23. Породы-коллекторы, их свойства и классификация

Породы-коллекторы – породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ, воду и отдавать их при разработке. Абсолютное большинство пород-коллекторов имеют осадочное происхождение. Коллекторами нефти и газа являются как терригенные (пески, алевриты, песчаники, алевролиты и некоторые глинистые породы), так икарбонатные (известняки, мел, доломиты) породы. Нетрадиционные коллектора – вулканогенные, метаморфические, магматические и интрузивные породы.(Белый тигр)Пористость – это объем порового пространства, который оценивается отношением объема пор к объему горной породы. Выраженная в процентах эта величина называется коэффициентом пористости. Некоторые поры сообщаются друг с другом. Такая пористость называется открытой. Пористость, в которой каналы пор достаточно велики (> 0.2 мм) чтобы флюиды могли относительно свободно проходить сквозь них и сравнительно легко (экономически рентабельно) извлекаться, называется

эффективной. Общая пористость больше, чем открытая, а открытая больше, чем эффективная.

Все коллекторы по характеру пустот подразделяют на три типа: гранулярные или поровые(только обломочные горные породы),тре­щинные(любые горные породы) икаверновые (только карбонатные породы). Основными показателями коллекторских свойств горных пород является пористость и проницаемость. (Общая пористость – сумма объема всех открытых и закрытых каверн,пот, трещин. Открытая пористость – суммарный объем всех сообщающихся между собой пустот, заполненных флюидом.) Если породы-коллекторы не имеют трещин и каверн и открытая пористость <5%, такие породы не являются коллекторами.

(Проницаемость- определяет пропускаемость пород и нефтеотдачу) Проницаемость меряется в миллидарси, которое в системе СИ имеет размерность в м², но реально используется одна миллионная ее часть мкм².

Классификация: Пористость незначительная эффективная пористость 0-5%, малая пористость 5-10%, достаточная пористость 10-15%, хорошая пористость 15-20%, отличная пористость 20-25%. Проницаемость: слабая 1-10 мДарси, хорошая 1-100 мДарси, отличная 100-1000 мДарси.

24.Природные резервуары нефти и газа, их классификация

.

ПР- естественное вместилище нефти, газа, воды, внутри которого они могут циркулировать, и форма которого обусловлена соотношением породы-коллектора с вмещающими его плохо проницаемыми породами-покрышками.

— Пластовый у которого толщина (метры, первые десятки метров) намного меньше, чем площадь распространения (сотни квадратных километров). Коллектор в нем ограничен непроницаемой породой и в кровле, и в подошве. Основная циркуляция флюидов в ней происходит вдоль пласта. Гидродинамический потенциал таких резервуаров очень велик, а при отборе флюидов в нескольких локальных участках пластовые давления восстанавливаются достаточно быстро.

— Массивный такой, у которого размер по разным направлениям примерно сопоставим. Обычно, это рифовые массивы, или подобные им выступовые тела. Размеры их от десятков метров до десятков километров. Циркуляция флюидов происходит в разных направлениях. Основное экранирующее значение имеет перекрытие плохо проницаемыми породами сверху.

— Литологически ограниченный – проницаемые породы окружены со всех сторон плохо проницаемыми. Имеет небольшое распространение в виде линзовидных тел, движение флюидов ограничено малыми размерами самого резервуара.

— Пластово-массивный – чередование пород-коллеторов с непроницаемыми породами. Сообщаемость происходит через зоны выклинивания, через зоны трещиноватости. Миграция боковая и вертикальная.

— Массивно-литологический (рифовый массив) – характерна внутренняя неоднородность в распределение коллекторов и непроницаемых пород. Вертикальная миграция.

— Пластово-литологический – выклинивание пласта. Боковая миграция.

1. Коллекторские Свойства горных пород

1.1. Типы пород–коллекторов

Коллектором называется горная порода (пласт, массив), обладающая способностью к аккумуляции и фильтрации воды, нефти и газа. Под горной породой понимается естественный твердый минеральный агрегат определенного состава и строения, образующий в земной коре тела различной формы и размера. По происхождению (генезису) горные породы подразделяются на осадочные (пески, песчаники, доломиты, алевролиты, известняки, мергели), изверженные (магматические) и метаморфические.

