КОЛЛЕКТОР нефти и газа, горная порода, способная вмещать жидкие, газообразные углеводороды и отдавать их в процессе разработки. Коллекторы подразделяются на промышленные, из которых возможно получение достаточных по величине притоков флюидов, и непромышленные, из которых получение таких притоков на данном этапе невозможно. Нижние пределы параметров коллекторских свойств (проницаемости и полезной ёмкости), определяющие промышленную оценку коллектора, зависят от состава флюида (для газа в связи с его подвижностью они значительно ниже, чем для нефти) и типа коллектора (поровый, биопустатный, кавернозный, трещинный или смешанный).
Формирование коллектора начинается со стадии седиментогенеза породы. Степень сохранности седиментационных признаков зависит, прежде всего, от минерального состава породообразующей части (матрицы) коллектора, минерального состава и формы распределения в поровом пространстве цемента, а также от мощности коллектора. Постседиментационная эволюция коллектора определяется новыми признаками, формирующимися под влиянием увеличивающихся давления и температуры, повышения концентрации флюидов, перераспределения цементирующего материала, изменения структуры пустотного пространства, растворения неустойчивых и образования стабильных минералов. Изменения протекают с разной интенсивностью, определяемой в первую очередь литологическим типом породы.
Наиболее распространены терригенные и карбонатные коллекторы, с которыми связаны основные извлекаемые запасы углеводородов, реже встречаются глинисто-кремнисто-битуминозные, вулканогенные и вулканогенно-осадочные, магматические и др.
Основной масса терригенных коллекторов относится к поровому типу, характеризующемуся межзерновым пустотным пространством, их называют межзерновыми (гранулярными); встречаются также коллекторы со смешанным характером пустотного пространства (трещинно-поровые и даже кавернозно-поровые разности - если часть зёрен сравнительно легко выщелачивается). Свойства терригенных коллекторов зависят, прежде всего, от гранулометрического состава, формы и характера поверхности, слагающих породу зёрен, степени их отсортированности, окатанности, вида упаковки обломочных зёрен; количества, состава и типа цемента. Эти параметры обусловливают геометрию порового пространства, определяют величины эффективной пористости, проницаемости, принадлежность пород к различным классам коллекторов порового типа. На фильтрационную способность терригенных коллекторов влияет также количество, минеральный состав и характер распределения глинистой примеси, снижающей проницаемость. Среди множества классификаций терригенных коллекторов наиболее популярная построена с учётом их гранулометрического состава, эффективной пористости и проницаемости. По этим параметрам различают шесть классов терригенных коллекторов с проницаемостью соответственно свыше 1000 мД (миллидарси), 1000-500, 500-100, 100-10, 10-1 и менее 1 мД (1 мД≈ 1·10 -3 мкм 2). Каждому типу песчано-алевритовых пород в пределах того или иного класса соответствует своя величина эффективной пористости. Породы, относящиеся к классу с проницаемостью менее 1 мД, в естественных условиях обычно содержат 90% и более остаточной воды и не являются коллекторами промышленного значения. Лучшими фильтрационными свойствами обладают кварцевые пески вследствие низкой сорбционной способности кварца. Наличие трещин спайности и таблитчатый габитус (облик) большинства минералов, слагающих полимиктовые песчаники, а также их более высокая сорбционная ёмкость значительно снижают коэффициент фильтрации флюидов.
Для карбонатных коллекторов характерен наиболее широкий спектр типов: гранулярные (оолитовые и обломочные известняки), трещинные (плотные известняки и доломиты), кавернозные (результат карста), биопустотные (органогенные известняки). Особенности карбонатных коллекторов - ранняя литификация, избирательная растворимость, склонность к трещинообразованию - обусловили большое разнообразие морфологии и генезиса пустот. Качество карбонатных коллекторов определяется первичными условиями седиментации, интенсивностью и направленностью постседиментационных преобразований, за счёт влияния которых развиваются дополнительные поры, каверны, трещины и крупные полости выщелачивания. Карбонатные коллекторы характеризуются крайней невыдержанностью свойств и их значительным разнообразием в зависимости от фациальных условий образования, что затрудняет их сопоставление. Фациальные условия образования карбонатных пород в большей мере, чем в терригенных, влияют на формирование коллекторских свойств. По минеральному составу карбонатные породы менее разнообразны, чем терригенные, но по структурно-текстурным характеристикам имеют гораздо больше разновидностей. Влияние вторичных преобразований особенно велико в породах с первично неоднородной структурой порового пространства (органогенно-обломочные разности). По характеру постседиментационных преобразований карбонатные породы отличаются от терригенных, прежде всего степенью уплотнения. Остатки биогермов с самого начала представляют практически твёрдые образования, и далее уплотнение идёт уже медленно. Карбонатный ил и мелкообломочные, комковато-водорослевые карбонатные осадки быстро литифицируются, пористость несколько сокращается, но значительный объём порового пространства «консервируется». Трещиноватость, как правило, составляющая в породах 0,1-1%, в карбонатных коллекторах может достигать 1,5-2,5%. При значительной мощности трещиноватых продуктивных горизонтов ёмкость трещин имеет существенное значение для оценки полезного объёма пластов. Дополнительная ёмкость карбонатных коллекторов трещинного типа создаётся также стилолитовыми швами, образование которых связано с неравномерным растворением под давлением. Глинистая корочка на поверхности стилолитовых швов представляет нерастворимый остаток породы. Часто горизонты развития стилолитов являются наиболее продуктивными в разрезе, что обусловлено вымыванием глинистых корочек. Наиболее значительные запасы углеводородов сосредоточены в кавернозно-поровом и поровом типах карбонатных коллекторов. Лучшими карбонатными коллекторами являются рифовые известняки, из которых были получены и рекордные дебиты нефти (десятки тысяч тонн в сутки).
