Классификация терригенных (обломочных) пород
реклама
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Национальный исследовательский Томский политехнический университет Институт природных ресурсов Кафедра геологии и разведки полезных ископаемых НАПРАВЛЕНИЕ (СПЕЦИАЛЬНОСТЬ) ООП 05.04.01 ГЕОЛОГИЯ ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ (СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ) «Нефтегазопромысловая геология» КВАЛИФИКАЦИЯ: магистр Разработчик к.г.-м.н., доцент Н.М. Недоливко Томск-2015 1 1. ПОРОДЫ-КОЛЛЕКТОРЫ Коллекторы – это горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду и отдавать их при разработке Абсолютное большинство пород-коллекторов имеют осадочное происхождение. Коллекторами нефти и газа являются терригенные (пески, алевриты, песчаники, алевролиты и некоторые глинистые породы), карбонатные (известняки, мел, доломиты), вулканогенноосадочные и кремнистые породы. Классификация терригенных (обломочных) пород Размер, мм >1000 глыбы 1000-100 валуны 100-10 галька галечник 10-1 гравий гравелит 1-0,1 песок песчаник 0,1-0,01 алеврит алевролит <0,01 Пелит, глина глинистая порода / аргиллит Рыхлые неокатанные щебень дресва, хрящ СцементиРованные не окатанные Брекчия Валуны Сцементированные окатанные Конгломерат Глыбы Рыхлые окатанные Конгломерат Песок Песчаник Алеврит Алевролит Глина Аргиллит Классификации песчаных пород по размерам обломков и по их составу ПЕСЧАНЫЕ ПОРОДЫ Рыхлые Сцементированные Крупнозернистые ПЕСЧАНИКИ 1,0-0,5 мм Среднезернистые Мономиктовые Полимиктовые Олигомиктовые 0,5-0,25 мм Обломки Мелкозернистые 0,25-0,1 мм Вес соответствующей фракции > 60 % Обломки одного состава (кварц или полевые шпаты) разного состава (кварц и обломки пород и полевые шпаты) Обломки двух составов (кварц и полевые шпаты) 100 % кварца Чистый кварцевый песчаник 60 % Классификации песчаных пород по содержанию обломков пород, кварца и полевых шпатов Полевошпатограувакковый кварцевый песчаник 60 % Кварцевограувакковый аркоз Кварцевополевошпатовая граувакка 40 % 40 % Аркозо-граувакки Полевошпатовая граувакка Граувакковый аркоз Бескварцевый аркоз 100 % Полевых шпатов Бескварцевая аркозо-граувакка Бескварцевая граувакка 100 % Обломков пород Чистая граувакка Различают: а) кварцевые пески и песчаники, сложенные более чем на 95% обломочными зернами кварца; цвет их белый, цемент чаще также кварцевый регенерационный, реже представлен другими минералами; б) кварцитовидные песчаники, регенерированные зерна в которых отделяются цементом другого состава; в) осадочные кварциты, регенерированные зерна в которых заполняют всю породу. Аркозы – песчаники, в которых содержание кластических зерен полевых шпатов составляет не менее 25%. Породы имеют светло-коричневый или серый цвет. Образуются за счет отложения продуктов разрушения кислых изверженных пород. Граувакки – песчаники, в которых содержание кластических зерен пород составляет не менее 25%. Термин понимается по-разному. Классификация, учитывающая количество компонентов в обломочной части ПЕСЧАНИКИ Мономиктовые Олигомиктовые Полимиктовые Мономиктовые – преимущественно из одного компонента (кварцевые, полевошпатовые песчаники) Олигомиктовые песчаники – промежуточные между кварцевыми и полимиктовыми; они сложены сравнительно хорошо окатанными зернами более или менее однородной величины, зерна кварца преобладают (75-95%) над зернами других минералов или обломками пород (полевошпато-кварцевые, граувакко-кварцевые). Полимиктовые – состоят из нескольких компонентов (граувакковые). ТИПЫ ЦЕМЕНТОВ По количеству цемента и взаимоотношению его с обломочными зернами Базальный Цемента более половины площади шлифа ЦЕМЕНТ Соприкосновения или контактовый Цемент только в местах соприкосновения обломков Поровый Обломков более половины площади шлифа ТИПЫ ЦЕМЕНТОВ По однородности состава По составу Глинистый Карбонатный Гипсовый Кремнистый Однородный Смешанный Железистый По равномерности распределения Равномерный Неравномерный (сгустковый или пятнистый) ТИПЫ ЦЕМЕНТОВ Аморфный По степени кристалличности Тонкозернистый (неперекристаллизованный) Перекристаллизованный Мозаичный Величина кристаллов сопоставима с размерами обломков Пойкилитовый Величина кристаллов цемента больше размеров обломков: кристаллы включают обломки ТИПЫ ЦЕМЕНТОВ ориентированный ЦЕМЕНТ неориентированный По ориентировке частиц цемента по отношению к обломочным зернам А) пленочный (частицы цемента располагаются параллельно контуру зерна) Б) крустификационный (частицы располагаются перпендикулярно к контуру зерна) В) регенерационный или нарастания (частицы цемента оптически ориентированы одинаково с обломками и составляют с ними одно целое) ТИПЫ ЦЕМЕНТОВ Последовательность Одной генерации Двух и более генераций Время образования Сингенетический (часто базальный) Эпигенетический Разъедания или коррозионный Регенерационный Известняки Известняки - осадочные, преимущественно морские образования, состоящие главным образом из кальцита или кальцитовых скелетных остатков. Могут содержать примеси обломочных (терригенных) частиц, минералов. Образуется преимущественно в морских условиях как результат: жизнедеятельности взаимодействия морской и отмирания кальцитводы и растворенного упаривания содержащих организмов в ней СО2 морской воды в замкнутых бассейнах По происхождению выделяют хемогенные ИЗВЕСТНЯКИ биогенные (органогенные, биодетритовые) обломочные Известняки хемогенные образуются химическим путем за счет осаждения карбоната кальция из водных растворов на суше и в водоемах. Хемогенные известняки пелитоморфные пелитоморфные комковатые ооидные оолитовые массивные Пелитоморфные известняки отличаются небольшими размерами слагающих их частиц (менее 0,01 мм). Известняки хемогенные образуются химическим путем за счет осаждения карбоната кальция из водных растворов на суше и в водоемах. комковатые • Известняки комковатые - сложенные