13. Пласты-коллекторы. Пористость и проницаемость.

Коллектором называется горная порода, обладающая такими геолого-физическими свойствами, которые обеспечивают физическую подвижность нефти или газа в ее пустотном пространстве. Порода-коллектор может быть насыщена как нефтью или газом, так и водой.

Породы с такими геолого-физическими свойствами, при которых движение нефти или газа в них физически невозможно, называются неколлекторами.

Коллекторские свойства горных пород

Содержание и накопление воды в породе зависит от ее коллекторских свойств, т. е. от способности вмещать и пропускать через себя воду и любую другую жидкость или газ. Емкостная способность пород, т. е. способность вмещать жидкость или газ, определяется их пористостью. Количественно пористость характеризуется коэффициентом пористости.

Коэффициентом пористости т называют отношение суммарного объема пор V_п к общему объему породы V_общ, выраженное в процентах

т = (V_п/V_общ)´100),

Пористость обломочных пород зависит от их гранулометрического состава, под которым понимают размеры и форму слагающих породу частиц. Пористость осадочных пород, особенно песков и алевритов, тем выше, чем более однородны по размеру и лучше окатаны отдельные песчинки. И наоборот, чем разнообразнее по размеру частицы, слагающие породу, и чем меньше они окатаны, тем меньше пористость породы.

В нефтегазовой геологии обычно различают три вида пористости. Общая пористость характеризует все виды пор, в том числе и самые мелкие, поэтому общая пористость сухих глин, как правило, выше пористости песчаников.

Открытая пористость характеризует сообщающиеся поры, которые могут поглощать жидкость или газ; открытая пористость соответствует общей у пористых песков, меньше у песчаников на 10 – 30%, у глин на 50% и более, у каменной соли она отсутствует.

Эффективная пористость характеризует совокупность пор, через которые происходит миграция флюида т.е. это те поры , в которые он может не только проникать, но и быть извлеченным. Таким образом, это объем пор с учетом остаточной воды. Поэтому эффективная пористость для воды, нефти и газа различна, более того она различна для их смеси в разных соотношениях. Пористость сухих образцов колеблется в широких пределах, но достаточно определенна для каждого типа пород.

Пористость, в которой каналы пор велики настолько (> 0,.2 мм) что флюиды могут относительно свободно проходить сквозь них и сравнительно легко (экономически рентабельно) извлекаться, называется эффективной.

Общая пористость больше, чем открытая, а открытая больше, чем эффективная.

Пористость реальных коллекторов редко превышает 30%, а в большинстве случаев составляет 12-25%. С увеличением глубины залегания пород пористость обычно уменьшается.

Коэффициент пористости определяют по керну, извлеченному из скважины при ее бурении, в лабораторных условиях различными методами.

Другое важнейшее свойство горных пород - проницаемость. Проницаемостью горных пород называют их способность пропускать жидкость или газ под действием перепада давления. Почти все без исключения осадочные породы обладают проницаемостью. Однако такие породы, как глины, доломиты, некоторые известняки, несмотря на сравнительно большую пористость, только для газа. Это объясняется малым размером пор, в которых даже движение газа при реально существующих в пластах перепадах давления затруднено.

За единицу проницаемости в Международной системе единиц принимается проницаемость пористой породы, при фильтрации через образец которой площадью 1 м² и длиной 1 м при перепаде давления 1 Па расход жидкости вязкостью 1 Па*с составляет 1 м³/с. Физический смысл размерности заключается в том, что проницаемость характеризует площадь сечения каналов пустотного пространства, по которым происходит фильтрация.

Хорошо проницаемыми породами являются: песок, песчаники, доломиты, доломитизированные известняки, алевролиты, а так же глины, имеющие массивную пакетную упаковку.

К плохо проницаемым относятся: глины, с упорядоченной пакетной упаковкой, глинистые сланцы, мергели, песчаники с обильной глинистой цементацией.

Для характеристики проницаемости нефтегазосодержащих пород введены понятия абсолютной, эффективной (фазовой) и относительной проницаемостей. Абсолютной проницаемостью называется проницаемость пористой среды, наблюдающаяся при фильтрации только одной фазы (жидкость или газ), которой заполнена пористая среда. При этом между пористой средой и фазой (жидкость, газ) отсутствует физико-химическое взаимодействие. Эффективной (фазовой) проницаемостью называется проницаемость пористой среды только для жидкости или газа при одновременной фильтрации многофазных систем. Фазовая проницаемость зависит от физико-химических свойств пористой среды и каждой фазы в отдельности, от процентного содержания фаз в системе и существующих градиентов давлений и др.

Относительной проницаемостью пористой среды называется отношение эффективной (фазовой) проницаемости к абсолютной проницаемости.

Проницаемость горных пород в случае линейной фильтрации определяется по закону Дарси. По этому закону объемный расход жидкости, проходящий сквозь породу при ламинарном движении прямо пропорционален коэффициенту проницаемости, площади поперечного сечения этой породы, перепаду давления, и обратно пропорционален вязкости жидкости и длине пройденного пути и его можно подсчитать по формуле:

_,

где Q-объемный расход жидкости в м³/с;

k_пр – коэффициент проницаемости в м²;

F - площадь поперечного сечения в м²;

m - вязкость флюида в Па×с;

L - длина пути в см;

(P₁-P₂) - перепад давления в Па.

Закон Дарси справедлив в широком диапазоне условий и нарушается лишь при высоких скоростях фильтрации.

Единица коэффициента проницаемости называемая Дарси, отвечает проницаемости такой горной породы, через поперечное сечение которой, равное 1см², при перепаде давления в 1ат на протяжении 1 см в 1 сек проходит 1 см³ жидкости, вязкость которой 1 сантипуаз.

Проницаемость пород, служащих коллекторами для нефти, обычно выражают в миллидарси или мкм²×10^-3.

По литологии 78% запасов нефти разрабатываемых месторождений Удмуртской Республики приурочено к карбонатным коллекторам, 22% к терригенным. В продуктивных пластах месторождений Удмуртской Республики можно отметить, что пористость изменяется от 10 до 33% в среднем, а начальная нефтенасыщенность от 26 до 94%. Проницаемость колеблется от 0,098 (верейские отложения Лудошурского месторождения) до 0,285 мкм² (яснополянский горизонт Чутырско-Киенгопского месторождения).