В глинисто-кремнисто-битуминозных коллекторах преобладают трещинные и порово-трещинные типы. Породы характеризуются значительной изменчивостью минерального состава, неодинаковой обогащённостью органическим веществом. Микрослоистость, развитие субкапиллярных пор и микротрещиноватость обусловливают относительно низкие фильтрационно-ёмкостные свойства. В некоторых разностях пористость достигает 15% при проницаемости в доли мД. В таких породах участки с повышенной пористостью и проницаемостью разнообразной формы возникают в процессе катагенеза (синхронно с генерацией нефтяных и газовых углеводородов и перестройкой структурно-текстурных особенностей минеральной матрицы породы). Считают, что в седиментогенезе образуются микроблоки породы, покрытые плёнкой сорбированного органического вещества. Колломорфный кремнезём, обволакивая агрегаты глинистых минералов, создаёт на их поверхности сложные комплексы с участием органического вещества и кремнезёма (возникают так называемые кремнеорганические рубашки). Процессы трансформации глинистых минералов и выделения связанной воды приводят к образованию мелких послойных трещин. Отдельные участки породы вследствие роста внутреннего давления пронизываются системой трещин вдоль поверхности «рубашек». При вскрытии таких коллекторов, как правило, отмечаются разуплотнение и аномально высокое пластовое давление. Повышению трещиноватости породы способствуют и тектонические процессы. При отборе нефти из таких пород трещины смыкаются - это коллекторы «одноразового использования». В них нельзя закачать газ или нефть, как это делают при строительстве подземных хранилищ в других типах пород.
Среди вулканогенных и вулканогенно-осадочных коллекторов наиболее часто встречаются трещинный и порово-трещинный типы. Эти коллекторы отличаются большой ролью трещиноватости, резкой изменчивостью свойств в пределах месторождения. Нефть и газ в туфах, лавах и других разностях связаны с пустотами, которые образовались при выходе газа из лавового материала, или с вторичным выщелачиванием и трещиноватостью. Нефтеносность этих пород всегда вторична. Особенность таких коллекторов заключается в несоответствии между сравнительно низкими величинами ёмкости, проницаемости и высокими дебитами скважин, вскрывающих залежи в этих породах.
Формирование коллекторов в магматических и метаморфических породах связано с метасоматозом и выщелачиванием в результате гидротермальной деятельности, контракцией (усадкой) при остывании породы, дроблением по зонам тектонических нарушений. Основной объём пустот в магматических коллекторах принадлежит микротрещинам и микрокавернам. Пористость пород в большинстве случаев не превышает 10-11%. Проницаемость матрицы невысока, но в результате развития кавернозности и трещиноватости в целом проницаемость достигает сотен мД.
Выявление коллекторов нефти и газа проводится комплексом геофизических исследований скважин и анализом лабораторных данных с учётом геологической информации по месторождению. При изучении карбонатных коллекторов, кроме традиционных литологических и промыслово-геофизических методов, используют фото и ультразвуковой каротаж, метод капиллярного насыщения пород люминофорами и др.
Лит.: Справочник по геологии нефти и газа / Под редакцией Н. А. Еременко. М., 1984; Геология и геохимия нефти и газа / Под редакцией Б. А. Соколова. 2-е изд. М., 2004.
Типы пород – коллекторов, гранулометрический состав пород, коллекторские свойства трещиноватых пород.
К настоящему времени предложен ряд классификаций коллекторов терригенного (обломочного) и карбонатного состава, однако ни одна из них не получила практического применения. Это объясняется тем, что трудно создать универсальную классификацию коллекторов, которая отражала бы все их свойства и представляла бы не только академический интерес, но и удовлетворяла бы запросам промышленности, оказывая существенную помощь при поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений.
В различных опубликованных классификациях рассматриваются самые разнообразные свойства коллекторов: в одних излагаются морфология и генезис поровых пространств (И.М. Губкин), в других коллекторы расчленяются по форме их поровых пространств (П.П. Авдусин и М.А. Цветкова), в третьих они расчленяются по проницаемости (А.Г. Алиев, Г. И. Теодорович), далее по признакам, характеризующим различные генетические типы коллекторов (Н. Б. Вассоевич), наконец, по эффективной пористости и проницаемости (А. А. Ханин) и т. д.
Основываясь на данных о пористости и проницаемости горных пород, все известные коллекторы нефти и газа можно подразделить на две большие группы: межгранулярные (поровые) и трещинные.
Основное их различие заключается в том, что емкость и фильтрационные свойства межгранулярных коллекторов (чаще всего песчаников) определяются в основном структурой порового пространства, тогда как в трещинных коллекторах фильтрация нефти и газа обусловливается главным образом трещинами. Основной емкостью для трещинных коллекторов служат те же, что и для межгранулярных, - межзерновые поры, а в карбонатных породах также и каверны, микрокарстовые пустоты и стилолитовые полости.
Роль самих трещин в общей емкости трещинного коллектора, как правило, незначительна и лишь иногда возрастает в зонах дробления горных пород вблизи дизъюнктивных дислокаций.
Трещинные коллекторы характеризуются разнообразием и сложностью их строения, наличием в них микротрещин, роль которых является ведущей в фильтрации флюидов. Однако не следует смешивать трещинный коллектор с трещиноватой породой, так как трещинный коллектор характеризуется лишь ему присущими специфическими особенностями, которые были указаны выше.