довольно четко очерченными округлыми или угловатыми комками криптокристаллического или мелкозернистого кальцита. Комки и цементирующая масса близки по структуре и по составу. Комки хорошо отсортированы, иногда слабо окатаны. Часто представляют собой обломочный материал, возникающий при механической дезинтеграции слабо литифицированного осадка под воздействием донных течений или сильных штормов. Иногда комочки могут иметь водорослевое происхождение. Характерны для мелководных фаций, средних зон древнего шельфа. • ооидные • Известняки ооидные - характеризуются наличием мелких и крупных округлые выделений однородного строения. Известняки хемогенные образуются химическим путем за счет осаждения карбоната кальция из водных растворов на суше и в водоемах. оолитовые Известняки оолитовые - сложенные в основном оолитами - шаровидными или эллипсовидными образованиями из углекислой извести, обладающими концентрически-слоистым, иногда радиально-лучистым строением вокруг центрального ядра (обломки раковин, песчинки и пр.). Образуются в процессе осадконакопления, во взвешенном состоянии в воде, при диагенезе. Указывают на небольшие глубины прибрежной зоны. Отмечено уменьшение и переход от оолитов с обломочными терригенными частицами в ядрах (центрах) к чисто карбонатным, что иногда соответствует увеличению глубины их образования. Известняки массивные Известняки массивные имеют беспорядочное неориентированное расположение составных частей. Раскалываются на обломки неправильной формы. Травертин (известковый туф) – легкая, пористая порода, образовавшаяся в результате осаждения карбоната кальция из горячих или холодных углекислых источников. Травертин Известняки биогенные (=органогенные, = биодетритовые) - осадочная порода преимущественного морского, реже озерного происхождения, сложенная в основном карбонатными скелетными остатками и детритом животных или растительных организмов или продуктами их жизнедеятельности. Биогенные (органогенные, биодетритовые) ракушняки Известняк ракушечник детритовые известняки брахиоподовые, фораминиферовые, водорослевые Известняк брахиоподовый биогермы Известняк коралловый • • Если известняки сложены фрагментами раковин, скелетных частей животных или обрывков растений сцементированных или несцементированных, то их называют детритовыми. Если возможно определить вид организмов, слагающих известняк, то название известняка уточняют, выделяя известняки водорослевые, фораминиферовые, строматопоровые и др. Нумулитовый известняк Копрогенный известняк (пелетовый) – состоит из овальных комочков пелитоморфного или микрозернистого кальцита, является продуктом жизнедеятельности организмов. Мел Водорослевый известняк – состоит из тел известковых синезеленых и зеленых водорослей, промежутки между ними заполнены пелитоморфным и зернистым кальцитом. Мел – состоит из скрытокристаллического кальцита и микроскопических кальцитовых остатков морских планктонных водорослей – кокколитофорид (до 99 % от общей массы). ИЗВЕСТНЯКИ БИОГЕРМНЫЕ • К биогенным известнякам относятся биогермы – прижизненные скопления прикрепленных организмов (рифовые известняки, сложенные кораллами, мшанками, строматопоратами). коралловый известняк – порода, состоящая на 25-50% и более из скелетных остатков кораллов (состав - кальцит). Чаще всего встречаются колониальные формы кораллов. Мшанковый известняк порода, состоящая на 2550% и более из скелетных остатков мшанок (состав кальцит). ИЗВЕСТНЯКИ БИТУМИНОЗНЫЕ Известняки битуминозные - содержащие битумы в рассеянном состоянии или в виде включений. Строматолиты - сложные бентосые постройки, возникающие в результате жизнедеятельности бактерий и водорослей. Они бывают слоистыми и имеют пластообразную и столбчатую формы. Слоистость строматолитов обусловлена периодическим чередованием слоев с водорослями, благодаря скоплению колоний и слоевищ (водорослевые маты). Ассоциация бактерий и водорослей между нитями слоевищ биогенным путем осаждает (притягивает, отсорбирует) из морской водыCaCO3. Этот процесс стимулируется водорослями, благодаря фотосинтезу при уменьшении в воде СО2. Одновременно с этим процессом шло механическое осаждение пелитовых частиц из водных масс. Строматолиты встречаются в отложениях докембрия, палеозоя, мезозоя, кайнозоя и в наши дни. Современные строматолиты известны в заливах Северной Австралии, в соленых озерах Америки, на побережье Багамских островов в Атлантике. Строматолитовая постройка начинает образовываться с небольшого бугорка, кочки, состоящего из представителей 2-3 родов водорослей (цианобактерий). Цианобактериальные сообщества разрастаются на больших территориях и образуют водорослевые маты (ковры). В последующей стадии развития на водорослевых матах, частично засыпанных механически осажденными терригенными частицами, вновь нарастали водорослевые сообщества и весь процесс повторялся сначала. Между нитями (колониями) водорослей, благодаря фотосинтезу, осаждался карбонат кальция, сверху нити (колонии) засыпались терригенными частицами, и таким образом водорослевая постройка разрасталась вверх, или вверх и веерообразно в стороны. Форма строматолитовых построек не является случайной, а зависит от состава водорослей-строматолитообразователей, и от условий образования и существования. Все строматолиты очень мелководного происхождения. Благодаря работам, проведенным с современными строматолитами, установлено, что куполоподобные формы образуются в приливно-отливной зоне (литораль) и их высота равна высоте прилива. На дне, ниже уровня прилива наблюдаются волнисто-слоистые корки. На берегу, в зоне смачивания (супралитораль) - вогнутые чешуйки. Располагаются обычно в зонах опреснения или засолонения, или в зонах с периодической сменой соленой и пресной воды, где не могут жить животные и более высокоорганизованные водоросли. Результаты изучения строматолитов могут использоваться для восстановления