Характеристика пласта. Пласт-коллектор.

Продуктивный пласт. Физическая, геолого-промысловая

Продуктивный пласт – массив какой-либо породы, заключённого между двумя слоями других пород. Верхняя поверхность пласта называется кровлей, нижняя – подошвой. Расстояние между кровлей и подошвой называют мощностью пласта.

По проницаемости горные породы делятся на проницаемые (коллекторы) непроницаемые (покрышки). Согласно общепринятой теории образования нефти- необходимы остатки растений и животных, а так же определенное давление и температура.

По мере накопления слоев органического вещества, песка. глины, ила и извести. с течением времени масса покрывающих отложений оказывала огромное давление на лежащие ниже осадочные слои. С увеличением массы отложений они постепенно опускались. огромное давление в сочетании с высокой температурой, действием бактерий и химическими реакциями и привели к образованию сырой нефти и природного газа.

В результате постоянного сжигания материнского пласта, по мере трансформации биоостатков углеводородов (нефть и газ в виде флюидов) постепенно выдавливаются вверх пористые проницаемые породы (это первичная миграция флюидов), такие как: песчаник, карбонатные породы, известняк и доломиты. Именно эти породы являются хранилищем мигрировавших углеводородов и такие породы называются коллекторы.

Коллекторы - это горные породы, способные содержать в своем пустотном пространстве нефть, газ, воду и другие веще­ства, а также способное пропускать их через себя. Породы-коллекторы по типу пустотного пространства разделяются на поровые (грану­лярные), трещиноватые, кавернозные и смешанные. Они характеризуются двумя параметрами – пористостью и проницаемостью, удельной поверхностью пористой среды.

Покрышки - это практически непроницаемые горные породы. Обычно ими бывают породы химического или смешенного происхождения, не нарушаемые трещинами. Чаще всего роль покрышек выполняют глины: смачиваясь водой, они разбухают и закрывают все поры и трещины в породе. Кроме того, покрышками могут быть каменная соль и известняки.

Термобарические условия (пластовые давления и температура) являются важной характеристикой условий залегания скопле­ний нефти и газа в земной коре.

Пористость - объем породы-коллекто­ра, не заполненный твердым веществом. К пористым породам принадлежат такие, как песчаник, карбонатные породы, известняк и доломиты.

По признаку раскрытия (ширины) пустоты, образуемые порами, условно делятся на крупные (сверхкапиллярные) – диаметром более 0,5 мм, капиллярные – от 0,5 до 0,0002 мм, субкапиллярные –менее 0,0002 мм.

Различают общую, открытую и эффективную пористость. Общая (полная, абсолютная) пористость - это объем всех пор в породе. Соответственно коэффициент общей пористости пред­ставляет собой отношение объема всех пор к объему породы.

При промышленной оценке залежей нефти и газа прини­мается во внимание открытая пористость. Открытая пористость - объем только тех пор, которые связаны между собой.

В нефтяной геологии, наряду с понятиями общая и откры­тая пористость, существует понятие эффективная пористость. Она определяется наличием таких пор, из которых нефть может быть извлечена при разработке. Неэффективными считают субкапиллярные и изолированные поры.

Коэффициент эффективной пористости:

k_эфф =

 

где V _отн – объём открытых пор данной породы; V – общий объём породы.

Проницаемость характеризует спо­собность горных пород-коллекторов пропус­кать через себя жидкости и газы. Различают абсолютную проницаемость, когда порода насыщена только одним флюидом, фазо­вую, когда в порах породы присутствует так­же другой флюид. А также существует относительная проницаемость - отношение фазовой проницаемости этой среды к абсолютной её проницаемости.

Проницаемость зависит от размера и конфи­гурации пор (величины зерен), от плотности укладки и взаим­ного расположения частиц, от трещиноватости пород.

Коэффициент проницаемости равен:

 

k = .

где Q – объёмный расход жидкости через породу за 1 с; F – площадь фильтрации; k – коэффициент пропорциональности, называемый иначе коэффициентом проницаемости породы; μ; – динамическая вязкость жидкости; Δp – перепад давления на длине образца породы; L – длина пути, на котором происходит фильтрация жидкости.

Удельная поверхность породы – суммарная площадь поверхности частиц, приходящаяся на единицу объема образца. От величины удельной поверхности нефтеносных пород зависят их проницаемость, содержание остаточной (реликтовой или связанной) воды и нефти. При этом чем меньше удельная поверхность, тем больше проницаемость. Породы с удельной поверхностью более 230000 м2/м3.