Е.М. Смехов и другие по условиям фильтрации выделяют два типа коллекторов - межгранулярные и трещинные, - а по характеру их емкости - каверновый, карстовый, смешанный и порово-трещинный, которые, в свою очередь, подразделяются по преобладающему значению той или иной структуры пустот.
Большая часть имеющихся в трещиноватых породах пустот, определяющих тип коллектора, сообщаются благодаря широко развитой в них сети микротрещин.
Приведенная классификация трещинных коллекторов может оказаться полезной на практике, так как выделение в разрезе того или иного типа трещинного коллектора способствует выбору надлежащего метода разведки и разработки месторождения, а также учету необходимых параметров (пористость, коэффициенты нефтенасыщенности и нефтеотдачи) для подсчета запасов нефти и газа.
Природные коллекторы весьма разнообразны по строению и чаще всего представлены смешанными типами с преобладанием того или другого основного типа.
Во всех районах распространены преимущественно две системы трещин, одна из которых, как правило, имеет простирание, совпадающее с простиранием слоев, вторая - с направлением падения слоев. Спорадически появляются диагональные к ним системы трещин.
Другой характеристикой трещиноватости является густота трещин, тесно связанная с литологией пород. Обычно наибольшей рас-тресканностью обладают кремнистые разности, затем глинистые и известковистые. В песчаных разностях в общем случае отмечены минимумы трещиноватости. Интенсивность трещиноватости не зависит от мощности слоя, что доказано на большом фактическом материале.
При изучении трещин в шлифах отмечено, что микротрещины развиты в той или иной мере во всех литологических разностях горных пород. Наименьшее количество трещин имеют песчаники и алевролиты, однако и в них отмечены открытые трещины и трещины, заполненные желтым битумом.
В то время как распределение трещиноватости в разрезе зависит от литологических разностей пород, распределение максимумов растресканности по площади тесно связано с тектоническими явлениями, контролируемыми упругостью породы. Имеются данные о том, что независимо от условий, максимумы трещиноватости преимущественно располагаются на периклиналях структур. Иногда они приурочены к изгибам слоев.
В то же время структуры платформенного типа имеют максимумы трещиноватости, спорадически распространенные по крыльям складок, на структурах геосинклинального типа - вдоль осей.
Согласно изложенной характеристике трещиноватых пород при определении их пористости (емкости) для подсчета запасов основное внимание должно быть уделено изучению межзерновой пористости. Однако в некоторых случаях при выяснении емкости коллектора необходимо учитывать и трещинную пористость, если межзерновая или вторичная равны первым единицам процента, а трещинная 1% и более.
Гранулометрический состав пород.Гранулометрический анализ горной породы дает представление о количественном содержании в ней частиц различной величины. Количественное содержание и соотношение фракций частиц в известной мере определяют пористость, проницаемость и коллекторские свойства породы. Гранулометрический анализ выражается в определении процентного содержания фракций зерна различной крупности (в мм). Он производится различными методами, подробно описываемыми в специальной литературе.
В промысловых условиях гранулометрический состав породы обычно определяют ситовым анализом, заключающимся в разделении частиц размером свыше 0,1 мм (0,074 мм). Для разделения частиц менее 0,074 мм применяют седиментационный и другие методы. Фракционный состав породы обычно записывают в таблицу (табл. 1).
По гранулометрическому составу выделяют разнообразные породы: глины, алевриты, пески и т. д. Характер дисперсности пород определяется не только их гранулометрическим составом, но и удельной поверхностью. Удельной поверхностью породы называется суммарная поверхность частиц, содержащихся в единице объема образца. Между гранулометрическим составом и удельной поверхностью существует определенная зависимость: чем больше мелких частиц в породе, тем больше ее удельная поверхность, и чем больше крупных частиц, тем меньше удельная поверхность. Таким образом, определение удельной поверхности породы дополняет данные гранулометрического анализа.
Наибольшую удельную поверхность имеют пелиты, меньшую - алевриты, а наименьшую - псаммиты. С увеличением удельной поверхности, как правило, ухудшаются коллекторские свойства породы.
Помимо этого, на основании данных гранулометрического состава судят о характере однородности породы. Для этого строят кривые суммарного состава и распределения зерен песка по размерам, откладывая по оси ординат нарастающие весовые проценты фракций, а по оси абсцисс - диаметры частиц в логарифмическом масштабе.
Построение указанной кривой в соответствии с примером гранулометрического состава илистого мелкозернистого песка, приведенного в таблице, ведется следующим образом. Данные таблицы преобразуют в удобный для графического изображения вид нарастающих процентов для соответствующих диаметров частиц.
На основе указанных данных строят кривую суммарного гранулометрического состава. По указанной кривой определяют коэффициент неоднородности породы, под которым понимают отношение диаметра частиц фракции, составляющей со всеми более мелкими фракциями 60% вес. от веса всего песка, к диаметру частиц фракции, составляющей со всеми более мелкими фракциями 10% вес. от веса песка, т.е.
Для однородного по составу песка коэффициент неоднородности равен единице. Коэффициент неоднородности пород нефтяных месторождений России колеблется в пределах 1,1 – 20.
Знание однородности пород позволяет получить относительное суждение о его коллекторских свойствах, которые улучшаются для однородных песков (и песчаников) по сравнению с неоднородными.
Наряду с этим знание гранулометрического состава пород позволяет выбрать размер щелей фильтров в эксплуатационных колоннах для предотвращения (или ограничения) поступления песка из пласта в скважину.
Трещиноватость пород. Более 60% добываемой в настоящее время нефти в мире приурчено к карбонатным коллекторам. В связи с этим проблема изучения трещинных коллекторов в последние годы приобрела весьма актуальное значение.
