Коллекторы классифицируются по целому ряду признаков, поэтому имеется множество различных их классификаций. Наиболее важными классификационными критериями являются:

Условия аккумуляции и фильтрации флюидов;

Величина открытой или эффективной пористости и величина проницаемости;

Характер проницаемости;

Генезис и тип пород.

Породы-коллекторы классифицируются и по другим критериям, или классификационным признакам, например: по масштабам распространения в пределах нефтегазоносных комплексов; толщине и выдержанности литологического состава; содержанию остаточной воды; количеству и составу цемента.

По условиям фильтрации пластовых флюидов коллекторы делятся на простые и сложные (смешанные). К простым коллекторам относятся поровые и чисто трещинные, а к смешанным - трещинно-поровые и порово-трещинные. Чисто трещинные и смешанные (трещинно-поровые и порово-трещинные) коллекторы часто называют просто трещинными , поскольку фильтрация в них обусловлена, главным образом, наличием трещин. Г.И. Теодорович по характеру проницаемости разделил коллекторы три группы: равномерно-проницаемые, неравномерно-проницаемые и трещиноватые .

По условиям аккумуляции флюидов , которые определяются морфологией пустотного пространства коллекторы также делятся на простые и сложные (смешанные).

В простых коллекторах пустотное пространство представлено следующими видами: порами, кавернами, карстовыми полостями и трещинами .

Поровые коллекторы обычно связаны с терригенными породами – песчаниками и алевролитами и реже - с органогенными карбонатными породами. Особенность этих пород-коллекторов заключается в том, что в них как емкость, так и фильтрация обусловлена структурой межгранулярной пористости - межзерновыми сообщающимися порами, образующими поровые каналы. Диапазон изменения объема порового пространства в этих коллекторах очень большой – от единиц до 40-50 %. Остальные виды пустотного пространства - каверны, карстовые полости и трещины в основным вязаны с карбонатными коллекторами.

Чисто трещинные коллекторы встречаются редко. Образуются они за счет вторичной трещиноватости в плотных жестких и хрупких породах, минеральная часть которых практически лишена пористости. Такими породами являются массивные пелитоморфные известняки, доломиты, мергели, песчаники, окремнелые аргиллиты, сланцы а также метаморфические, магматические и глинисто-кремнисто-сапропелевые породы. Часть пустот в коллекторах трещинного типа может быть образована межзерновыми порами, однако их суммарный объем составляет не более 5-7 %. К тому же часть этих пор является изолированной. Чисто трещинные коллекторы обладают низким объемом пустотного пространства, обычно не более 2,5-3 %.

Смешанное пустотное пространство характерно для карбонатных пород, где оно представлено сочетанием видов пустот, которые образуют следующие типы пустотного пространства: порово-трещинное, порово-каверновое, карстово-каверновое, порово-каверново-карстовое, порово-стилолитовое. Трещинно-поровые коллекторы преимущественно связаны с карбонатными породами, пустотное пространство которых образовано, главным образом, межзерновыми порами и кавернами. При характеристике типа коллектора основной вид пустот ставится в названии на последнее место.

По величине эффективной пористости коллекторы делятся на классы, как в зависимости от типа горных пород, так и не зависимо от них. П.П. Авдусин и М.А. Цветкова (1943) разделили терригенные коллекторы на пять классов. Практическое значение имеют коллекторы первых четырех классов.

Таблица. Классификация терригенных пород-коллекторов по величине эффективной пористости

По величине коэффициента проницаемости коллекторы также делятся на классы, как в зависимости от типа горных пород или типа фильтрующих пустот, так и не зависимо от них. Например, Г.И. Теодорович, не зависимо от типа фильтрующих пустот разделил все породы-коллекторы по величине коэффициента проницаемости на пять классов (таблица).

Таблица. Классификация коллекторов по величине коэффициента проницаемости (по Г.И. Теодоровичу)

Практическое значение для нефтенакопления и нефтеотдачи имеют коллекторы первых трех классов, а для газов также и четвертый класс.

Широко используются классификации по эффективной пористости и проницаемости раздельно для терригенных (песчано-алевритовых) коллекторов (А.А. Ханина, 1969) и карбонатных коллекторов (И.А. Конюхова, 1964). В классификации А.А. Ханина выделено шесть классов песчано-алевритовых коллекторов по их гранулометрическому составу, величине эффективной пористости и проницаемости.

Таблица. Оценочная классификация песчано-алевритовых коллекторов нефти и газа с межзерновой пористостью (по А.А. Ханину, 1969)

П р и м е ч а н и е. Диаметр частиц (в мм): песчаник среднезернистый 0,5-0,25, песчаник мелкозернистый 0,25-0,1, алевролит крупнозернистый 0,1-0,05, алевролит мелкозернистый 0,05-0,01.

В классификации И.А. Конюхова выделено три группы карбонатных коллекторов по качественной оценке их емкости, и восемь классов по количественным значениям проницаемости и эффективной пористости.

Таблица. Классификация карбонатных коллекторов (по И.А. Конюхову)

5. По вещественному (литологическому) составу горных пород выделяются две основные группы коллекторов: терригенная и карбонатная. Кроме них существуют коллекторы, связанные с глинистыми, вулканогенными, вулканогенно-осадочными, метаморфическими и магматическими породами, а также породами кор выветривания.

Терригенные или песчано-алевритовые коллекторы . Коллекторы этого типа занимают основное место среди пород-коллекторов. С ними связана весьма значительная часть запасов нефти и газа. ЁФС терригенных коллекторов определяются в основном структурой порового пространства, поэтому их часто называют гранулярными или межгранулярными. Их общей особенностью является постепенное понижение ЁФС с глубиной за счет уплотнения пород, минерального новообразования и других процессов.

Таблица. Классификация коллекторов нефти и газа по литологическому составу (по Б.К. Прошлякову и др.)

