Фильтрационно-емкостные свойства горных пород

Рубрика "Нефть".

Далее для обозначения фильтрационно-емкостных свойств горных пород я буду использовать устоявшуюся аббревиатуру ФЕС.
Засим – алга джугур!

Некоторые неправильно думают, что нефть, равно как газ или вода, находятся в подземном пространстве в жильной форме. Если кому-то приходилось слышать такие словосочетания как «водоносная жила», «нефтяная жила», то знайте – это неправильно.
Другие думают, что под землей в больших полостях или пещерах текут нефтяные реки.

И это – неверный ход мыслей.

На самом деле с некоторой натяжкой подземное пространство можно сравнить с хлебом или губкой (а лучше – с сухарем). Хлеб и губка – они ведь пористые; поры сообщаются друг с другом, а значит, могут напитываться флюидом и отдавать его обратно.
Вот и флюиды под землей находятся в таких вот пористых телах. Только пористость у этих тел значительно меньше, чем у хлеба. Хотя…

Не все так просто )))

Как вы, наверное, уже догадались, ФЕС обеспечивают место (объем) для хранения флюидов в земной коре, а также возможность их перемещения в разных направлениях (фильтрацию).

За объем хранилища отвечают параметры, которые называются «пористость» и «трещиноватость». Фильтрацию флюида обеспечивает параметр «проницаемость».

Пористость и трещиноватость – это количество пустого места в породе, которое может быть занято… подвижным флюидом? Когда как…

На самом деле, природа не терпит пустоты, поэтому поры и трещины всегда заняты. Просто они могут быть заняты подвижным флюидом или неподвижным… А иногда флюид в одних условиях подвижный, а в других – нет. И с этим связан казус, о котором я напишу ниже.

NB!

Пока запомним:
- ёмкость – это объем пустот, выраженный в процентах;
- пустоты могут быть порами и трещинами;
- поры и трещины могут сообщаться между собой (или не сообщаться);
- сообщающиеся поры и трещины делают породу проницаемой.

Пористость бывает открытая, эффективная, закрытая… Но в рамках поста это не существенно.

Отсюда, проницаемость – это количество пустот на единицу площади. Но не только. Движение флюида происходит при перепаде давлений, иначе с чего бы ему куда-то двигаться? Кроме того, подвижность флюида определяется его вязкостью.
Поэтому проницаемость для газа будет одной, для воды – другой, для нефти – третьей. И даже для воды разного состава и температуры проницаемость при прочих равных может оказаться разной.

Но, в любом случае, без дырок по площади проницаемость невозможна )))

В зависимости от ФЕС, люди подразделяют породы на две большие группы:
- коллектора и
- флюидоупоры.

Коллектора

это проницаемые породы, а флюидоупоры – условно непроницаемые.

Условно – потому что полностью непроницаемых пород не бывает. Просто если проницаемость одной породы относительно велика, а другой – напротив, очень мала, то их и разносят по разным категориям.

По тому, какой тип емкости преобладает, коллекторы бывают поровыми, трещинными, трещинно-поровыми, порово-трещинными.

Наибольшая емкость и, соответственно, запасы воды, газа или нефти наблюдаются в коллекторах порового типа. А вот проницаемость и связанный с ней дебит притоков максимальны в трещинных коллекторах.

Иногда трещины, благодаря которым порода становится коллектором, образуются под влиянием флюидонакопления. Т.е. поступающий в породу флюид сам формирует себе ёмкость. В таких случаях проницаемость и дебиты притоков в скважинах бывают особенно высокими.

Например, в уже рассмотренных автохтонных залежах нефти в баженовской свите Салымского месторождения.

Пористость пород-коллекторов может колебаться от первых процентов (и тогда основная проницаемость обеспечивается трещиноватостью) до 25-30 % и даже немного больше.

Чем жестче породы, чем меньше их пористость, тем больше в них трещин. Это легко понять на примере мягкого пористого свежего хлеба и ломкого, хрупкого, жесткого сухаря.

Собственно про породы-коллекторы в этой статье я рассказывать не буду. Возможно, потом. Потому что тема достаточно объемная, легко можно курс на семестр зачитать. А тут у нас ознакомительный пост. Для тех, кому интересно ))

Флюидоупоры

В нефтяной геологии их называют покрышками.

Потому что они покрывают сверху залежи углеводородов, не давая им расформироваться – сбежать из ловушки.