Изучение природы пористости и проницаемости карбонатных пород, их стратиграфии, тектоники, геологической истории и палеогеографии позволяет более эффективно проводить поиски, разведку и разработку связанных с ними залежей нефти.
Литолого-петрографическое изучение трещиноватости пород показало широкое распространение в породах микротрещиноватости («волосные» микротрещины). По происхождению микротрещины могут быть подразделены на диагенетическо-тектонические и тектонические. Выяснение происхождения трещиноватости возможно лишь при детальном изучении петрографических и геологических данных, характеризующих породы, и при наличии большого каменного материала.
В большинстве случаев трещиноватость пород преимущественно связана с тектоническими и реже с диагенетическими процессами.
Трещины диагенетического происхождения свойственны преимущественно известнякам и доломитам, они располагаются чаще перпендикулярно к слоистости.
Распространение трещин из одного слоя в другой с сечением поверхности напластования может свидетельствовать о тектоническом происхождении трещин. Трещины нетектонического происхождения обычно образуют в плане многоугольную сетку. Вопрос о происхождении микротрещин еще недостаточно изучен и требует проведения дальнейших исследований.
Нетектонические трещины, именуемые первичными, образовались в стадию позднего диагенеза и эпигенеза. В породах, прошедших стадию хотя бы первых слабых тектонических (колебательных) движений, первичные трещины преобразуются в тектонические и приобретают свойственные им особенности. Так как в земной коре не существует недислоцированных пород, кроме современных осадков, выделение более или менее значительного количества первичных трещин затруднительно.
В настоящее время тектоническое происхождение подавляющего большинства трещин можно считать доказанным. Об этом свидетельствуют особенности, свойственные трещиноватости:
1)объединение трещин в системы, образующие более или менее правильные геометрические сетки;
2)преимущественно вертикальный относительно слоистости пород наклон трещин;
3)тесная связь ориентировок основных систем трещин с направлением тектонических структур.
Такое происхождение имеют трещины в пределах одного пласта, а также пересекающие несколько пластов независимо от их состава и мощности. Аналогичное явление наблюдается в приконтактных трещинах, развитых на границах пород различного лито логического состава. Лишь трещины по слоистости (или по плоскостям, близким к ней, как, например, трещины кливажа) и диагональные к слоистости представляют исключение из преобладающих трещин, ориентированных в основном перпендикулярно к напластованию пород. Их происхождение связано с влиянием как первичных, так и вторичных процессов растворения (преимущественно в карбонатных породах) и односторонними направлениями тектонических деформаций в пластичных породах.
При изучении трещиноватости горных пород с целью определения их коллекторских свойств основной интерес представляют тектонические трещины.
Трещины, которые можно наблюдать невооруженным глазом в обнажениях, горных выработках, в керне, называют макротрещинами. В отличие от них трещины, различимые лишь в шлифах под микроскопом, называют микротрещинами. Верхний предел раскрытости (ширины) микротрещин условно принято считать равным 100 мк.
В целом трещиноватость (макро- и микротрещины) в горных породах характеризуется относительно правильными геометрическими системами трещин. В общем случае геометрическая сетка состоит из двух основных систем вертикальных (к слоистости) трещин с взаимно перпендикулярными направлениями. В отдельных случаях геометрическая сетка трещиноватости горных пород может быть представлена одной системой горизонтальных трещин по отношению к плоскостям напластования (рассланцованные, тонкослоистые породы) или тремя перпендикулярными системами (мергели), или сочетанием нескольких различно ориентированных систем (глины), создающим впечатление «бессистемного» (хаотичного) расположения трещин.
Установленная закономерность в расположении и ориентировке трещин в горной породе может рассматриваться как один из главных признаков, позволяющих определить такие важные параметры, как интенсивность трещиноватости и направление главных систем трещин.
Интенсивность трещиноватости пласта обусловливается общим количеством развитых в нем трещин и зависит от его литологического состава, степени метаморфизма пород, мощности вмещающей среды и структурных особенностей залегания пласта.
На коллекторские свойства трещиноватых пород значительное влияние оказывает литологический фактор; характер распределения и интенсивность проявления трещиноватости тесно связаны с вещественным составом исследуемых пород и структурно-текстурными особенностями; наиболее трещиноватыми являются доломитизированные известняки, затем чистые известняки, доломиты, аргиллиты, песчано-алевритовые породы, ангидрито-доломитовые породы и ангидриты.
Анализ большого фактического материала, проведенный в научно-исследовательских организациях, позволил установить, что проницаемость трещиноватых пород обусловливается системами развитых в них трещин и в общем случае пропорциональна их густоте.
Благодаря распределению трещин в горной породе по системам можно определить густоту трещин, которая дает возможность определить объемную и поверхностную плотности трещин.
Необходимые сведения о трещиноватости пород могут быть получены в процессе наблюдений в обнажениях на дневной поверхности, а затем экстраполированы на глубину - на участки со сходным геологическим строением. Такие наблюдения представляют большой практический интерес не только для территорий, где отсутствует глубокое бурение, но и для площадей, недра которых вскрыты скважинами.
Другим важным параметром трещиноватости горных пород является раскрытость (ширина) трещин. В зависимости от величины раскрытости (ширины) микротрещины делятся на очень узкие (капиллярные) 0,005-0,01 мм, узкие (субкапиллярные) 0,01-0,05 мм и широкие (волосные) 0,05-0,15 мм и более.
При исследовании трещиноватости пород, помимо густоты трещин и величины их раскрытости, следует изучать форму трещин (линейные или извилистые), степень выполнения их минеральным или битуминозным веществом и т. п.