Карбонатные коллекторы . Они занимают существенное место среди пород-коллекторов. Причём значительная часть мировых запасов нефти и газа связана с трещинно-поровыми типами, небольшая с порово-трещинными и ничтожная с чисто трещинными.

Карбонатные породы являются полигенетической группой и по генезису первичных элементов могут быть хемогенными, органогенными, обломочными и смешанными. Часто в них присутствует терригенный материал, а иногда - пирокластический материал и аутигенные примеси в виде сульфатов, силикатов и других минералов.

Разные генетические группы карбонатных пород имеют различные характеристики первичной пористости и проницаемости. Уже на этапе формирования лучшими емкостными и фильтрационными характеристиками отличаются органогенные, особенно рифогенные, обломочные и оолитовые карбонатные породы. Они имеют поры сравнительно правильной формы, которые равномерно распределены в объеме породы. Поровые каналы обычно имеют значительные размеры.

Карбонатные породы имеют сложный характер емкостного пространства, образованного порами, кавернами, карстовыми и стилолитовыи полостями, а также трещинами и очень неравномерное его распределение в объеме породы. Емкость в карбонатных коллекторах образуется и преобразуется на всех стадиях литогенеза и зависит, главным образом, от межзерновой пористости, а фильтрация обусловливается преимущественно трещинами, поэтому карбонатные коллекторы часто называют трещинными .

Глинистые коллекторы . Эти коллекторы нефти и газа известны очень давно в разных регионах мира, в том числе на Северном Кавказе. Наиболее широко глинистые коллекторы распространены в центральной и южной части Западной Сибири, где они называются «баженитами. Там, на границе нижнего мела и верхней юры, в составе региональной покрышки развита баженовская свита, которая является промышленно нефтеносной.

У глинистых аргиллитоподобных коллекторов баженовского типа есть общее характерное свойство – высокое, в среднем 22,5 %, содержание органического вещества (ОВ) сапропелевого типа, наличие свободной кремнекислоты, в среднем 29,5 % и проявление сингенетичной нефтеносности. Таким образом, эти породы имеют смешанный трехкомпонентный глинисто-кремнисто-сапропелевый состав. Пустотное пространство глинистых коллекторов связано с их текстурной неоднородностью, имеет сложную морфологию и трещинный характер. Текстурная неоднородность определяется наличием жесткого каркаса из кремнекислоты и ОВ.

Кроме трехкомпонентных баженитов, среди глинистых коллекторов выделяются четырехкомпонентные породы, состоящие из глинистых минералов, кремнезема, пелитоморфного карбоната и ОВ , содержание которого находится в пределах от 8 до 20 % по весу. Их характерным примером являются породы доманиковой свиты верхнего девона Волго-Уральской НГП, или просто - доманикиты .

Глинистые коллекторы Северного Кавказа – хадумиты , являются двухкомпонетными. Они состоят из глинистых минералов и кремнезема. Название дано по хадумской свите майкопской серии пород.

Коллекторы магматических, метаморфических пород и их кор выветривания . Данные типы коллекторов связаны с фундаментом осадочных бассейнов (ОБ). В настоящее время на Земле известно порядка 450 промышленных месторождений нефти и газа, часть которых по своим запасам относится к крупным и уникальным. Общие начальные запасы месторождений фундамента составляют 15 % мировых доказанных запасов категории А + Б. Большинство залежей - 40 %, и более 75 % запасов УВ, находящихся в фундаменте связано с кислыми породами: гранитами и гранитоидами.

Характерной особенностью нефтегазоносносности фундамента является то, что коллекторы и флюидоупоры в нём могут быть представлены одной и той же породой. Пустотное пространство пород-коллекторов имеет каверново-трещинный и трещинный типы, которые связаны с рядом вторичных процессов: палеогипергенными и паледенудационными, дизъюнктивной тектоникой, гидротермальным выщелачиванием неустойчивых минералов, контракционной усадкой магматических пород и сочетанием этих процессов.

Морфологически выделяются следующие типы коллекторов:

1) выступовые, связанные:

а - с эрозионно-тектоническими выступами с массивным типом природного резервуара;

б – со сложным распределением пустотного пространства внутри гранитных массивов в виде гнёзд, линз, жил, «ёлочки»;

2) площадные, связанные с корой выветривания;

3) линейные, связанные с зонами динамического влияния разломов;

4) жильные, связанные:

а - с зонами повышенной тектонической трещиноватости и гидротермальной деятельности;

б – с древними речными долинами, как правило, дренировавших зоны разломов;

5) линейно-узловые, связанные с узлами пересечения тектонических разломов.

Часто кора выветривания и базальный горизонт осадочного чехла образуют единый природный резервуар.

6. По распространенности выделяют породы-коллекторы, которые имеют региональное, зональное и локальное распространение.

7. По толщине и выдержанности литологического состава выделяют коллекторы, характеризующиеся выдержанностью или невыдержанностью толщин, литологического состава и фильтрационно-емкостных свойств.

Свойства коллекторов нефти и газа. Типы коллекторов нефти и газа

Горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду и отдавать их при разработке, называются коллекторами . На формирование геометрии порового пространства коллекторов и, следовательно, на их филь­трационные характеристики влияют структура и текстура пород.

Структура осадочных горных пород - размеры и форма слагающих породу минеральных зерен или условных неделимых (биоморфных или детритовых остатков, скелетов организмов, оолитов и т. п.).

Текстура - характер взаимного расположения компонентов породы и их пространственная ориентация. Емкостное пространство включает емкости двух видов: седиментационные и постседиментационные, в кото­рых все изменения протекают с разной интенсивностью, опреде­ляемой в первую очередь типом коллектора.

1 Пустотность (пористость ) – наличие в горной породе пустотного пространства. Пустотное пространство определяется размерами, конфигурацией, укладкой частиц, слагающих породу и образующих поры, наличием в порах цементирующих веществ, а также трещин и каверн.

Под пористостью понимают пустотность породы-коллектора.. Для характеристики пористости употребляется коэффициент, который показывает, какую часть от общего объема породы составляют поры.

