Характеристика порід—колекторів нафти і газу

Вмістилищами нафти і газу в земній корі виступають гірські породи. Нафта і газ запов­нюють пустоти в породах.

Гірські породи, які здатні вміщати в собі нафту, газ, воду і в яких можливе їх пе­реміщення, називають колекторами. Всі породи-колектори доцільно ділити за типом пусто­тного простору на: перові (гранулярні), тріщинні, кавернозні та змішані (комбіновані). Во­ни характеризуються двома головними параметрами: пористістю і проникністю.

Пористість (пустотність) - це об'єм породи, не заповнений твердою речови-ною. Відношення цього об'єму до загального об'єму породи, виражене в частках одиниці, або в процентах, називають коефіцієнтом пористості. Поровий простір створюється як за рахунок порожнини між зернами (уламками) порід, так і за рахунок тріщин та каверн.

Пористість поділяють на загальну і відкриту. Загальна (повна, абсолютна, фі-зична) по­ристість - це об'єм всіх пустот в породі, сполучених і не сполучених між собою. Відкрита пористість — це об'єм тільки тих пустот у породі, які сполучені між собою, її іноді назива­ють ефективною пористістю. Відкрита пористість завжди менша від загальної.

Геологічні процеси ведуть до виникнення і зникненння пустот у гірських породах. І за­лежно від часу утворення пористість поділяють на первинну і вторинну. Первинна по­ристість виникає під час утворення самої породи. Вторинна пористість включає всі пустоти, які виникають під впливом різних геологічних факторів після виникнення породи. Первин­на пористість найбільш характерна для уламкових (гранулярних) порід, таких, як, наприклад, пісковики, алевроліти, уламкові й органогенні вапняки та доломіти. Всі ці породи досить висо-копористі (5—40 %), але переважно пористість знаходиться в межах 10—25 %.

Поровий простір - це безліч звужень і розширень, тупиків і розгалужень, які іменують каналами лише тому, що по них можуть рухатись рідини й гази. У породах трапляються макропори, умовний діаметр яких перевищує 1мм. Вони характерні для гравелітів, конгло-

мератів та деяких органогенних вапняків. Надкапілярні пори діаметром 0,1 — 1 мм здебільшого характеризують грубозернисті та кавернозні породи. Капілярні пори, діаметр яких 0,0002 — 0,1 мм, наявні в усіх породах. Субкапілярні пори мають діаметр менший за 0,2 мкм і характерні для глинистих порід.

Пористість гранулярних порід залежить від укладки і відсортованості зерен, їх форми і мінералогічного складу, зовнішнього і внутрішнього порового тисків, кількості цементу та деяких інших факторів.

У природних умовах увесь поровий простір заповнений водою, нафтою або газом. Ступінь насичення ними порового простору характеризується коефіцієнтами водонаси-чення (К„), нафтонасичення (К„) і газонасичення (К_г), які є відношеннями об'єму, зай­нятого даною речовиною, до загального об'єму пор і виражаються у частках одиниці або процентах.

У нафтогазонасичених породах завжди присутня деяка кількість води. Цю воду назива­ють залишковою або зв'язаною. Це вода, що залишилась у породі після надходження ту­ди нафти або газу. Вона утримується в породах різними силами. Це, зокрема, капілярні, адсорбційні (міжмолекулярні), гравітаційні та інші сили. У гідрофільних породах за­лишкова вода, яка має більший поверхневий натяг від нафти і тим більше від газу, зай­має капіляри меншого діаметру, утворює тонкі плівки на скелеті порід, зберігається в ту­пикових та ізольованих породах. Адсорбційне зв'язана (плівкова) вода утримується молекулярними силами. За фізико-хімічними властивостями ця вода відрізняється від вільної. У гідрофільних породах залишкова водонасиченість коливається в межах 10—40 % і рідко перевищує 50—60 %. У гідрофобних породах вона здебільшого не перевищує 10 %. Породи, насичені нафтою, мають дещо меншу залишкову водонасиченість, ніж аналогічні породи, насичені газом. Це, очевидно, є наслідком різного поверхневого натя­гу на межах фаз.

