Нефтегазосодержащие породы (коллекторы и флюидоупоры (покрышки))

Горные породы обладающие способностью вмещать нефть, газ, воду; перемещать и отдавать их называются коллекторами. Абсолютное большинство пород коллекторов имеют осадочное строение, по литологическому составу породы подразделяются: терригенные и карбонатные. Терригенные – песчано-алеврито-глинистые. Из определения понятия породы коллектор вытекает то что они имеют систему пустот – пор. Если для терригенных коллекторов традиционными являются поры, то для карбонатных это каверны (полости выщелачивания). Поры бывают открытыми и закрытыми, открытые поры сообщаются между собой и обеспечивают перемещение водных и углеводородных флюидом по породе. Открытая пористость породы коллектора (песчаник) максимальная – 47%. Закрытые поры между собой не сообщаются. Трещины характерны как для терригенных так и для карбонатных коллекторов и имеют преимущественно вторичное происхождение. Основными петрофизическими характеристиками коллекторов: пористость, проницаемость, глинистость, карбонатность, влагоемкость. Пористость определяется отношением объёма пор к объёму всей породы (Кпор). Представляет собой коэффициент проницаемости в уравнении Дарси, который может изменятся от 10 до 1000мД. По величине проницаемости подразделяют 5 классов:

1. Более 1000мД

2. 100 – 500мД

3. 10 – 100мД

4. 1 – 10мД (не коллектор)

Проницаемость горных пород зависит от поперечных (в направлении движения флюида) …

Породы флюидоупоров в отличии от коллекторов характеризуются открытой пористостью не более 8%, в то время как открытая пористость породы коллектора 46-48%. Порода коллектор способна перемещать и отдавать флюиды, а порода флюидоупор подобными свойствами не обладает, то есть она препятствует перемещению по ней и проникновению через нее флюидов.

По характеру пустот порода – коллектор подразделяется на 3 типа:

1. Гранулярный (поровый) коллектор – только обломочные горные породы;

2. Трещинные коллекторы возникают в результате тектонических движений (любые горные породы);

3. Каверновые (только карбонатные породы, в которых в ходе взаимодействия с водами высоких температурах (гидротермы) происходит выщелачивание CaCO3 с образование CaHCO2, гидрокарбонат кальция и магния, которые растворяются в воде, приводя к образованию каверны, размер которой может колебаться от первых сантиметров до десятков метров. Типичным примером каверновых коллекторов являются карбонатные породы асмари (ближний восток).

99% вскрытых коллекторов в Тюменской области это терригенные породы: песчано-алеврито-глинистые юрско-меловых отложений (мезозой).

Может быть и смешанный тип: трещинно-поровый и трещинно-каверновый. Емкость порового коллектора называется пористостью, для характеристики используют коэффициент, который показывает какую часть он занимает. По размерам все поры подразделяются на сверхкапиллярные (более 508 мкм), капиллярные (508 – 0.2 мкм), субкапиллярные (менее 0.2 мкм). В сверхкапиллярных порах течение воды подчинятся законам гидравлики, поэтому вода, нефть и газ в них свободно перемещаются под действием гравитационных сил. В капиллярных порах движении жидкости затруднено так как проявляются силы молекулярного сцепления. Субкапиллярные поры характерны для флюидоупора – глинистой породы, которые являются водо- и нефте-газо-упорами. Фильтрация воды по таким породам невозможна. Движение нефти в пласте осуществляется только по сообщающимся поровым каналам с размером более 0.2 мкм.

Пористость бывает общая, открытая, закрытая и эффективная. Общая пористость называется так же абсолютной и представляет собой объём всех пор в породе. Коэффициент общей пористости представляет собой отношении объёма всех пор на объём образца породы. При промышленной оценки залежей нефти и газа учитывается только открытая пористость, то есть объём только тех пор, которые связаны между собой. Открытая пористость определяется отношением суммарного объема открытых пор Vo к объему образца породы. В нефтегазовой геологии наряду с понятиями общая и открытая пористость используются эффективная пористость, …поры, нефть из которых может быть извлечена при разработке. Коэффициент пористости обломочных пород в идеальном случае (когда зерна породы одинаковы по размеру и имеют шарообразную форму) не зависят от размеров зерен, а определяется их укладкой и однородностью по размеру.

У пород, состоящих из неодинаковых по размеру обломков (конгломераты, глинистые песчаники) пористость резко снижается, так как мелкие зерна заполняют промежутки между крупными зернами, уменьшая объем порового пространства. Величина коэффициента пористости терригенных 42-44%.

Второй важнейший показатель коллектора – проницаемость, которая отражает свойство породы пропускать жидкость и газ. За единицу проницаемости – 1мкм², принимается проницаемость такой породы, при фильтрации через которую на площади один метр квадратный, при перепаде давление 0.1 Мпа расход жидкости вязкостью 1 Мпа/с составляет 1 м³/с. Проницаемость нефтеносных песчаников изменяется в широком диапазоне 0-3 мкм², трещиноватых известняков 0.005 до 0.02 мкм². Проницаемость зависит от размера и конфигурации пор (величины зерен) от плотности их укладки, от взаимного расположения частиц, трещиноватости пород. По субкапиллярным порам жидкость практически не перемещается, так как в них межмолекулярное притяжение настолько велико, что для перемещения жидкости требуется такой высоки перепад давления, которых в пластовых условиях отсутствует. Благодаря межмолекулярному притяжению поверхности минеральных частиц обволакивается слоем физически крепко связанной воды (в случае гидрофильной породы). Эта вода почти полностью закрывает просветы субкапиллярных …, их проницаемость менее 0.001 мкм² и не имеет практического значения.

Породы флюидоупоры (покрышки), их главная цель сохранить запасы углеводородных флюидов в породе коллекторе (при наличии ловушки). Породы покрышки различают по характеру распространения мощности, минеральному составу (глины, соли), по наличию или отсутствие нарушения сплошности (наличие в глинах литологических окон – линц песчаников), по плотности и проницаемости выделяют: региональные, субрегиональные, зональные и локальные. В качестве региональных можно рассматривать глины Баженовской свиты (распространённая на площади 1.5 млн км², представлена черно цветными глинами верхней юры, образовавшимися из черно цветных карбонатно-кремнистых илов, донных отложений древнего внутреннего моря Западной Сибири того времени; толщина свиты изменятся от 10 до 100 метров, но в восточной части ее флюидоупорные свойства ухудшаются засчёт песчаников). Зональные покрышки выдержаны в пределах в виде отдельного месторождения либо в пределах отдельной зоны поднятия. Экранируются свойства флюидоупоров снижают трещины. В Западной Сибири покрышки имеют глинистый сосав, соленосные покрышки встречаются в восточной Сибири, и самым надежным экраном является каменная соль, которая благодаря своей пластичности, деформируется без изменения сплошности, чем больше мощность покрышки, тем выше ее изолирующие качества и способность сохранять залежи с большими запасами углеводородов.

На больших глубинах вследствие потери воды глинистые покрышки превращаются в хрупкие тела и даже могут стать породами коллекторами (вторичная порода коллектор).