По размерам все поры делятся на сверхкапиллярные (> 508 мкм), капиллярные (508-0,2 мкм) и субкапиллярные (<0,2 мкм).

В сверхкапиллярных порах движение воды подчинено законам гидравлики. Вода, нефть и газ в них свободно перемещаются под дей­ствием гравитационных сил. В капиллярных порах движение жидкости затруднено вследствие проявления сил молекулярного сцепления. Субкапиллярные поры характерны для глинистых пород, которые являются водо- и нефтегазоупорными. Фильтрация воды по таким породам невозможна.

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 V п к объему образца породы V обр

m п = V п / V обр

При промышленной оценке залежей нефти и газа принимается во внимание открытая пористость – объем только тех пор, которые связаны, сообщаются между собой. Она характеризуется коэффициентом открытой пористости – отношением суммарного объема открытых пор V о.п. к объему образца породы V обр:

m о = V о.п. / V обр

Эффективная пористость – пористость, которая оп­ределяется наличием таких пор, из которых нефть может быть извлечена при разработке. Неэффективными считаются субкапиллярные и изолированные поры. Коэффициент эффективной пористости неф­тесодержащей породы равен отношению объема пор, через которые возможно движение нефти, воды или газа при определенных температуре и градиентах давления V э, к объему образца породы V обр:

m э = V э / V обр

Для характеристики двух- или трёхфазных систем применяется понятие динамической пористости . Коэффициент динамической пористости определяется отношением объема движущейся в породе жидкости V д к объему образца V обр:

m д = V д / V обр

Динамическая пористость всегда ниже эффективной, поскольку в эффективный объем пор включается также объем неподвижных жидкостей и газов, удерживаемых поверхностно-молекулярными силами.

2 Кавернозность - наличие в горной породе пустот непра­вильной или округлой формы размером более 1 мм. Она харак­теризуется коэффициентом кавернозности, равным отношению суммарного объема всех каверн V к к объему образца породы V обр

m к = V к / V обр

3 Гранулометрический состав горной породы харак­теризует количественное содержание в ней частиц различной ве­личины. Гра­нулометрический состав влияет на особенности эксплуата­ции нефтесодержащнх коллекторов, нефтеотдачу и различные био­химические процессы в продуктивных пластах.

По размеру частиц (мм) породы разделяются на три группы: пески или псаммиты 1-0,1; алевриты 0,1-0,01; пелиты менее 0.01. Породы относятся соответственно к псаммитам, алевритам или пелитам, если содержат по 50- 80 % частиц той или иной группы.

Для определения гранулометрического состава керн породы освобождают от нефти и воды. Для этого его помешают в экст­ратор и обрабатывают определенными растворителями. Гранулометрический состав таких пород, как пески, рыхлые песчаники и другие, легко распадающиеся на составляющие зерна, определяют ситовым анализом. В практике для гранулометриче­ского анализа применяют сита с отверстиями 1.0; 0,5; 0,25: 0,1 мм. реже - 0,04 мм. Еще более мелкие частицы разделяются гидрав­лическими методами.

4Трещиноватость - наличие в породе трещин. Тре­щины – это разрывы в горной породе (без перемещения блоков породы), характеризующиеся раскрытостью от десятков микрон до миллиметров, преимущественно тектонического происхожде­ния. Раскрытость трещин позволяет приближенно оценить величины трещинной пустотности и трещинной проницаемости.

5 Проницаемость - способность породы пропускать через себя жидкости и газы (при наличии перепада давления). Она ко­личественно характеризует фильтрационные свойства коллектора.

Для оценки абсолютной проницаемости горных пород обычно используют линейный закон фильтрации Дарси:

Согласно этому закону проницаемость k пр – константа пропор­циональности, характеризующая пористую среду, причем в иде­альном случае она не зависит от типа фильтруемой жидкости.

При движении через образец неоднородной жидкости, пред­ставленной несколькими фазами (газ-вода, нефть-вода, газ- нефть, газ-нефть-вода), величины проницаемости, определяе­мые по фильтрации каждой из фаз, будут отличаться от абсолют­ной проницаемости и одна от другой. Различают эффективную (фазовую) проницаемость для данного газа или жидкости при одновременном присутствии в порах другой фазы - жидкой или газообразной. Она изменяется в зависимости от характера фазы, температуры и давления н выражается в относительных еди­ницах.

Отношение величины эффективной проницаемости к абсолют­ной называется относительной проницаемостью породы.

6 Коэффициентом водо-, нефте-, газонасыщенности (k в, k н, k г) называется отношение объема воды, нефти или газа (V в, V н, V г),содержащихся в пустотном пространстве породы, к объему пустот (V п): k в = V в / V п; ka= V н / V п; k r = V г / V п.

Сумма коэффициентов насыщенности породы нефтью, водой и газом равна единице. Обычно коэффициенты нефте- и газонасыщенности определяют по коэффициенту водонасьаценности А в, исходя из соотношения k н(г) =1– k в.

7 Удельная поверхность г.п . – суммарная поверхность частиц или поровых каналов содержащихся в ед. объема образца.

T – суммарная поверхность частиц, либо поровых каналов в образце [м 2 ]

V – объем образца

8 Механические свойства г.п.:

1) Упругость г.п.

2) Прочность на и разрыв

3) Пластичность г.п.

Упругие свойства г.п. На состояние пласта, режим его работы, существенное влияние могут оказывать упругость коллектора и содержащиеся в нем флюиды. Если пластовое давление падает, то Н и В в пласте расширяются, а поровые каналы сужаются, в следствие того, что внешнее давление на пласт остается постоянным, а внутреннее уменьшается.

Упругую энергию г.п. принято характеризовать коэффициентами сжимаемости.

Коэффициент сжимаемости пласта, коэффициент сжимаемости пор, коэффициент сжимаемости поровой среды.