По степени выполнения трещин различают открытые, частично выполненные и закрытые. Исследования различных лито логических разностей трещиноватых пород показали, что:
1) в песчаниках и алевролитах преобладают открытые микротрещины, реже появляются закрытые;
2) в глинах и аргиллитах также преобладают открытые микротрещины;
3) в мергелях имеются открытые и закрытые микротрещины;
4) в органогенных доломитовых известняках наряду с открытыми широко развиты закрытые микротрещины;
5) в доломитах наблюдается широкое развитие закрытых микротрещин с менее значительным распространением открытых; форма их извилистая, часто зазубренная.
Как известно, основными коллекторскими свойствами горной породы, характеризующими ее способность аккумулировать и отдавать флюиды, являются ее пористость и проницаемость. Пористость трещиноватой породы можно разделить на межзерновую и трещинную. Первая характеризует объем пустот между зернами (кристаллами) породы, вторая обусловлена объемом пустот, образованных трещинами. Объем полостей трещин называют трещинной пористостью (или иногда полостностью), а объем полостей трещин в единице объема трещиноватой породы - коэффициентом трещинной пористости (или полостности).
Кроме того, в карбонатных породах имеются пустоты, возникшие в породе за счет процессов растворения (каверны, микрокарстовые и стилолитовые полости). Таким образом, под общей пористостью трещиноватой породы следует понимать отношение суммарного объема пустот, содержащихся в породе, к объему этой породы.
Таким образом, при определении коллекторских свойств пород, очевидно, решающую роль имеет межзерновая пористость, а не трещинная.
В отличие от трещинной пористости, обычно мало влияющей на величину общей пористости породы, трещинная проницаемость фактически определяет величину общей проницаемости.
Трещины играют решающую роль в процессах фильтрации жидкости и газа в трещинных коллекторах. Это видно из того, что трещиноватые породы представлены обычно либо хрупкими, либо твердыми литологическими разностями, межзерновая проницаемость которых измеряется тысячными долями миллидарси. Между тем из таких пород в ряде отечественных и зарубежных месторождений получены весьма значительные притоки нефти и газа.
Основная часть нефтяных и газовых месторождений приурочены к осадочным породам - обломочным, органогенным и хемогенным.
Обломочные породы - коллекторы образуются за счет разрушения прежде существовавших горных пород - мXагматических и магматические.
Обломочные делятся на:
1. терригенные
рыхлые: сцементированные:
песок > 0,1 мм песчаник
алеврит 0,1 - 0,01 алевролит
глина < 0,01 аргиллит
Частицы разрушенных г.п. могут быть сцементированы глинистым и карбонатным цементом. Если цемент глинистый, то при бурении водоотдача должна быть минимальной, если водоотдача повышеннная, то глины будут набухать и проницаемость пласта будет падать и обусловит длительное освоение скважин и низкие дебиты.
Для повышения дебитов принимают глинокислотные обработки, растворяющие цемент и увеличвающие проницаемость.
Если цемент карбонатный, то применяют солянокислотные обработки. Большинство коллекторов месторождений Западной Сибири являются терригенными.
Обломочные карбонатные породы - это обломки известняка, доломита, карбонатных зерен...
Коллектора из карбонатных породов представлены в Вольго-Уральской и Тиманопечерских провинциях.
Органогенные породы - коллекторы - это известняки биогенные из останков животных и растительных организмов т.е. рифовые образования.
Это месторождения уралоповолжья, украины, белоруссии, ближнего и среднего востока, индонезии, брунея, венесуэлы, мексики, пермской области.
Хемогенные породы-коллекторы - известняки и доломиты, образующиеся из-за химических реакций при сносе в море солей, кальция и магния.
В пордах коллекторах выделяют Поры:
Первичные поры (образованы в ходе осадконакопления):
Структурные (между частицами зерен пород)
Поры между плоскостями пород
Биогенные пороы при разложении органики
Межгранулярные и межкристаллические
вторичные:
как результат выщелачивания, перекристаллизации, доломитизации и эрозионных процессов.
Первичные поры обычно заполнены остаточной или связанной водой, сохранившейся в породе. Вторичные поры содержат нефть и газ.ы
Неколлекторные породы – это породы, которые не отдают нефть и газы. Коллекторы – накапливающие и отдающие нефть, газ и воду.ы
Итоги исследования щлама и керна увязывают с данными ГИС, результатами испытаний и гидродинамических исследованиях. Наиболее пористые трещиноватые породы насыщенные УВ в процессе отбора разрушаются. В ЗС коллекторы определяются в основном по ГИС. Продуктивные пласты характеризуются отрицательными аномалиями кажущегося сопротивления и уменьшением диаметра скважин на кавернометрии.
37. Методика выделения коллекторов в терригенном в разрезе. Продуктивные пласты характеризуются отрицательными аномалиями кажущегося сопротивления горных пород (нефть и газ ток не проводят) и уменьшением диаметра скважин на кавернометрии.
Кавернометрией определяется диаметр скважин
При бурении глинистый раствор отфильтровывается в пласт и на поверхности интервала образуется глинистая корка и диаметр уменьшается.
38 . В карбонатных коллекторах три методы выделения из-за сложного строения: нефтегаз в порах, кавернах и трещинах.
Каротаж – испытание – каротаж.
Замер удельного электрического сопротивление до и после испытания позволяют выделять нужные интервалы.
После получения притоков сопротивление больше.
Метод двух растворов: сперва замеряют электрическое сопротивление, когда скважина заполнена буровым раствором, затем его меняют на воду и снова определяют сопротивление.
Вода обладает электропроводностью и проникает в пласть и сопротивление будет уменьшаться.
Совместное использование НГК и АГК. Методом НГК определяют общую пустотность пород: поры, каверны и трещины. АГК – только трещины. Так выделяется коллектор.
