Каким параметром характеризуется свойство пластов коллекторов пропускать через себя флюиды
Коллекторские свойства горных пород
КОЛЛЕКТОРСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД (а. reservoir properties of rocks; н. Speichervermogen der Gesteine; ф. caracteristiques de reservoir des roches; и. propiedades de reservorio de rocas) — способность горных пород пропускать через себя жидкие и газообразные флюиды и аккумулировать их в пустотном пространстве.
Основные параметры: проницаемость, ёмкость, флюидонасыщенность. Проницаемость горной породы — наиболее важный параметр коллектора, определяющий потенциальную возможность извлечения из породы нефти и газа. Породы, способные при гидростатических давлениях пропускать жидкие и газообразные флюиды через сообщающиеся пустоты, называются проницаемыми. Скорость и направление течения флюида связаны с особенностями геометрии порового пространства коллектора, с интенсивностью, ориентировкой, сообщаемостью трещин, а также физико-химическими свойствами флюида. Проницаемость существенно зависит от размеров, извилистости поровых каналов и трещиноватости пород. Проницаемость пористой среды для многофазных систем ниже, чем для однофазных. Процесс движения жидкостей или газов в трещинно-пористых средах подчиняется линейному закону фильтрации Дарси, где проницаемость горных пород выражается через коэффициент пропорциональности К (м 2 или Д).
Различают абсолютную, эффективную и относительную проницаемости. Абсолютная (физическая) Ka — проницаемость при фильтрации однородной жидкости или газа; определяется геометрией порового пространства и характеризует физические свойства породы. Эффективная Кэф — способность породы пропускать флюид в присутствии других насыщающих пласт флюидов; зависит от сложности структуры порового пространства, поверхностных свойств, наличия глинистых частиц. Относительная Кэф/Ka — возрастает с увеличением насыщенности породы флюидом и достигает максимального значения при полном насыщении; для нефти, газа, воды колеблется от нуля при низкой насыщенности до единицы при 100%-ном насыщении.
Реклама
Общую ёмкость пород-коллекторов составляют пустоты трёх основном типов, различающихся по генезису, морфологии, условиям аккумуляции и фильтрации нефти и газа. Общая ёмкость горной породы характеризуется суммарным объёмом пор, каверн, трещин. Определяют три вида пористости горной породы; общую, открытую, эффективную. Общая пористость — объём сообщающихся и изолированных пор; открытая — объём сообщающихся между собой пор, заполняющихся флюидом при насыщении породы под вакуумом, она меньше общей на объём изолированных пор; эффективная — характеризует объём, занятый подвижным флюидом; она меньше открытой на объём остаточных флюидов. Величина пористости оценивается отношением объёма пор к объёму породы и выражается в процентах или в долях единицы.
Трещиноватость горных пород значительно повышает их фильтрационные свойства; ёмкость трещин 0,1-0,5%, в карбонатных породах за счёт растворения и выщелачивания существенно увеличивается — 1,5-2,5%.
Кавернозность — вторичная пустотность, образовавшаяся в растворимых карбонатных породах. По генезису и значимости для запасов выделяют унаследованную и вновь образованную кавернозность. Унаследованная кавернозность развивается в пористо- проницаемых разностях с благоприятной структурой пор; вновь образованная кавернозность — в первичноплотных породах (см. Карст, Кавернометрия).
Остаточная водонефтенасыщенность характеризует неизвлекаемую часть флюидов. Остаточные флюиды занимают в породе микропоры и снижают величину полезной ёмкости коллектора.
Количество и характер распределения остаточной (связанной, погребённой) воды зависит от сложности строения пористой среды, величины удельной поверхности, а также от поверхностных свойств породы (гидрофильности и гидрофобности). Количество остаточной воды в породах различного литологического состава изменяется от 5 до 70-100%. В песчано-алевритовых породах содержание остаточной воды увеличивается при наличии большой глинистости. Заполнение и вытеснение флюидов в пластах зависят от особенностей строения ёмкостного пространства горных пород (т.к. размер, форма, сообщаемость различных видов пустот предопределяют режим фильтрации жидкостей и газов), от степени проявления капиллярных сил, от характера распределения остаточных флюидов. Поровые каналы характеризуются преобладанием капиллярных сил над гравитационными, каверны — преобладающим воздействием гравитационных сил, в трещинах одновременно проявляется действие капиллярных и гравитационных сил. Проявление тех или других сил обусловливает величины эффективной пористости, проницаемости и сохранение части остаточной воды в коллекторах. Коллекторные свойства горных пород — важный количественный параметр для оценки запасов месторождений нефти, газа, водных ресурсов, для выбора режима эксплуатации месторождений.
