4.1. Характеристика пород коллекторов

Главной составной частью природного резервуара является коллектор. Коллектор – это горная порода способная вмещать в себя флюид и отдавать, при существующих методах эксплуатации месторождений.

Любая порода, которая содержит сообщающиеся между собой поры, пустоты, трещины, может стать коллектором.

Выделяют следующие группы пород коллекторов по генезису:

Обломочные или терригенные,

Биогенные или органогенные и хемогенные,

Смешанные,

Нетрадиционные коллекторы.

Терригенные или обломочные коллекторы (межзерновые, гранулярные)- это породы, образовавшиеся в результате переноса и механического накопления продуктов дезинтеграции более древних пород. Поскольку обломочный материал чаще всего транспортируется с суши в результате процессов выветривания, их еще называют терригенными. Терригенные отложения состоят преимущественно из кварца, полевых шпатов, слюд, глинистых минералов и обломков пород.

По величине обломков различают породы:

Таблица 4.1

	Группа породы	Размер обломков, мм
1	Грубообломочные (псефиты)	более 1,0
2	песчаные (псаммиты)	1,0 - 0,1
3	пылеватые (алевриты, алевролиты)	0,1 – 0,01
4	глинистые (пелиты)	менее 0,01

Основная масса обломочной породы состоит из частиц, значительно более мелких, чем средние по размеру зерна. Эти мелкие частицы заполняют пустоты между более крупными зернами. Какую-то часть пустот за­полняет цемент, состоящий из глинистого или карбонатного вещества. Обломки обычно связаны цементом. Цемент может быть сингенетическим – первичным и эпигенетическим – вторичным. Обломки обычно связаны цементом.

Хемогенные породы-коллекторы - это осадочные образования, состоящие из минерального вещества, выпавшего на месте его формирования и не подвергшегося переносу. К ним относятся известняки, мергели, доломиты, мел, кремнистые сланцы. Пустотное пространство хемогенных коллекторов образовано трещинами и кавернами выщелачивания.

Среди карбонатных коллекторов особое место занимают биогенные или органогенные толщи, образованные жизнедеятельностью организмов: кораллов, мшанок, моллюсков, диатомовых водорослей.

Нетрадиционные коллекторы, образовавшиеся при выходе газов из вулканической лавы (туфы). Газовое месторождение в туфах и лавах риолитов палеогена в Японии.

Коллекторы метаморфических и магматических пород образовавшиеся в результате выветривания, выщелачивания, тектонической дезинтеграции - вторичных изменений пород. Месторождение Белый Тигр во Вьетнаме - коллектор образовался в результате выщелачивания и дезинтеграции гранитогнейсов.

Характеристика коллекторов дается по их основным свойствам: пористости, проницаемости, структуре порового пространства. По технологическим характеристикам коллекторы должны обладать определенной емкостью и проницаемостью.

Свойства горной породы вмещать (емкость) и пропускать (проницаемость) через себя жидкости и газы называются фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС).

Емкость определяется пористостью – объемом пустот в породе. Пористость по генетической классификации может быть:

Первичной - пустоты образуются в процессе осадконакопления и породообразования (промежутки между зернами – межзерновые поры, между плоскостями наслоения, камеры в раковинах и т.д.).

И вторичной - поры образуются в результате последующих процессов: разлома и дробления породы, растворения, перекристаллизации, возникновения трещин вследствие сокращения породы (например, при доломитизации) и других процессов. Пористость измеряется в про­центах.

Суммарный объем пустот в породе называется общей (теоретической, полной, абсолютной) пористостью.

Для характеристики общей пористости используется коэффициент общей пористости - отношение суммарного объёма взаимосвязанных и изолированных пор к общему объёму горной породы

К_п = V_пор / V_обр

где, К_п - коэффициент пористости,

V_пор- суммарный объем пор,

V_обр – объем образца породы.

Величина общей пористости еще недостаточное свидетельство коллекторских свойств породы. Поры и пустоты могут быть взаимосообщающимися и тупиковыми (изолированными).

Открытая пористость – это объем связанных, сообщающихся между собой пор. Коэффициент открытой пористости всегда меньше коэффициента общей пористости.

