Осадочные горные породы — вместилища нефти и газа

В начальный период развития нефтяной промышленности многие склонны были считать, что нефть в земной коре скапливается в пустотах больших размеров или в трещинах. Однако развитие бурения скважин позволило убедиться в правильности высказанной еще в шестидесятых годах прошлого столетия идеи Д. И. Менделеева о том, что вместилищами жидкости и газа в земной коре являются осадочные горные породы с большим числом мелких сообщающихся пустот.

Суммарный объем всех пустот в породе (пор, каверн, трещин) называют абсолютной или теоретической пористостью. Отношение суммарного объема пустот в породе ко всему объему породы — есть коэффициент пористости:

где У_п — суммарный объем всех пустот в породе; V — объем: породы.

Суммарный объем всех пустот в породе зависит от формы слагающих породу зерен, характера их взаимного расположения и наличия цементирующего вещества.

Если допустить, что все слагающие горную породу зерна имеют форму равновеликих шариков, то объем пор такой породы будет зависеть только от взаимного расположения зерен»

Рис. 7. Расположение зерен-шариков

шариков (рис. 7). Математически доказано, что размер зерен-шариков в данном случае не будет иметь значения.

При наименее плотной укладке равновеликих зерен-шариков, когда две группы рядов пересекаются под углом 90°, коэффициент пористости равен 47,6% (рис. 7, а). Теоретически это значение коэффициента пористости является максимальным. Если две группы рядов пересекаются под углом 60° (рис. 7, б), получают теоретически минимальный коэффициент пористости, равный 25,8%. Все другие формы расположения зерен-шариков дадут промежуточные значения пористости, т. е. 25,8—47,6%.

В действительности значение коэффициента пористости горной породы обусловливается не только формой слагающих ее зерен, но и степенью их отсортированности, наличием цементирующего вещества, связующего зерна, а также трещиноватостью породы. Все это обусловливает значительные колебания коэффициентов пористости различных горных пород.

В горной породе, как правило, не все поры сообщаются друг с другом. Объем пустот породы, взаимно сообщающихся между собой, называется эффективной пористостью.

Обычно открытые поры в горной породе насыщаются водой, нефтью или газом, а изолированные поры на том же участке могут содержать другие вещества. Отношение общего объема всех пустот в породе IV, заполненных водой, нефтью или газом, к суммарному объему всех пустот в породе V_u называют коэффициентом насыщения:

Насыщение пор нефтью, водой и газом и движение последних по поровым каналам зависят от размера пор. В поры большого диаметра жидкость проникает легко; под влиянием силы тяжести она может перемещаться по поровым каналам на значительные расстояния. Для проникновения жидкости в поры малого диаметра (капиллярные поры) требуются большие давления. Движение жидкости по поровым каналам в этом случае становится крайне затруднительным.

Рис. 8. Типы природных резервуаров:

Способность породы пропускать при перепаде давления жидкость и газ называется проницаемостью. Существуют породы хорошо проницаемые и плохо проницаемые. Абсолютно непроницаемых пород нет.

Проницаемость не характеризует количественное содержание жидкости в породе; она лишь определяет способность передвижения по поровым каналам жидкости и газов.

При характеристике и оценке свойств горных пород часто смешивают и даже отождествляют два совершенно различных понятия — проницаемость и пористость. Следует помнить, что пористость характеризует объем пустот в породе, а проницаемость — способность проникновения жидкости или газа через породу.

К хорошо проницаемым породам относятся пески, рыхлые песчаники, кавернозные и трещиноватые известняки; к плохо проницаемым породам — глины, гипсы, ангидриты, сланцы, глинистые известняки, песчаники и конгломераты с глинистым цементом. Выше отмечалось, что в порах некоторой части осадочных горных пород может содержаться большое количество воды, нефти и газа.

Пористые и трещиноватые горные породы, проницаемые для жидкостей и газа и способные быть их вместилищем, называются коллекторами.

В недрах земной коры вместилищем для воды, нефти и газа служит коллектор, кровлю и подошву которого составляют пласты, сложенные плохо проницаемыми породами. Такой коллектор называют природным резервуаром.

В земной коре существуют природные резервуары различных типов (рис. 8). Чаще всего природные резервуары представляют собой пласт, заключенный между плохо проницаемыми породами. Например, пласт песка между пластами глины (рис. 8, а).

Если мощную толщу проницаемых пород, которая состоит из нескольких пластов, не отделенных плохо проницаемыми породами, покрывают и подстилают плохо проницаемые породы, то такой природный резервуар называется массивным. Примером массивного природного резервуара может служить мощная толща трещиноватых известняков, ограниченная в кровле и подошве глинистыми пластами (рис. 8,6).

В земной коре встречаются природные литологически ограниченные резервуары, в которых проницаемая порода окружена со всех сторон плохо проницаемой породой (рис. 8, в).