Емкостные и фильтрационные свойства коллекторов

ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА

(Горные породы как вместилище нефти и газа)

Все известные залежи нефти и газа (99,9%) заключены в осадочных породах. Нефть и газ занимает пустотное пространство в терригенных породах (пески, песчаники, алевриты, алевролиты) и карбонатных породах (известняки, доломиты, мергели). Вместе с нефтью и газом в пустотном пространстве находится вода.

Емкостные и фильтрационные свойства коллекторов

Пустотное пространство пород представлено порами, кавернами, трещинами, биопустотами (внутриформенные и межформенные).

Порами обычно называют пустоты между минеральными зернами и обломками размером менее 1 мм. Они заключены в жестком каркасе породы, называемом матрицей.

Каверны – это разнообразные пустоты размером более 1 мм, образованные в основном при выщелачивании отдельных компонентов или их перекристаллизации.

Трещины – совокупность разрывов, рассекающих горную породу, в основной массе образованная в литогенезе и связанная с формированием осадочной горной породы.

Биопустоты внутриформенные – к ним относятся внутренние пустоты в раковинах (камеры аммонитов и др.), а также пустоты, разделенные перегородками внутри коралловых скелетов.

Биопустоты межформенные – к ним относятся пустоты между раковин в известняках ракушечниках.

Пустоты могут быть изолированными и объединенными в общую систему каналами разной протяженности, сечения, формы, генезиса и т.д. Все эти параметры или емкостно-фильтрационные свойства зависят от минерального состава породы, формы, размера зерен, характера их укладки, наличия и состава цемента и других факторов, и определяют емкость порового пространства и его способность фильтровать флюиды при перепаде давления.

Горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду, и отдавать их при разработке, называют коллекторами. Емкость порового коллектора называют пористостью.

Для характеристики пористости употребляют коэффициент, который показывает какую часть от общего объема породы составляют поры. Он измеряется в процентах или долях единицы.

По размерам все поры делятся на:

1) сверхкапиллярные (более 0,5 мм);

2) капиллярные (0,5 – 0,0002 мм);

3) субкапиллярные (менее 0,0002мм).

В сверхкапиллярных порах движении воды, флюида возможно под влиянием силы тяжести.

В капиллярных порах движение жидкости затруднено, в них на перемещение жидкости действуют силы капиллярного давления.

В субкапиллярных порах жидкость связана в виде пленок на стенках и не двигается. Движение нефти в пласте осуществляется лишь по сообщающимся поровым каналам размером более 0,0002 мм.

Различают пористость:

1) общая (абсолютная) – объем всех пор в породе(изолированных и сообщающихся). Коэффициент общей пористости – представляет собой отношение объема всех пор к объему образца породы.

К_n^общ = V_изол+ V_сообщ / V_пор

2) открытая – объем только тех пор, которые сообщаются между собой. Коэффициент открытой пористости равен:

К_n^откр = V_сообщ / V_пор

Всегда меньше, чем коэффициент общей пористости.

3) эффективная – определяется наличием таких пор, из которых нефть может быть извлечена при разработке. Неэффективными считаются субкапиллярные и изолированные поры. Коэффициент эффективной пористости равен отношению объема эффективных пор, через которые возможно движение нефти, воды и газа при определенных температуре и градиенте давления, к объему образца породы.

К_n^эф = V_эф / V_пор

Величина коэффициента пористости горной породы (терригенный коллектор) может достигать 40%. Наиболее распространенное значение К_n нефтеносных песчаников Русской платформы 17 – 24%.

Проницаемость – это характеристика коллекторских свойств, характеризующая способность породы пропускать через себя жидкость и газ.

Формула Дарси показывает прохождение жидкости через породу

Q_ж = К_{пр *}·S_* (ΔP)_* t / μ _* Δℓ

Коэффициент проницаемости имеет размерность площади (м²) и отражает площадь сечения каналов пор. Его выражают в мкм² (в системе СИ) или в Дарси (в системе СГС).

Проницаемость зависит от размеров и формы поровых каналов, и изменяется пропорционально квадрату их диаметров при минимальной извилистости. Величина пор и каналов определяется размером зерен.

Проницаемость коллекторов нефти и газа изменяется в широких пределах 0,005 – 2 мкм². Проницаемость нефтеносных песчаников - 0,05 – 3 мкм², проницаемость трещиноватых известняков – 0,005 – 0,02 мкм²

Различают проницаемость:

1) абсолютную;

2) фазовую;

3) относительную.

Абсолютная проницаемость – это проницаемость горных пород для однородной инертной жидкости или газа при отсутствии заметного физико-химического взаимодействия их с пористой средой.

Фазовая проницаемость - проницаемость горных пород для какой-либо жидкости или газа при одновременном наличии в ней других флюидов (газ – вода, вода - нефть, газ – нефть - вода) для данной жидкости или газа, зависит от степени насыщенности пор породы этой жидкостью или газом.

Относительнаяпроницаемость– отношение фазовой проницаемости к абсолютной. Величина безразмерная, может изменяться от 0 до 1.

Проницаемость в большей степени зависит от наличия трещин, хотя доля их в пустотном пространстве составляет десятые и сотые доли процента. Объясняется это высокой проводимостью трещин по сравнению с порами гранулярных коллекторов, поэтому трещины создают в пласте направления преимущественной фильтрации.

Между пористостью и проницаемостью нет прямой связи.

Пористость по происхождению различают:

1)первичную

2)вторичную.

Первичными называют те пустоты, которые образуются одновременно с образованием самой породы.

Вторичными называют пустоты, которые возникают в уже сформировавшихся породах.

Общая пористость зависит от:

1) взаимного расположения и укладки зерен

2) формы зерен и степени их окатанности

3) степени отсортированности частиц, слагающих породу

4) наличия цементирующего вещества и его количества.

Общая пористость не зависит:

- от размера зерен и размера пор.

Проницаемость зависит от:

1) размера пор (размера зерен, плотности укладки и взаимного расположения зерен, отсортированности, цементации)

2) конфигурации пор

3) взаимосообщаемости пор

4) трещиноватости породы

Проницаемость должна не зависеть

- от свойств, проходящих через породу жидких и газообразных веществ.