Пластические свойства г.п. – при упругих деформациях зерна породы и цементирующей материал. При увеличении давления свыше предела упругости (прочности), цементирующий материал разрушается, зерна породы смещаются относительно друг друга, плотность упаковки увеличивается до исчезновения пустот в г.п. (для пород гранулярного типа).

Под прочностью г.п. понимают их сопротивление механическому разрушению. Прочность пород на сжатие во много раз превышает прочность на разрыв.

9 Тепловые свойства г.п.

1) Удельная теплоемкость

2) Коэффициент теплопроводности

3) Коэффициент температуропроводности

4) Коэффициент линейного и объемного расширения

Коллекторы классифицируются по целому ряду признаков, поэтому имеется множество различных их классификаций. Наиболее важными классификационными критериями являются:

Тип емкости;

Литологический состав.

Величина пористости;

Величина проницаемости.

Классифакация коллекторов по типу емкости:

1 Поровый

2 Трещинновый

3 Каверновый

4 Трещинно-поровый

5 Трещинно-порово-каверновый

6 Каверно-поровый

Классификация коллекторов по литологическому составу :

Наиболее распространенные коллекторы нефти и газа - терригенные и карбонатные породы.

Терригенные породы-коллекторы представлены в основном пе­счаниками и алевролитами. Основные их показатели - грануло­метрический состав, форма и характер поверхности минеральных зерен.

Карбонатные породы-коллекторы представлены известняками и доломитами. Формирование их емкостей определяется как гене­зисом, так и особенностями постседиментацнонных преобразова­ний, в первую очередь трещиноватостью и последующим выщела­чиванием пород. Развитие трещиноватости в карбонатных поро­дах обусловлено литологическими особенностями пород.

Классификация коллекторов по величине пористости:

Классификация коллекторов по величине проницаемости:

Коллекторами нефти и газа называются породы, слагающие природные резервуары, способные вмещать подвижные вещества (воду, нефть, газ) и отдавать их в естественном источнике или в горной породе при разработке в данной термобарической и геохимической обстановках. В качестве коллекторов могут выступать все известные разновидности горных пород (в одном из месторождений Восточной Туркмении даже в толще соли содержится небольшое скопление газа).

Различают гранулярные (межзерновые), трещинные, кавернозные и биопустотные коллекторы. Часто встречаются промежуточные разности, особенно трещинно-кавернозные и гранулярно-трещинные.

Гранулярными являются в основном песчано-алевритовые породы и некоторые разности карбонатных – оолитовые, обломочные известняки, а также остаточные породы (дресва выветривания). Пустоты коллекторов представлены порами.

Трещинными коллекторами могут быть осадочные породы, изверженные и метаморфические. Трещины определяют, главным образом, проницаемость этих образований.

В качестве трещинных коллекторов среди осадочных пород чаще всего выступают карбонатные, но бывают и песчано-алевритовые и даже глинистые, которые ранее могли являться нефтегазопроизводящими. Кавернозные коллекторы чаще всего связаны с зонами выщелачивания с образованием пустот (каверн, пещер) в карбонатных и эвапоритовых толщах. В качестве основного процесса, образующего пустоты, чаще всего выступает карстообразование.

Биопустотные коллекторы связаны с органогенными карбонатными породами, пустоты носят внутрискелетный и межскелетный характер. Характеризуя породу-коллектор, необходимо, прежде всего, учитывать ее емкость, т.е. способность вмещать в себя определенный объем нефти и газа, и способность отдавать – пропускать через себя нефть и газ. Первое свойство контролируется пористостью пород, а второе – ее проницаемостью.

Пористость горных пород

Суммарный объем всех пустот в породе, включая поры, каверны, трещины, называют общей или абсолютной (теоретической) пористостью. Общая пористость измеряется коэффициентом пористости, представляющим собой отношение всего объема пор к объему породы в долях единицы или процентах. Часть пор в породе оказывается не связанной между собой. Такие изолированные поры не охватываются потоком флюида при разработке. Кроме того, изолированные поры могут быть заполнены водой или газом. Поэтому выделяют открытую пористость – отношение объема открытых пор к объему породы.

Открытая пористость всегда меньше теоретической. Некоторые каналы исключаются из процесса движения флюида и оказываются неэффективными ввиду их малого диаметра, величины смачиваемости стенок канала и т.д. Отношение объема эффективных пор к объему породы называется эффективной пористостью, которая выражается в долях единицы или процентах. Эффективная пористость всегда должна определяться по отношению к конкретному флюиду и к пластовым условиям. Ее определение возможно методами ГИС или специальными промысловыми исследованиями. Иногда используется понятие приведенной пористости, представляющей отношение объема пор к общему объему матрицы породы.

В природных условиях пористость песчано-алевритового коллектора зависит прежде всего от характера укладки зерен, от степени их отсортированности, окатанности, наличия, состава и качества цемента. Кроме того, пористость зависит от проявления и сохранения разного размера каверн и трещиноватости вследствие вторичных процессов − выщелачивания, перекристаллизации, доломитизации и др. Большое влияние на геометрию порового пространства оказывают структура и текстура пород-коллекторов. Под структурой пород понимаются внешние особенности зерен породы: их форма, характер поверхности зерен и т.д.; под текстурой − характер взаимного расположения зерен породы и их ориентация. В частности, слоистость является одним из важнейших и широко распространенных признаков текстуры.

Существенное влияние на взаимодействие пород-коллекторов с флюидом оказывает величина поверхности пор. В обломочных породах общая поверхность пор находится в обратной зависимости от размера частиц и характеризуется величиной удельной поверхности:

где f – коэффициент пористости; D – средний диаметр зерен, см.

Плотность осадочных горных пород определяется в пределах от 1,5 до 2,6 г/см3 и для обломочных образований находится в обратной зависимости от пористости.

