1362

Порядок выполнения работы

1. Определяют массу сухого пикнометра М0. Данные заносят в таблицу:

Данные лабораторных исследований

2. Заливают в пикнометр жидкость (очищенный керосин или водный раствор соли) до риски на горлышке и определяют массу пикнометра с жидкостью М1.

3.Сливают жидкость из пикнометра, тщательно промывают и высушивают.

4.Измельчают образец горной породы, засыпают навеску в сухой пикнометр и определяют массу пикнометра с навеской М2.

5.Доливают жидкость в пикнометр с навеской на две трети его объема и перемешивают содержимое для удаления воздуха, доливают жидкость до риски на горлышке и определяют массу пикнометра с навеской и жидкостью М3.

Обработка результатов

1.Определяют массу навески в пикнометре:

Мнав = М2 −М0.

2.Определяют массу жидкости в пикнометре без навески горной породы по формуле

Мж = М1 −М0.

61

3.Определяют плотность жидкости с помощью ареометра (ρж ).

4.Определяют температуру жидкости в пикнометре.

5.Определяют жидкостное число пикнометра по формуле

nж = Мж .

ρж

6. Определяют объем жидкости в пикнометре без навески горной породы по формуле

Vж = Мж .

ρж

7.Определяют массу жидкости в пикнометре с навеской горной породы:

Мж1 = М3 −Мнав.

8.Определяют объем жидкости в пикнометре с навеской горной породы:

Vж1 = Мρ ж1 .

ж

9. Определяют объем навески горной породы в пикнометре по формуле

Vнав =Vж −Vж1.

10. Определяют плотность минералов, слагающих горную породу, по формуле

ρист = МV нав . нав

Контрольные вопросы

1.Дайте определение кажущейся плотности горных пород.

2.Дайте определение истинной плотности горных пород.

3.Назовите способы определения плотности горных пород.

4.На каком принципе основано измерение пористости способом Преображенского?

5.Охарактеризуйте процесс насыщения образцов под вакуумом.

6.Какой коэффициент пористости используется для подсчета запасов нефти и газа объемным методом?

7.Какие емкостные свойства горных пород, кроме пористости, вы знаете?

62

ЛЕКЦИЯ 4

КОЛЛЕКТОРСКИЕ СВОЙСТВА

Тема 10. ПОРИСТОСТЬ

Под пористостью горной породы понимается наличие в ней пор (пустот). Пористость характеризует способность горной породы вмещать жидкости

игазы.

Взависимости от происхождения различают следующие виды пор:

1.Поры между зернами обломочного материала (межкристаллические) – это первичные поры, образовавшиеся одновременно с формированием породы.

2.Поры растворения образовались в результате циркуляции подземных

вод.

3.Пустоты и трещины, образованные за счет процессов растворения минеральной составляющей породы активными флюидами, и образование карста.

4.Поры и трещины, возникшие под влиянием химических процессов, на-

пример превращение известняка (СаСО3) в доломит (МgСО3) – при доломитизации идет сокращение объемов породы на 12 %.

5.Пустоты и трещины, образованные за счет выветривания, эрозионных процессов, закарстовывания.

Виды пор 2–5 – это так называемые вторичные поры, возникшие при гео- лого-химических процессах, сущность которых более подробно была рассмотрена в теме 4 лекции 1.

Первичные поры по форме могут быть различной конфигурации, в зависимости от гранулометрического состава:

– ромбоидальной формы (в основном высокопористые, открытопористые, хорошо окатанные песчаники);

– тетраэдральной формы (спрессованные песчаники);

– трещиноватые (глины, слюды и др.):

Глина, содержащая замкнутые поры

63

Что касается вторичных пор, то они связаны с деформацией, выщелачиванием и другими седиментационными процессами. Они, в свою очередь, подразделяются на каверновые и трещиноватые:

Каверновый тип

Поры можно охарактеризовать такими параметрами, как эффективный диаметр (dэф) и степень раскрытости трещин:

dэф

В зависимости от размеров пор имеются определенные классификации пор по их фильтрационной способности:

–сверхкапиллярные – наиболее крупные поры; dэф > 10–4 м. Для этих пор характерно подчиненное отношение между флюидом и породой. Такие поры характерны для высокопористых, высокопроницаемых пород;

–капиллярные – dэф = 10–7–10–4 м. Взаимодействие между флюидом и породой в таких порах существенно. Большую роль играют капиллярные силы, которые препятствуют фильтрации жидкости и газа;

–субкапиллярные – dэф = 2 10–9–10–7 м. Размер подобных пор настолько мал, что молекулярные силы, действующие на поверхности пор, имеют существенное влияние. Если градиент давления мал – фильтрации не будет происходить;

–микропоры – dэф < 2 10–9 м. В этих порах вообще ничего не движется. Пора забита слоем, созданным молекулярными силами.