Осадочные породы возникают в результате преобразования в термических условиях поверхностной части земной коры осадков, представляющих собой выпавшие механическим или химическим путем продукты разрушения более древних пород, изверженных вулканов, жизнедеятельности организмов и растений.

Статистика опыта разработки месторождений показывает, что около 60 % запасов нефти в мире приурочено к песчаным пластам и песчаникам, 39 % – к карбонатным отложениям, 1 % – к выветренным метаморфическим и изверженным породам. Следовательно, основные коллекторы нефти и газа – породы

осадочного происхождения.

Тип коллектора определяется природой, структурой и геометрией порового пространства. Подавляющая часть нефтяных и газовых месторождений приурочена к коллекторам трёх типов – гранулярным (обломочный, хемогенный,), трещинным и смешанного строения.

К первому типу относятся коллекторы, сложенные песчано-алевритовыми породами, состоящие из песчаников, песка, алевролитов, реже известняков, доломитов, мергелей, поровое пространство которых состоит в основном из межзерновых полостей.

В чисто трещиноватых коллекторах, сложенных преимущественно карбонатами, поровое пространство образуется системой трещин. При этом участки коллектора между трещинами представляют собой плотные малопроницаемые нетрещиноватые блоки пород, поровое пространство которых практически не участвует в процессах фильтрации. Трещиноватый тип коллектора известен на месторождениях Западного Приуралья, Северного Кавказа, Западной Венесуэлы, США.

На практике, однако, чаще всего встречаются трещиноватые коллекторы смешанного типа, поровое пространство которых включает как системы трещин, так и поровое пространство межзерновых полостей, а также каверны и карст. Такой тип коллектора отмечен на участках ряда месторождений Западной Сибири (Талинское месторождение и другие).

1.1. Типы пород–коллекторов

Коллектором называется горная порода (пласт, массив), обладающая способностью к аккумуляции и фильтрации воды, нефти и газа. Под горной породой понимается естественный твердый минеральный агрегат определенного состава и строения, образующий в земной коре тела различной формы и размера. По происхождению (генезису) горные породы подразделяются на осадочные (пески, песчаники, доломиты, алевролиты, известняки, мергели), изверженные (магматические) и метаморфические.

Осадочные породы возникают в результате преобразования в термических условиях поверхностной части земной коры осадков, представляющих собой выпавшие механическим или химическим путем продукты разрушения более древних пород, изверженных вулканов, жизнедеятельности организмов и растений.

Статистика опыта разработки месторождений показывает, что около 60 % запасов нефти в мире приурочено к песчаным пластам и песчаникам, 39 % – к карбонатным отложениям, 1 % – к выветренным метаморфическим и изверженным породам. Следовательно, основные коллекторы нефти и газа – породы осадочного происхождения.

Тип коллектора определяется природой, структурой и геометрией порового пространства. Подавляющая часть нефтяных и газовых месторождений приурочена к коллекторам трёх типов –

гранулярным (обломочный, хемегенный,), трещинным и смешанного строения.

К первому типу относятся коллекторы, сложенные песчано-алевритовыми породами, состоящие из песчаников, песка, алевролитов, реже известняков, доломитов, мергелей, поровое пространство которых состоит в основном из межзерновых полостей.

В чисто трещиноватых коллекторах, сложенных преимущественно карбонатами, поровое пространство образуется системой трещин. При этом участки коллектора между трещинами представляют собой плотные малопроницаемые нетрещиноватые блоки пород, поровое пространство которых практически не участвует в процессах фильтрации. Трещиноватый тип коллектора известен на месторождениях Западного Приуралья, Северного Кавказа, Западной Венесуэлы, США.

На практике, однако, чаще всего встречаются трещиноватые коллекторы смешанного типа, поровое пространство которых включает как системы трещин, так и поровое пространство межзерновых полостей, а также каверны и карст. Такой тип коллектора отмечен на участках ряда месторождений Западной Сибири (Талинское месторождение и другие).

Типы пород-коллекторов

  Подавляющая часть нефтяных и газовых месторождений приурочена к коллекторам трёх типов – гранулярным, трещинным и смешанного строения. К первому типу относятся коллекторы, сложенные песчано-алевритовыми породами, поровое пространство которых состоит из межзерновых полостей.