Карбонатные породы, как уже отмечалось, часто являются коллекторами. Первичная пористость характерна для биогенных пород, обломочных известняков, онколитовых, сферолитово-сгустковых и оолитовых их разностей. Она существенно изменяется уже в диагенезе − когда происходит выщелачивание, перекристаллизация и доломитизация. Первый их этих процессов имеет определяющее значение для карстообразования. Карстообразование может начаться еще в зонах повышенной трещиноватости пород. Кавернозные известняки являются наиболее емкими коллекторами. К сожалению, часто образовавшиеся каверны заполняются кальцитом позднейшей генерации и другими новообразованиями. Процессы доломитизации могут увеличить емкость коллектора до 12%, а процессы сульфатизации и окремнения существенно ее снизить. В массивных известняках и доломитах основная емкость коллектора формируется, как правило, благодаря трещиноватости, достигая 2 − 3%.

Наиболее распространенным методом определения пористости является объемный метод, основанный на точной фиксации объема заполняющей поры жидкости.

Проницаемость горных пород. Под проницаемостью понимается способность пород пропускать через себя флюиды. Опытным путем было определено (Дарси), что скорость установившейся фильтрации пропорциональна перепаду давления:

где V – скорость фильтрации, м/с; m – динамическая вязкость, Па с; Δр – перепад давления на отрезке А1, Па/м; Кп – коэффициент проницаемости, м2. Величина проницаемости выражается через коэффициент проницаемости Кп, м2. Определение проницаемости горных пород, наряду с указанным характером размерности (Кп, м2), может выполняться также в Д (Дарси) и мД; при этом для перевода используется соотношение: 1Д = 10-15 м2.

Проницаемость зависит от размера пор, их взаимосообщаемости и конфигурации, размера зерен, плотности их укладки и взаимного расположения, отсортированности, цементации и трещиноватости. Величина коэффициента проницаемости не зависит от природы фильтрующейся жидкости через образец пористой среды и от времени фильтрации. Однако в процессе эксперимента наблюдаются и некоторые отклонения. Так, при фильтрации жидкостей в рыхлых коллекторах и наличии весьма мелких фракций песка возможна перегруппировка зерен породы (суффозия) и забивание поровых каналов мелкими частицами, изменяющими проницаемость среды. Частицы, находящиеся в нефти во взвешенном состоянии, при выпадении вызывают частичное закупоривание пор, снижая проницаемость.

В результате выделения смолистых веществ, содержащихся в сырой нефти, происходит отложение их на поверхности зерен породы-коллектора, что приводит к уменьшению поперечного сечения поровых каналов. При фильтрации воды в коллекторах, содержащих небольшой процент глинистого материала в составе песчаника, глины разбухают, что вызывает уменьшение сечения поровых каналов. При воздействии пластовых вод, особенно агрессивных, на кремнезем возможно образование коллоидального кремнезема в поровых каналах – это также ведет к их закупориванию. Из глинистых минералов, по данным Т.Т. Клубовой (1984), максимально снижают проницаемость пород минералы монтмориллонитовой группы. Примесь 2% монтмориллонита к крупнозернистому кварцевому песчанику снижает его проницаемость в 10 раз, а 5% монтмориллонита − в 30 раз. Этот же песчаник с примесью каолинита до 15% все еще сохраняет хорошую проницаемость (соответственно 150 и 100-110 мД).

Вопрос о связи между собой двух основных параметров коллекторов – пористости и проницаемости пор – достаточно сложен. Проницаемость наиболее тесно связана с размерами пор и их конфигурацией, в то время как общая пористость по существу не зависит от размера пор. Если в поровых коллекторах проницаемость пропорциональна квадрату диаметра пор, то в трещинных коллекторах она пропорциональна кубу раскрытости трещин. Проницаемость и пористость в зоне разрывных дислокаций зависят от условий и степени заполнения их при перекристаллизации и вторичной цементации.

Подавляющая часть коллекторов представлена породами осадочного происхождения, но встречаются среди них и другие типы. Так, например, на Шаимском месторождении в Западной Сибири нефть залегает в выветрелых гранитах эрезионного выступа фундамента. В месторождении Литтон-Спрингс в Техасе нефть залегает на контакте серпентинитов и вмещающих их известняков (рис. 22).

На Кубе нефть получают из серпентинитов. В месторождении Фибро в Мексике часть подземного резервуара образована изверженными породами основного состава. В Японии некоторые залежи газа связаны с туфами и лавами. Залегает нефть и в коре выветривания фундамента, сложенного изверженными и метаморфическими породами.

По данным, полученным в результате изучения свыше 300 крупнейших месторождений в мире, запасы нефти распределяются в коллекторах следующим образом: в песках и песчаниках – 57%; в известняках и доломитах – 42%; в трещиноватых глинистых сланцах, выветрелых метаморфических и изверженных породах – 1%.

Наибольшее количество залежей в разрезе осадочного чехла территории СССР приурочено к основным продуктивным пластам терригенного состава (меловые отложения Западной Сибири, карбон и девон Русской плиты). Из литолого-фациальных разновидностей среди терригенных пород в качестве нефтегазоносных наиболее часто встречаются нормальные морские мелкозернистые песчаники и алевролиты. Реже всего нефтегазоносность связана с конгломератами и породами частого флишевого переслаивания.

С карбонатными коллекторами в настоящее время связано меньше разведанных запасов нефти и газа, чем с терригенными. Отчасти это может быть объяснено недостаточной разведанностью карбонатных пород. Широкое развитие карбонатных коллекторов предполагается в пределах Восточно-Сибирской платформы.

Как следует из сказанного выше, глинистые толщи имеют весьма широкое распространение. Глины выполняют роль вмещающей среды или локальных покрышек, роль коллекторов − заключенные в них прослои или линзы песков, песчаников, карбонатных пород. Однако еще в начале XX столетия были получены притоки нефти и газа и непосредственно из глин в Калифорнии (США), затем в других районах мира и, наконец, из битуминозных глин баженовской свиты Западной Сибири. Как правило, глины, выполняющие роль коллектора, подверглись существенным изменениям в процессе литогенеза (в основном различных уровней эпигенеза), что идентифицируется нами с процессами катагенеза органического вещества.

