Коллекторы и флюидоупоры
Коллекторы – это горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду, и отдавать их при разработке
Коллекторские ( фильтрационные) свойства породы: пористость и проницаемость.
Породы-коллекторы могут иметь первичную и вторичную пористость:
Большинство пород-коллекторов имеют осадочное происхождение.
По литологическому составу коллекторами нефти и газа являются горные породы:
Менее значимые коллекторы, связанные с вулканогенно-осадочными, глинистыми и редко-кристаллическими породами.
Терригенные коллекторы занимают 1 е место.
На них приходится доля 58 % мировых запасов нефти и 77 % газа.
К примеру, в Западно-Сибирском бассейне, практически все запасы газа и нефти находятся в терригенных коллекторах.
Емкостно-фильтрационные свойства различны.
Коллекторские свойства определяются структурой порового пространства, межгранулярной пористостью.
Глинистость ухудшает коллекторские свойства.
Карбонатные коллекторы занимают 2 е место.
На них приходится доля 42% запасов нефти и 23% газа.
Главные отличия карбонатных коллекторов от терригенных:
Фильтрация нефти и газа обусловлена, в основном, трещинами, кавернами.
Карбонатные коллекторы присутствуют на месторождениях бассейна Персидского залива, нефтегазоносных бассейнов США и Канады, в Прикаспийском бассейне.
Коллекторы, обнаруженные в вулканогенных и вулканогенно-осадочных породах, представлены эффузивными породами (лавами, пемзами) и вулканогенно-осадочными (туфами, туфобрекчиями, туфопесчаниками).
Среди глинистых коллекторов особое место занимают битуминозные глины баженовской свиты в Западной Сибири.
Гранулярные коллекторы сложены песчано-алевритовыми породами, поровое пространство которых состоит из межзерновых полостей. Подобным строением порового пространства характеризуются также некоторые пласты известняков и доломитов.
Трещиноватые коллекторы сложены преимущественно карбонатами, поровое пространство образуется системой трещин. Участки коллектора между трещинами представляют собой плотные малопроницаемые нетрещиноватые массивы (блоки) пород, поровое пространство которых практически не участвует в процессах фильтрации.
Трещиноватые коллекторы смешанного типа встречаются чаще всего, поровое пространство включает как системы трещин, так и поровое пространство блоков, а также каверны и карст.
По коллекторским свойствам выделяют 4 группы пород-коллекторов.
Классификация Дахнова:
Тип пустотного пространства, обусловленный происхождением породы, определяет ее физические свойства, поэтому он положен в основу наиболее часто используемой классификации пород-коллекторов.
Они перекрывают коллектор сверху (в ловушках), но могут и замещать коллектор по простиранию, когда, например, глины замещают песчаники вверх по подъему пласта.
Флюидоупоры могут не пропускать жидкость (нефть и воду), могут пропускать газ, который имеет меньшую вязкость.
По литологическому составу флюидоупоры представлены глинистыми, карбонатными, галогенными, сульфатными и смешанными типами пород.
В каменной соли вследствие её пластичности нет открытых пустот и трещин, каналов фильтрации, поэтому она является прекрасным экраном на пути движения нефти и газа.
Глинистые флюидоупоры наиболее часто встречаются в терригенных нефтегазоносных комплексах.
Экранирующие свойства их зависят от состава минералов, имеющих различную емкость поглощения.
ПОРОДЫ-КОЛЛЕКТОРЫ
Рис.3.4. Виды коллекторов:а,б,в,г– поровые коллекторы –а– высокопористый, образованный хорошо отсортированными частицами, б– плохо отсорированная низкопористая порода, в– хорошо отсортированная высокопористая порода сложенная проницаемыми частицами (в1-поры сообщающиеся, в2 – поры закрытые), г– хорошо отсортированнаясцементированная порода, д–каверновые поры, е– трещинные поры.. (по ttp://www.gubkin.ru/faculty/magister_training/magistrantu/posobia/UCH2/Glava4.htm)
Различают несколько видов пустотного пространства. Это поры, каверны и трещины.
Поры— пространство между отдельными зернами, слагающими горную породу (рисунки.3.4. и 3.5.).
