3. Генезис, класифікація та поширення карбонатних порід-колекторів у геологічних формаціях.

Карбонатні породи складають близько 14% осадової оболонки земної кори. До найпоширеніших серед них відносяться вапняки, доломіти, мергелі і крейда. Карбонатні породи – гірські породи, складені в основному карбонатами природними. До цієї групи можуть бути віднесені всі гірські породи, що складаються з кальциту, арагоніту, доломіту, магнезиту, сидериту, анкериту, родохрозиту, вітериту і інші.

Основна маса карбонатних порід утворилася осадовим шляхом в морських і озерних басейнах.

Виділяється 3 головні генетичні типи карбонатних порід: органогенні, хемогенні, уламкові.

Основну масу карбонатних порід поділяють в залежності від вмісту в них кальциту і доломіту і від співвідношення карбонатної і теригенної складових на такі різновиди:

• вапняк [СаСО3 95 -100%, CaMg (СО3)2 5-0%];

• доломітовий вапняк (відповідно 50-95% і 50-5%);

• вапняковий доломіт (5-50% і 95-50%);

• доломіт (0-5% і 100-95%).

Геологічні формації бувають: вугленосна, флішова, моласова, інтрузивна тощо.

Нерідко зустрічається закономірне поєднання осадових, вулканогенних і інтрузивних формацій. Таке поєднання називається геологічною асоціацією. Карбонатні породи є дуже поширені у офіолітовій асоціації.

4. Колекторські властивості карбонатних порід та методи їх дослідження

Карбонатні породи – гірські породи, складені в основному карбонатами природними. До цієї групи можуть бути віднесені всі гірські породи, що складаються з кальциту, арагоніту, доломіту, магнезиту, сидериту, анкериту, родохрозиту, вітериту і інші.

Колекторські властивості карбонатних порід визначаються ємнісно-фільтраційними властивостями: структурою порового простору, міжгранулярною пористістю, проникністю.

Петрофізика порід-колекторів

1. Ємнісно-фільтраційні властивості порід-колекторів. Класифікація

колекторів за ємнісно-фільтраційниними і літологічними характеристиками.

Пористість – вміст пустот в об’ємі породи. Кп=Vпор/Vпороди , [%].

Види пористості:

• Загальна – об’єм всіх пустот в об’ємі породи.

• Відкрита – пори, що зв’язані між собою каналами.

• Ефективна – пори, що заповнені рухомими флюїдами.

• Динамічна – пористість, з якої вилучається флюїд при певному перепаді тиску

або під вагою тяжіння з часом.

• Тупікових пор – частина порового простору, що заповнена вільними флюїдами,

що не задіяні в процесі вилучення флюїдів.

• Тріщинна, кавернозна, між зернова.

Пористість буває:

• Первинна

• Вторинна

• Змішана

Первинна пористість глинистих осадків вища пористості піщаних.

Чим краще відсортована порода, тим менший діапазон зміни середнього радіуса

пор. Для неглинистих колекторів однорідної структури виведена формула, що зв’язує пористість з середнім радіусом порових каналів:

К_п = = , де L – довжина зразка; - гідравлічна звивистість; n- кількість каналів; r_k – радіус каналу; S – площа торця

Пористість глин і глинистих порід часто знаходиться в простій експоненційній

Залежності від глибини залягання порід. Карбонатні породи мають більш строкатий характер розподілу пористості як по віку, так і по глибині залягання.

Первинна пористість подібних відкладів в процесі діагенезу підпорядковується ущільненню експоненційним законам, але в процесі діагенезу відбувається перекристалізація і перетворення карбонатних порід. В карбонатних породах під впливом агресивних атмосферних і пластових вод утворюються каверни, які призводять до покращення ємнісних властивостей. Кальцитові породи достатньо часто доломітизуються в результаті реакцій між Са і Мg, що призводить до збільшення пористості до 11-12%.

Таким чином, процес доломітизації може бути додатковою ознакою наявності колекторських властивостей у карбонатних породах.

Тріщинуватість порід в цілому створює сприятливі умови до покращення ємнісних і фільтраційних характеристик порід.

У зв’язку з ущільненням гірських порід під впливом маси вище залягаючих порід і геотектонічних сил пористість зменшується з глибиною за рівнянням:

К_п(н)= К_п(0)*exp(-β_п * Р_еф), де β_п – коефіцієнт стиснення пор.

Це рівняння для незворотніх деформацій порід, β – не є сталою величиною і залежить від ефективної напруги і зменшується від значення β_п max.

Рівняння Озерської:

К_п(н)= К_п(0)*exp(-0,45* Н)+В; В – коефіцієнт, що враховує пост седиментаційні коливання глибини залягання порід. Це рівняння характерне для глин, глинистих алевролітів і глинистих пісковиків з високим вмістом глинистої складової. Для пісковиків і алевролітів величина (-0,45) буде іншою і знаходиться емпіричним шляхом.

Рівняння , яке враховує зворотні деформації порового об’єму при відборі керну:

К_п(н)= К_п(л.у)*exp(1 – а’ (1+5η_гл²) ), де а’ – 3*10^-4 – 8*10^-4 м^0,5 – коефіцієнт, який контролює ступінь пружності скелета породи, чим більше зцементована порода і вищий геотермічний градієнт, тим вище а.

К_п(н) – коефіцієнт породи на глибині Н

К_п(л.у) – коефіцієнт породи виміряний у лабораторних умовах

Глинистість – це властивість порід вміщувати глинисті частинки з ефективним

діаметром менше 0,01 мм.