Эти глинистые породы по существу занимают промежуточное положение между собственно глинами и глинистыми сланцами. По мнению Т.Т. Клубовой (1984), они преимущественно гидрослюдистые, содержат значительное количество рассеянного ОВ, окремнелые. Наличие жесткого каркаса из кремнекислоты и сорбированного глинистыми минералами ОВ, гидрофобизировавшего поверхность монтмориллонитов из частиц глинистых минералов, а значит и зоны контакта их друг с другом и с другими микрокомпонентами пород, обусловливают их промышленную емкость. Именно гидрофобизация зон контактов предопределила их достаточно легкое разъединение, а впоследствии и отдачу той нефти, которая в них заключалась (Т.Т. Клубова, 1984). Формированию емкостного пространства способствует также тектоническая активность.

Пористость коллекторов обусловлена наличием пор различного размера или трещин. Выделяются макропоры (>1 мм). Среди последних различают сверхкапиллярные размером от 1 до 0,5 мм, капиллярные – от 0,5 до 0,0002 мм и субкапиллярные поры размером <0,0002 мм. Породы, обладающие субкапиллярными порами, для нефти практически непроницаемы; к ним, в частности, относятся глины.

Изучение терригенных коллекторов, выполненное Г.Н. Перозио, Б.К. Прошляковым, П.А. Карповым, Е.Е. Карнюшиной, Р.Н. Петровой, И.М. Горбанец и др., показало тесную корреляционную зависимость между типом коллекторов и величиной открытой пористости, с одной стороны, и уровнем катагенетического преобразования их с глубиной, с другой. Определяющими при этом являются процессы уплотнения пород-коллекторов и трещиннообразование. Данные Б.К. Прошлякова по Прикаспийской впадине показывают, что соответствующее уплотнение и активное трещиннообразование происходит на глубине 3,5-4,0 км, а образующаяся при этом трещинная пористость составляет около половины всего объема пор, а трещинная проницаемость измеряется тысячами миллидарси. Наглядное представление о типах коллекторов в терригенных породах и влиянии катагенеза в процессе погружения их дает сводная таблица, составленная Е.Е. Карнюшиной (табл. 2).

Для сравнения, по данным И.М. Горбанец (1977), трещиннообразование в кварцевых и глауконито-кварцевых алевролитах верхнего эоцена Западно-Кубанского прогиба Скифской эпигерцинской плиты начинается с глубины около 4,0 км. В интервале разреза от 0,6 до 5,0 км выделяются следующие зоны распределения различных типов коллекторов: I тип (до 3,5 км) − поровые; II (3,5-4,5 км) − преобладание трещинно-поровых при наличии всех остальных типов; III (глубже 4,5 км) − трещинные.

Существует основная классификация пор, каналов и других пустот по размерам на основе различия основных сил, вызывающих движение флюидов. М.К. Калинко составил общую классификационную таблицу всех видов пустот в зависимости от их морфологии и размеров (табл. 3; пределы отклонения размеров указаны в каждом конкретном случае).

А.А. Ханин применяет иную, чем М.К. Калинко, градацию пор по размерам, выделяя макропоры крупнее 1 мм и микропоры меньшие, чем эта величина. Комплексное использование основных отмеченных выше параметров пород-коллекторов позволило предложить на базе рекомендаций А.А. Ханина и др. в качестве практической (промышленной) следующую классификацию коллекторов, различающихся по величине пористости и проницаемости. К коллекторам первого класса относятся коллекторы с эффективной пористостью свыше 26% и проницаемостью – свыше 1000 мД; второго класса – коллекторы с эффективной пористостью от 18 до 26% и проницаемостью – от 500 до 1000 мД; третьего − от 12 до 18% и проницаемостью – от 500 до 100 мД; четвертого − от 8 до 12% и от 100 до 10 мД; пятого класса − от 4,5 до 8% и от 10 до 1 мД. Породы-коллекторы, имеющие эффективную пористость менее 4,5% и проницаемость ниже 1 мД, промышленного значения не имеют, образуя коллекторы шестого класса. Наиболее полные классификации карбонатных коллекторов разработаны Е.М. Смеховым и др. (1962) и М.К. Калинко (1957). Обычно карбонатные коллекторы разделяются на три большие группы: межзерновые, межагрегатные и смешанные. Группа межзерновых коллекторов включает несколько типов в зависимости от состава вещества, заполняющего межзерновые пространства, и степени заполнения, а межагрегатных − две подгруппы: порово-каверновые и трещинные коллекторы; пористость последних не превышает, как правило, 1,7−2%.

Cтраница 1

Порода-коллектор - пористая осадочная порода, в которой удерживается газ (нефть); обладает проницаемостью.  

Порода-коллектор практически никогда не состоит из одного минерала. Локальный микролазерный анализ на участке кварцевой песчинки дает характерные спектральные линии для алюминия, кремния, калия, кальция, бария, магния и железа. Следовательно, стенки пор, образуемые зернами минералов, обладают различной специфической физико-химической природой. Энергия и характер связи пластовых флюидов с поверхностью пор также различаются.  

Порода-коллектор практически никогда не состоит из одного минерала. Локальный микролазерный анализ на участке кварцевой песчинки дает характерные спектральные линии для алюминия, кремнкя, калия, кальция, бария, магния и железа. Следовательно, стенки пор, образуемые зернами минералов, обладают различной специфической физико-химической природой. Энергия и характер связи пластовых флюидов с поверхностью пор также различаются.  

Порода-коллектор - пористая или трещиноватая порода, которая может содержать в своих пустотах нефть, газ или воду.  

Порода-коллектор, как и всякое другое пористое тело, при пропускании через нее различных жидкостей или газовых смесей частично задерживает (поглощает) содержащиеся в них вещества. Процесс поглощения имеет сложную природу и обычно состоит из нескольких совместно протекающих процессов, в результате которых могут изменяться состав, состояние и свойства коллектора. Свойство породы-коллектора поглощать из фильтрующихся растворов или газовых смесей содержащиеся в них вещества называется поглотительной, или адсорбционной, способностью.  

