Коллекторские свойства горных пород

Свойства, определяющие фильтрацию и ак­кумуляцию в породах флюидов в природных условиях, т. е. способность породы служить коллекторами нефти, газа и воды, характеризу­ют коллекторские свойства горных пород.

К коллекторским свойствам горных пород относятся пористость, проницаемость, нефте- и газонасыщенность, упругоемкость, коэффици­ент нефтеотдачи и др.

Методы изучения коллекторских свойств горных пород включают три основные группы исследований: лабораторные, термогидродина­мические и промыслово-геофизические :

· лабораторные методы заключаются в ис­следовании керна с целью получения данных о пористости, проницаемости, водо- и нефтенасыщенности, остаточной водонасыщенности. Результаты являются основой подсчета запасов и проектирования разработки. Данные исследований, полученные лабораторными методами, по сравнению с остальными методами наибо­лее достоверны. Недостатком этих методов яв­ляется то, что исследования проводятся на еди­ничных образцах керна из отдельных, нередко одной-двух скважин;

· термогидродинамические методы позво­ляют определить коллекторские свойства непосредственно в скважине по данным об изменениях давления и дебита при разных режимах
эксплуатации скважин. Эти методы в отличие от лабораторных позволяют получить интегральные характеристики призабойной зоны скважин в целом (при исследовании единичных сква­жин) и достаточно больших участков пласта (при исследовании взаимодействия скважин). Мето­ды делятся на две группы: основанные на зако­номерностях установившейся фильтрации, на­пример, метод индикаторных кривых, дающих возможность определить проницаемость приза-бойной зоны, и основанные на закономернос­тях неустановившейся фильтрации, с помощью которых определяется коэффициент пьезопро-водности пласта;

· промыслово-геофизические методы отли­чаются тем, что данные о коллекторских свой­ствах пласта, получаемые с их помощью, име­ют относительный характер. Однако с учетом данных лабораторных и гидродинамических исследований анализ результатов ГИС позво­ляет получить всестороннюю характеристику коллектора по всей площади месторождения.

На коллекторские свойства существенно влияют изменения термобарических условий. Поэтому эти свойства необходимо определять в условиях, близких к пластовым.

Пористость

Под пористостью горной породы понимают наличие в ней пустот — пор, каверн, трещин и соединяющих их каналов. Пористость измеря­ется коэффицентом пористости, представляю­щим отношение объема всех пустот горной по­роды к ее общему объему, выраженное в про­центах или в долях единицы:

В нефтепромысловой практике использует­ся главным образом открытая, эффективная, межзерновая и трещинная пористость.

Открытая пористость — это сообщающие­ся друг с другом поры горной породы, объем которых может меняться в пределах 10—20%. Открытая пористость определяется лаборатор­ными методами, гидродинамическими метода­ми исследования пластов и методами промыс­ловой геофизики.

Эффективную, или полезную, пористость характеризует объем только тех поровых про­странств, через которые возможно движение жидкости [нефти и воды) или газа под воздей­ствием тех или иных сил, соизмеримых с сила­ми, возникающими при разработке нефтяных месторождений. Тепловое воздействие на пласт ведет вследствие увеличения охвата порового пространства процессом вытеснения к значи­тельному повышению эффективной пористос­ти и, соответственно, нефтеотдачи.

Пористость пластов может изменяться в вертикальном и горизонтальном направлениях: в горизонтальном направлении, или по прости­ранию пласта, значение ее изменяется посте­пенно и, наоборот, в вертикальном, или попе­рек толщины и слоистости пласта, — резко.

По данным геофизических исследований, при определенных геологических условиях мож­но получить более подробные и достаточно точ­ные сведения о пористости и ее изменении в пределах изучаемого месторождения. В неко­торых случаях пористость пласта оценивают с помощью методов потенциалов собственной поляризации (ПС), радиоактивных методов и, в первую очередь, нейтронного по плотности надтепловых и тепловых нейтронов, гамм а-нейтрон­ного и нейтронного гамма-каратажа.

Межзерновая пористость — это пористость, образующаяся между зернами осадочной (терригенной, карбонатной) породы, морфология и объем которой определяются взаиморасположе­нием слагающих породу зерен и цемента. Вели­чина ее колеблется обычно в пределах от 10 до 20%. Межзерновая пористость определяет основ­ной объем коллектора как вместилища нефти.