палеогеографических условий их существования, а не для стратиграфических целей, как считалось ранее. Известняки обломочные • Образуются за счет механического разрушения ранее образованных известняков различного происхождения (хемогенного, биогенного, смешанного), переотложения и цементации обломков карбонатным материалом (обычно пелитоморфным или кристаллическим кальцитом). В зависимости от исходного материала для обломочных известняков известняки механокластические выделяют обломки хемогенных известняков известковые биокластические обломки биогенных известняков Классификация обломочных известняков осуществляется аналогично обломочным породам терригенного происхождения: Известняки конгломератовидные выделяют Известковые песчаники в зависимости от размеров и окатанности обломков Известняки брекчиевидвидные Известковые алевролиты ДОЛОМИТЫ 1 см – порода, состоящая преимущественно из доломита. Является химическим осадком бассейнов аридной зоны, преимущественно осолоняющихся, образуется также в результате замещения известняка. Связан переходами с известняками. 1 см Диагностические признаки карбонатных пород • • • • Твердость 1,5–2. Мел имеет белый, желтовато-белый цвет, однородную текстуру, раковистый излом; плотность малая. Порода пористая, липнет к языку; наблюдается бурная реакция с НCl. Твердость 2–3. Мергель обычно имеет серый с оттенками цвет, однородную или слоистую текстуру, плитчатую отдельность. Бывает порист, липнет к языку. Реагирует с НСl с образованием грязной пены. Запах глины при увлажнении. Твердость 3,0. Известняк обладает белым с различными оттенками вплоть до черного цветом, слоистой или однородной текстурой, раковистым изломом и плитчатой отдельностью. Нормальная реакция с НСl. Твердость 3,5. Доломитит (известняк доломитовый, чаще эту породу называют просто доломит). Цвет белый, серый с цветными оттенками до черного. Текстура слоистая или однородная, излом раковистый, отдельность плитчатая. Реакция с НСl в порошке. ПУСТОТНОЕ ПРОСТРАНСТВО И ФИЛЬТРАЦИОННОЕМКОСТНЫЕ СВОЙСТВА ПОРОД-КОЛЛЕКТОРОВ Коллекторы – это горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду и отдавать их при разработке Из определения пород-коллекторов следует, что они должны обладать емкостью (обеспечивающейся системой пустот) и проницаемостью (обеспечивающейся системой сообщающегося пустотного пространства). Свойства горной породы вмещать (емкость) и пропускать (проницаемость) через себя жидкости и газы называются фильтрационноемкостными свойствами – ФЕС. Матрица породы Вода Нефть и /или газ Распределение нефти и воды в поровом пространстве Пористость горных пород Емкость горной породы характеризуется пористостью. Это один из наиболее важных параметров пород-коллекторов. Под пористостью горной породы понимается наличие в ней пор (пустот). Пористость определяет долю пустотного пространства в общем объеме породы. Пластовые флюиды – нефть, газ, вода - аккумулируются в пустотном пространстве породы-коллектора, представленном порами, кавернами и трещинами. Поры – пространство между отдельными зернами, слагающими горную породу, а также биопустоты Каверны – сравнительно крупные пустотные пространства, образовавшиеся в результате действия процессов выщелачивания Трещины – разрывы сплошности горных пород, обусловленные в основном тектонической деятельностью. Обломочные зерна Поры Каверны Матрица породы Биопустоты: - внутриформенные: внутренние пустоты в раковинах (камеры амфонитов, фораминифер и т.д.), а также пустоты, разделенные перегородками, внутри коралловых скелетов. - межформенные: пустоты между раковин в известняках-ракушняках В зависимости от происхождения трещины разделяются на: - литогенетические - тектонические диагенетические (трещины усыхания) катагенетические (образуются при перекристаллизации в горной породе) эпейроклазы (при колебательных эпейрогенических движениях) диаклазы (при складкообразовательных движениях, вблизи тектонических разрывов) Наибольшую роль играют при: первичной миграции нефти – катагенетические трещины; вторичной миграции нефти – тектонические трещины Генетическая классификация пор Первичные поры (пустоты) образуются в процессе осадконакопления и породообразования (промежутки между зернами – межзерновые поры, между плоскостями наслоения и т.д.). Межзерновые поры Межпакетные поры в каолинитовом цементе Вторичные поры образуются в результате последующих процессов: разлома и дробления породы, растворения, перекристаллизации, возникновения трещин вследствие сокращения породы (например, при доломитизации) и других процессов. Внутризерновые поры выщелачивания Трещинные поры Классификация поровых каналов по размерам В большой степени свойства пористых сред определяются размерами поровых каналов. По величине поровые каналы нефтяных пластов условно разделяют на три группы: Пустоты Субкапиллярные (сечение меньше 0,0002 мм (<0,2 мкм ) жидкости удерживаются силой притяжения стенками каналов и в природных условиях перемещаться в них не могут • • Капиллярные (сечение от 0,5 до 0,0002 мм (508 - 0,2 мкм) движение жидкостей и газов происходит при значительном участии капиллярных сил Сверхкапиллярные (крупнее 0,508 мм (>508 мкм) движение нефти, воды и газа происходит свободно, возможно движение жидкости под влиянием силы тяжести Породы, поры которых представлены в основном субкапиллярными каналами, независимо от пористости практически непроницаемы для жидкостей и газов (глина, глинистые сланцы). Хорошие коллекторы нефти — те породы, поры которых представлены в основном капиллярными каналами достаточно большого сечения, а также сверхкапиллярными. Количественная оценка пористости При характеристике нефтесодержащих пород различают типы пористости: общую (полную, абсолютную) – объем всех пор в породе; открытую – объем связанных сообщающихся между собой пор; эффективную – объем пор, из которых нефть может быть извлечена при