Добыча нефти и газа
Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!
Коллекторские свойства горных пород
Горные породы, содержащие нефть, газ и воду и способные отдавать их при разработке, называются коллекторами.
· 
пористостью,
Пористость горной породы характеризуется наличием в ней пустот (пор), являющихся вместилищем для жидкостей (воды, нефти) и газов, находящихся в недрах Земли.
Общая пористость характеризуется разностью между объемом образца и объемом составляющих его зерен.
Открытая пористость, или пористость насыщения, характеризуется объемом тех пустот, в которые может проникать жидкость (газ) при перепадах давлений, наблюдающихся в естественных пластах.
Породы нефтяных и газовых залежей имеют капиллярные каналы, средний размер которых составляет 0.0002-0.5 мм.
При эксплуатации нефтяных месторождений в пористой среде движется нефть, газ, вода или их смеси Поэтому для характеристики проницаемости нефтесодержащих пород различают проницаемость
Нефть, Газ и Энергетика
Блог о добычи нефти и газа, разработка и переработка и подготовка нефти и газа, тексты, статьи и литература, все посвящено углеводородам
Коллекторские свойства пластов
Необходимым условием для накопления и сохранения нефти и газа в горных породах является наличие пустот в породе, которые могут занимать нефть и газ.
В основном скопления нефти и газа приурочены к осадочным горным породам. Таким образом, порода-коллектор характеризуется двумя основными свойствами: способностью вмещать в себя нефть и газ (емкостные свойства) и способностью отдавать их при суще ствующих способах извлечения нефти и газа <фильтрационные свойства>.
Емкостные свойства горных пород обусловлены наличием в них пустот (пор, трещин и каверн). В зависимости от преобладания типа пустот различают пористые, трещиноватые и кавернозные породы-коллекторы. Для месторождений, разрабатываемых НГДУ «БН», харак терны пористые коллекторы, поэтому подробнее остановимся на них.
Коэффициентом полной (абсолютной) пористости Мп называется отношение объе ма всех пор Vnnp образца к его объему V ^.
Коэффициентом открытой пористости Мо называется отношение объема открытых, сообщающихся между собой пор, к общему объему образца породы и измеряется в долях единицы или в процентах. Пористость реальных коллекторов редко превышает 30%, а в большинстве случаев составляет 12-25%.
В связи с тем, что не все пустоты в коллекторе заняты нефтью и газом, но и остаточной или связанной водой, и не по всем порам могут двигаться жидкость и газ, введены понятия эффективной (Мп,№) и динамической (Мп ) пористости:
Содержание остаточной воды в реальных породах-коллекторах зависит от свойств пород, нефти, газа и воды, а также от условий формирования залежей и колеблется от не скольких процентов до 35-55% и более, составляя в большинстве 20-30%.
В процессе разработки нефтяных и газовых месторождений в пустотном пространстве пород происходит фильтрация жидкостей, газов или их смесей. В последнем случае прони цаемость одной и той же породы для какой-либо составляющей смеси, называемой фазой (нефти, газа или воды), зависит от количества и качественного состава других фаз. Поэтому для характеристики проницаемости нефтегазосодержащих пород введены понятия абсолют ной, фазовой (эффективной) и относительной проницаемости.
Фазовой называется проницаемость КПРф породы для данного газа или жидкости при наличии в пустотном пространстве других жидкостей или газов. Значение ее зависит не только от физических свойств породы, но и от степени насыщенности пустотного простран ства каждой из фаз йот их физико-химических свойств.
Относительной проницаемостью К’ПР породы называется отношение фазовой прони цаемости для данной фазы к абсолютной.
Проницаемость пород-коллекторов определяется в лабораторных условиях по образцам керна, результатам гидродинамических исследований скважин. Надежного метода опреде ления проницаемости по данным ГИС в настоящее время нет.
КОЛЛЕКТОРСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД
— способность горных пород пропускать через себя жидкие и газообразные флюиды и аккумулировать их в пустотном пространстве.Основные параметры: проницаемость, ёмкость, флюидонасыщенность. Проницаемость горной породы — наиболее важный параметр коллектора, определяющий потенциальную возможность извлечения из породы нефти и газа. Породы, способные пригидростатических давлениях пропускать жидкие и газообразные флюиды через сообщающиеся пустоты, называются проницаемыми. Скорость и направление течения флюида связаны с особенностями геометрии порового пространства коллектора, с интенсивностью, ориентировкой, сообщаемостью трещин, а также физико-химическими свойствами флюида. Проницаемость существенно зависит от размеров, извилистости поровых каналов и трещиноватости пород. Проницаемость пористой среды для многофазных систем ниже, чем для однофазных. Процесс движения жидкостей или газов в трещинно-пористых средах подчиняется линейному закону фильтрации Дарси, где проницаемость горных пород выражается через коэффициент пропорциональности К (м 2 или Д).
Различают абсолютную, эффективную и относительную проницаемости. Абсолютная (физическая) Ka — проницаемость при фильтрации однородной жидкости или газа; определяется геометрией порового пространства и характеризует физические свойствапороды. Эффективная Кэф — способность породы пропускать флюид в присутствии других насыщающих пласт флюидов; зависит от сложности структуры порового пространства, поверхностных свойств, наличия глинистых частиц. Относительная Кэф/Ka — возрастает с увеличением насыщенности породы флюидом и достигает максимального значения при полном насыщении; для нефти, газа, воды колеблется от нуля при низкой насыщенности до единицы при 100%-ном насыщении.
Остаточная водонефтенасыщенность характеризует неизвлекаемую часть флюидов. Остаточные флюиды занимают в породе микропоры и снижают величину полезной ёмкости коллектора.
Количество и характер распределения остаточной (связанной, погребённой) воды зависит от сложности строения пористой среды, величины удельной поверхности, а также от поверхностных свойств породы (гидрофильности и гидрофобности). Количество остаточной воды в породах различного литологического состава изменяется от 5 до 70-100%. В песчано-алевритовых породах содержание остаточной воды увеличивается при наличии большой глинистости. Заполнение и вытеснение флюидов в пластах зависят от особенностей строения ёмкостного пространства горных пород (т.к. размер, форма, сообщаемость различных видов пустот предопределяют режим фильтрации жидкостей и газов), от степени проявления капиллярных сил, от характера распределения остаточных флюидов. Поровые каналы характеризуются преобладанием капиллярных сил над гравитационными, каверны — преобладающим воздействием гравитационных сил, в трещинах одновременно проявляется действие капиллярных и гравитационных сил. Проявление тех или других сил обусловливает величины эффективной пористости, проницаемости и сохранение части остаточной воды в коллекторах. Коллекторные свойства горных пород — важный количественный параметр для оценки запасов месторождений нефти, газа, водных ресурсов, для выбора режима эксплуатации месторождений.
Основные свойства пород-коллекторов
Ёмкостно-фильтрационные свойства пород. Основными физическими параметрами, которые определяют ёмкостно-фильтрационные свойства (ЁФС) коллекторов, являются пористость, проницаемость и водонасыщеность.
Пористость горных пород. Пористость породы – это её свойство, которое определяет ёмкость породы. Она представляет собой отношение объема всех пустот к общему объему породы. Различают три вида пористости: общую, открытую и эффективную. В практике используются также различные коэффициенты пористости.
Общая (абсолютная, полная, физическая) пористость – это суммарный объем всех пор, каверн и трещин. Коэффициентом общей пористости кп соответственно называется отношение суммарного объема всех пустот vп к общему объему породы v:
Открытая пористость – это объем всех пустот, сообщающихся между собой. Она всегда меньше общей пористости, на величину объема изолированных или замкнутых пустот. Коэффициентом открытой пористости соответственно называется отношение объема сообщающихся пустот к общему объему породы.
Эффективная (динамическая, полезная) пористость. Нефть и газ движутся не по всем открытым пустотам, а лишь по некапиллярным и достаточно крупным капиллярным пустотам. Таким образом, эффективная пористость – это совокупность пустот горной породы, участвующих в процессе фильтрации и из которых нефть может быть извлечена при разработке залежи. Неэффективными являются изолированные и сообщающиеся субкапиллярные поры.