Порода-коллектор - это порода, которая может собирать в себе что-то полезное, нужное. Однако этого недостаточно, нужно, чтобы нефть и газ (поскольку в разделе рассматриваются породы-коллекторы нефти и газа) при определенных условиях могли в этой породе перемещаться по системе пустот.  

Порода-коллектор, в которой удерживается газ, должна быть пористой и проницаемой. Пористость характеризует емкость породы-коллектора по отношению к флюиду (нефти или газу), а проницаемость показывает, насколько легко флюид молсет проходить через породу. Чаще всего породы-коллекторы представляют собой проницаемые песчаники или карбонаты, но иногда газ обнаруживается и в упругих (непроницаемых) пластах.  

Палеополость - карбонатная порода-коллектор с очень сложным геологическим строением; представляет собой древние пещеры, соедине нные трещинами.  

Истощенный пласт - подземная порода-коллектор, которая не содержит промышленных количеств нефти или газа; используется для хранения природного газа.  

Как уже отмечалось выше, порода-коллектор в естественных условиях ее залегания подвержена влиянию двух видов давления: горного, передающего давление вышележащих горных пород и действующего в основном на скелет породы, и пластового, обусловленного давлением насыщающей пласт жидкости, приводящего к всестороннему сжатию зерен породы и компенсирующего часть горного давления.  

Структурные ловушки образуются, когда порода-коллектор деформируется или разрушается под действием высокого давления, а также в результате геологических процессов. Складка, направленная вниз, называется синклиналью. Свод или купол - это поднятие горных пород, аналогичное антиклинали. И те и другие образуют приподнятые участки. Такие структуры - первый тип ловушек углеводородов, обнаруженный геологами-разведчиками. Своды и антиклинали обычно асимметричны и вмещают в себя несколько газосодержащих слоев.  

Чтобы пласт можно было отнести к продуктивным, порода-коллектор должна иметь промышленные запасы и обеспечивать промышленную нефтегазоотдачу. Удельное содержание полезного ископаемого (нефти или газа) зависит от многих факторов, и в том числе от пористости породы, а нефтегазоотдача - в первую очередь от проницаемости породы и энергии пласта.  

Чтобы пласт можно было отнести к продуктивным, порода-коллектор должна иметь промышленные запасы и обеспечивать промышленную нефтегазоотдачу. Удельное содержание полезного ископаемого (нефти или газа) зависит от многих факторов, и в том числе от пористости породы, а нефте-газоотдача - в первую очередь от проницаемости породы и энергии пласта.  

Такое состояние вполне соответствует условиям в пласте, где порода-коллектор в любой части пласта содержит некоторое количество связанной воды (как правило, по солевому составу близкой к пластовой), обеспечивающей равновесную с водой влажность гидрофильных породообразующих минералов. Поэтому значения проницаемости при установившейся фильтрации пластовой воды наиболее объективно характеризуют потенциальную проводимость породы-коллектора. Именно это значение проницаемости следует считать за абсолютную проницаемость пласта по жидкости.  

Жидкая фаза промывочной жидкости, которая отфильтровывается в пласт-коллектор (фильтром являются порода-коллектор и глинистая корка на стенках скважины) вследствие разности давления столба жидкости в скважине и пластового давления.  

Владимир Хомутко

Время на чтение: 5 минут

А А

Типы коллекторов нефти и газа

Этим термином называют горную породу, которая способна вмещать в себя (собирать) углеводородные соединения в жидком и газообразном виде, а в процессе переработки – отдавать их.

Коллектор нефти и газа бывает промышленным, из которого есть возможность получать достаточные по величине притоки флюидов, и, соответственно, не промышленным, получение таких притоков из которого на этом этапе не представляется возможным.

Основными свойствами коллекторов, которые используются для их промышленной оценки, являются полезная ёмкость и проницаемость.

Нижние пределы этих параметров зависят от:

• состава флюида;
• типа коллектора.

Поскольку газ отличается от нефти своей подвижностью, то значения этих нижних пределов у него значительно ниже, чем у нефти-сырца.

Первой стадией формирования природного накопителя является седиментогенез породы. Насколько сохранятся седиментационные признаки, зависит от минерального состава матрицы (породообразующей части), формы распределения в порах и минерального состава цемента, а также от коллекторной мощности. Эволюция породы после стадии седиментогенеза определяется новыми признаками, которые формируются под действием возрастающих значений температуры и давления, увеличения концентрации флюидов, перераспределения цемента, изменения пустотной структуры, а также под влиянием растворения неустойчивых минералов и формирования стабильных. Такие изменения происходят с разной степенью интенсивности, которая, прежде всего, зависит от литологического типа породы.

Типы коллекторов

Нефтяные и газовые коллекторы бывают:

• поровые;
• трещинные;
• кавернозные;
• биопустатные;
• смешанные.

Основные запасы углеводородного сырья извлекают из карбонатных и терригенных коллекторов, имеющих наибольшее распространение.

Реже можно встретить природные накопители глинисто-кремнисто-битуминозной, магматической, вулканогенной и вулканогенно-осадочной природы.

Большая часть коллекторов терригенной природы – порового типа, который характеризуется межзерновыми пустотами, которые еще называют гранулярными. Помимо поровых. встречаются и так называемые смешанные терригенные коллекторы: трещинно-поровые или кавернозно-поровые (образующиеся в случае выщелачивания части зёрен).

Свойства коллекторов терригенного вида зависят от:

Перечисленные параметры характеризуют геометрию расположения пор, величину эффективной проницаемости и пористости, а также принадлежность горной породы к тому или иному классу. Фильтрационная способность терригенных пород зависит также от минерального состава, количества и характера распределения снижающей проницаемость породы глинистой примеси.

Классификаций коллекторов терригенной природы существует множество, но самая популярная основана на следующих критериях:

• гранулометрический состав;
• эффективная пористость;
• эффективная проницаемость.