разработке Все они оцениваются соответствующими коэффициентами пористости (%). Коэффициентом полной пористости (Кп) называется отношение объёма взаимосвязанных и изолированных пустотных каналов (Vпор) к общему объёму образца горной породы (Vобр ) Коэффициентом открытой пористости (Ко) называется отношение объема открытых сообщающихся пор (Vо) к объему образца горной породы (Vобр) Коэффициентом эффективной пористости (Кэф) называется отношение объема пор (Vэф ), через которые возможно движение нефти, воды или газа при определенных температуре и градиентах давления к объему образца горной породы (Vобр ) Кп Ко К н. эф Vпор Vобр Vо Vобр Vэф Vобр Структура порового пространства пород обусловлена большим числом факторов Гранулометрическим составом пород Составом обломков Химическим составом пород Формой и окатанностью частиц Составом цемента Происхождением пор Сортированностью обломочного материала Количеством цемента Равномерностью распределения пор Системой укладки обломочного материала Характером распространения цемента Соотношением больших и малых пор а г д е б в Пористость повышается с улучшением окатанности и отсортированности обломков, с увеличением размеров обломков, с уменьшением количества цементирующего материала, если обломочные зерна сами пористые, если порода подверглась растрескиванию и растворению и т.д. Различные виды порового пространства пород показаны на рисунках а – хорошо окатанный и отсортированный песок с высокой пористостью; б – плохо отсортированный песок с низкой пористостью; в – хорошо отсортированная порода, зерна которой также пористы; г – хорошо отсортированная порода, пористость которой уменьшена отложениями минерального вещества в пространстве между зернами; д – поровое пространство трещиноватых известняков, частично расширенное растворением; е – порода, ставшая пористой вследствие возникновения трещин. Влияние упаковки на формирование пористости Коэффициент пористости обломочных пород в случаях, когда зерна породы одинаковы по размеру и имеют шарообразную форму, не зависит от размера зерен, а определяется их укладкой и однородностью по размеру. При кубической упаковке пористость составляет 47,64 %; при ромбической – 25,95 %, независимо от размеров шаров. Кубическая укладка шариков Пористость = 47,64 % Укладка шариков ромбом Укладка шариков двух размеров Пористость = 25,95 % Пористость = 14% У пород, состоящих из неодинаковых по размеру обломков (конгломератов, глинистых песчаников), пористость резко снижается, так как мелкие зерна занимают промежутки между крупными зернами, уменьшая объем порового пространства Поровое пространство и характер укладки обломков Степень отсортированности обломков В природных условиях большое внимание на размеры пор оказывает отсортированность обломочного материала, их пространственное расположение (беспорядочное или ориентированное), плотность прилегания с образованием разных типов контактов (точечных – примыкания, комформации – взаимоприспособления или инкорпорации – вдавливания Степень окатанности и изометричности обломков Увеличение степени окатанности обломков способствует формированию пор с гладкими стенками; и наоборот, при неокатанных плохо обработанных поверхностях обломочных зерен образуются поры с неровными стенками. Важную роль играет также степень изометричности обломочных зерен: при прочих равных условиях при укладке изометричных обломков, по сравнению с обломками удлиненной формы, размеры седиментогенных пор более крупные. Рис. Типы цемента по взаимоотношению с обломочными зернами: а – пленочный; б – крустификационный; в – неравномерного нарастания; г – регенерационный; д – проникновения; е – коррозионный; ж – замещения Немаловажное значение для формирования коллекторских свойств терригенных пород имеет также цемент. Первичный цемент (глинистый, карбонатный, железистый и др.) часто накапливается вместе с обломочным материалом и уменьшает пористость. Цемент присутствует в подавляющем большинстве обломочных пород и является их важной составной частью, обусловливающей физические свойства, состав и последовательность выделения минералов. Тип цемента выражает его структурные особенности по отношению к породе в целом (т.е. соотношение цемента с обломочной частью). • • • • Обычно выделяют 4 типа цемента: 1. Базальный – зерна не соприкасаются друг с другом, а погружены в цемент. 2. Заполнения пор (поровый) – зерна соприкасаются друг с другом, а цемент заполняет лишь поры между ними. 3. Пленочный – цемент покрывает зерна пленкой (иногда не сплошной), а остальная часть пор остается пустой; цементация большей частью непрочная. В некоторых случаях (например, в метаморфизованных породах) эти поры могут быть заполнены цементом другого типа (заполнения пор или регенерации) и тогда следует говорить о наличии пленочного цемента другой разновидности. 4. Соприкосновения, или контактовый, – цемент присутствует лишь в местах соприкосновения зерен, а основная часть пор остается незаполненной. Наилучшими коллекторскими свойствами обладают теригенные породы с контактовым и неполным поровым цементом. Рис. Типы цемента по количеству и распределению в породе: а – базальный: б – открытый поровый; в – закрытый поровый; г – неполный поровый; д – пленочный; е – контактовый Величина коэффициента пористости Пористость коллекторов, дающих промышленную нефть, обычно следующая (в %). Пески…………………….…… 20—25 Песчаники…........…………….. 10—30 Карбонатные коллекторы ..