Подобным строением порового пространства характеризуются также некоторые пласты известняков и доломитов. В чисто трещиноватых коллекторах (сложенных преимущественно карбонатами) поровое пространство образуется системой трещин. При этом участки коллектора между трещинами представляют собой плотные малопроницаемые нетрещиноватые блоки пород, поровое пространство которых практически не участвует в процессах фильтрации. На практике, однако, чаще всего встречаются трещиноватые коллекторы смешанного типа, поровое пространство которых включает как системы трещин, так и поровое пространство блоков, а также каверны и карст.

         Анализ показывает, что около 60% запасов нефти в мире приурочено к песчаным пластам и песчаникам, 39% – к карбонатным отложениям, 1% – к выветренным метаморфическим и изверженным породам. Следовательно, породы осадочного происхождения – основные коллекторы нефти и газа.

         В связи с разнообразием условий формирования осадков коллекторские свойства пластов различных месторождений могут изменяться в широких пределах. Характерные особенности большинства коллекторов – слоистость их строения и изменение во всех направлениях свойств пород, толщины пластов и других параметров.

Нефтяной пласт представляет собой горную породу, пропитанную нефтью, газом и водой.

Свойства горной породы вмещать (обусловлено пористостью горной породы) и пропускать (обусловлено проницаемостью) через себя жидкость называются фильтрационно-ёмкостными свойствами (ФЕС).

 Фильтрационные и коллекторские свойства пород нефтяных пластов характеризуются следующими основными показателями:

—       пористостью;

—       проницаемостью;

—       капиллярными свойствами;

—       удельной поверхностью;

—       механическими свойствами.

Рассмотрим подробнее каждый из этих параметров.

3. Классификации коллекторов

 

3.1. Общие классификации

В зависимости от поставленных целей при изучении пород-кол-лекторов их классифицирование может проводиться по генетическим, литологическим, физическим и другим признакам. Классификации отражают главные черты коллектора как общего характера, так и оценочного. Региональные схемы позволяют правильно ориентироваться в процессе изучения коллекторов при поисковых работах, оценочные — при разведочных. Наряду с региональными немаловажное значение имеют и общие, принципиальные схемы классификации коллекторов.

Общие классификации базируются на генезисе, составе и строении пород, структуре, морфологии и времени формирования порового пространства, однако в них могут и отсутствовать некоторые из перечисленных признаков. Общие классификации, как правило, включают все петрографические типы пород-коллекторов (магматические, осадочные, метаморфические).

Схема общей классификации коллекторов, принятая на кафедре литологии и системных исследований литосферы Московской академии нефти и газа им. И. М. Губкина, приведена в табл. 3. По этой классификации к поровому типу коллекторов отнесены породы-коллекторы, в которых мелкие поры (1 мм и мельче) более или менее изометричной формы соединены между собой проводящими (поровыми) каналами. Диапазон изменения объема порового пространства большой — от единиц до нескольких десятков процентов (40-50 %), сильно варьирует проницаемость — от n ? 10^-16 до n ? 10^{-12 м2}. Общая особенность коллекторов порового типа (в случае, если их поровое пространство не заполнено углеводородами) — постепенное понижение коллекторских свойств с глубиной вследствие уплотнения породы, минерального новообразования и других процессов.

Трещинный тип породы-коллектора характеризуется тем, что фильтрующее поровое пространство в нем представлено открытыми (зияющими) трещинами. Трещинный коллектор обладает низкой трещинной пористостью, обычно не более 2,5-3 %. Вместе с трещинными порами в породе могут быть и межзерновые (межгранулярные),