Температу­ра существенно влияет на свойства нефти и газа в пластовых условиях. С повышением темперы уменьшаются плотность, вяз­кость нефти и увеличивается подвиж­ность, происходят изменения в углеводород­ном составе нефти (метанизация), а при тем­пературах более 300 ºС начинается деструк­ция нефтей (газификации).

Для газов характерно увеличение вяз­кости с увеличением температуры. При низ­ких температурах (0 ºС и ниже) возможно об­разование кристаллогидратов.

Выявленные скопления нефти и газа залегают в интервале глубин от нескольких десятков до 8000 м, которым соответствуют температуры от -5 ºС (для районов вечной мерзлоты) до 250 ºС.

Пластовое давление - важный фак­тор, влияющий на свойства и условия залегания углеводородов (в первую очередь на фильтрационно-емкостные свойства коллекторов) в недрах. Давление в недрах склады­вается из двух составляющих - давления по­роды и давления насыщающего флюида. Давление породы (геостатическое давление) создается весом пород и определяется плот­ностью пород и их мощностью, средний градиент гeocтaтического давления составляет 0.023 МПa на 1 м мощности (при плотности пород 2,3 г/см3). Давление насыщающего по­роду флюида (гидростатическое давление) создается весом воды, заключенной в систе­ме. При средней плотности пластовой воды 1,23 г/см3 градиент давлений

Накопление и залегание Нефть и газ не залегают в виде больших озер (хотя мы и говорим о нефтяных пластах) На самом деле углеводороды, сырая нефть и газ находятся в виде флюидов в порах осадочных пород.

Характерный признак осадочных пород – слоистость. Они сложены из практически параллельных пластов, различных по структуре, составу, твердостью. окраской, пористостью.

Слой ила, содержащий биологические остатки называют материнский пласт. Структуры, ограничивающие пласт снизу – «подошва», а сверху «кровлей»

Горные породы делятся на проницаемые или «коллекторы», и не проницаемые «покрышки».

В результате постоянного сжатия материнского пласта, по мере трансформации биоостатков в углеводороды (нефть и газ в виде флюидов) постепенно выдавливались вверх в пористые и проницаемые породы, такие как: песчаник, карбонатные породы (известняки) и доломиты. Именно эти породы являются хранилищем мигрирующих углеводородов и называются породы – коллекторы.

Коллекторы - любые горные породы, которые могут вмещать в себя и выдавать жидкости или газы, а также пропускать их через себя при наличии перепада давлению. Встречаются следующие типы коллекторов: 1. поровые - состоят из зернистых материалов (пески, песчаники); 2. кавернозные - пустоты в которых образованы полостями, кавернами различного происхождения (например, результат растворения солей водами); 3. трещиноватые – образованные из непроницаемых пород, но имеющие множество микро и макротрещин (трещиноватые известняки); 4. смешанные - все виды пустот.

Физика промыслового пласта

Геолого- промысловая характеристика продуктивного пласта.

Характеристика продуктивного пласта включает сведения: о гранулометрическом составе, коллекторских, механических свойствах; насыщенности нефтью, газом и водой.

От гранулометрических характеристик зависят коллекторских свойства пласта – пористость, проницаемость, удельная поверхность контакта пористой среды.

Разные породы обладают разными по величине порами, то есть разной пористостью. Пористость определяет способность породы вмещать, удерживать и пропускать определенное количествоводы, жидких и газообразных углеводородов. Пористость (количественно) - отношение объема пор к общему объему породы в %. Например пористость песчаника достигает 30%, а плотный известняк всего 5%.

Каналы, образуемые порами, условно подразделяются: 1. крупные (сверхкапиллярные), диаметром более 0,5 мм. 2. капиллярные от 0,5 до 0,0002 мм. 3. субкапиллярные менее 0,0002 мм. Отношение объема пор к объему породы называется коэффициентом полной пористости (пористостью).

Коэффициент полной пористостине может в достаточной степени характеризовать коллекторских свой свойства горных пород. Часть пор являются закрытыми, то есть друг с другом не соединены каналами. Поэтому используются коэффициенты открытой и эффективной пористости.

Коэффициент открытой пористости – отношение объема суммарного объема сообщающихся пор к объему всего образца.

Коэффициент эффективной пористости – относительный объем пор, по которым возможно движение заполняющих их жидкостей и газов.

Флюиды нефти и газа накапливаться в порах и достаточно свободно перемещаются между ними по микро трещинам. Это свойство породы коллектора называется проницаемостью .