……10—25 и меньше. Величина коэффициента пористости горных пород может достигать 40 % (месторождения Ставрополья). Нефтеносные песчаники Русской платформы – 17-24 %. В последнее время открыт ряд месторождений в карбонатных коллекторах, поровое пространство которых состоит в основном из трещин. Пористость (коэффициент трещиноватости) таких пластов оценивается долями и единицами процентов. Однако из них получены большие промышленные притоки нефти. ПРОНИЦАЕМОСТЬ Проницаемостью называют свойство горных пород пропускать сквозь себя жидкости и газы при наличии перепада давления Проницаемость – важнейший параметр, характеризующий проводимость коллектора, его фильтрационные свойства, т. е. способность пород пласта пропускать к забоям скважин нефть и газ. Проницаемость зависит от многих факторов; важнейшими из них являются: характер проявления постседиментационных процессов структура порового пространства Проницаемость степень отсортированности обломков размер зерен взаиморасположение частиц плотность укладки обломочного материала Проницаемость в сильнейшей степени зависит от: наличия трещин: хотя доля их в пустотном, пространстве составляет десятые и сотые доли процента, но по сравнению с порами гранулярных коллекторов трещинное пространство обладает высокой проводимостью; трещины создают в пласте направления преимущественной фильтрации; минерального состава породы: лучшими фильтрационными свойствами обладают кварцевые пески благодаря низкой сорбционной способности кварца; содержания и состава глинистых минералов: 1) глинистые частицы занимают часть пространства между зернами других минералов (кварца, полевых шпатов и т.п.), уменьшая пористость и сечение пор, и 2) глины вследствие высокой диспергированности и связанной с ней огромной поверхностью обладают высокой сорбционной емкостью и удерживают на поверхности зерен воду и УВ, сужая сечение пор. Ухудшают фильтрационные свойства пород: призматический габитус, неправильная форма большинства зерен высокая сорбционная емкость, цементация пород ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ В Международной системе (СИ) за единицу проницаемости в 1 м2 принимается проницаемость такой пористой среды, при фильтрации через образец которой площадью 1 м2 и длиной 1 м при перепаде давления 1 н/м2 расход жидкости вязкостью 1 н • сек/м2 составляет 1 м3/сек. Единицей измерения 2 проницаемости является квадратный метр (м ). Чаще всего для обозначения проницаемости пород используют микрометр (мкм2). Обычно для оценки проницаемости пользуются практической единицей Дарси, которая приблизительно в 1012 раз меньше, чем проницаемость в 1 м2, или миллидарси (мД). За единицу проницаемости в 1 Дарси (1 Д) принимают проницаемость такой пористой среды, при фильтрации через образец которой площадью 1 см2 и длиной 1 см при перепаде давления 1 кг/см2 расход жидкости вязкостью 1 спз (сантипуаз) составляет 1 см3/сек. 1 мД = 0,001 Д, 1 мД=10-3 мкм2 ВИДЫ ПРОНИЦАЕМОСТИ Проницаемость пористой среды зависит также от типа пластового флюида и характера его движения. Поэтому для характеристики проницаемости нефтесодержащих пород введены понятия абсолютной (физической, удельной), эффективной (фазовой) и относительной проницаемости. Под абсолютной проницаемостью понимают проницаемость пористой среды, которая определена при движении в ней лишь одной какой-либо фазы (газа или однородной жидкости), химически инертной по отношению к породе, при условии полного заполнения порового пространства газом или жидкостью В случае, когда поровое пространство породы содержит в себе более одного флюида, проницаемость по конкретному флюиду называется эффективной. Относительная проницаемость определяется как отношение эффективной проницаемости для флюида при данной насыщенности к абсолютной проницаемости КЛАССИФИКАЦИЯ КОЛЛЕКТОРОВ 1) по типу пустотного пространства По преобладающему типу пустот, слагающих поровое пространство, коллекторы делятся на три основных типа: КОЛЛЕКТОРЫ Поровые Трещинные Каверновые К поровому (гранулярному типу, межгранулярному) относятся коллекторы, представленные песчано-алевритовыми породами, реже известняками и доломитами (оолитовыми и органогенными); поровое пространство в них состоит из межзерновых, межоолитовых и биопустотных полостей. • Трещинные коллекторы сложены преимущественно карбонатами, реже терригенными породами; поровое пространство в них образуется системой трещин. При этом участки коллектора между трещинами представлены плотными непроницаемыми и малопроницаемыми нетрещиноватыми блоками пород, поровое пространство в которых практически не участвует в процессах фильтрации. • Каверновые коллекторы сложены в основном карбонатными породами; пустотное пространство в них представлено кавернами выщелачивания • В коллекторах смешанного типа отмечается сочетание систем трещин, порового пространства блоков и пор. Соотношение типов пустотно-порового пространства и типы коллекторов в породах разного генезиса Типы коллекторов Пустоты Межгрануляр ные (поровые) Трещинные поровотрещинные Поры Каверновые трещиннокаверновые Трещины Породы Каверны Биопустот ные Внутрискелетные и межскелет ные Обломочные К а р б о н а т н ы е Изверженные Кремнистые Глинистые Метаморфические 2. Классификация коллекторов по типу горных пород КОЛЛЕКТОРЫ Терригенные Нетрадиционные Карбонатные 3. Классификация коллекторов по условиям фильтрации и аккумуляции пластовых флюидов: Простые (поровые и чисто трещинные) Сложные (трещинно-поровые и порово-трещинные) Нетрадиционные коллекторы нефти и газа 1. Вулканогенные породы: нефть и газ в туфах, лавах и других разностях связаны с пустотами, которые образовались при выходе газа из лавового материала или с вторичным выщелачиванием. Нефтеносность этих пород всегда вторична. Примеры: осадочно-туфогенный вулканогенный комплекс эоценового возраста Восточной Грузии и Западного Азербайджана; формация «зеленых туфов» палеогенового возраста в Японии. Здесь резервуар массивного типа образован вторично измененными туфами и лавами риолитов. 2. Метаморфические и интрузивные породы также могут быть нефтегазоносносны. Природные резервуары в них возникают за счет выветривания, проработки гидротермальными растворами и других вторичных изменений. Примеры: коры выветривания гранитно-метаморфических пород, залегающих в ядрах мезозойских поднятий в Шаимском районе Западной Сибири; крупное месторождение Белый Тигр связано с гранитогнейсовыми породами на шельфе Вьетнама. 