К_о= V_о / V_обр

где, К_о - коэффициент открытой пористости,

V_пор- объем открытых, взаимосообщающиихся пор,

V_обр – объем образца породы.

Эффективная пористость – это объем пор, из которых углеводороды могут быть извлечены при разработке, еще меньшая величина.

К_э= V_э / V_обр

где, К_э - коэффициент эффективной пористости,

V_пор- объем пор, через которые возможно движение флюида

V_обр – объем образца породы.

Объем пор зависит от формы и размеров частиц обломочной породы, их уплотненности, отсортированности, количества, качества и типа цемента.

Тип цемента (по М.С. Швецову)

Таблица 4.2.

Тип цемента	Взаимоотношение обломочных зерен и цемента
Базальный	Зерна не соприкасаются друг с другом, они как бы вкраплены в цемент. Цементация прочная
Поровый	Зерна соприкасаются друг с другом, все пространство между ними заполнено цементом. Прочность цементации различная
Порово-базальный	Часть зерен касается друг друга, часть не касается. Прочность цементации различная
Контактовый	Зерна соприкасаются друг с другом, и в местах их соприкосновения развит цемент. Цементация непрочная
Коррозионный (разъедания)	Цемент заполняет все пространство между зернами и частично внедряется в них вследствие растворения зерен. Очень прочная цементация.
Сгустковый (пятнистый)	Цемент развит неравномерно, пятнами. Прочность цементации различная

Важнейшим показателем, характеризующим породу как коллектор, является размер пор: их ширина или просвет.

Пористость обусловлена наличием:

Пор – пространство между отдельными зернами, слагающими горную породу. В хорошо окатанных, близких к шарообразной форме зернах, пористость не зависит от размера зерен, а определяется их укладкой и однородностью по размеру. Неглубоко залегающие, недоуплотненные коллекторы сеноманского возраста Уренгойского месторождения имеют пористость до 40%.

При низкой отсортированности мелкие зерна заполняют свободное пространство между крупными, чем уменьшают пористость.

Рис. 4.5. Примеры идеальной упаковки зерен:

кубическая (К_п = 45%); ромбическая (К_п = 25%)

Каверн – сравнительно крупных пустотных пространств, образовавшихся в результате действия процессов выщелачивания.

Трещин – разрывов сплошности горных пород, обусловленных литогенетическими причинами или тектонической деятельностью. Например: с возрастанием горного давления, уплотнением пород пористость уменьшается, но не безгранично. При давлении 350 - 400 кг/см³ песчаники начинают дробиться, появляются трещины, что приводит к возникновению вторичной пористости.

Литологическая трещиноватость (уплотнение, перекристаллизация, обезвоживание, выветривание) приспосабливается к структурно-текстурным особенностям пород. Трещины ветвятся, огибают отдельные зерна, в целом их расположение хаотично, поверхность стенок неровная.

Тектоническая трещиноватость (колебательные, складкообразовательные, дизьюнктивные движения) не считается со структурно-текстурными свойствами пород.

Рис. 4.6. Типы пустот коллекторов

а – каверны выщелачивания карбонатов, б – межзерновая пористость обломочных пород, в – тектонические трещины аргиллитов.

Поверхность стенок трещин более ровная, иногда переходит в зеркала скольжения, трещины более прямолинейны.

Измерение пористости довольно сложно. Применяются методы замера трещин в шлифах, промыслово-геофизическими и лабораторными методами в сочетании с испытанием разведочных скважин. Главный метод лабораторный - насыщение высушенного образца керосином и его взвешивание.

Пористость пород меняется с глубиной при увеличении давления, но не все так однозначно, поскольку увеличение пористости с увеличением давления может произойти при растрескивании, например аргиллитов.

Размер пор пород (по Б.А.Соколову)

Таблица 4.3.

Размер пор, мм	Характеристика движения жидкости
больше 0,1 - сверхкапиллярные	- возможно движение жидкости под действием силы тяжести
0,005 до 0,1 - капиллярные	- на перемещение жидкости влияют силы капиллярного давления
меньше 0,005 - субкапиллярные	- жидкость связана в виде пленок на стенках и не двигается