Если с коллекторами все относительно просто и существует достаточно много классификаций и вообще работ про коллектора, то с покрышками все сложнее и интереснее. В коллекторах определяющий параметр – это емкость. И с ней просто. Исследовать ее научились быстро. Факторов, на нее влияющих, не так много. В моменте она понятна.

Исключение составляют чисто трещинные коллектора, но они не так часто встречаются в природе. Да и с ними худо-бедно научились работать…

Емкость коллектора можно определить в лаборатории по образцам породы, по диаграммам геофизических полей из скважин и по данным сейсморазведки, по гидродинамическим испытаниям пласта, различными полевыми методами типа наливов в шурф…

Проницаемость коллектора достаточно часто связана с емкостью и также без особых заморочек определяется.

Другое дело характеристики флюидоупоров.

Возьмем глины…

Нет, сначала скажем, что существует два основных типа горных пород, которые служат покрышками для месторождений углеводородов, - это соли и глины. Могут быть и другие породы, но их доля от всех покрышек мира не превышает первых процентов. По воде немножко другая картина, но мы ж в русле нефтяной геологии сейчас барахтаемся.

Ну вот, соли и глины.

Соли пластичны и от того текучи, способны залечивать в пластовых условиях любые трещины. Повышение горного давления выталкивает соляные породы вверх по разрезу, разобщая пласты и формируя соляные горбы.

Глины тоже пластичны. Но не так, как соли.

А еще их открытая пористость, измеренная в лабораторных условиях, превышает 50%. По памяти – догоняет почти до 80%! Но врать не буду, а по интернетам лазить за подтверждением – лень.

Сравним с пористостью коллекторов? Которая до 30% )))
Удивительно, да?
В чем подвох?

Подвох в том, что поры в глинах заняты водой. Да не простой, а иммобилизационной. Неподвижной, короче. Потому что она физически и химически связана с породой. Потому что глины состоят из мельчайших частичек минералов, к которым очень охотно липнет вода. Гидрофильными называются.

И вот эта-то гидрофильность и водичка в порах, которая, по сути, является частью породы, и обеспечивают глинам непроницаемость и прочие чудесные свойства, типа набухания.
При повышении температуры и агрессивности среды (появлению солей в окружающих флюидах, например), водичка в глинках становится подвижной и отфильтровывается.

В естественных условиях повышение температуры и агрессивности среды сопровождает увеличение горного давления и происходит повсеместно при погружении глинистых пластов на глубину в ходе разных геологических процессов.

Глины уплотняются, уплотняются, уплотняются…и постепенно теряют флюидоупорные свойства, растрескиваясь, словно сухарик.

Просто? Очень!

Однако, связать проницаемость глин с пористостью оказалось сложнее, чем связать те же параметры пород-коллекторов. Большая часть «исследователей» не додумалась.

Связать пористость и проницаемость глин сумел Борис Андреевич Лебедев, советский и российский геолог и учёный, позже применивший идеи Ильи Пригожина о неравновесных системах к изучению геологических процессов. (Т.е. весьма неординарно мыслящий товарищ.)

У Лебедева получилось, что пористость глин является индикатором их уплотненности и проницаемости. С уменьшением пористости и увеличением плотности повышается вертикальная трещиноватость, которая ухудшает качество покрышки. Лебедев это доказал на огромном фактическом материале по разным нефтегазоносным районам СССР.

Как ни странно, больше никто до такой простой вещи не додумался. Вероятно потому, что проницаемость покрышек почти не влияет на добычу нефти. Т.е. влияет, конечно. Но это отдельная песня, про разработку.

Для поисковых и разведочных работ на нефть и шире - для прогноза нефтегазоносности осадочных бассейнов, - проницаемость и пористость глинистых пород в разрезе очень важна.

Потому что понимание уплотнения разреза позволяет достаточно однозначно оценить перспективы нефтегазоносности территории. А глинистые породы – это очень хороший и практически единственный индикатор этого процесса. И даже есть тайная методика оценки качества глинистых покрышек по каротажу. (Каротаж – это разные геофизические исследования в скважинах.)

Но пока и в геологических подразделениях нефтегазодобывающих компаний, и в научных организациях качество глинистых покрышек связывают с их мощностью и однородностью.

Так что это я вам, голосяне, сейчас секрет приоткрыл. Которым большая часть геологов планеты не владеет. Назовем его «тайна глинистой покрышки» )))

Ой, сколько букв… Неужели кто-то прочел? ))
Ну, всех благ и берегите себя, а на сегодня – всё.

Неспециально для Протея. При поддержке Священного моллюска. Автор @pohja

источник