Горные породы как вместилища нефти и газа

ПОРОДЫ - КОЛЛЕКТОРЫ

Горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду и отдавать при разработке, называются коллекторами.

Большинство пород-коллекторов имеют осадочное происхождение. Коллекторами нефти и газа являются как терригенные (пески, песчаники и алевролиты), так и карбонатные (известняки, доломиты, мел) породы.

По типу порового пространства выделяют три группы коллекторов нефти и газа:

1.Поровые (гранулярные). Они характерны для обломочных пород.

2.Трещинные. Они характерны для любых горных пород.

3. Каверноз­ные. Они характерны для карбонатных пород.

В природе часто развиты смешанные типы коллек­торов. Способность породы быть коллектором обусловлена её фильтрационно-ёмкостными свойствами: пористостью и проницаемостью.

ПОРИСТОСТЬ

Пористость горной породы – это свойство породы, заключающееся в наличии в ней всякого рода пустот (пор, каверн, микро - и макротрещин).

Различают общую, открытую, эффективную и закрытую пористость.

Общаяпористость – это объём всех пор в породе. Коэффициент общей пористости представляет собой отношение объёма всех пор к общему объёму породы:

K_п.=V_п/V_о

Открытаяпористость – это объём сообщающихся между собой пор, каверн, трещин. Коэффициент открытой пористости равен отношению объёма открытых пор к объёму образца породы:

K_оп=V_оп/V_о

Коэффициент открытой пористости отражает способность породы заполняться флюидом через сообщающиеся поры. Экспериментально он определяется насыщением керосином образца горной породы и находится по соотношению объема вошедшего в сухой образец керосина и объема образца. Считается, что керосин заполняет только сообщающиеся поры.

Эффективнаяпористость – это объём тех пор и соединяющих их каналов, по которым возможно перемещение флюидов и извлечение их при разработке. Коэффициент эффективной пористости равен отношению объёма пор, через которые возможно движение нефти, воды и газа при определённых температурах и градиентах давления к объёму образца породы:

K_эп=V_эп/V_о

Коэффициент эффективной пористости экспериментально находится путем заполнения образца искусственно приготовленной смесью нефтяного флюида, моделирующей его свойства.

Под закрытойпористостью подразумевается объём изолированных пор, не имеющих связи с другими пустотами.

Пористость измеряется в процентах. Величина коэффициента пористости горных пород может достигать до 40%.

По размерам все пустоты или поры делятся на:

1. Сверхкапиллярные (крупнее 0,5мм). Движение флюидов подчинено законам гидравлики (нефть и газ перемещаются под действием гравитационных сил).

2. Капиллярные(размеры 0,5 – 0,0002 мм). Движение жидкости затруднено вследствие сил молекулярного сцепления.

3. Субкапиллярные (размеры менее 0,0002 мм). Фильтрация воды по таким порам невозможна. Возможен процесс диффузии –это самопроизвольное перемещение веществ на молекулярном уровне по направлению уменьшения концентрации. Субкапиллярные поры характерны для глинистых пород.

ПРОНИЦАЕМОСТЬ

Проницаемость– способность горных пород пропускать через себя жидкость или газы при наличии перепада давления. Очень часто породы, обладая довольно большой пористостью (например, глины, пористость которых достигает до 40 %), практически не проницаемы. Вследствие чего они не могут отдавать содержащиеся в их порах нефть и газ. Поэтому для оценки практической значимости коллекторов необходимо иметь сведения и о пористости, и о проницаемости.

Различают следующие виды проницаемости: абсолютная, эффективная (фазовой) и отно­сительная.

1. Абсолютнаяпроницаемость – это проницаемость, измеренная при прохождении через породу какого–либо флюида в условиях полного насыщения пор породы этим флюидом.

2. Эффективная (фазовая)проницаемость – это проницаемость, определённая по какому–либо флюиду в присутствии в породе другого флюида.

3. Относительнаяпроницаемость определяется отношением эффективной проницаемости к абсолютной. Выражается безразмерной величиной меньше 1.

Проницаемость является одним из важнейших факторов миграции нефтегазовых флюидов. Она подчиняется закону Дарси, согласно которому скорость линейной фильтрации и расход жидкости, прошедшего через пористую среду площадью при струйном ламинарном потоке, прямо пропорциональны перепаду давлений и обратно пропорциональны его динамической вязкости:

V= Q / F =k_пр∆P / μ L, где

V – скорость линейной фильтрации флюида (м/c);

Q – расход жидкости (м³/c);

F – площадь поперечного сечения (м²);

k_пр – коэффициент проницаемости (м² );

∆P – перепад давления (Па);

μ – динамическая вязкость (Па*с);

L – длина образца (м).

Коэффициент проницаемости пропорционален расходу жидкости, его вязкости и длине образца и обратно пропорционален ее площади и перепаду давлений:

K_пр=Qμ L / F ∆P.

В системе СИ коэффициент проницаемости измеряется в м². Проницаемость в 1 м² – это очень большая величина. В природе таких высокопроницаемых пород не существует, поэтому проницаемость горных пород оценивается в микрометрах квадратных:

1 мкм² = 1 *10^-6м².

До введения системы СИ в системе СГС в качестве единицы измерения проницаемости использовалась величина Дарси (Д). В настоящее время за единицу проницаемости принимается 1 мкм² – это такая проницаемость, при которой через поперечное сечение в 1 см ² при перепаде давления в 0,1 МПа за 1 с проходит 1 см ³ жидкости вязкостью в 0, 001 Па с:

1Д=1,02*10^-12м²=1 мкм²

1мД=0,001 мкм².

По величине коэффициента проницаемости породы-коллектораделятся на 5 классов:

I – очень хорошо проницаемые более 1 мкм²;

II – хорошо проницаемые - 0,1- 1 мкм²;

III – среднепроницаемые - 0,01 – 0,1 мкм ²;

IV – слабопроницаемые - 0,001 – 0, 01 мкм²;

V – непроницаемые менее 0, 001 мкм².

Практическое значение с точки зрения нефтенакопления и нефтеотдачи имеют коллекторы первых трёх классов, а для газов также и четвёртый класс.

Проницаемость пород – коллекторов зависит от:плотности укладки и взаимного расположения зерен (рис.5); степени отсортированности, цементации и трещиноватости; взаимосообщаемости пор, каверн и трещин.

Рис. 5. Схема укладки сферических зёрен одного размера