Величина пористости зависит от формы и степени окатанности зерен, характера их взаимного расположения (укладки) и наличия цемента, и не зависит от размера частиц, если порода состоит из одинаковых обломков. Таким образом, коллекторские свойства породы определяются формой и характером пустот.
Пористость осадочных пород меняется в широких пределах. В несцементированных песках общая пористость достигает 45 %, а открытая – 40 %, у глин пористость лежит в пределах 45-50 %. Нижний предел пористости у нефтеносных песчаников обычно составляет 6-8 %. При меньшем значении они теряют коллекторские свойства.
Для оценки проницаемости горных пород используют линейный закон фильтрации Дарси, согласно которому скорость фильтрации жидкости в пористой среде пропорциональна градиенту давления и обратно пропорциональна динамической вязкости:
,
где υ – скорость линейной фильтрации, м/с;
Q – объемный расход жидкости в единицу времени, м 3 /с;
F – площадь фильтрации, м 2 ;
Δр – перепад давления, Па;
L – длина участка фильтрации (пористой среды), м.
В этом уравнении способность породы пропускать жидкости и газы характеризуется коэффициентом пропорциональности k, который называется коэффициентом проницаемости:
.
В Международной системе единиц (СИ) величины, входящие в формулу проницаемости, имеют размерности:
[L] = м; [F] = м 2 ; [Q] = м 3 /с; [р] =Па; [η] = Па·с.
.
Таким образом в Международной системе СИ за единицу проницаемости в 1 м 2 принимается проницаемость пористой среды, в которой при фильтрации через её образец площадью поперечного сечения 1 м 2 и длиной 1 м при перепаде давления 1 Па расход жидкости вязкостью 1 Па·с составляет 1 м 3 /с.
Коэффициент проницаемости k имеет размерность площади (м 2 ). Его физический смысл характеризует общую площадь сечения каналов пористой среды, по которым происходит фильтрация.
В нефтегазопромысловой практике часто используется внесистемная единица – дарси (Д), 1 Д равен 1,02·10-12 м 2 =1,02 мкм 2 (1Д ≈ 1 мкм 2 ).
Проницаемость зависит, прежде всего, от структуры порового пространства: от размера и конфигурации пор, величины зерен, от плотности укладки и взаимного расположения частиц, от трещиноватости пород и других факторов. По характеру проницаемость делится на межзерновую и трещинную.
Различают следующие виды проницаемости: абсолютную, эффективную и относительную.
Абсолютная (общая, физическая) проницаемость характеризует физические свойства породы и определяется экспериментально объемным расходом газа или не взаимодействующей с минеральным скелетом однородной жидкости, при условии полного насыщения открытого порового пространства горной породы данным газом или жидкостью.
Эффективная (фазовая) проницаемость. Обычно пустотное пространство содержит двух- или трёхфазную систему: нефть – вода, газ – вода, газ – нефть, газ – нефть – вода. Каждый из этих флюидов оказывает воздействие на фильтрацию других. Следовательно, фазовая проницаемость отражает способность породы пропускать через себя один флюид в присутствии других. Поэтому она всегда меньше абсолютной проницаемости.
Фазовая проницаемость зависит от их физико-химических свойств отдельных флюидов, температуры, давления и количественного соотношения разных флюидов. Поэтому с уменьшением количества нефти в залежи, при её разработке, фазовая проницаемость нефти падает.
Относительная проницаемость определяется отношением эффективной проницаемости к абсолютной и выражается безразмерной величиной меньше единицы.
Водонасыщенность. При формировании залежи часть воды остаётся в пустотном пространстве коллектора. Эта вода, содержащаяся вместе с нефтью или газом в залежи, называется остаточной водой.
Количество остаточной воды в залежах зависит от ФЁС пород: чем меньше размер пустот и проницаемость коллекторов, тем её больше.
Таким образом, водонасыщенность или коэффициент водонасыщенности характеризует содержание пластовой воды в коллекторе. Коэффициент водонасыщенности kв измеряется отношением объема открытых пор породы, занятых водой Vв, к общему объему пор породы Vп:
Знание коэффициента водонасыщенности необходимо для определения коэффициентов нефте- и газонасыщенности горных пород, которые определяют геологические запасы нефти и газа в залежах.