Главной составной частью природного резервуара является коллектор. Коллектор – это горная порода способная вмещать в себя флюид и отдавать, при существующих методах эксплуатации месторождений.
Любая порода, которая содержит сообщающиеся между собой поры, пустоты, трещины, может стать коллектором.
Выделяют следующие группы пород коллекторов по генезису:
Обломочные или терригенные,
Биогенные или органогенные и хемогенные,
Смешанные,
Нетрадиционные коллекторы.
Терригенные или обломочные коллекторы (межзерновые, гранулярные)- это породы, образовавшиеся в результате переноса и механического накопления продуктов дезинтеграции более древних пород. Поскольку обломочный материал чаще всего транспортируется с суши в результате процессов выветривания, их еще называют терригенными. Терригенные отложения состоят преимущественно из кварца, полевых шпатов, слюд, глинистых минералов и обломков пород.
По величине обломков различают породы:
Таблица 4.1
Группа породы | Размер обломков, мм | |
Грубообломочные (псефиты) | более 1,0 | |
песчаные (псаммиты) | 1,0 - 0,1 | |
пылеватые (алевриты, алевролиты) | 0,1 – 0,01 | |
глинистые (пелиты) | менее 0,01 |
Основная масса обломочной породы состоит из частиц, значительно более мелких, чем средние по размеру зерна. Эти мелкие частицы заполняют пустоты между более крупными зернами. Какую-то часть пустот заполняет цемент, состоящий из глинистого или карбонатного вещества. Обломки обычносвязаны цементом. Цемент может быть сингенетическим – первичным и эпигенетическим – вторичным. Обломки обычносвязаны цементом.
Хемогенные породы-коллекторы - это осадочные образования, состоящие из минерального вещества, выпавшего на месте его формирования и не подвергшегося переносу. К ним относятся известняки, мергели, доломиты, мел, кремнистые сланцы. Пустотное пространство хемогенных коллекторов образовано трещинами и кавернами выщелачивания.
Среди карбонатных коллекторов особое место занимают биогенные или органогенные толщи, образованные жизнедеятельностью организмов: кораллов, мшанок, моллюсков, диатомовых водорослей.
Нетрадиционные коллекторы, образовавшиеся при выходе газов из вулканической лавы (туфы). Газовое месторождение в туфах и лавах риолитов палеогена в Японии.
Коллекторы метаморфических и магматических пород образовавшиеся в результате выветривания, выщелачивания, тектонической дезинтеграции - вторичных изменений пород. Месторождение Белый Тигр во Вьетнаме - коллектор образовался в результате выщелачивания и дезинтеграции гранитогнейсов.
Характеристика коллекторов дается по их основным свойствам: пористости, проницаемости, структуре порового пространства. По технологическим характеристикам коллекторы должны обладать определенной емкостью и проницаемостью.
Свойства горной породы вмещать (емкость) и пропускать (проницаемость) через себя жидкости и газы называются фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС).
Емкость определяется пористостью – объемом пустот в породе. Пористость по генетической классификации может быть:
Первичной - пустоты образуются в процессе осадконакопления и породообразования (промежутки между зернами – межзерновые поры, между плоскостями наслоения, камеры в раковинах и т.д.).
И вторичной - поры образуются в результате последующих процессов: разлома и дробления породы, растворения, перекристаллизации, возникновения трещин вследствие сокращения породы (например, при доломитизации) и других процессов. Пористость измеряется в процентах.
Суммарный объем пустот в породе называется общей (теоретической, полной, абсолютной) пористостью.
Для характеристики общей пористости используется коэффициент общей пористости - отношение суммарного объёма взаимосвязанных и изолированных пор к общему объёму горной породы
Кп = Vпор / Vобр
где, Кп - коэффициент пористости,
Vпор- суммарный объем пор,
Vобр – объем образца породы.
Величина общей пористости еще недостаточное свидетельство коллекторских свойств породы. Поры и пустоты могут быть взаимосообщающимися и тупиковыми (изолированными).
Открытая пористость – это объем связанных, сообщающихся между собой пор. Коэффициент открытой пористости всегда меньше коэффициента общей пористости.