Рис. 3.5. Движение флюидов по порам в песчанике (по http://www.neftelib.ru/neft-book/004/10/index.shtml)
Каверны— сравнительно крупные пустотные пространства, образовавшиеся в результате действия процессов выщелачивания (рис.3.6). Они развиваются в участках сгущения трещин. При этом растворяется небольшой участок породы – каверна. Каверны могут быть частично заполнены (рис.3.6. и 3.7.).
Рис.3.6. Каверны прорисованы. Видны эффективные трещины. Каверны показаны наклонными линиями.
Рис. 3.7. Доломит замещения. Первичный доломит серый, доломит второй генерации белый, он частично заполняет первичные каверны. Видны эффективные трещины. Каверны – черные.
Рис. 3.8. Эффективные трещины в верхнедевонских кремнеаргиллитах с линзами известняков.
На рисунках показаны способы изучения трещин в образцах произвольной формы (рис. 3.8, фото автора) и пропитанных люминофором, который светится в ультрафиолете (рис. 3.9 на фото – светлые полости).
По размерам все пустоты или поры делятся на сверхкапиллярные (> 0,5 мм), капиллярные (0,5-0,0002 мм), субкапиллярные ( 0,0002 мм.
Субкапиллярные каналы, как наиболее крупные, пропускают нефть, воду и газ, капиллярные каналы пропускают флюиды при участии капиллярных сил, субкапиллярные для флюидов практически непроницаемы (например, глинистые сланцы).
По генезису поры делятся на первичные, сформированные при осадконакоплении, например, в песчаниках, либо вторичные, развитые в зонах дробления, растворения, проявления вторичных процессов, таких как доломитизация, окремнение и выщелачивание.
Все коллекторы по характеру пустот подразделяется на три типа: гранулярные(только обломочные горные породы), трещинные (любые горные породы) и каверновые (только карбонатные породы).
1. гранулярные песчано-алевритовые породы, обладающие межгранулярной (межзерновой) пористостью и проницаемостью, а также известняки и доломиты с межоолитовой пористостью;
2. трещинные, приуроченные к породам с разным литологическим составом – известнякам, доломитам, сцементированным песчаникам, глинистым сланцам, а также к кристаллическим породам;
3. кавернозные, обычно связанные с карбонатными породами, а иногда с песчаниками.
Приведем краткое описание пород, в которых могут быть развиты породы-коллекторы:
Пески и песчаники состоят из обломков минералов и горных пород размером от 1 мм до 0,1 мм. По размеру зерен они подразделяются на крупнозернистые (1-0,1 мм); среднезернистые (0,5-0,25 мм) и мелкозернистые (0,25-0,1 мм). В зависимости от состава минеральных зерен различают мономинеральные и полимиктовые пески и песчаники.
Другая разновидность – оолитовые известняки, образующиеся в зоне подвижных морских вод при осаждении кальцита и растворов вокруг центра кристаллизации (пузырьков воздуха, пылинок и др.).
Доломит – порода, состоящая на 90% из минерала (CaMg(CO3)2). Для доломита характерна примесь кальцита, гипса, магнезита, кремнезема, окислов железа и других веществ, выпадающих из растворов при образовании осадков или диагенеза. По внешнему виду доломиты похожи на известняки, но почти не вступают в реакцию с холодной соляной кислотой. Окраска доломита в основном светло-желтоватых, красноватых и зеленоватых оттенков. Характерны высокая пористость, трещиноватость и кавернозность, часто за счет выщелачивания раковин.
Дата добавления: 2015-01-29 ; просмотров: 158 ; Нарушение авторских прав
Типы пород-коллекторов
Порода-коллектор – это горная порода, способная вмещать в свои поры флюиды и способная отдавать эти флюиды в процессе разработки, т.е. порода должна обладать емкостными и фильтрационными свойствами, иначе это наз-ся коллекторскими свойствами, и к ним относятся пористость и проницаемость.
Ø Породы-коллекторы могут иметь первичную и вторичную пористость:
Ø Первичная пористость обр-ся при формировании самой горной породы. Напр.: осадконакопление, обр-е магматических пород. Вторичная пористость обр-ся если на г.п. деуствуют какие-либо процессы или явления. Напр.: тектонические процессы, растворение пород, просадка (явление).
