Геометрические параметры горных пород-коллекторов

С геометрической точки зрения все коллектора можно подразделить на три группы: гранулярные (поровые), трещиноватые и смешанные.

К первому типу (рис.1) относятся коллекторы, сложенные песчано-алевритовыми породами, поровое пространство которых состоит из межзерновых полостей. Подобным строением порового пространства характеризуются также некоторые пласты известняков и доломитов. В связи с разнообразием условий формирования осадков коллекторские свойства пластов различных месторождений могут изменяться в широких пределах. Характерные особенности большинства коллекторов — слоистость их строения и изменение во всех направлениях свойств пород, толщины пластов и других параметров.

К геометрическим параметрам пористой среды можно отнести:

- гранулометрический (механическийм) состав;

- пористость;

- удельную поверхность;

- проницаемость;

Упомянутые свойства пород находятся в тесной зависимости от химического состава, структурных и текстурных их особенностей. Структура породы определяется преимущественно размером и формой зерен. По размерам зерен различают структуры: псефитовую (более 2 мм), псаммитовую (0,1-2 мм), алевритовую (0,01-0,1 мм), пелитовую (0,01 мм и менее). К текстурным особенностям породы относят слоистость, характер размещения и расположения пород, взаиморасположение и количественное соотношение цемента и зерен породы и некоторые другие черты строения. Роль цемента часто выполняют глинистые вещества. Встречаются также цементы хемогенного происхождения (карбонаты, оксиды и гидроксиды, сульфаты).

В чисто трещиноватых коллекторах (обычно сложенных преимущественно карбонатными отложениями, сланцами) поровое пространство образуется системой трещин. При этом участки коллектора между трещинами представляют собой плотные малопроницаемые не трещиноватые блоки пород, поровое пространство которых практически не участвует в процессах фильтрации.

На практике, однако, чаще встречаются трещиноватые коллекторы смешанного типа, поровое пространство которых включает как системы трещин, так и поровое пространство блоков (рис.2), а также каверны и карст. При изучении процессов фильтрации жидкостей и газов в таких трещиновато-пористых коллекторах принято их поровое пространство рассматривать как непрерывную сложную среду, состоящую из двух сред - трещиноватой и межзерновой, вложенных одна в другую.

Трещиноватые коллекторы смешанного типа в зависимости от наличия в них пустот различного вида подразделяют на виды.

1. Коллекторы кавернозного типа приурочены в основном к карбонатным породам. Емкость пород слагается из полостей каверн и карстов, связанных между собой и системой микротрещин. Фильтрация жидкостей и газов в них осуществляется по микротрещинам, соединяющим мелкие каверны.

2. Коллекторы трещиноватого типа. Емкость коллектора определяется в основном трещинами. Коллекторы такого типа приурочены к карбонатным породам, а также к плотным песчаникам, хрупким сланцам и другим плотным породам. Фильтрация нефти и газа происходит только по системам микротрещин с раскрытостью свыше 5-10 мк.

3. Коллекторы смешанные, представляющие собой сочетания и переходы по площади и по разрезу трещинного или кавернозного коллекторов с нормальными. При этом первая часть в названии определяет вид пустот по которым происходит фильтрация.

Емкость трещинного коллектора обусловливается пустотами трех видов.

1. Межзерновым поровым пространством. Величина пористости блоков обычно невелика (2-10%).

2. Кавернами и микрокарстовыми пустотами. Пористость, слагаемая пустотами этого вида, характерна для карбонатных пород, где она составляет значительную часть (13-15%) полезной емкости трещинного коллектора.

3. Пространством самих трещин, составляющих трещинную пористость. Пустоты этого вида составляют десятые и сотые доли процента относительно объема трещиноватой породы. Пока известно мало залежей, где трещинная пористость оказалась бы соизмеримой с объемом добываемой из них нефти. Чаще всего трещины, по-видимому, играют в основном роль путей фильтрации нефти и газа, связывающих воедино межзерновое пространство блоков, пустоты каверн и микрокарстов.

Закономерности развития трещиноватости в горных породах связаны с тектоникой и направлением дизъюнктивных дислокаций. Трещиноватость, как правило, выражена правильными геометрическими системами трещин.

По результатам обширных исследований сеть трещин обычно состоит из двух основных систем вертикальных нарушений сплошности, обладающих двумя взаимно-перпендикулярными направлениями.

Ориентированность величины проницаемости отдельных участков продуктивных пластов относительно залежи объясняется ориентированной системой трещин и зависимостью между направлениями основных систем трещиноватости и простираниями складок.

Анализ показывает, что около 60% запасов нефти в мире приурочено к песчаным пластам и песчаникам, 39% - к карбонатным отложениям и 1%-к выветренным метаморфическим и изверженным породам. Следовательно, породы осадочного происхождения - основные коллекторы нефти и газа.

Скопление нефти и газа наблюдается лишь в осадочных по­родах, которые образуются путем осаждения вещества в воде, а также из воздуха. Осаждение может быть механического, хи­мического и биогенного типов. Поэтому осадочные породы могут быть обломочными (галечники, гравий, песчаники, глины, ар­гиллиты), хемогенными (каменная соль, ангидрит, гипс, доломиты) и биогенными (известняки-ракушечники, мел, уголь, слан­цы). Поверхность земли более чем на 3/4 состоит из осадоч­ных пород.

Наиболее распространенными коллекторами нефти и газа являются песчаники, глины и алевролиты.

Песчаник - обломочная осадочная горная порода из сцемен­тированного песка. Он состоит в основном из зерен кварца, ча­сто с примесью полевого шпата. Обычный диапазон размеров зерен песчаника 0,1-2 мм.

Глины - кроме обломочного материала (мельчайших зерен кварца, слюидов, шпатов) содержат глинистые материалы хи­мического разложения магматических пород и откладываются в водной среде. Обычно частицы глины размером менее 0,01 мм.

Алевролиты - осадочные породы в виде мелких обломков (0,01-0,1 мм), сцементированные в плотные горные породы. Хемогенные породы состоят из минералов того же названия. Биогенные породы образуются путем накопления органических останков животных и растений, а также продуктов их жизнедеятельности.

1.4. Фильтрационно-ёмкостные параметры коллекторов.

Реальные пористые среды в подземной гидромеханике представляются идеализированными моделями - фиктивным и идеальным грунтами. Фиктивный грунт - среда, состоящая из шариков, в частности, одного размера, идеальный - параллельные трубочки одного или разного диаметра.

Основные характеристики пористых сред: пористость, просветность, гранулометрический состав, эффективный диаметр или гидравлический диаметр пор, удельная поверхность, механические свойства (упругость, пластичность, сопротивление разрыву и сжатию). Кроме того, введены параметры, связанные с жидкостью: насыщенность и проницаемость.