Глава 8. Коллекторские свойства горных пород
Коллекторы- горные породы, которые обладают пористостью, достаточной для того, чтобы вмещать флюиды (нефть, газ, газоконденсат), и проницаемостью, позволяющей отдавать их в процессе разработки. Среди коллекторов нефти и газа преобладают осадочные породы. В природных условиях залежи нефти и газа чаще всего приурочены к терригенным и карбонатным отложениям, в других осадочных толщах они встречаются значительно реже. Магматические и метаморфические породы не являются типичными коллекторами. Нахождение в этих породах нефти и газа - это следствие миграции углеводородов в выветренную часть породы, где в результате химических процессов выветривания, а также под воздействием тектонических процессов могли образоваться вторичные поры и трещины.
Пористость - совокупность всех пор независимо от их формы, размера, связи друг с другом. Понятие пористости соответствует полной пористости породы и численно выражается через коэффициент пористости:
Кп = Vпор/Vпороды * 100 %.
Открытая пористость - совокупность сообщающихся между собой пор, численно соответствующая отношению объема сообщающихся пор к объему породы.
Эффективная пористость - совокупность пор, через которые может осуществляться миграция данного флюида. Она зависит от количественного соотношения между флюидами, физических свойств данного флюида, самой породы. Эффективная пористость - объем поровой системы, способной вместить нефть и газ с учетом остаточной водонасыщенности.
По генезису поры могут быть первичными и вторичными. Вторичные поры - трещины и каверны. Каверны- поры, образованные в результате растворения составных частей хемогенных или органогенных пород, или разложения соединений, неустойчивых в определенных термобарических обстановках.
Каверны различают по размеру: 1) мелкие 1−10 мм; 2) крупные (микрополости) 10−100 мм; 3) пещеристые полости >100 мм. В ряде случаев понятие каверны распространяется на полости размером до одного-нескольких сантиметров. Кавернозная пористость характерна для растворимых пород карбонатов, сульфатов. Каверны от пор отличаются лишь размерами.
Рисунок 67 - Тонкозернистые песчаники, пронизанные кавернами выветривания.
Трещины в породах бывают открытые и закрытые (за счет вторичного смыкания и минерализации). Вследствие тектонических процессов образуются системы трещин, ориентированных в определенной плоскости. В одном пласте может быть несколько систем трещин, обычно разновозрастных. Если вдоль трещин не происходит смещение пород или оно незначительно, то система трещин называется трещиноватостью.
Проницаемость - способность горных пород пропускать сквозь себя жидкость или газ. Пути миграции флюидов - поры, каверны, соединяющиеся каналами, трещины. Чем крупнее пустоты, тем выше проницаемость.
Абсолютная проницаемость - это проницаемость горной породы применительно к однородному флюиду, не вступающему с ней во взаимодействие, при условии полного заполнения флюидом пор среды. Абсолютная проницаемость измеряется в сухой породе при пропускании через неё сухого инертного газа (азота, гелия).
В природе не встречаются породы, не заполненные флюидами (различными газами, жидкими углеводородами, водой и т.д.). Обычно поровое пространство содержит в различных количествах воду, газ и нефть (в залежах). Каждый из флюидов оказывает воздействие на фильтрацию других. Поэтому редко можно говорить об абсолютной проницаемости в природных условиях.
Эффективная (фазовая) проницаемость - проницаемость горной породы для данного жидкого (или газообразного) флюида при наличии в поровом пространстве газов (или жидкостей). Этот вид проницаемости зависит не только от морфологии пустотного пространства и его размеров, но и от количественных соотношений между флюидами.
Основными коллекторами являются породы осадочного происхождения,что связано с их основным текстурным признаком - слоистостью, которая связана с накоплением осадка.
На маршрутах учебно-геологической практики мы наблюдали водоносный горизонт, представленный конгломератами (возраст J2o), залегающими на породах Таврической серии (алевролиты + аргиллиты, Возраст T3-J1 ), которые являются флюидоупорами.
На западном склоне горного массива Субаткан-яйла мы наблюдали обнажение травертинов. Травертин (известковый туф) - это карбонатная осадочная порода, которая образуется в результате выпадения хемогенных осадков из речных вод. Подобные обнажения в Крыму встречаются редко. Данная порода является потенциальным коллектором.
Рисунок 68 - Обнажение Травертинов.
Гора Демерджи сложена конгломератамии известняками, в некоторых местах песчаниками. В обвальных накоплениях был отобран образец конгломерата, который является коллектором. Конгломераты чаще всего состоят из хорошо окатанной гальки и песчаников, вымытых из Таврической серии, а также более древних, песчаников, сланцев, гнейсов, известняков, основных изверженных пород, изредка гранитов.
Рисунок 69 - Образец конгломерата г.Южное Демерджи.
Органогенные известняки (Возраст – K1) в «Новопетропавловском» карьере, рыхлые, сложены преимущественно органическими остатками, обладают хорошими коллекторскими, ёмкостными и фильтрационными свойствами. По типу пустотного пространства, такие коллекторы относятся к каверно-порово-трещинным.
Рисунок 70 - Образец органогенного известняка.
Рисунок 71 - Органогенные известняки в Новопетропавловском карьере.
На плато «Чатыр-Даг» (Маршрут №4) мы наблюдали карры (рисунок 72) – поверхностные формы проявления карста. Карры могут служить примером коллектора – они пропускают через себя в карстовые полости метеорные воды, что говорит об их проницаемости. Вода, проникая по трещинам в горную породу, растворяет ее, что увеличивает размер пор. В одной из точек наблюдения мы могли видеть выход нисходящих вод на дневную поверхность в виде каптированного источника, что свидетельствует о наличии проницаемости и пористости в описанных породах. Подробный разрез плато Чатыр-Даг, обуславливающий водоносность одного из горизонтов, будет представлен ниже среди изображений .
Рисунок 72 - Карры на плато Чатыр-Даг
Рисунок 73 - Геологический разрез плато Чатыр-Даг
Наиболее распространённым флюидоупором района практики являются породы Таврической серии, которые представлены ритмичным чередованием аргиллитов и алевролитов. Крупное обнажение этих пород наблюдалось нами у берегового клифа бухты Лазурное (Маршрут №1). Следует отметить,что наличие трещиноватости в породах-флюидоупорах снижает их экранирующие свойства.
Рисунок 74 - Аргиллиты и алевролит
Рисунок 75 - Обнажение пород Таврической серии.
Характеристики коллекторов и флюидоупоров меняются с глубиной часто неоднозначно и непредсказуемо. Например, коллекторские свойства карбонатных пород улучшаются за счет выщелачивания и образования каверн, растворения карбонатного цемента. Глинистые породы часто обезвоживаются и растрескиваются. А в терригенных породах обломочные частицы уплотняются, ближе прилегают друг к другу, в результате чего коллекторские свойства породы ухудшаются. С уверенностью можно утверждать только то, что ни идеальных флюидоупоров, ни идеальных коллекторов в природе не существует.