Таблица 3. Классификация коллекторов нефти и газа

Группа пород	Тип коллектора	Вид порового пространства	Литологические разности пород
1	2	3	4
Обломочные	Поровый	Межзерновой	Пески, песчаники, алевриты, промежуточные разности пород
	Трещинный	Трещинный	Песчаники и алевролиты регенерационной структуры, песчаники и алевролиты с карбонатным цементом
	Смешанный (сложный)	Межзерновой, трещинный	Прочные песчаники и алевролиты с остаточной межзерновой пористостью
		Окончание табл. 3
1	2	3	4
Карбонатные		Межформенный	Биогенные, биохемогенные, оолитовые известняки и доломиты
	Поровый	Внутрифор-менный	Биоморфные известняки
		Межзерновой	Доломитистые и доломитовые хемогенные и криптогенные известняки, доломиты, калькарениты
	Трещинный	Трещинный	Криптогенные доломиты, известняки хемогенные окремненные и глинисто-кремнистые
	Смешанный (сложный)	Межзерновой, трещинный, каверновый	Уплотненные известняки и доломиты различного генезиса
Глинистые	Трещинный	Трещинный	Аргиллиты известковые, известково-кремнистые
Коры выветривания магматических и метаморфических пород. Кремнистые, сульфатные	Поровый	Межзерновой	Кора выветривания гранитов, гнейсов, сили-                                                                                                                                                                                                                                                                                                                циты
	Трещинный	Трещинный	Метаморфические сланцы, серпентиниты, андезиты, кремнистые породы, ангидриты
	Смешанный (сложный)	Межзерновой, трещинный	Серпентиниты, андезиты

 

однако их суммарный объем как правило также невелик (до 5-7 %), к тому же часть таких пор оказывается изолированной. В большинстве случаев трещинный коллектор вторичный, постдиагенетический.

К смешанному (сложному) типу относятся коллекторы, в которых сочетаются различные виды порового пространства (два или более), в том числе межзерновой, трещинный, каверновый, межформенный, внутриформенный и др. В различных группах коллекторов сочетания могут быть разными. В этой связи при характеристике коллекторов сложного типа требуется уточнение по виду порового пространства, причем ведущий тип пор помещается в конце определения.

Р. С. Безбородов и Ю. К. Бурлин (Бурлин, 1976) предложили принципиальную общую схему коллекторов (табл. 4), в которой отразили тип коллектора, литологическую разность пород, характер пустотного пространства и некоторые основные факторы, приводящие к образованию емкости в породах на разных стадиях литогенеза. Наряду с гранулярными, трещинными и кавернозными, в схеме выделены карстовые коллекторы в силу специфики условий карстообразования. Кроме того, выделяются еще биопустотные коллекторы. Эти коллекторы в рифовых массивах, биоморфных известняках представляют собой особую разновидность. В нижней части схемы приведены процессы, обусловливающие образование пустот на разных стадиях литогенеза в различных породах. Дается генетическое разделение трещин на литогенетические и тектонические, возникшие при складкообразовательных процессах.

В 1969 г. во ВНИГРИ была опубликована принципиальная схема классификации коллекторов нефти и газа, разработанная группой научных сотрудников под руководством Е. М. Смехова. За основной параметр коллекторского потенциала пород была принята их емкость, с учетом литологического состава пород, условий аккумуляции и фильтрации углеводородных флюидов (табл. 5).

Эта схема отразила возросший интерес к коллекторам сложного типа. В природных условиях такие коллекторы являются наиболее распространенными. На  средних  и  малых  глубинах  они  чаще всего связаны с карбонатными породами как наиболее изменчивыми по своим фильтрационно-емкостным параметрам. На больших глубинах роль сложных коллекторов возрастает настолько, что в этих условиях они будут доминировать независимо от вещественного состава пород.

Широкое распространение сложных коллекторов предопределило усовершенствование их классификаций. В принципиальной схеме классификации коллекторов нефти и газа ВНИГРИ, предложенной в 1985 г. (Методические рекомендации…, 1989), введены градации: тип, класс коллектора. Расположение классов коллекторов соответствует свойственным им фильтрационным особенностям. Крайними в ряду являются простые по фильтрационным свойствам породы-коллекторы: поровые и трещинные. Простые коллекторы характеризуются единой непрерывной системой фильтрационных каналов (поровой или трещинной). Центральное место в классификации занимают классы сложных коллекторов: трещинно-поровые, порово-трещинные, макронеоднородные. Эти коллекторы в отличие от поровых характеризуются двумя фильтрационными средами: блоковой (пористая матрица) и межблоковой (фильтрующие трещины), одновременно существующими и гидродинамически между собой связанными.