39. Породы коллекторы обнаруживаются также по увеличению скорости бурения, проходки на долото, провалы инструмента, поглощению бурового раствора, нефтегазоводопроводимости тк коллекторы пористые и проницаемости.
41. ФЕС характеризуется пористостью, кавернозностью и трещиноватостью.
Поры - это пустоты с диаметром < 2 мм
Виды пористости - полная, характеризуется сообщающимися и несообщающимися порами К п = V пор\V образца породы * 100 = %
Несообщающиеся поры не отдают нефть и газ.
открытая (только сообщающиеся поры). Юзается при подсчете запасов и составлении проектов разработки. К оп = (вес сухого образца керна - вес насыщенного керосином под вакуумом в воздухе образца) /(вес насыщенного керосином под вакуумом в воздухе образца - вес насыщенного керосином образца в керосине)
По размерам поры:
сверхкапиллярные = 2 - 05 мм
капиллярные = 05 - 0,0002
субкапиллярные < 0,0002
Сверх и просто капиллярные могут быть нефтегазоносны, а суб иметь остаточную воду.
Максимум открытой пористости - это около 30-40 процентов.
В ЗС наиболее часто встречается Кпо = 15-17%
К по = 10 - 17% - это трудноизвлекаемые запасы.
Для добычи нефти и газа бурят горизонтальные скважины, боковые стволы, проводят гидроразрыв пласта.
Если коэфициент открытой пористости < 10%, то залежи нерентабельны и исключаются из подсчета запасов.
В карбонатных коллекторах нефть и газ в трещинах и нижние пределы пористости 2-3%, и только с меньшей - нерентабельны.
Кавернозность. Пустоты с диаметром больше 2 мм. Каверны образуются в процессе отложения известняков в рифах и при разложении ОВ и циркуляции пластовых вод. При подсчете запасов учитывают по коэффициент кавернозности.
Каверны образуются в процесе отложения известняков в рифах и при разложении ОВ и при циркуляции пластовых вод.
К кавернозности = объем каверн \ объем пор * 100 = %
При наличии каверн и трещин дебиты на два-три порядка выше, ибо проницаемость в 100-1000 раз больше.
Трещиноватость.
Макротрещины > 40-50 мм
Микротрещины < стольки же
При бурении породы разрушаются, поэтому можно изучать только микротрещины. Т.к. основные запасы в трещинах, то трещиноватость изучают по промысловым данным с помощью фотокаратожа и телекамер.
При наличии трещин большие дебиты.
Проницаемость.
П - способность породы пропускать через себя нефть, газ или воду.
По формуле Дарси к пр = (расход флюида через образец * вязкость флюида * длина образца)\(площадь поперечного сечения образца*разница давлений на входе и выходе)
Максимальная проницаемость достигает 2-5 Дарси.
Проницаемость в ЗС обычно 0,05 - 0,5 мкм2
Если проницаемость меньше 0,05 то запасы трудноизвлекаемы. Для добычи трудноизвлекаемых проводят гидроразрыв.
42. Неоднородность, её виды и количественная оценка
Коллектора месторождений в Западной Сибири имеют высокую степень неоднородности.
Неоднородность - широкое изменение вещественного состава и коллекторских свойств по площади и по разрезу.
Есть два вида неоднородности:
Макронеоднородность
Изменение толщин продуктивных пластов и разделяющих непроницаемых прослоев. Изучают по структурным картам общих и нефтяных толщин.
h общ - толщина пласта от кровли до подошвы
h общ - h эфф = h коллектора
h н г = толщина прослоек
Для характеристик параметров строят карты общих эффективных толщин. Изучают по детальным геопрофилям.
Микронеоднородность - изменение коллекторских свойств по площади, по разрезу.
Микронеоднородность характеризуется коэффициентом песчанистости. К песч = h эфф\h общ= 0 - 1
Если 1-0,7 - то высокопрододуктивная
– это горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду и отдавать их при разработке месторождений. Абсолютное большинство пород-коллекторов имеют осадочное происхождение. Коллекторами нефти и газа являются как терригенные (пески, алевриты, песчаники, алевролиты и некоторые глинистые породы), так и карбонатные (известняки, мел, доломиты) породы.
Свойства коллекторов.
Пористость – это процент содержания пустот в породе. Кристаллические породы могут иметь менее 1% пустот, тогда как некоторые песчаники около 35–40%, а кавернозные известняки могут обладать даже еще большей пористостью.
Различают общую, открытую и эффективную пористость коллекторов.
Общая пористость заключается в отношении объема всех пор к объему всей породы.
Открытая пористость заключается в отношении объема пор, которые сообщаются между собой, к объему породы.
Эффективная пористость заключается в отношении объема пор, по которым возможно течение флюида, к объему породы.
Наиболее обычный тип пустот – промежутки между зернами крупнозернистых осадочных пород, подобных песчаникам. Размер зерен не влияет на процент пористости, если этот размер одинаков, но при смешении зерен разного размера мелкие зерна частично заполняют пространство между крупными, уменьшая тем самым процент пористости.
Другой распространенный тип пустот – это каверны растворения в карбонатных породах – известняках и доломитах. Всякий раз, когда такие породы находятся в зоне проникновения или циркуляции подземных вод, они в какой-то степени растворяются, и результатом может быть образование высокопористых пород. Размер каверн выщелачивания изменяется от микроскопических пор до гигантских пещер. Еще одним типом природных пустот являются каверны выветривания, а также трещины и щели.