По коллекторским св-вам выделяют 4 группы пород-коллекторов. Классификация Дахнова: 1 Кварцевые; 2 Кварц-полишпатовые; 3 Карбонатные; 4 Эвапоритовые (гипс-ангидритовые)
Тип пустотного пространства, обусловленный происхождением породы, определяет ее физические свойства, поэтому он положен в основу наиболее часто используемой классификации пород-коллекторов (табл.1).
| Коллектор | Литологический состав | |
| Тип | Порода | |
| 1.Поровый | 1.Пористая | 1.Терригенные, несцементированные и сцементированные гранулярные породы (пески, песчаники, алевролиты, переотложенные известняки) |
| 2.Каверновый | 2.Кавернозная | 2.Карбонатные крупно- и мелкокавернозные породы (известняки, доломиты, доломитизированные известняки) |
| 3.Трещинный | 3.Трещиноватая | 3.Плотные непроницаемые породы (плотные известняки, мергели, алевролиты, сланцы), в том числе и магматические |
| 4.Трещинно-поровый | 4.Трещиновато-пористая | 4.Терригенные, сцементированные гранулярные породы (песчаники, алевролиты, переотложенные известняки) |
| 5.Трещинно-каверновый | 5.Трещиновато-кавернозная | 5.Карбонатные и реже хемогенные породы |
| 6.Трещинно-порово-каверновый | 6.Трещиновато-пористокавернозная | 6.Карбонатные, терригенные и реже хемогенные породы |
| 7.Кавернопоровый | 7.Кавернозно-пористая | 7.Терригенные и карбонатные породы |
Ø По происхождению горные породы делят на три класса:
· магматические (изверженные), обр-шиеся в рез-те застывания и кристаллизации магматической массы;
· осадочные, явл-ся продуктами разрушения литосферы и жизнедеятельности организмов;
· метаморфические, которые обр-сь из осадочных и магматических в результате их физ. и хим. изменений под действием высоких P, T и хим. воздействий.
Ø Все г.п. могут быть коллекторами нефти и газа. В осн., скопления нефти и газа приурочены к осадочным породам, которые также в зависимости от происхождения подразделяются на три группы: терригенные, состоящие из обломочного материала (пески, песчаники, алевролиты, глины, аргиллиты и др.); хемогенные, образовавшиеся из мин.в-в, выпавших из водных растворов в рез-те хим. и биохим. реакций или температурных изменений (каменная соль, гипсы, ангидриды, доломиты, некоторые известняки и другие); органогенные, сложенные из скелетных остатков животн. и растит. мира (мел, известняки и т. п.).
4.
Схема определения приведенного  |
Пластовое давление и температура
Пластовое давление – это Р, при котором нефть, газ вода находятся в пустотах коллектора в естественных условиях залегания.
Природа и величина этого давления обусловлены тем, что продуктивная часть пласта связана или была связана ранее с выходом пласта на поверхность, через который происходило его питание водой.
Разность уровней, часто значительная, между областью питания на поверхности и глубиной залегания продуктивной части пласта и определила наличие в поровом пространстве избыточного давления, называемого пластовым.
Pпл измеряют в скважинах с помощью скважинных манометров или рассчитывают по положению уровня жидкости в скважине. Так как за счет веса столба жидкости давление у подошвы пласта выше, чем у кровли, то определение Pпл принято проводить в точке, соответствующей середине продуктивного пласта.
Pпл и уровень жидкости измеряют в неработающих или специально для этого остановленных скважинах. Это позволяет избежать ошибок, связанных с процессом перераспределения давления при движении жидкости по пласту и в скважине.
Если уровень жидкости в скважине расположен ниже ее устья, о чем можно судить по отсутствию избыточного давления на устье скважины, то Pпл можно рассчитать по ф: 
, где Н — высота столба жидкости в скважине.
Если в неработающей скважине имеется избыточное давление на устье, то его учитывают при расчете пластового давления по ф: 
,ру — устьевое давление.