На залишкову водонасиченість, а тим самим і на нафто- і газонасиченість, вплива­ють в основному такі фактори, як мінералогічний і гранулометричний склад скелету по­роди, фізико-хімічні властивості фаз, структура порового простору. Від мінералогічного складу породи залежить її змочуваність, здатність до адсорбції і утримання плівок. Фізико-хімічні властивості рідин і газів визначають їх здатність до змочування і поверх­невий натяг. Гранулометричний склад і форма зерен визначають питому поверхню ске­лету, а це відображається на кількості залишкової води. Значно впливає також кількість, якість і тип цементації. Структура порового простору має найбільш істотний вплив на во­донасиченість.

Оскільки перелічені фактори впливають також на пористість і проникність, то повинен існувати зв'язок цих параметрів з водонасиченістю. Для однотипних порід виявлено зро­стання залишкової водонасиченості зі зменшенням пористості та проникності.

Проникність характеризує здатність гірських порід пропускати через себе рідини і гази і визначається за формулою

К = Qft L/F(Pi - Я,),

яеК- коефіцієнт проникності, м²; Q - витрата рідини чи газу, м³/с; ft - в'язкість, Па -c;L- довжина зразка породи, м; F - площа перетину зразка породи, м²; pj - Р₂ - перепад тиску на вході та виході, Па.

Проникність гранулярних порід залежить від багатьох факторів: розміру порових ка­налів, їх звивистості, наявності звужень, кількості цементу в породі, відсортованості зерен і їх розміру, величини гірського і порового тисків і пористості. При однаковій пористості, але різному діаметрі зерен проникність вища там, де більший діаметр зерен. Тому глинисті по­роди при високій величині пористості практично непроникні. Гірський тиск завжди веде до зменшення проникності.

Тріщинуваті породи характеризуються дуже високою проникністю, навіть при відносно малих розмірах тріщин (щілин). Для багатьох порід характерна анізотропія про­никності. Вздовж нашарування порід про­никність більша, ніж перпендикулярно до нього. Розрізняють проникність абсолютну, фазову і відносну. Абсолютна проникність -це проникність породи, повністю насиченої тільки однією фазою; фазова проникність - це проникність для даної фази при наявності в породі іншої; відносна проникність - це відношення фазової проникності до абсолют­ної. Абсолютна проникність порід-колекторів коливається від 0,1«10"³ до 1-3 мкм². Фазова проникність завжди менша від абсолютної. При зниженні насиченості фази нижче певної

Рис. 1.1. Графіки залежності відносних проникностей газу (К_г) і води (К_в) від во­донасиченості порового простору.

межі (переважно 20—ЗО %) проникність її практично дорівнює нулю (рис. 1.1) і відповідно ця фаза стає нерухомою в гідравлічному розумінні.

Колекторами нафти і газу при певних умовах можуть виступати всі гірські породи. Найбільш часто ними є піски і пісковики, вапняки і доломіти, в яких розміщено понад 95% нафти і газу. Решта припадає на ангідрити, різні сланці, скремнілі породи, деякі глини, тріщинуваті магматичні та метаморфічні породи.

Породи, які практично непроникні для нафти і газу, називають породами-покришками або флквдоупорами. їх роль можуть виконувати різні слабкопроникні породи: глини, аргіліти, солі, гіпси, хемогенні вапняки та деякі інші породи. Найбільш широко розповсюд­жені глинисті породи - покришки. На другому місці знаходяться соленосні (евапоритові)

породи-покришки.

Якість порід-покришок контролюється їх складом, товщиною, однорідністю, пла­стичністю та деякими іншими характеристиками. Товщина порід-покришок коливається в дуже значних межах: від 0,1 -1 до сотень, а іноді і тисяч метрів.

Породи-покришки ділять на теригенні, хемогенні, кріогенні (вічно мерзлі породи) та змішані. За поширеністю їх ділять на регіональні, зональні та локальні.

Породи, що не є колекторами і водночас не є покришками, називають напівпокришками. Вони, як і попередні, впливають на розподіл скупчень нафти і газу в земній корі.