Различают следующие виды пустот:
Поры между зернами обломочных и некоторых карбонатных пород, обусловленные текстурными особенностями этих пород
Поры растворения (каверны выщелачивания), образуются в результате циркуляции подземных вод преимущественно в горных породах
Поры и трещины, возникающие под влиянием химических процессов (процесс доломитизации - превращение известняка в доломит, сопровождающийся уменьшением объема)
Пустоты и трещины, образовавшиеся в результате выветривания
Трещины тектонического происхождения
По происхождению поры делятся на:
1) Первичные-образовываются во время формирования породы.
Пустоты между частицами и зернами, слагающими породу
Пустоты между плоскостями наслоения
Пустоты, образованные после разложения органики
Пустоты изверженных пород
2) Вторичные-образовываются после формирования породы.
Поры, образованные в результате растворяющего действия воды
Трещины, связанные с действием тектонических сил
Трещины, образованные в результате перекристаллизации породы
По величине поры делятся на:
Обыкновенные(сверхкапиллярные)
Капиллярные
Субкапиллярные
Проницаемость – это свойство пород быть проводником при движении жидкостей или газов. Проницаемость измеряется в Дарси. Некоторые глины имеют такую же высокую пористость, как и песчаники, но они непроницаемы, так как размер их пор очень мал. Чем крупнее поры, тем выше проницаемость. Прямой связи между пористостью и проницаемостью нет, хотя обычно породы с невысокой пористостью (10–15%) имеют также и низкую проницаемость. Если проницаемость мала, то нефть будет только слабо сочиться из породы и продуктивность окажется ниже экономически эффективной. Поэтому трудно извлекать нефть из глин, хотя обильные признаки нефти в них имеются во многих районах мира. Методы извлечения нефти из глинистых пород разрабатываются.
Выделяют абсолютную, эффективную и относительную проницаемость.
Абсолютная(физическая)-это проницаемость химически-инертного газа по отношению к породе(на практике спользуют сухой инерный газ или воздух)
Эффективная(фазовая)-это проницаемость пористой среды при наличии в порах жидкости или газа(величина зависит не только от физических свойств породы, но и от процентного соотношения насыщающих породу жидкостей или газов); эффективная проницаемость всегда ниже абсолютной
Относительная, она равна отношению эффективной проницаемости к абсолютной
Из определения пород-коллекторов следует, что они должны обладать емкостью, т.е. системой пустот - пор, трещин и каверн. Однако далеко не все породы, обладающие емкостью, являются проницаемыми для нефти и газа, т.е. коллекторами. Поэтому при изучении коллекторских свойств горных пород определяют не только их пустотность, но и проницаемость. Проницаемость горных пород зависит от поперечных (к направлению движения флюидов) размеров пустот в породе. Кроме этого горная порода должна обладать высоким коэффициентом нефтегазонасыщенности.
Хотя обычно породами-коллекторами являются песчаники и карбонатные породы, любые породы, которые обладают необходимыми геологическими или структурными характеристиками, могут содержать нефть в промышленных количествах.
Основными показателями коллекторских свойств горных пород является пористость, проницаемость и нефтегазонасыщенность.
Изменение коллекторских свойств с глубиной.
С увеличением глубины залегания пород под влиянием геостатического давления увеличивается их плотность, а следовательно пористость уменьшается и ухудшаются емкостно-фильтрационные свойства.
Это относится преимущественно к гранулярным коллекторам (пески, песчаники, алевролиты).
Улучшение коллекторских свойств с глубиной наблюдается у карбонатных и других сильноуплотненных хрупких пород, подверженных растрескиванию под влиянием тектонических и других процессов.
В терригенных горных породах - коллекторах вторичная пористость на больших глубинах при высоких температурах возникает в результате выщелачивания и растворения карбонатного или карбонатно-глинистого цемента под воздействием агрессивных горячих вод, насыщенных углекислотой.
Классификация пород-коллекторов.
Все коллекторы по характеру пустот подразделяют на три типа:
Гранулярные или поровые (только обломочные горные породы)
Трещинные (любые горные породы)
Каверновые (только карбонатные породы)
Выделяют три больших группы коллекторов по степени проницаемости:
Равномернопроницаемые
Неравномернопроницаемые
Трещиноватые
Выделяют пять классов коллекторов по величине эффективной пористости:
Класс А, пористость >20%
Класс В, пористость 15-20%
Класс С, пористость 10-15%
Класс D, пористость 5-10%
Класс Е, пористость <5%
Каждый из этих классов разделяется еще на 3 группы по скорости движения жидкости.Практическое значение имеют первые четыре класса (промышленный интерес).
По характеру и природе порового пространства коллекторы делятся на 2 большие группы:
Коллекторы с межзерновыми (межгранулярными) порами - пески, песчаники, алевролиты
Главной составной частью природного резервуара является коллектор. Коллектор – это горная порода способная вмещать в себя флюид и отдавать, при существующих методах эксплуатации месторождений.
Любая порода, которая содержит сообщающиеся между собой поры, пустоты, трещины, может стать коллектором.
Выделяют следующие группы пород коллекторов по генезису:
Обломочные или терригенные,
Биогенные или органогенные и хемогенные,
Смешанные,
Нетрадиционные коллекторы.
Терригенные или обломочные коллекторы (межзерновые, гранулярные )- это породы, образовавшиеся в результате переноса и механического накопления продуктов дезинтеграции более древних пород. Поскольку обломочный материал чаще всего транспортируется с суши в результате процессов выветривания, их еще называют терригенными. Терригенные отложения состоят преимущественно из кварца, полевых шпатов, слюд, глинистых минералов и обломков пород.