С учетом перечисленных параметров выделяют шесть классов таких коллекторов:

• проницаемость более 1 тысячи миллидарси (мД);
• проницаемость от 500 до 1 тысячи мД;
• от 10-ти до 100 мД;
• от 1-го до 10-ти мД;
• меньше 1-го мД.

Один миллидарси примерно равен 1·10 -3 микрометра в квадрате.

Каждый тип песчано-алевритовой породы внутри одного класса характеризуется своим значением эффективной пористости. Породы, которые относятся к классу с показателем проницаемости меньше 1-го мД, как правило, содержат от 90 процентов остаточной воды, поэтому относятся к непромышленным коллекторам. Самые лучшие фильтрационные свойства показывают кварцевые пески, поскольку сорбционная способность кварца очень низкая. Полимиктовые песчаники, вследствие своего таблитчатого облика, наличия трещин спайности и повышенной сорбционной емкости слагающих их минералов, обладают значительно более низкой способностью фильтрации флюидов.

Спектр их типов наиболее широк:

• гранулярные, представленные обломочными и оолитовыми известняками;
• трещинные, к которым относятся доломиты и плотные известняки;
• кавернозные, образующиеся в результате карста;
• биопустотные, представленные органогенными известняками.

К отличительным особенностям коллекторов карбонатного вида относятся их ранняя литификация, склонность с образованию трещин, а также избирательная растворимость. Эти факторы обусловливают разнообразие генезиса и морфологии пустотного пространства.

Качественные характеристики карбонатных коллекторов зависят от первичных условий седиментации, а также от интенсивности и направления постседиментационной эволюции. Эти факторы влияют на развитие дополнительных пор, трещин, каверны и более крупных полостей выщелачивания.

Для свойств карбонатных коллекторов характерны крайняя невыдержанность и большое разнообразие, которое зависит от фациальных условий, при которых происходило их образование. Это делает их сопоставление довольно затруднительным. Фациальные условия при формировании пород карбонатной природы на свойства коллекторов влияют в гораздо большей степени, чем при формировании терригенных пород.

По своему минеральному составу породы карбонатного типа отличаются меньшим разнообразием по сравнению с терригенными, однако имеют больше структурно-текстурных разновидностей. Отличаются карбонатные коллекторы от терригенных и по характеру происходящих в них преобразований в постседиментационный период. Это отличие заключается в степени уплотнения.

Поскольку остатки биогермов в карбонатных породах твердые с самого начала процесса эволюции, то дальнейшее уплотнение протекает очень медленно. Карбонатный ил и комковато-водорослевые карбонатные осадки с мелкими обломками литифицируются достаточно быстро. В результате пористость немного сокращается, однако значительное поровое пространство как бы «консервируется».

Показатель трещиноватости, который в большинстве пород составляет от 0,1 до 1 процента, в коллекторах карбонатной природы может доходить до 1,5 – 2,5 процентов.

Этот показатель, при значительной мощности продуктивных горизонтов весьма значим при оценке величины полезного объёма пласта. Дополнительную ёмкость таких коллекторов обеспечивают стилолитовые швы, которые образуются вследствие неравномерного растворения минералов под действием давления. Глинистая корка на таких швах является нерастворимым остатком породы. Зачастую стилолитовые горизонты наиболее продуктивны в разрезе, из-за процессов вымывания глинистых корок.

Основные углеводородные запасы карбонатных коллекторов в их поровых и кавернозно-поровых видах. Самыми лучшими коллекторами карбонатной природы считаются рифовые известняки, из которых в сутки получают десятки тысяч тонн нефти.

Нефтяной коллектор

Глинисто-кремнисто-битуминозные коллекторы

Среди таких коллекторов в основном встречаются трещинные и порово-трещинные. Для их пород характерны значительная изменчивость состава минералов и разная степень обогащённости органическими веществами.

Их довольно низкие фильтрационные и емкостные свойства объясняются микрослоистостью, микротрещинноватостью и наличием субкапиллярных пор. Пористость некоторых коллекторов такого типа может достигать 15-ти процентов, а проницаемость при это составлять всего доли миллидарси. В породах такого типа участки с увеличенной пористостью и повышенной проницаемостью образуются как результат процесса катагенеза.

Считается, что на этапе седиментогенеза формируются породные микроблоки, которые покрываются плёнкой органического вещества (их еще называют кремнеорганическими рубашками). Мелкие послойные трещины образуются в процессе трансформации минералов глинистой природы и в процессе выделения связанных вод.

Во время вскрытия коллекторов такого типа в большинстве случаев отмечают высокую степень разуплотнения и аномально большое давление пласта. На образование трещин также влияют и тектонические процессы.

Такие коллекторы являются «одноразовыми», поскольку после забора нефти их трещины смыкаются.

Обратно закачать в них нефть, газ или нефтепродукт уже нельзя, как это практикуется при организации хранилищ подземного типа в других породах.

В основном представлены порово-трещинным и трещинным типами. К таким породам относятся застывшая лава, туф и прочие вулканические образования.

Пустоты, из которых добывают газ и нефть, образуются при выходе газа или как результат вторичного выщелачивания. Особенность коллекторов такого типа – несоответствие между достаточно низкой ёмкостью и проницаемостью и высоким дебитом скважин, которые в них вскрывают.

Магматические породы

Пустоты в этих породах образуются в процессе выщелачивания и метасоматоза как результат деятельности гидротермального характера, усадки в процессе остывания пород и дробления в зонах тектонических нарушений. Основные пустоты – микротрещины и микрокаверны. Пористость – не более 10-ти – 11-ти процентов. Проницаемость – невысока, однако за счет трещинноватости кавернозности в целом может доходить до нескольких сотен миллидарси.

Коллекторы нефти и газа выявляют с помощью целого комплекса геофизических исследований с помощью бурения скважин, а также путем и анализа лабораторных данных, учитывающих геологическую информацию о месторождении.