3.2. Пористость горных пород

Под пористостью горной породы понимают наличие в ней пустот (пор).

Коэффициентом полной (или абсолютной) пористости m называется отношение суммарного объема пор V_пор в образце породы к видимому его объему V_обр

Измеряется пористость в долях единицы или в процентах.

В зависимости от происхождения различают следующие виды пор

1. Первичные поры, образовавшиеся одновременно с формированием породы. Величина первичной пористости обусловлена особенностями осадконакопления. Она постепенно уменьшается в процессе погружения и цементации осадочных пород.

2. Вторичные поры

3. Поры растворения, образовавшиеся в результате циркуляции подземных вод. В карбонатных породах в результате процессов карстообразования образуются поры выщелачивания, вплоть до образования карста;

4. Поры и трещины, возникшие под влиянием химических процессов, приводящие к сокращению объёма породы. При доломитизации (превращение известняка в доломит) идет сокращение объемов породы приблизительно на 12 %, что приводит к увеличению объема пор. Аналогично протекает и процесс каолинизации – образование каолинита.

5. Пустоты и трещины, образованные за счет эрозионных процессов: выветривания, кристаллизации, перекристаллизации.

6. Пустоты и трещины, образованные за счет тектонических процессов, напряжений в земной коре.

Структура порового пространства пород обусловлена гранулометрическим составом частиц, их формой, химическим составом пород, происхождением пор, а также соотношением количества больших и малых пор.

В большой степени свойства пористых сред зависят от размеров поровых каналов. По величине поровые каналы нефтяных пластов условно разделяют на три группы:

1) сверхкапиллярные – размеры больше 0,5 мм;

2) капиллярные – от 0,5 до 0,0002 мм (0,2 мкм);

3) субкапиллярные – меньше 0,0002 мм (0,2 мкм).

3.3. Проницаемость

Проницаемость горных пород пласта – параметр, характеризующий его способность пропускать жидкость или газ. Как и пористость проницаемость не постоянная величина и изменяется по площади пласта и по пластованию.

При относительно небольших перепадах давления в нефтяных пластах многие породы в результате незначительных размеров пор оказываются практически непроницаемыми для жидкостей и газов (глины, сланцы и т.д.).

Хотя при сверхвысоких давлениях все горные породы проницаемы.

Хорошо проницаемыми породами являются: песок, песчаники, доломиты, доломитизированные известняки, глины с массивной пакетной упаковкой, алевролиты.

Плохо проницаемыми породами являются: глины с упорядоченной пакетной упаковкой, глинистые сланцы, песчаники с глинистой цементацией, мергели.

Различают также абсолютную, фазовую и относительную проницаемости.

Абсолютной называется проницаемость при фильтрации через породу одной какой-либо жидкости (нефти, воды) или газа при полном насыщении породы этой жидкостью или газом.

Обычно абсолютную проницаемость определяют при фильтрации азота через породу.

Фазовой или эффективной называется проницаемость, определенная для какого-либо одного из компонентов при содержании в порах других сред.

Отношение фазовой проницаемости к абсолютной называется относительной проницаемостью.

Для оценки проницаемости горных пород применяется открытый в 1856 г линейный закон фильтрации Дарси, который установил зависимость скорости фильтрации жидкости от градиента давления.

Закон Дарси: скорость фильтрации V прямо пропорциональна градиенту давления (перепаду давления действующего на единицу длины) в пористой среде и обратно пропорциональна динамической вязкости фильтрующегося газа или жидкости.

где - линейная скорость фильтрации;

Q - объемный расход жидкости или газа в единицу времени;

µ - динамическая вязкости жидкости;

F - площадь фильтрации;

Δp - перепад давления;

L - длина пористой среды.

В данном уравнении k называется коэффициентом проницаемости, который характеризует способность породы пропускать жидкости или газ.

Единица проницаемости называемая Дарси (Д), соответствует проницаемости горной породы, через поперечное сечение которой, равное 1 см², при ламинарном режиме фильтрации, при перепаде давления в 1 атм на протяжении 1 см в 1 сек проходит 1 см³ жидкости, вязкость которой 1 с∙П.

Физический смысл размерности проницаемости - это площадь сечения каналов пористой среды, через которые идет фильтрация.

Карбонатность нефтегазосодержащих пород – это общее процентное содержание солей угольной кислоты (СаСО₃, CaMg(CO₃)₂) в коллекторах. Определяется с помощью растворения навески породы в HCl.

Чем выше карбонатность, тем ниже проницаемость пород и хуже коллекторские свойства.

При увеличении карбонатности песчаников снижается их пористость, а при достижении карбонатности в 10%, снимается и проницаемость.

Когда карбонатность достигает 25-30%, песчаники практически перестают быть коллекторами.

По-другому пористость и проницаемость называют фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС). ФЕС - это свойства горной породы, которые определяют ее способность вмещать и пропускать через себя жидкости и газы при перепаде давления.

Следует отметить, что для образования нефтяной залежи необходим следующий ряд условий:

- наличие пласта-коллектора;

- наличие над ним и под ним непроницаемых пластов (покрышка и кровля пласта) для ограничения движения жидкости.

Совокупность этих условий называется нефтяной ловушкой (рис. 3.1). Ловушка - это часть природного резервуара, в котором со временем устанавливаются равновесия между газами, нефтью и водой, а их перемещение останавливается.

Рисунок 3.1 - Ловушка нефти и газа