Сверхкапиллярные поры типичны для песчаников, обломочных и крупнозернистых пород, доломитов.

Капиллярные – для сцементированных песчаников.

Субкапиллярные соответствуют глинам, мелкокристаллическим, меловидным породам.

Трещинноватость характерна для хрупких горных пород.

Объем пор зависит:

–от формы зерен;

–сортировки зерен (чем лучше отсортирован материал, тем выше пористость):

64

Плохо отсортированный песчаник

–размера зерен;

–укладки зерен: при кубической укладке пористость составляет 47,6 % (рис. 4.1), при ромбической укладке – 25,96 %;

–однородности и окатанности зерен;

–вида цемента.

Аналогично определяется закрытая пористость.

Сумма открытой и закрытой пористости – это полная пористость. Полная пористость mполн включает в себя абсолютно все поры Vпор горной породы (открытые и закрытые) независимо от их формы и взаимного расположения и количественно оценивается коэффициентом полной пористости:

mполн = Vпор .

Vобр

65

Продолжим последнюю формулу:

Помимо открытой, закрытой и полной пористости выделяют еще эффек-

тивную и динамическую пористость. Эффективная пористость характеризует объем сообщающихся пор, занятых углеводородным флюидом (Vпэ). Коэффи-

циент эффективной пористости:

где Kв – водонасыщенность, равная отношению объема воды Vв в порах к объему пор:

Kв = Vв/Vпор;

в зоне предельного нефтенасыщения водонасыщенность равна остаточной Kо.в:

Kо.в=Vо.в/Vпор, где Vо.в – объем остаточной воды.

Динамическая пористость характеризует тот объем сообщающихся пор (Vпд), по которым происходит процесс фильтрации флюидов. Два последних параметра – эффективная и динамическая пористость – являются разновидно-

стями открытой пористости. Коэффициент динамической пористости

mдин = Vпд =Vпор −Vо.в −Vо.н = Kп (1− Kо.в − Kо.н ),

Vобр Vобр

где Kо.н – остаточная нефтенасыщенность, Kо.н = Vн/Vпор.

Между видами пористости существует следующее соотношение:

mполн ≥ mотк ≥ mэфф ≥ mдин.

Коэффициенты пористости некоторых осадочных пород:

Полная и открытая пористость зависят:

– от глубины залегания и, как правило, падают с увеличением глубины залегания;

66

–плотности пород;

–количества цемента и др.

Влияние горного давления на значения коллекторских свойств

Изучение влияния эффективного давления на пористость и проницаемость терригенных пород-коллекторов показало, что при одних и тех же эффективных давлениях, но разных значениях всестороннего и порового давлений зависимости изменения пористости и проницаемости пород от эффективного давления отличаются друг от друга. Для условий относительно малых глубин (рис. 4.2) преобладающую роль играет рост горного давления, воздействующего главным образом на скелет породы, а для больших глубин – изменение порового давления, влияющего как на собственно скелет породы, так и на минеральную часть скелета, а также ту часть твердой фазы («пассивную»), которая не испытывает нагрузки со стороны внешних сил. Рост давления жидкости в порах приводит к увеличению объема скелета породы из-за уменьшения эффективного давления; в то же время под действием увеличивающегося пластового давления происходит сокращение объема минеральных частиц, составляющих твердую фазу породы, а следовательно, и уменьшение объема скелета породы.

Рис. 4.2. Изменение коэффициента пористости (а) и проницаемости (б) в зависимости от горного давления при различных постоянных значениях порового давления: а – кривые 1–4 при поровом давлении, равном соответственно 0,1; 20; 40 и 60 МПа; б – кривые 1–7 при поровом давлении, равном соответственно 0,1; 10; 20; 30; 40; 50 и 60 МПа; пунктиром показаны те же зависимости для постоянных значений эффективного давления

67

Для пород с пассивной твердой фазой (песчаники и алевролиты с плохо отсортированными зернами или с цементом заполнения пор) пластовое давление наряду с вышеуказанными эффектами дополнительно увеличивает объем пор вследствие сжатия вещества твердой фазы. Это увеличение объема пор будет происходить без изменения внешнего объема, т.е. объема скелета. Следовательно, относительные изменения объемов скелета и пор при одинаковом пластовом давлении будут определяться строением породы и соотношением активной (скелетной) и пассивной твердой фаз [4].

С целью изучения влияния процессов разработки на фильтрационноемкостные свойства коллекторов Южно-Каспийской впадины была реализована схема проведения эксперимента по изучению влияния падения пластового давления на изменение пористости и проницаемости, заключающаяся в том, что начальным условием экспериментов принималось горное и пластовое давление, соответствующее глубине залегания исследуемого объекта (образца породы), а изучение изменения пористости и проницаемости для условий падения пластового давления проводилось относительно этих начальных условий.