3. Глинистые и биогенные кремнистые толщи. В них нефтегазоносность обычно сингенетична; природные резервуары возникают в процессе катагенеза; возникновение или увеличение пустот связано с генерацией нефтяных и газовых углеводородов и перестройкой минеральной матрицы породы. При преобразовании ОВ возрастает объем флюидов (жидкости, в том числе углеводороды, газы). Возросшее давление способствует образованию сети трещин в основном по наслоению вдоль ослабленных уровней. Формирование коллекторских свойств и генерация нефтяных углеводородов совпадают по времени. Повышению растресканности породы способствуют и некоторые тектонические процессы. Примеры: резервуары в баженовской карбонатно-кремнисто-глинистой толще верхней юры в Западной Сибири (Салымское месторождение и др.), в майкопской глинистой серии Ставрополья (Журавское месторождение). 4. Классификация песчано-алевролитовых коллекторов по ФЕС Исходя из значений эффективной пористости и проницаемости по газу с учетом литологического состава пород А.А. Ханин предложил классификацию песчаноалевролитовых пород-коллекторов: Класс Название породы по преобладанию гранулометрической фракции Пористость эффективная, % I Песчаник среднезернистый Алевролит мелкозернистый 16,5 29 II Песчаник среднезернистый Алевролит мелкозернистый 15 – 16,5 26,5 - 29 III Песчаник среднезернистый Алевролит мелкозернистый IV Проницаемость по газу, мкм2 ≥1 Оценка коллектора по проницаемости и емкости очень высокая 0,5 - 1 высокая 11 – 15 20,5 – 26,5 0,1 – 0,5 средняя Песчаник среднезернистый Алевролит мелкозернистый 5,8 – 11 12 – 20,5 0,01 – 0,1 V Песчаник среднезернистый Алевролит мелкозернистый 0,5 – 5,8 3,6 - 12 0,001 – 0,01 VI Песчаник среднезернистый Песчаник мелкозернистый Алевролит крупнозернистый Алевролит мелкозернистый 0,5 2 3,3 3,6 < 0,001 пониженная низкая коллектор не имеет промышленного значения 5. По рентабельности промышленной эксплуатации Эффективные Неэффективные Коллектор эффективный — коллектор, обладающий такими емкостными и фильтрационными свойствами, которые обеспечивают рентабельность промышленной эксплуатации месторождения в конкретных геолого-технических условиях. Общая классификация коллекторов нефти и газа Типы коллектров Кавернозные в карбонатных и других осадочных, а также выщелоченных магматических и метаморфических породах Классы по емкостным и фильтрационным свойствам 1 класс открытая пористость до 40%, проницаемость до 1000мД и выше 2 класс Гранулярные хорошо отсортированные преимущественно мономинеральные с малым открытая пористость более 20%, проницаемость 100-1000мД количеством цемента оолитовые известняки Биопустотные рифовые известняки, биоморфные породы Гранулярные олигомиктового и аркозового состава; Карбонатные органогенно-детритусовые 3 класс открытая пористость 1520%, проницаемость 10-100 мД Гранулярные полимиктового состава с высоким содержанием цемента; Карбонатные пелитоморфные, мелкозернистые, комковатые, строматолитовые 4 класс открытая пористость 1015%, проницаемость 1-10 мД Трещинные. Тектоническая трещиноватость 5 класс трещинная пустотность 23%, проницаемость до 1000 мД Трещинные. Литогенетическая трещиноватость 6 класс трещинная пустотность 510%, проницаемость 10-1000 мД. ПОРОДЫ-ФЛЮИДОУПОРЫ (ПОКРЫШКИ) Сохранение скоплений нефти и газа в породах-коллекторах невозможно, если они не будут перекрыты непроницаемыми для флюидов (нефти, газа и воды) породами. Плохо проницаемые породы, перекрывающие породыколлекторы со скоплениями нефти и газа, называют покрышками нефтяных и газовых залежей Роль пород-нефтегазоводоупоров выполняют глины, аргиллиты, глинистые алевролиты, глинистые известняки, гипсы, ангидриты и соли. Соляноангидритовые покрышки служат наиболее надежными экранами, несколько худшими экранирующими свойствами обладают глинистые и глинистокарбонатные породы, весьма слабыми непроницаемыми перекрытиями являются алевролито-глинистые породы. Надежность экранов во многом определяется характером флюидов в подстилающих залежах. Наиболее подвижны газообразные углеводороды. Поэтому покрышки, перекрывающие газовую залежь, должны обладать лучшими экранирующими свойствами по сравнению с покрышками, перекрывающими нефтяную залежь. 3. ГЛИНЫ И ГЛИНИСТЫЕ ПОРОДЫ • • • К глинам относятся породы, состоящие более чем на 50 % из частиц менее 0,01 мм и содержащие не менее чем 30 % частиц <0,001 мм. Занимают промежуточное положение между обломочными и химическими породами. Образование глинистых минералов связано с химическим разрушением пород, но глины не являются химическими осадками, так как глинистые минералы не выпадают из растворов. Основным источником глинистых пород служит полевой шпат, при распаде которого под воздействием атмосферных явлений образуются каолинит и другие гидраты алюминиевых силикатов. Некоторые глины осадочного происхождения образуются в процессе местного накопления упомянутых минералов, но большинство из них представляют собой наносы водных потоков, выпавшие на дно озер и морей. Глинистые минералы: каолинит, монтмориллонит, хлорит, вермикулит, галлуазит, гидрослюды, смешаннослойные образования СОСТАВ ГЛИН Неглинистые сингенетичные и эпигенетичные минералы: гидрослюды, окислы железа, карбонаты, сульфаты, фосфаты, опал и др. Обменные основания щелочей и щелочных земель, органическое вещество, иногда соли и органические остатки. Обломочные зерна: кварц, полевые шпаты, слюды, тяжелые минералы В зависимости от степени однородности минерального состава выделяют глины: Мономинеральные 1 минерал Каолинитовые 2 минерала Биминеральные Полиминеральные Гидрослюдистохлоритовые несколько минералов Гидрослюдистохлорит-каолинитовые Химические формулы и цвет глинистых минералов: Каолинит Al2O3•2SiO2•2H2O Белый, светло-серый, желтовато-белый