Коэффициент проницаемости – определяется линейным законом Дарси, размерность "метр в квадрате" – образец пористой среды площадью 1 м. кв., длинной 1 м., через который при перепаде давления 1 Па расход жидкости вязкостью 1 Па/сек. Составляет 1 м. куб сек.

Нефть добывают из пластов с проницаемостью 2 х 10 в 12 степени м. кв.,газ при проницаемости 5 х 10 в 15 степени м. кв.

При разработке нефтяных и газовых месторождений пористой среде одновременно движутся нефть, газ и вода или их смеси. В результате проницаемость одной и той же пористой среды для одной фазы (жидкость или газ) будут меняться в зависимости от соотношения компонентов в смести.

Поэтому для оценки проницаемости нефтесодержащих пород введены понятия абсолютной и эффективной (фазовой) проницаемости.

Абсолютная проницаемость – степень фильтрации одного какого-либо фазы (воды, нефти, газа).

Эффективная (фазовая) проницаемость – проницаемость пористой среды при одновременной фильтрации многофазных систем. Зависит от свойств пористой среды, свойств каждой фазы в отдельности, соотношения фаз в смеси и градиента давления в пласте.

Относительная проницаемость – отношение эффективной (фазовой) проницаемости к абсолютной проницаемости.

Удельная поверхность породы называется суммарная площадь частиц, приходящаяся на единицу объема. От удельной поверхности зависят их проницаемость, содержание остаточной (связанной) воды и нефти. Промышленные месторождения имеют показатель удельной поверхности от 40000 до 230000 м.кв./м.куб. При удельной поверхности более 230000 м.кв./м.куб. (глины, глинистые пески, глинистые сланцы) породы являются слабопроницаемыми (покрышки).

Упругость пласта – это его способность изменять свой объем при изменении давления. До начала разработки пласт находится под давлением веса вышележащих пород (горное давление) и противодавление создаваемое флюидами (нефти, воды, газа). При отборе нефти и газа пластовое давление падает и под действием горного давления объем пласта, объем пор его уменьшается (снижается коэффициент пористости).

Нефтенасыщенность (газо – или водонасыщенность). Коэффициентнефтенасыщенность - объем пор заполненных нефтью к общему объему пор.

Перемещение нефти и газа происходит в две стадии. Сначала, поскольку углеводороды легче, они вытесняются из материнских пластов лежащих в нижних придонных слоях моря в выше в пористые породы. пока не достигают слоя непроницаемой горной породы им таким образом оказываются в ловушке.

Осадочные породы образуются в виде горизонтальных или слегка наклонных пластов.

По мере образования новых слоев нижние пласты на отдельных участках не выдерживают давления и прогибаются. или выдавливаются в результате перемещения горных пород, при этом они деформируются образуя складки. (Рис …)

Пласты могут быть горизонтальные и в виде складок, результат колебательных, сдвиговых и горообразовательных процессов. Выпуклость – «антиклиналь», прогиб – «синклиналь». Антиклиналь + синклиналь – полная складка.

Рис.1. Складка осадочных пород 1

 

В России 90% залежей «антиклиналь», за рубежом около 70%. Размеры антиклиналей, длинна – 5-10.. км, ширина 2…3.. км, высота 50…70… м.

Самое крупное в мир - Гавар (Саудовская Аравия) имеет размеры 225х25 км высота 370 м, Газовое месторождение - Уренгой 120х30 км высота 200 м

Наилучшими коллекторскими свойствами обладают поровые породы.

Покрышки - практически непроницаемые горные породы, химического или смешанного происхождения, не нарушенные трещинами. Чаще всего – это глины (непроницаемы для воды и нефти), реже – каменная соль и известняки.

Короткая антиклиналь, свод которой снижается от верхней точки во всех направлениях, называется куполом. Купол наиболее интерес в теории залегания и поиска нефти.

Существует вид деформации горных пород – сброс. Породы при подвижках земной коры образуют вертикальные разломы и смещения (трещины) так называемые линии кливажа. Один из видов смещения - сброс. Величина - сбросов от нескольких сантиметров до нескольких километров. Сбросы могут быть нормальные,то есть вертикальные или поперечные, то есть горизонтальные или смешанные.

Движение земной коры – наиважнейший фактор формирования так называемых ловушек для флюидов нефти и газа. Флюиды непрерывно двигаются вертикально и горизонтально, пока не попадают в такие ловушки, образованные непроницаемыми породами.