Трещинная пористость — это пористость или объем трещин, секущих горную породу. Эта величина пористости намного меньше межзер­новой пористости и обычно колеблется в пре­делах от 0,01 до 1%. Трещинная пористость мо­жет развиваться в осадочных, магматических и метаморфических породах и в гораздо большей степени, чем межзерновая пористость зависит от величины горного давления. Трещинная по­ристость определяется промыслово-геофизическими методами.

В большей степени свойства пористых сред определяются размерами поровых каналов, ко­торые разделяются на капиллярные и субкапил­лярные. К капиллярным порам принято отно­сить поры, диаметр которых колеблется от 0,0002 до 0,5 мм, а к субкапиллярным — поры с диа­метром меньше 0,0002 мм.

В связи с тем, что жидкость и газы могут двигаться не во всех порах, вводят понятие эф­фективной пористости. Коэффициентом эффек­тивной пористости называется отношение эф­фективного объема пор породы, по которому может происходить движение жидкости, к ви­димому ее объему:

В нефтяной практике для характеристики пористости нефтесодержащих пород применя­ется еще понятие динамической пористости. Коэффициентом динамической пористости на­зывается отношение объема движущейся жид­кости в породе (при полном заполнении пор жидкостью) к видимому объему породы:

Динамическая пористость зависит не толь­ко от свойств породы, но и от физико-химичес­ких свойств пластовых жидкостей и предметов давлений, обусловливающих их движение.

В табл. 1 приводятся коэффициенты полной пористости некоторых горных пород.

Таблица 1

Значение возможных интервалов полной пористости некоторых горных пород

Проницаемость

Проницаемость характеризует свойство кол­лектора отдавать, пропускать через себя нефть, воду или газ. Эта величина зависит главным образом от геометрической характеристики пористой среды — размера и формы поровых каналов, их протяженности, сообщаемости меж­ду собой и др. и практически не зависит от при­роды жидкости.

По проницаемости коллекторы можно раз­делить на:

· непроницаемые и низкопроницаемые — от 0 до 0,1 дарси;

· среднепроницаемые — от 0,1 до 0,5 дарси;

· высокопроницаемые — 0,5 дарси и выше (1 дарси = 1000 миллидарси).

Как правило, проницаемость вдоль наплас­тования больше, чем поперек напластования. Проницаемость по площади обычно не везде одинакова.

Для количественного определения проницаемости пород может быть использован закон фильтрации Дарси, по которому скорость филь­трации жидкости в пористой среде пропорцио­нальна перепаду давления и обратно пропорци­ональна вязкости:

где Q — объемный расход жидкости через породу за 1 сек.;

V — скорость линейной фильтрации;

— динамическая вязкость жидкости;

F — площадь фильтрации;

Р — перепад давления на длине образца;

к — коэффициент проницаемости породы

Проницаемость может определяться также гидродинамическими и промыслово-геофизическими методами. Проницаемость выражается в м².

Горная порода обладает проницаемостью в 1 мкм^г, если через ее поперечное сечение пло­щадью 1 см^г под действием градиента давления 98,07 кПа ежесекундно протекает 1 м¹ жидко­сти вязкостью 1 мПа-с.

Различают абсолютную (физическую), фа­зовую и фазовую относительную проницае­мость.

Под абсолютной проницаемостью понима­ется объемный расход, не взаимодействующий с минеральным скелетом, жидкости определен­ной вязкости, полностью насыщающей откры­тое поровое пространство горной породы и фильтрующейся через заданную площадь ее поперечного сечения под действием известно­го градиента давления; определяется лабораторными методами по формуле:

где К — абсолютная проницаемость;

Q — расход жидкости;

— вязкость жидкости;

S — площадь фильтрации;

L — высота цилиндрического образца;

Р — перепад давления на торцах образца.

Используется для оценки коллекторских свойств горных пород на стадии поисково-раз­ведочных работ.

Под фазовой проницаемостью понимается объемный расход жидкости известной вязкос­ти, фильтрующейся через определенную пло­щадь поперечного сечения горной породы под действием заданного градиента давления в ус­ловиях, когда кроме данной жидкости в поровом пространстве горной породы присутству­ют другие несмешивающиеся жидкости.

Она необходима для вычисления относитель­ной фазовой проницаемости, использующейся для расчета процесса нефтеотдачи, определяет­ся лабораторными методами, выражается так­же в м².