Галлуазит Al2O3•2SiO2•4H2O Белый, светло-серый, желтовато-белый Монтмориллонит Al2O3•4SiO2+nH2O Желтовато- и сероватобелый, зеленовато-голубой Сапонит 3MgO•4SiO2•H2O+nH2O Желтовато- и сероватобелый, зеленовато-голубой Нонтронит Fe2O3•4SiO2•H2O +nH2O Зеленовато-голубой Цвет глин • В зависимости от минерального состава глинистой массы Некоторые гидрослюдистые (особенно глауконитовые), монтмориллонитовые, нонтронитовые и гидрохлоритовые Цвет белый, светло-серый, желтовато-белый Каолинитовые, гидромусковитовые, монотермитовые и некоторые монтмориллонитовые Цвет зеленовато-голубой •В зависимости от присутствия красящих примесей. Органические вещества Цвет черный Окислы железа и марганца Цвет красный, фиолетовый, бурый Мелкие частицы хлорита или глауконита Цвет голубовато-зеленый Алевропелитовая Псаммопелитовая Пелитовая Ооидная (бобовая) Оолитовая Конгломератовидная, брекчиевидная Структура глин Фитопелитовая Реликтовая Сферолитовая Пелитовая – более 90 % частиц имеют размеры менее 0,01 мм. Алевропелитовая – в пелитовой массе > 5 % частиц размером 0,1-0,01 мм. Псаммопелитовая – кроме алевритовых частиц имеются псаммитовые (0,1-1 мм). Конгломератовидная и брекчиевидная – образуются при размыве глинистых пород и цементации их глинистым веществом. Ооидная (бобовая) – наличие в тонкодисперсной глинистой массе округлых не концентрических глинистых образований – ооидов, они часто окрашены или сложены окислами железа. Оолитовая – наличие концентрических оолитов с концентрами из глинистых минералов, окислов железа, тонкодисперсной органики, хлорита и др. Сферолитовая – наличие сферолитов кальцита и сидерита. Реликтовая – сохраняются контуры частиц, за счет видоизменения которых образовались глины. Глинистые покрышки • • • • • • Глины и глинистые породы весьма различны по своим экранирующим свойствам, так как отличаются разнообразием физико-химических, минералогических, гранулометрических характеристик. У глин каолинитового состава наблюдается наибольшая диффузионная и фильтрационная проницаемость, а у глин монтмориллонитового состава — наименьшая, поэтому наилучшими экранирующими свойствами обладают толщи, содержащие большее количество монтмориллонитовых частиц. Степень однородности глин имеет важную роль в оценке экранирующих свойств покрышек. Присутствие прослоев песчаников и алевролитов ухудшает качество экранирующей толщи. С возрастанием содержания в глинах алевритовой примеси и увеличением размеров поровых каналов проницаемость возрастает. Надежность глинистых покрышек обеспечивает низкая проницаемость, так как размер поровых каналов глинистых пород мал, и для фильтрации через них нефти и газа требуются большие давления. С увеличением глубины и уплотнением глин качество глинистой покрышки снижается. С ростом плотности глин их проницаемость уменьшается. По мере уменьшения проницаемости глин, растет перепад давлений, необходимый для прорыва через них газа. Увеличение мощности покрышки значительно улучшает ее изоляционные качества и способствует удержанию залежи с большими высотами. Так, на Уренгойском месторождении залежь высотой 176 м экранируется покрышкой мощностью около 600 м. Газовая залежь высотой 215 м в горизонте IX на месторождении Газли перекрывается мощной покрышкой высотой 104 м. Для определения зависимости высоты залежей от мощности глинистых покрышек строятся графики, по оси абсцисс которых откладываются высоты залежей, а по оси ординат — мощности перекрывающих покрышек. Соляные породы Галогенные Каменная соль (галит) Калийная соль - порода, состоящая почти целиком из сильвина (KCl). Образуется из пересыщенных растворов в результате упаривания морской воды в замкнутых бассейнах. Каменная соль – галоидная порода, состоящая почти целиком из галита (NaCl). образующая обычно кристаллические скопления, состоящие из минерала галита и окрашенные в зависимости от примесей в различные цвет Образуется из пересыщенных растворов в результате упаривания морской воды в замкнутых бассейнах. Калийная соль (лагбейнит, галит). Украина, Калуш Сульфатные породы Сульфатные породы (гипс и ангидрит) состоят из сульфатных соединений, выпадающих в осадок в случае увеличения их концентрации в природных водах. Гипс - порода, состоящая почти целиком из гипса в виде зернисто-кристаллических масс, а также в виде мелких зерен или друз различных осадочных пород. Окраска светлая, но примесями может быть окрашен в разные цвета. Образуется из пересыщенных растворов в результате упаривания морской воды в замкнутых бассейнах. Ангидрит -сульфатная порода, встречающаяся совместно с гипсом, состоящая почти целиком из ангидрита. В поверхностных условиях легко подвергается гидратации и переходит в гипс. Порода при этом сильно разбухает и приобретает гофрированную структуру. СОЛЯНО-АНГИДРИТОВЫЕ ПОКРЫШКИ • • • Соленосные толщи являются надежными покрышками для залежей нефти и газа. Пластичность каменной соли, способность ее деформироваться без нарушения сплошности делают эту горную породу надежным непроницаемым изолятором. Она является основным породообразующим минералом соленосных толщ. Нередко в них в виде включений или прослоев содержатся калийные и другие соли, однако они занимают весьма подчиненное положение. Соленосные отложения обычно сопровождаются пачками ангидритов, которые подстилают и покрывают соли, а иногда и переслаиваются с ними. Ангидриты значительно более хрупки по сравнению с солью и не являются такими надежными экранами. Благодаря прозрачности каменной соли в ней ясно видны под микроскопом детали строения, объемные формы включений, в том числе газообразных и жидких, а также многочисленные трещины. Одни трещины заполнены минеральными образованиями, другие — полые. Те и другие нередко бывают пережаты: под действием пластических деформаций их стенки местами смыкаются — и трещины, теряя сообщаемость, перестают быть проводящими. Этой особенностью