Гранулометрический состав

Терригенные коллекторы состоят из обломков (зерен) минералов и пород различного размера, скрепленных между собой карбонатным или терригенным цементом. В зависимости от преобладания того или иного размера зерен породы - коллекторы называются по-разному: при размерах обломков 1-5 мм - это гравелит (несцементированные и рыхлые разности называются гравий). Породы с размерами зерен 0,1-1,0 мм называются песчаниками (пески), 0,01-0,1 мм - алевролиты (алевриты) и аргиллиты (глины) при размере зерен менее 0,01 мм. В свою очередь, каждая из этих пород делится на крупно -, средне - и мелкозернистые разности. Соотношение зерен разного размера в составе пород называется гранулометрическим составом. Эта характеристика пород имеет важнейшее влияние на качество коллекторов. Количественное содержание разных фракций определяет пористость, проницаемость, удельную поверхность, продуктивность пород.

Для определения гранулометрического состава пород проводят ситовой и седиментационный анализ. Первый из них осуществляется путем просеивания дезинтегрированной породы через сита разного размера. Но такой анализ применим для зерен сравнительно крупного размера (обычно более 0,1 мм). Для разделения зерен более мелкого размера применяется седиментационный анализ, когда порода размешивается с водой и по времени осаждения порода разделяется на разные фракции.

Порода никогда не состоит из зерен одной фракции и содержит обломки песчаного, алевритового и глинистого размеров. Сочетание разных фракций в составе породы определяет степень отсортированности пород: хорошо отсортированными считаются породы, в составе которых явно преобладает одна фракция, и плохо отсортированными - те, которые состоят из зерен разного размера. При одинаковой средней размерности зерен лучшими коллекторскими характеристиками обладают лучше отсортированные породы, т.к. в плохо отсортированных породах поры, создаваемые между крупными обломками, заполняются более мелкими зернами, что приводит к резкому снижению пористости и проницаемости.

Значительное влияние на коллекторские свойства пород имеет размер зерен: чем крупнозернистее порода, тем более высокими коллекторскими характеристиками она обладает. К уменьшению коллекторских параметров пород приводит содержание глинистых частиц.

Пористость

Пористость пород характеризует их емкостные свойства и определяется объемом пустот внутри пород, сложенных порами, кавернами и трещинами. Различают три вида пористости: общую, открытую и эффективную. Общая пористость определяется объемом всех пор, независимо от их размеров и наличия между ними связей. Открытая пористость охватывает только сообщающиеся между собой поры. Эффективная пористость определяется объемом пор, заполненных полезным компонентом (нефтью или газом). Наиболее широкое распространение получила открытая пористость и чаще всего когда говорят о пористости пород, речь идет об открытой пористости.

Открытая пористость характеризуется коэффициентом пористости

т, который равен:

m=Vn/V₀где Vп - объем открытых пор;

Vо - объем образца породы.

При этом пористость получается в долях единицы. На практике чаще пористость дается в процентах, для получения которой полученную цифру умножают на 100.

Каналы, по которым поры соединяются между собой, подразделяются на сверхкапиллярные (2-0,5 мм), капиллярные (0,5-0,0002 мм) и субкапиллярные- менее 0.0002 мм. По сверхкапиллярным каналам движение нефти и газа происходит свободно, по капиллярным - при значительном участии капиллярных сил, а по субкапиллярным каналам движение жидкости невозможно. Если в породе распространены только субкапиллярные каналы, она, независимо от величины пористости, является неколлектором (покрышкой). К таким породам относятся глины, аргиллиты, плотные известняки и т.д.

Наиболее распространены в природе породы с межзерновой пористостью (пески, песчаники, алевролиты и т.д.). Реже встречаются кавернозные и трещинные коллекторы. Первые характерны для карбонатных пород. Трещинные коллекторы встречаются среди пород самого различного происхождения: в известняках, плотных песчаниках, вулканических и метаморфических породах. По абсолютной величине трещинная пористость обычно невелика и составляет доли или первые единицы процентов, в то время как межзерновая и кавернозная пористости могут достигать нескольких десятков процентов. Между тем трещинная пористость играет большую роль при формировании проницаемости пород, т.к служит каналами для движения жидкости и газа по пласту.

В Западной Сибири практически весь газ и вся нефть сосредоточены в породах с межзерновой пористостью. Величина пористости в разных пластах колеблется от 10-12% (глубокозалегающие отложения нижней-средней юры) до 30-35% (сеноманские отложения). Редко встречаются образцы с пористостью до 40%.

Пористость определяется как по лабораторным исследованиям керна, так и по данным промыслово-геофизических исследований скважин. По керну пористость обычно определяется по метод)' Преображенского: путем взвешивания сухих и насыщенных керосином или водой образцов. Для определения пористости по данным ГИС строятся зависимости:

гдеP_(n) - параметр пористости, определяемый как отношение сопротивления водонасыщенного образца к сопротивлению воды при пластовой минерализации:

к_(п) - коэффициент пористости, определенный по керновым данным.

По данным ГИС в разрезе скважин определяется сопротивление водоносного пласта, рассчитывается параметр пористости, и по графику определяется пористость.

Проницаемость

Проницаемость пористой среды определяется ее способностью пропускать через себя жидкость или газ при наличии перепада давления, Проницаемость зависит от размеров и формы (извилистости) открытых пор. Для оценки проницаемости пользуются линейным законом фильтрации Дарси, согласно которому скорость фильтрации в пористой среде прямо пропорциональна проницаемости породы, перепаду давления и обратно пропорциональна вязкости фильтрующейся жидкости.

Формула, выражающая отмеченную зависимость, приводятся ниже:

Kпр=QμL/FΔP

где К_пр - коэффициент проницаемости, м²;

Q - объемный расход жидкости за единицу времени, м³/сек;

μ - абсолютная вязкость жидкости, Па.с;

L - длина образца, м;

F - площадь сечения образца, м²;

Δ Р - перепад давлений на концах испытуемого образца, Па.

За единицу измерения проницаемости принимают м². Это соответствует расходу за 1 сек 1 м³ жидкости вязкостью 1 Па.с через образец сечением 1 м² и длиной 1 м при перепаде давления 1 Па. Ранее была распространена другая единица - Дарси, которая равна 1,02* 10^-12 м².

Различают абсолютную, эффективную и относительную проницаемость.

Абсолютной проницаемостью называется проницаемость пористой среды для газа или однородной жидкости при условии отсутствия физико-химического взаимодействия между ними и пористой средой и при полном заполнении пористой среды жидкостью или газом.

Эффективной является проницаемость для одной фазы (жидкости или газа) при присутствии в поровом пространстве другой фазы - газа или жидкости.

Относительная проницаемость определяется отношением эффективной проницаемости к абсолютной, и ее величина меняется в интервале 0-1.

Эффективная проницаемость всегда ниже, чем абсолютная, т.к. при определении эффективной проницаемости в поровом пространстве присутствует другая фаза, которая занимает часть порового пространства и приводит к уменьшению эффективного сечения, через которую идет фильтрация жидкости. Величина эффективной проницаемости кроме других факторов существенно зависит от степени насыщения соответствующей фазой: она максимальна при полном насыщении данной фазой и приближается к абсолютной проницаемости и минимальна при слабом насыщении. При достижении определенного предела проницаемость по данной фазе может упасть до нуля.