В связи с наличием потока тепла от ядра Земли к поверхности с глубиной возрастает и температура пластов.
Для характеристики пластовой температуры пользуются понятием геометрическая ступень и геом.градиент.
Геом.ступень – это увеличение T в земной коре по вертикали на каждые 33 м (увеличив.на 1 С)
Геометрический градиент – величина, на которую возрастает температура с увеличением глубины на каждые 100 м. Для различных районов в зависимости от теплофизических свойств пород, толщины осадочного слоя пород и наличия циркуляции подземных вод он может изменяться от 1 до 12 К на 100 м. Наиболее часто встречающееся его значение 3 К на 100 м.
По известному геотермическому градиенту можно рассчитать пластовую температуру, которую можно ожидать на данной глубине 
, где 
— температура нейтрального слоя; Г — геотермический градиент; Н — глубина, на которой определяется температура, h0 — глубина нейтрального слоя. Под нейтральным слоем, подразумевают слой земли, ниже которого не сказываются сезонные колебания температуры. Для большинства районов страны он находится на глубине 3—5 м. Температура в этом слое может быть принята равной среднегодовой температуре воздуха в данном районе.
Пластовые давление и температура несут информацию об энергетическом состоянии залежи. От них зависит большинство физических характеристик пород и насыщающих жидкостей и газов, фазовое состояние углеводородов в залежи.
Типы коллекторов нефти и газа
Этим термином называют горную породу, которая способна вмещать в себя (собирать) углеводородные соединения в жидком и газообразном виде, а в процессе переработки – отдавать их.
Коллектор нефти и газа бывает промышленным, из которого есть возможность получать достаточные по величине притоки флюидов, и, соответственно, не промышленным, получение таких притоков из которого на этом этапе не представляется возможным.
Основными свойствами коллекторов, которые используются для их промышленной оценки, являются полезная ёмкость и проницаемость.
Нижние пределы этих параметров зависят от:
Поскольку газ отличается от нефти своей подвижностью, то значения этих нижних пределов у него значительно ниже, чем у нефти-сырца.
Первой стадией формирования природного накопителя является седиментогенез породы. Насколько сохранятся седиментационные признаки, зависит от минерального состава матрицы (породообразующей части), формы распределения в порах и минерального состава цемента, а также от коллекторной мощности. Эволюция породы после стадии седиментогенеза определяется новыми признаками, которые формируются под действием возрастающих значений температуры и давления, увеличения концентрации флюидов, перераспределения цемента, изменения пустотной структуры, а также под влиянием растворения неустойчивых минералов и формирования стабильных. Такие изменения происходят с разной степенью интенсивности, которая, прежде всего, зависит от литологического типа породы.
Типы коллекторов
Нефтяные и газовые коллекторы бывают:
Основные запасы углеводородного сырья извлекают из карбонатных и терригенных коллекторов, имеющих наибольшее распространение.
Реже можно встретить природные накопители глинисто-кремнисто-битуминозной, магматической, вулканогенной и вулканогенно-осадочной природы.
Терригенные породы
Большая часть коллекторов терригенной природы – порового типа, который характеризуется межзерновыми пустотами, которые еще называют гранулярными. Помимо поровых. встречаются и так называемые смешанные терригенные коллекторы: трещинно-поровые или кавернозно-поровые (образующиеся в случае выщелачивания части зёрен).
Свойства коллекторов терригенного вида зависят от:
| № | Полезная информация |
|---|---|
| 1 | их гранулометрического состава |
| 2 | характера и формы поверхности, которые определяют породу зёрен |
| 3 | степени окатанности и отсортированности зерен |
| 4 | упаковки обломочных зёрен |
| 5 | типа, состава и количества связующего зерна цемента |
Перечисленные параметры характеризуют геометрию расположения пор, величину эффективной проницаемости и пористости, а также принадлежность горной породы к тому или иному классу. Фильтрационная способность терригенных пород зависит также от минерального состава, количества и характера распределения снижающей проницаемость породы глинистой примеси.