и обусловлены экранирующие свойства солей. • • • • Соль в определенных условиях может быть и проницаемой: при растяжении пережатия и разобщения систем трещин не происходит. Они остаются открытыми и могут пропускать различные флюиды, в том числе газ и нефть. Об этом свидетельствует выполнение трещин различными вторичными образованиями иногда с включениями битума и газа. Пластичность каменной соли резко снижается от различных механических примесей, иногда даже в случае ничтожного их содержания. Подобным же образом действует повторная смена тектонических напряжений расслаблением. Совокупность этих причин снижает пластичность соли и приближает ее по свойствам к хрупкому телу. Тектонические движения играют значительную роль в прорыве газа через соленосную толщу. В зонах региональных разломов порода при неоднократном и длительном воздействии нагрузок подвергается периодическому уплотнению и разуплотнению, теряет первоначальные пластические свойства и значительно упрочняется, становясь более хрупкой. Тектонические подвижки в зонах разломов, сопровождающиеся общим напряжением растяжения, вызывают «раскрытие» систем трещин, по которым становится возможным переток газа из нижележащих отложений. В подсолевых отложениях открыты Астраханское, Карачаганское, Оренбургское, Вуктыльское, Самантепинское, Уртабулакское и Западно-Крестищенское газоконденсатные месторождения, Речицкое и Осташковичское нефтяные. Соленосные толщи приурочены к определенным стратиграфическим горизонтам и географическим поясам, связываются с эпохами затуханий наиболее интенсивных движений земной коры, имеют региональное распространение и значительные мощности. Так, мощность верхнеюрских соленосных отложений Амударьинской впадины достигает 870 м, а площадь их распространения 150 тыс. км2, суммарная мощность верхнедевонских и нижнепермских соленосных. Однако и они, даже при незначительных мощностях (10—30 м) в районах Куйбышевского Поволжья, экранируют небольшие залежи нефти. Классификация покрышек, по Э.А. Бакирову По площади распространения: • • • • • • • • • • Региональные - распространены в пределах нефтегазоносной провинции или большей ее части, характеризуются значительной мощностью и литологической выдержанностью. Субрегиональные - распространены в пределах нефтегазоносной области или большей ее части Зональные - распространены в пределах зоны или района нефтегазонакопления Локальные - распространены в пределах отдельных местоскоплений, обусловливают сохранность отдельных залежей. По соотношению с этажами нефтегазоносности Межэтажные - перекрывают этаж нефтегазоносности в моноэтажных местоскоплениях или разделяют их в полиэтажных местоскоплениях Внутриэтажные - разделяют продуктивные горизонты внутри этажа нефтегазоносности По литологическому составу Однородные (глинистые, карбонатные; галогенные) - состоят из пород одного литологического состава Неоднородные: смешанные (песчано-глинистые; глинисто-карбонатные; терригенногалогенные и др.) - состоят из пород различного литологического состава, не имеющих четко выраженной слоистости расслоенные - состоят из чередования прослоев различных литологических разностей пород Классификация покрышек, по А.А. Ханину Группа Экранирующая способность Проницаемость по газу, мкм2 Давление прорыва газа, МПа А Весьма высокая ≤10-9 ≥ 12 B Высокая 10-8 8,0 C Средняя 10-7 5,5 D Пониженная 10-6 3,3 E Низкая 10-5 0,5 Факторы, снижающие экранирующие свойства пород-флюидоупоров: Трещиноватость Неоднородность Малая мощность Большая глубина залегания 1. Трещиноватость в породах-флюидоупорах снижает их экранирующие свойства. Например, в зонах региональных разломов первоначальные пластичные свойства глин и солей утрачиваются, они становятся хрупкими, с раскрытыми трещинами и могут пропускать флюиды. 2. Степень однородности покрышек играет важную роль в экранирующих свойствах : присутствие прослоев песчаников и алевролитов ухудшает их качество. Алевролитовая примесь по мере увеличения ее содержания в глинах оказывает влияние на структуру порового пространства. Более чистые разности глин уплотняются интенсивней и характеризуются преимущественно тонкими сечениями поровых каналов, а также низкой проницаемостью. 3. Чем больше мощность покрышки, тем выше ее изолирующие качества и способность удерживать залежи с большими высотами. Абсолютно непроницаемых для нефти и газа покрышек в природе не существует. В.П. Савченко на основе экспериментальных работ установил, что глинистая покрышка удерживает только такую залежь, избыточное давление в которой меньше перепада давлений, обусловливающего начало фильтрации флюидов сквозь эту покрышку. 4. На больших глубинах вследствие потери воды глинистые породы превращаются в хрупкие тела и могут стать породами-коллекторами. Список использованной литературы 1. Ежова А.В. Литология: Учебник. – Томск: Изд-во ТПУ, 2009. – 336 с. 2. Ежова А.В. Практикум по литологии: Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2011. – 147 с. 3. Недоливко Н.М., Ежова А.В. Петрографические исследования породколлекторов: учебное пособие. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012 – 172 с. 4. Недоливко Н.М. Исследование керна нефтегазовых скважин: учебное пособие. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2006. – 163 с. 5. Недоливко Н.М. Исследование керна нефтегазовых скважин. Практикум для выполнения учебно-научных работ студентами направления «Прикладная геология». – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 158 с. 6. Н.В.Короновский, А.Ф. Якушова. Основы геологии. – http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1163814&uri=gif%2f6-3.htm http://edu.amursu.ru/elu/library/geography/geol/geol5.htm#8 7. Лаптева А.М. Геоморфология (конспект-пособие). – МГГА, 2002. – http://www.chersi.ru/geom/part2_.htmlФролов В.Т. Литология. Кн. 1: Учебное пособие. – М.: Изд-во МГУ, 1992. – 336 с. 62