Последовательность операций по данной схеме следующая. Перед началом опыта исходя из глубины отбора образца керна пласта определялось значение горного давления и уточнялось фактическое значение начального пластового давления пласта. Затем образец помещался в камеру высокого давления, и в соответствии с реальными барическими условиями различных глубин осуществлялось ступенчатое увеличение эффективного давления (путем соответствующего увеличения горного и порового давления) до значений, отвечающих условиям естественного залегания пласта. В процессе эксперимента на каждой ступени определялись значения пористости и проницаемости и их изменение относительно значений в атмосферных условиях. Следующий этап эксперимента заключался в моделировании процесса разработки путем последовательного ступенчатого снижения порового давления в образце, что, естественно, сопровождалось увеличением эффективного давления.

На установке ИПГНГМ АН Азербайджана была выполнена серия экспериментов по указанной схеме. Для сравнения на идентичных образцах керна получены экспериментальные кривые зависимости пористости и проницаемости от эффективного давления путем увеличения горного давления при фиксированном поровом давлении, равном 0,1 МПа.

Анализ результатов выполненных экспериментов (см. рис. 4.2) по определению проницаемости для трех образцов песчано-алевритовых породколлекторов глубокозалегающих месторождений Южно-Каспийской впадины по предлагаемой схеме и при изменении только горного давления (аналогичные результаты получены и по пористости) позволяет высказать ряд предположений, имеющих, на взгляд авторов проведенного исследования, принципиальное значение.

68

Впервую очередь следует отметить, что, как и предполагалось, при одних

итех же значениях эффективного давления, но различных значениях горного

ипорового давления (см. кривые 1 и 2 на рис. 4.3) получены количественно отличающиеся друг от друга зависимости коэффициента проницаемости от эффективного давления, носящие в обоих случаях характер, близкий к экспоненциальному. При этом в интервале изменения эффективного давления от 0 до 30–40 МПа кривые 1 и 2 на рис. 4.3 мало отличаются друг от друга из-за преобладающего влияния горного давления, действующего в основном на скелет породы.

Рис. 4.3. Кривые изменения коэффициента проницаемости в зависимости от эффективного давления: а – месторождение «Бахар», скв. 36, интервал 4769–4771 м, свита перерыва; б – месторождение «Дуванный-Дениз», скв. 547, интервал 5416–5425 м, X горизонт балаханской свиты; в – месторождение «Бахар», скв. 29, интервал 4852–4856 м, X горизонт балаханской свиты; 1 – при изменении горного давления и фиксированном поровом давлении, равном 0,1 МПа; 2 – при одновременном изменении горного и порового давления; 3 – при снижении порового давления и фиксированном горном давлении (этап моделирования разработки)

При дальнейшем увеличении эффективного давления те же кривые отличаются друг от друга уже более существенно, что обусловлено доминирующей ролью порового давления, воздействующего также и на пассивную часть породы, приводящего к ее дополнительному сжатию и, соответственно, к сохранению более высоких значений пористости и проницаемости (см. кривую 2 на рис. 4.3). Интересно также отметить, что в интервалах изменения эффективного давления, отвечающих реальным условиям залегания изучаемых образцов (60–80 МПа), обе кривые выходят на асимптоты, что может свидетельствовать о незначительном влиянии эффективного давления на изменение пористости и проницаемости глубокозалегающих пород-коллекторов.

69

Наиболее интересны результаты, отражающие ту часть экспериментов, при которой увеличение эффективного давления достигалось путем снижения порового давления на этапе моделирования процесса разработки пласта (см. кривую 3 на рис. 4.3). При переходе от кривой 2 к кривой 3, т.е. в точке, начиная с которой производилось снижение порового давления в образцах пород по принятой схеме, наблюдается специфический излом, а сама кривая 3, отражающая влияние падения порового давления на изменение проницаемости, носит иной характер и существенно отличается от зависимостей, представленных кривыми 1 и 2. Объяснение этому результату вновь находим в физическом смысле трактовки влияния порового давления на пассивную часть породы. Излом между кривыми 2 и 3 можно объяснить тем, что в этой точке схема эксперимента претерпела существенное изменение, после чего рост эффективного давления стал обеспечиваться не последовательным увеличением одновремен-

но горного и порового давления, а снижением порового давления при постоянном горном. При этом наряду с увеличением давления на скелет одновременно происходило значительно более резкое снижение давления на пассивную часть породы, что, по-видимому, и обусловило появление указанного излома. Аналогичным образом объясняется и изменение самого характера зависимостей, представленных на кривой 3 (см. рис. 4.3), которые для данных конкретных условий оказались близкими к линейным, хотя не следует исключать получение зависи-

Исходя из изложенного можно утверждать, что наиболее корректным подходом к рассматриваемой проблеме является использование экспериментальных данных, полученных по принятой адекватной схеме на представительной группе образцов из конкретного разрабатываемого объекта. При отсутствии та-

70