Ко= Vо / Vобр
где, Ко - коэффициент открытой пористости,
Vпор- объем открытых, взаимосообщающиихся пор,
Vобр – объем образца породы.
Эффективная пористость – это объем пор, из которых углеводороды могут быть извлечены при разработке, еще меньшая величина.
Кэ= Vэ / Vобр
где, Кэ - коэффициент эффективной пористости,
Vпор- объем пор, через которые возможно движение флюида
Vобр – объем образца породы.
Объем пор зависит от формы и размеров частиц обломочной породы, их уплотненности, отсортированности, количества, качества и типа цемента.
Тип цемента (по М.С. Швецову)
Таблица 4.2.
Тип цемента | Взаимоотношение обломочных зерен и цемента |
Базальный | Зерна не соприкасаются друг с другом, они как бы вкраплены в цемент. Цементация прочная |
Поровый | Зерна соприкасаются друг с другом, все пространство между ними заполнено цементом. Прочность цементации различная |
Порово-базальный | Часть зерен касается друг друга, часть не касается. Прочность цементации различная |
Контактовый | Зерна соприкасаются друг с другом, и в местах их соприкосновения развит цемент. Цементация непрочная |
Коррозионный (разъедания) | Цемент заполняет все пространство между зернами и частично внедряется в них вследствие растворения зерен. Очень прочная цементация. |
Сгустковый (пятнистый) | Цемент развит неравномерно, пятнами. Прочность цементации различная |
Важнейшим показателем, характеризующим породу как коллектор, является размер пор: их ширина или просвет.
Пористость обусловлена наличием:
Пор – пространство между отдельными зернами, слагающими горную породу. В хорошо окатанных, близких к шарообразной форме зернах, пористость не зависит от размера зерен, а определяется их укладкой и однородностью по размеру. Неглубоко залегающие, недоуплотненные коллекторы сеноманского возраста Уренгойского месторождения имеют пористость до 40%.
При низкой отсортированности мелкие зерна заполняют свободное пространство между крупными, чем уменьшают пористость.
Рис. 4.5. Примеры идеальной упаковки зерен:
кубическая (Кп = 45%); ромбическая (Кп = 25%)
Каверн – сравнительно крупных пустотных пространств, образовавшихся в результате действия процессов выщелачивания.
Трещин – разрывов сплошности горных пород, обусловленных литогенетическими причинами или тектонической деятельностью. Например: с возрастанием горного давления, уплотнением пород пористость уменьшается, но не безгранично. При давлении 350 - 400 кг/см3 песчаники начинают дробиться, появляются трещины, что приводит к возникновению вторичной пористости.
Литологическая трещиноватость (уплотнение, перекристаллизация, обезвоживание, выветривание) приспосабливается к структурно-текстурным особенностям пород. Трещины ветвятся, огибают отдельные зерна, в целом их расположение хаотично, поверхность стенок неровная.
Тектоническая трещиноватость (колебательные, складкообразовательные, дизьюнктивные движения) не считается со структурно-текстурными свойствами пород.
Рис. 4.6. Типы пустот коллекторов
а – каверны выщелачивания карбонатов, б – межзерновая пористость обломочных пород, в – тектонические трещины аргиллитов.
Поверхность стенок трещин более ровная, иногда переходит в зеркала скольжения, трещины более прямолинейны.
Измерение пористости довольно сложно. Применяются методы замера трещин в шлифах, промыслово-геофизическими и лабораторными методами в сочетании с испытанием разведочных скважин. Главный метод лабораторный - насыщение высушенного образца керосином и его взвешивание.
Пористость пород меняется с глубиной при увеличении давления, но не все так однозначно, поскольку увеличение пористости с увеличением давления может произойти при растрескивании, например аргиллитов.
Размер пор пород (по Б.А.Соколову)
Таблица 4.3.
Размер пор, мм | Характеристика движения жидкости |
больше 0,1 - сверхкапиллярные | - возможно движение жидкости под действием силы тяжести |
0,005 до 0,1 - капиллярные | - на перемещение жидкости влияют силы капиллярного давления |
меньше 0,005 - субкапиллярны е | - жидкость связана в виде пленок на стенках и не двигается |