Классификаций коллекторов терригенной природы существует множество, но самая популярная основана на следующих критериях:
С учетом перечисленных параметров выделяют шесть классов таких коллекторов:
Каждый тип песчано-алевритовой породы внутри одного класса характеризуется своим значением эффективной пористости. Породы, которые относятся к классу с показателем проницаемости меньше 1-го мД, как правило, содержат от 90 процентов остаточной воды, поэтому относятся к непромышленным коллекторам. Самые лучшие фильтрационные свойства показывают кварцевые пески, поскольку сорбционная способность кварца очень низкая. Полимиктовые песчаники, вследствие своего таблитчатого облика, наличия трещин спайности и повышенной сорбционной емкости слагающих их минералов, обладают значительно более низкой способностью фильтрации флюидов.
Карбонатные коллекторы
Спектр их типов наиболее широк:
К отличительным особенностям коллекторов карбонатного вида относятся их ранняя литификация, склонность с образованию трещин, а также избирательная растворимость. Эти факторы обусловливают разнообразие генезиса и морфологии пустотного пространства.
Качественные характеристики карбонатных коллекторов зависят от первичных условий седиментации, а также от интенсивности и направления постседиментационной эволюции. Эти факторы влияют на развитие дополнительных пор, трещин, каверны и более крупных полостей выщелачивания.
Для свойств карбонатных коллекторов характерны крайняя невыдержанность и большое разнообразие, которое зависит от фациальных условий, при которых происходило их образование. Это делает их сопоставление довольно затруднительным. Фациальные условия при формировании пород карбонатной природы на свойства коллекторов влияют в гораздо большей степени, чем при формировании терригенных пород.
По своему минеральному составу породы карбонатного типа отличаются меньшим разнообразием по сравнению с терригенными, однако имеют больше структурно-текстурных разновидностей. Отличаются карбонатные коллекторы от терригенных и по характеру происходящих в них преобразований в постседиментационный период. Это отличие заключается в степени уплотнения.
Поскольку остатки биогермов в карбонатных породах твердые с самого начала процесса эволюции, то дальнейшее уплотнение протекает очень медленно. Карбонатный ил и комковато-водорослевые карбонатные осадки с мелкими обломками литифицируются достаточно быстро. В результате пористость немного сокращается, однако значительное поровое пространство как бы «консервируется».
Показатель трещиноватости, который в большинстве пород составляет от 0,1 до 1 процента, в коллекторах карбонатной природы может доходить до 1,5 – 2,5 процентов.
Этот показатель, при значительной мощности продуктивных горизонтов весьма значим при оценке величины полезного объёма пласта. Дополнительную ёмкость таких коллекторов обеспечивают стилолитовые швы, которые образуются вследствие неравномерного растворения минералов под действием давления. Глинистая корка на таких швах является нерастворимым остатком породы. Зачастую стилолитовые горизонты наиболее продуктивны в разрезе, из-за процессов вымывания глинистых корок.
Основные углеводородные запасы карбонатных коллекторов в их поровых и кавернозно-поровых видах. Самыми лучшими коллекторами карбонатной природы считаются рифовые известняки, из которых в сутки получают десятки тысяч тонн нефти.
Глинисто-кремнисто-битуминозные коллекторы
Среди таких коллекторов в основном встречаются трещинные и порово-трещинные. Для их пород характерны значительная изменчивость состава минералов и разная степень обогащённости органическими веществами.
Их довольно низкие фильтрационные и емкостные свойства объясняются микрослоистостью, микротрещинноватостью и наличием субкапиллярных пор. Пористость некоторых коллекторов такого типа может достигать 15-ти процентов, а проницаемость при это составлять всего доли миллидарси. В породах такого типа участки с увеличенной пористостью и повышенной проницаемостью образуются как результат процесса катагенеза.
Считается, что на этапе седиментогенеза формируются породные микроблоки, которые покрываются плёнкой органического вещества (их еще называют кремнеорганическими рубашками). Мелкие послойные трещины образуются в процессе трансформации минералов глинистой природы и в процессе выделения связанных вод.
Во время вскрытия коллекторов такого типа в большинстве случаев отмечают высокую степень разуплотнения и аномально большое давление пласта. На образование трещин также влияют и тектонические процессы.
