пород, поровое пространство которых практически не участвует в процессах фильтрации. На практике, однако, чаще всего встречаются трещиноватые коллекторы смешанного типа, поровое пространство которых включает как системы трещин, так и поровое пространство блоков, а также каверны и карст.

Анализ показывает, что около 60% запасов нефти в мире приурочено к песчаным пластам и песчаникам, 39% - к карбонатным отложениям, 1% - к выветренным метаморфическим и изверженным породам. Следовательно, породы осадочного происхождения - основные коллекторы нефти и газа.

В связи с разнообразием условий формирования осадков коллекторские свойства пластов различных месторождений могут изменяться в широких пределах. Характерные особенности большинства коллекторов - слоистость их строения и изменение во всех направлениях свойств пород, толщины пластов и других параметров.

Нефтяной пласт представляет собой горную породу, пропитанную нефтью, газом и водой.

Свойства горной породы вмещать (обусловлено пористостью горной породы) и пропускать (обусловлено проницаемостью) через себя жидкость называются фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС).

Фильтрационные и коллекторские свойства пород нефтяных пластов характерезуются следующими основными показателями:

- пористостью;

- проницаемостью;

- капиллярными свойствами;

- удельной поверхностью;

- механическими свойствами.

Рассмотрим подробнее каждый из этих параметров.

1.2. ПОРИСТОСТЬ

Под пористостью горной породы понимается наличие в ней пор (пустот), пористость характеризует способность горной породы вмещать жидкости и газы.

В зависимости от происхождения различают следующие виды пор:

Поры между зёрнами обломочного материала (межкристаллические). Это первичные поры, образовавшиеся одновременно с формированием породы. Поры растворения - образовались в результате циркуляции подземных вод. Пустоты и трещины, образованные за счёт процессов растворения минеральной составляющей породы активными флюидами и образование карста, Поры и трещины, возникшие под влиянием химических процессов, например, превращение известняка (СаСОз) в доломит (МцСОз) - при доломитизации идёт сокращение объёмов породы на 12%.

fer^WBrti и трещины, образованные за счёт выветривания, эрозионных процессов, вывання.

Виды пор (2)-(5) - это так называемые вторичные поры, возникшие при механико-химических процессах.

Объем пор зависит от:

- формы зёрен;

- сортировки зёрен (чем лучше отсортирован материал, тем выше

пористость);

- размера зёрен;

- укладки зёрен - при кубической укладке пористость составляет

47,6%,при ромбической укладке - 25,96% (см. рис. 1.1);

- однородности и окатанности зёрен;

- вида цемента (см. рис. 1.2).

Не все виды пор заполняются флюидами, газами, нефтью. Часть пор бывает изолирована, в основном, это внутренние поры.

Виды пористости

Общая (полная, абсолютная) пористость - суммарный объём всех пор (V_nop), открытых и закрытых.

Пористость открытая эквивалентна объёму сообщающихся (V_coo6ui) между собой пор.

На практике для характеристики пористости используется коэффициент пористости (m), выраженный в долях или в процентах.

Коэффициент общей (полной, абсолютной) пористости (m_п) в процентах зависит от объема всех пор:

Коэффициент открытой пористости (m₀) зависит от объёма сообщающихся между собой пор:

Коэффициент эффективной пористости (m_эф.) оценивает фильтрацию в породе жидкости или газа, и зависит от объёма пор (V_{nop фильтр}), через которые идётфильтрация.

Для зернистых пород, содержащих малое или среднее количество цементирующего материала, общая и эффективная пористость примерно равны. Для пород, содержащих большое количество цемента, между эффективной и общей пористостью наблюдается существенное различие.

Для коэффициентов пористости всегда выполняется соотношение:

m_п > m₀ > m_эф. (1.4)

Для хороших коллекторов пористость лежит в пределах 15-25%

Поровые каналы нефтяных пластов условно подразделяются на три группы:

субкапиллярные (размер пор < 0,0002 мм) - практически непроницаемые: глины,

глинистые сланцы, эвапориты (соль, гипс, ангидрит);

капиллярные (размер пор от 0,0002 до 0,5 мм);

сверхкапиллярные > 0,5 мм.

По крупным (сверхкапиллярным) каналам и порам движение нефти, воды, газа происходит свободно, а по капиллярам - при значительном участии капиллярных сил. В субкапиллярных каналах жидкость удерживается межмолекулярными силами (силой притяжения стенок каналов), поэтому практически никакого движения не происходит.

Породы, поры которых представлены в основном субкапиллярными каналами, независимо от пористости практически непроницаемы для жидкостей и газов (глины, глинистые сланцы).

Коэффициенты пористости некоторых осадочных пород

Таблица 1.1

Пористость пород продуктивных пластов определяют в лабораторных условиях по керновому материалу. Пористость пласта на больших участках определяется теоретически по большому числу исследованных образцов керна.

С пористостью связаны величины насыщения пласта флюидами: водонасыщенность (S_B), газонасыщенность (S_r), нефтенасыщенность (S_H), выраженные в долях или в процентах.

Связь пористости и коэффициента насыщенности (в долях)

Проницаемость - это фильтрующий параметр горной породы, характеризующий её способность пропускать через себя жидкости и газы при перепаде давления.

Абсолютно непроницаемых тел в природе нет. При сверхвысоких давлениях все горные породы проницаемы. Однако при сравнительно небольших перепадах давления в нефтяных пластах многие породы в результате незначительных размеров пор оказываются практически непроницаемыми для жидкостей и газов (глины, сланцы и т.д.).

Хорошо проницаемыми породами являются: песок, песчаники, доломиты, доломитизированные известняки, алевролиты, а так же глины, имеющие массивную пакетную упаковку (рис. 1.4).

20-30 нм

Рис. 1.4. Пример массивной пакетной упаковки глин - фильтрация происходит через каналы между пакетами

Рис. 1.5. Пример упорядоченной пакетной упаковки глин - фильтрация практически не происходит

К плохо проницаемым относятся: глины, с упорядоченной пакетной упаковкой, глинистые сланцы, мергели, песчаники, с обильной глинистой цементацией (рис. 1.5).