2. Порода-коллектор, его свойства. Классификация горных пород по происхождению и по составу. Типы пород-коллекторов, их минералогический состав. Коллектором называется горная порода (пласт, массив), обладающая способностью аккумулировать (накапливать) углеводороды. и отдавать (фильтровать) пластовые флюиды: нефть, газ и воду. Основные коллекторские свойства горных пород определяют их способность вмещать (ёмкость коллектора, обусловленная пористостью горной породы) и пропускать (фильтрация флюидов, обусловленная проницаемостью горных пород) через себя жидкости и газы при перепаде давления называются фильтрационно-ёмкостными свойствами (ФЕС). Коллекторские свойства пород продуктивных пластов характеризуются следующими показателями:
• гранулометрическим (механическим) составом пород;
• пористостью;
• проницаемостью;
• насыщенностью пород водой, нефтью и газом;
• удельной поверхностью;
• капиллярными силами;
• механическими свойствами;
• тепловыми свойствами.
Под горной породой понимается естественный твердый минеральный агрегат определенного состава и строения, образующий в земной коре тела различной формы и размера. Горные породы по происхождению (генезису) разделяются на осадочные (пески, песчаники, доломиты, алевролиты, известняки), магматические (изверженные) и метаморфические.
Осадочные породы по происхождению делятся на обломочные, химические, органические и смешанные.
Обломочные породы образовались в результате отложения обломков или кусочков разрушенных пород: валуны, галечники, гравий, пески, песчаники, глины и другие.
Породы химического происхождения образовались вследствие выпадения солей из водных растворов или как результат химических реакций протекающих в земной коре.
Породы органического происхождения являются окаменелыми останками животных и растительных организмов: известняки, мел и другие.
Породы смешанного происхождения сложены из минералов обломочного, химического и органического происхождения: мергели, глинистые и песчаные известняки.
Магматические (изверженные) породы образовались в результате застывания магмы и имеют, обычно, кристаллическое строение. Животных и растительных остатков в них не содержится. К ним относятся базальты, граниты и другие.
Метаморфические породы образовались из магматических и осадочных пород под воздействием высоких температур и давлений в толще земной коры: сланцы, мрамор, яшмы и прочие. Тип коллектора определяется природой, структурой и геометрией порового пространства. Подавляющая часть нефтяных и газовых месторождений приурочена к коллекторам трёх типов – гранулярным
(терригенный, обломочный), трещинным и смешанного строения.
К первому типу относятся коллекторы, сложенные песчано- алевритовыми породами, состоящие из песчаников, песка, алевролитов, реже известняков, доломитов, поровое пространство которых состоит в основном из межзерновых полостей.
В Томской области нефтяные месторождения приурочены к песчаникам и большей частью имеют гранулярный тип коллектора.
Коллекторы трещинного типа сложены преимущественно карбонатами, поровое пространство которых состоит из микро- и макротрещин. Трещинные коллекторы смешанног типа в зависимости от наличия в них пустот различного вида подразделяются на подтипы: трещинно-пористые, трещинно-каверновые, трещинно-карстовые.
4. Грвнулометрический состав пород. Методы определения. Гранулометрическим составом горных пород называют количественное (массовое) содержание в породах частиц различной величины. Гранулометрический состав характеризует степень дисперсности минеральных частиц, слагающих горную породу. От степени дисперсности минералов зависят многие другие коллекторские свойства пористой среды: пористость, проницаемость, удельная поверхность, остаточная водонасыщенность, нефтенасыщенность, силы, капиллярно удерживающие флюиды в пласте, и другие. Для определения гранулометрического состава горных пород существует несколько методов. Наиболее распространенными являются ситовый
(применяется преимущественно для характеристики состава псефитов и псаммитов, породу последовательно просеивают через сита с уменьшающим диаметром отверстий) и седиментационный (для алевритов и пелитов) методы, применяемые для слабо и среднесцементированных горных пород. Результаты анализ гранулометрического состава пород представляют в виде таблиц или диаграмм (рис. 1.6), секторы которых показывают содержание различных фракций.
Точка 1, соответствует размеру сита, на котором задерживается 10 %
более крупных фракций, а 90 % мелких проходит через сито (d90). По
величине её ориентируются на выбор размера щелей фильтра нефтяных
скважин, служащего для ограничения выноса количества песка из пласта в
скважину. Точка 2, соответствует размеру сита, на котором задерживается
40 % более крупных фракций, а 60 % более мелких проходит через сито (d60).
Точка 3, соответствует размеру сита, на котором задерживается 90 %
более крупных фракций, а 10 % более мелких проходит через сито (d10).
Последняя точка даёт величину так называемого эффективного диаметра
частиц для данного песка.
5. Пористость горных пород. Методы определения. Коэффициенты пористости.
Под пористостью горной породы понимают наличие в ней пор (пустот– пор, каверн, трещин). Пористость характеризует способность горной породы вмещать жидкости и газы. Это ёмкостной параметр горной породы. На практике величину пористости пород оценивают коэффициента пористости (m), выраженным в долях единицы или в процентах.
Коэффициент общей (полной, абсолютной) пористости (mп) зависит от суммарного объёма всех пор (Vпор):
mп=
/Vобразца
* 100%
Коэффициент открытой пористости (mо) зависит от объёма
сообщающихся между собой пор (Vсообщ пор):
m0=
/Vобразца
* 100%
Коэффициент эффективной пористости (mэф) характеризует
фильтрацию флюида в породе. Он зависит от объёма пор через которые идёт
фильтрация (Vпор фильтр ↔ mо), не занятых остаточной (связанной) водой (Sв).
Mэф=
/
Vобразца
*100%
Для
коэффициентов пористости всегда
выполняется соотношение:
mп > mo > mэф.
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 разделяются на три группы:1) сверхкапиллярные в�� более 0,5 мм; 2) капиллярные в�� от 0,5 до 0,0002 мм (0,2 мкм); 3) субкапиллярные в�� менее 0,0002 мм (0,2 мкм). По крупным (сверхкапиллярным) каналам и порам движение нефти, воды и газа происходит свободно, а по капиллярным в�� при значительном участии капиллярных сил. В субкапиллярных каналах жидкости в такой степени удерживаются силой притяжения стенок каналов (вследствие малого расстояния между стенками канала жидкость в ней находится в сфере действия молекулярных сил материала породы), что практически в природных условиях перемещаться в них не могут.
6. Фиктивный грунт, его пористость. Фиктивный грунт - воображаемый грунт, состоящий из шарообразных частиц одного и того же размера.
Фиктивный грунт - среда, состоящая из шариков одного размера, уложенных во всем объёме пористой среды одинаковым образом по элементам из восьми шаров в углах ромбоэдра. Острый угол раствора ромбоэдра a меняется от 60о до 90о. Наиболее плотная укладка частиц при a=60о и наименее плотная при a=90о (куб) С целью более точного описания реальных пористых сред в настоящее время предложены более сложные модели фиктивного грунта: с различными диаметрами шаров, элементами не шарообразной формы и т.д. Идеальный грунт – среда, состоящая из трубочек одного размера, уложенных одинаковым образом по элементам из четырех трубочек в углах ромба. Плотность укладки меняется от угла раствора ромба. Основные характеристики пористых сред: пористость, просветность, гранулометрический состав, эффективный диаметр или гидравлический диаметр пор, удельная поверхность, механические свойства (упругость, пластичность, сопротивление разрыву и сжатию). Кроме того, введены параметры, связанные с жидкостью: насыщенность и проницаемость. Пористость - это отношение объема пор Vп к объему пористой среды V m=Vп /V