Розсіяна глинистість – властивість порід вміщувати сукупність глинистих часток, що заповнюють простір між більш крупними зернами чи відокреслюють їх між собою.

Шарувата глинистість – властивість порід вміщувати в своєму складі тонкі прошарки глин.

Кількісно глинистість характеризують масовим вмістом фракцій у мінеральній матриці породи з розміром зерен <0,01 мм.

Масова глинистість С_гл = , де - маса мінеральної матриці; - маса мінеральної фракції <0,01 мм.

Об’ємна глинистість – відношення об’єму вологої глини до об’єму вологої породи К_гл = С_гл (1 - К_п); К_гл = С_гл (1 - К_п).

Відносна глинистість (η_гл)– відношення об’єму сухого глинистого компоненту до суми об’ємів пор породи і сухого глинистого компоненту. Вона характеризує ступінь заповнення глинистими частинками простору між зернами породи. η_гл= .

Визначення глинистості порід за даними ГК зводиться до порівняння показників ГК приведених до єдиних стандартних умов. Визначення глинистості колекторів по ПС основана на залежності адсорбційної активності і відповідно глибини аномалії ПС над колекторами від вмісту в них глинистого матеріалу.

Проникність пористої породи – це її здатність пропускати через себе рідину або газ в певному напрямку, якщо між двома її точками в тому ж напрямку є перепал тиску.

Всі породи проникні. З гірських порід основна маса нафти надходить по порових каналах, якщо їх d_еф >1 мкм. При порушенні лінійного закону фільтрації Кпр суттєво зменшується.

Проникність є:

• Абсолютна – характеризує лише фізичні властивості породи;

• Ефективна – яка відповідає фільтрації певної рідини під час руху

багатокомпонентних сумішей в поровому просторі.

Рівняння Дарсі:

Q = -Кпр

Рівняння Козені – Кармана:

Кпр = , де

Кп.д – динамічний коефіцієнт пористості

- площа поверхні порових каналів, що беруть участь у фільтрації;

- гідравлічна звивистість;

f – коефіцієнт, що враховує форму порових каналів.

Величина глинистості породи контролює площу порового простору, збільшуєТг і суттєво зменшує К п.д, таким чином, в гірських породах проникність залежить від глинистості.

На величину Кпр впливає Кз.в. але зв'язок часто недостатньо тісний. Часто користуються напівемпіричною формулою: Кпр = , де

А,а,в – константи; А – тип відкладів; Sv – площа питомої поверхні;

а=3; в = 3.

Тріщинна проникність теригенних і карбонатних порід суттєво більша, ніж у гранулярних того ж літологічного складу за однакових Кп.

При падінні пластових тисків проникність тріщин них порід різко зменшується внаслідок закриття тріщин.

Відносна проникність: Кпр(н,в,г)= .

Проникність гранулярних порід перпендикулярно нашаруванню може бути в кілька разів менша, ніж латеральна проникність.

Коефіцієнт анізотропії по Кпр:

λКпр =

Із збільшенням тиску до 50 МПа, проникність добре відсортованих пісковиків зменшується на 15-20%, при вмісті глин 25-30% - проникність зменшується на 70%.

Густина – властивість речовини, що визначається їх масою та об’ємом.

Ϩ_п =

Густина природних мінералів і порід змінюється від 0,53 г/см³ до 22,5 г/см³. Вторинні процеси в магматичних породах приводять до зменшення густини (тріщинуватість, вилуговування, утворення кори вивітрювання).

При метаморфізмі осадових порід відбувається збільшення густини, збільшенню густини також сприяють процеси піритизації і перекристалізації із захопленням у кристалічні решітки іонів більш важких елементів. Густина ефузивних порід аналогічного складу менша, ніж інтрузивних порід.

Класифікація колекторів (за Дахновим):

1. Дуже високі колекторські властивості: Кп >40%, динам.Кп >30%, ηгл < 0,05,

Кпр > 1000 фм²;

2. Високі колекторські властивості: Кп =20-40%, динам.Кп =15-30%, ηгл = 0,05

0,1, Кпр = 100-1000 фм²;

3. Середні колекторські властивості: Кп =10-20%, динам.Кп =7,5-15%, ηгл =

0,1-0,2, Кпр = 10-100 фм²;

4. Низькі колекторські властивості: Кп =5-10%, динам.Кп =3-7,5%, ηгл = 0,2

0,5, Кпр = 1-10 фм²;

5. Дуже низькі колекторські властивості: Кп < 5%, динам.Кп < 3%, ηгл > 0,5,

Кпр < 1 фм².

Класифікація колекторів за Кпр (за Ханіним):

1. Кпр > 1мкм² - дуже високі колекторські властивості;

2. Кпр = 0,5 - 1 мкм² – високі колекторські властивості;

3. Кпр = 0,1 – 0,5 мкм² - середні колекторські властивості;

4. Кпр = 0,001 – 0,1 мкм² - понижені колекторські властивості;

5. Кпр = 10^-3 – 10^-2 мкм² - низькі колекторські властивості;

6. Кпр < 10^-3 мкм² - дуже низькі колекторські властивості.

Класифікація порід відносно їх колекторських властивостей:

1. Проникні Кпр = 10^-2 – n10³ мкм²

2. Напівпроникні Кпр = 10^-4 – 10^-2 мкм²

3. Практично непроникні Кпр < 10^-4 мкм²