По величине обломков различают породы:
Таблица 4.1
Основная масса обломочной породы состоит из частиц, значительно более мелких, чем средние по размеру зерна. Эти мелкие частицы заполняют пустоты между более крупными зернами. Какую-то часть пустот заполняет цемент, состоящий из глинистого или карбонатного вещества. Обломки обычносвязаны цементом. Цемент может быть сингенетическим – первичным и эпигенетическим – вторичным. Обломки обычносвязаны цементом.
Хемогенные породы-коллекторы - это осадочные образования, состоящие из минерального вещества, выпавшего на месте его формирования и не подвергшегося переносу. К ним относятся известняки, мергели, доломиты, мел, кремнистые сланцы. Пустотное пространство хемогенных коллекторов образовано трещинами и кавернами выщелачивания.
Среди карбонатных коллекторов особое место занимают биогенные или органогенные толщи, образованные жизнедеятельностью организмов: кораллов, мшанок, моллюсков, диатомовых водорослей.
Нетрадиционные коллекторы , образовавшиеся при выходе газов из вулканической лавы (туфы). Газовое месторождение в туфах и лавах риолитов палеогена в Японии.
Коллекторы метаморфических и магматических пород образовавшиеся в результате выветривания, выщелачивания, тектонической дезинтеграции - вторичных изменений пород. Месторождение Белый Тигр во Вьетнаме - коллектор образовался в результате выщелачивания и дезинтеграции гранитогнейсов.
Характеристика коллекторов дается по их основным свойствам: пористости, проницаемости, структуре порового пространства. По технологическим характеристикам коллекторы должны обладать определенной емкостью и проницаемостью.
Свойства горной породы вмещать (емкость) и пропускать (проницаемость) через себя жидкости и газы называются фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС ).
Емкость определяется пористостью – объемом пустот в породе. Пористость по генетической классификации может быть:
Первичной- пустоты образуются в процессе осадконакопления и породообразования (промежутки между зернами – межзерновые поры, между плоскостями наслоения, камеры в раковинах и т.д.).
И вторичной- поры образуются в результате последующих процессов: разлома и дробления породы, растворения, перекристаллизации, возникновения трещин вследствие сокращения породы (например, при доломитизации) и других процессов. Пористость измеряется в процентах.
Суммарный объем пустот в породе называется общей (теоретической, полной, абсолютной) пористостью.
Для характеристики общей пористости используется коэффициент общей пористости - отношение суммарного объёма взаимосвязанных и изолированных пор к общему объёму горной породы
К п = V пор / V обр
где, К п - коэффициент пористости,
V пор - суммарный объем пор,
Величина общей пористости еще недостаточное свидетельство коллекторских свойств породы. Поры и пустоты могут быть взаимосообщающимися и тупиковыми (изолированными).
Открытая пористость – это объем связанных, сообщающихся между собой пор. Коэффициент открытой пористости всегда меньше коэффициента общей пористости.
К о = V о / V обр
где, К о - коэффициент открытой пористости,
V пор - объем открытых, взаимосообщающиихся пор,
V обр – объем образца породы.
Эффективная пористость – это объем пор, из которых углеводороды могут быть извлечены при разработке, еще меньшая величина.
К э = V э / V обр
где, К э - коэффициент эффективной пористости,
V пор - объем пор, через которые возможно движение флюида
V обр – объем образца породы.
Объем пор зависит от формы и размеров частиц обломочной породы, их уплотненности, отсортированности, количества, качества и типа цемента.
Тип цемента (по М.С. Швецову)
Таблица 4.2.
| Тип цемента | Взаимоотношение обломочных зерен и цемента |
| Базальный | Зерна не соприкасаются друг с другом, они как бы вкраплены в цемент. Цементация прочная |
| Поровый | Зерна соприкасаются друг с другом, все пространство между ними заполнено цементом. Прочность цементации различная |
| Порово-базальный | Часть зерен касается друг друга, часть не касается. Прочность цементации различная |
| Контактовый | Зерна соприкасаются друг с другом, и в местах их соприкосновения развит цемент. Цементация непрочная |
| Коррозионный (разъедания) | Цемент заполняет все пространство между зернами и частично внедряется в них вследствие растворения зерен. Очень прочная цементация. |
| Сгустковый (пятнистый) | Цемент развит неравномерно, пятнами. Прочность цементации различная |
Важнейшим показателем, характеризующим породу как коллектор, является размер пор: их ширина или просвет.
Пористость обусловлена наличием:
Пор – пространство между отдельными зернами, слагающими горную породу. В хорошо окатанных, близких к шарообразной форме зернах, пористость не зависит от размера зерен, а определяется их укладкой и однородностью по размеру. Неглубоко залегающие, недоуплотненные коллекторы сеноманского возраста Уренгойского месторождения имеют пористость до 40%.
При низкой отсортированности мелкие зерна заполняют свободное пространство между крупными, чем уменьшают пористость.
Рис. 4.5. Примеры идеальной упаковки зерен:
кубическая (К п = 45%); ромбическая (К п = 25%)
Каверн – сравнительно крупных пустотных пространств, образовавшихся в результате действия процессов выщелачивания.
Трещин – разрывов сплошности горных пород, обусловленных литогенетическими причинами или тектонической деятельностью. Например: с возрастанием горного давления, уплотнением пород пористость уменьшается, но не безгранично. При давлении 350 - 400 кг/см 3 песчаники начинают дробиться, появляются трещины, что приводит к возникновению вторичной пористости.
Литологическая трещиноватость (уплотнение, перекристаллизация, обезвоживание, выветривание) приспосабливается к структурно-текстурным особенностям пород. Трещины ветвятся, огибают отдельные зерна, в целом их расположение хаотично, поверхность стенок неровная.
Тектоническая трещиноватость (колебательные, складкообразовательные, дизьюнктивные движения) не считается со структурно-текстурными свойствами пород.