В классификации ВНИГРИ (1985) введено новое понятие макронеоднородного коллектора, под которым понимается совокупность пластов с резко различающимися коллекторскими свойствами. Примером макронеоднородного пласта могут служить низкопористые и слабопроницаемые нефтенасыщенные пласты довольно большой мощности (десятки метров) с пропластками проницаемых пород. В гидродинамическом плане коллектор схематизируется в виде двухслойного пласта, один слой которого является проводящим, другой аккумулирующим. Такие коллекторы характеризуются низкими дебитами и длительным сроком разработки. Несмотря на указанные неблагоприятные факторы, в них могут содержаться значительные запасы нефти и газа, которыми нельзя пренебрегать.

В табл. 6 в упрощенном виде приводится уточненная и дополненная схема Е. М. Смехова и коллектива авторов ВНИГРИ (Методические рекомендации…, 1989).

При петрографическом исследовании коллекторов исходным является установление вещественно-структурного вида породы и соответствующих ему видов пористости, по которым и проводится типизация. Поэтому предлагаемая классификация (табл. 7) исходит из установления вещественной группы породы и структурного вида. В классификации  рассматриваются  две  группы пород: терригенные и

 

 

Таблица 7. Вещественно-структурная классификация терригенных и карбонатных коллекторов

По составу (группа)	По структуре (признак рода)	Петрографические виды пород	Вид певич-ной порис-тости	Вид вторичной пористости	Класс коллектора	Тип колек-тора
1	2	3	4	5	6	7
Силикалиты	Ангуло-псефитовая	Брекчии, дресвяники, конгломераты и гравелиты	Межзерновая	Межзерновая (остат.),   трещинная,   каверновая (в кар-бонатном цементе)	Поровый,       трещинный,   порово-трещинный,   порово-ка-верновый	Простой
	Сферо-псефитовая
						Сложный
	Псамми-товая	Пески и песчаники
	Алеври-товая	Алевриты и алевролиты
	Пелито-вая	Глинистые породы различного состава	—	Трещинная	Трещинный	Простой
	Гелево-аморфная
Карбонатолиты	Ангуло-псефитовая	Брекчии, дресвяники, конгломераты и граве-литы	Межзерновая	Межзерн. (остаточн. и эпигенетическая),   трещинная,       каверновая	Поровый,       порово-трещинный,   трещинно-поровый,   порово-каверновый	Простой
	Сферо-псефитовая					Сложный
	Псамми-товая	Карбонат-ные песчаники, кальклититы
	Алеври-товая	Карбонат-ные алев-ролиты

 

Окончание табл. 7

1	2	3	4	5	6	7
Карбонатолиты	Кристаллитовая	Микрито-вые и зер-нистые из-вестняки и доломиты	—	Межзерновая (эпигенетическая),     трещинная,         каверновая	Поровый,   трещинно-поровый,   трещинный,   трещинно-каверновый   каверновый	Сложный
	Сферо-агрегат-ная	Оолитовые, глобулярные, сфероагрегатные, пеллетовые извес-тняки и доломиты	Межзерновая (межформенная), внутриформенная	Межзерновая/ межформенная (остаточная и эпигенетическая), внутриформенная (остаточная и эпигенетическая),       трещинная,               каверновая	Поровый,                 трещинно-поровый,   трещинный,   трещинно-каверновый   каверновый
	Биолитовая	Строматолитовые, он-колитовые, каркасные, бентоморфные, планктономорфные, детритово-шла-мовые из-вестняки и доломиты

 

карбонатные как наиболее распространенные типы осадочных коллекторов. Пористость для различных вещественно-структурных видов подразделяется на первичную (седиментационную) и наложенную (эпигенетическую). Классы коллекторов типизируются по преобладающему виду пористости. Название типов дается в зависимости от наличия одного или нескольких видов пористости в породе. Для большей части карбонатолитов, несмотря на возможность существования одного вида пористости в породе (что встречается крайне редко), в качестве доминирующего тип коллекторов определяется как сложный.

Предлагаемая классификация удобна при проведении петрографических исследований пород. Дополняя характеристику коллектора числовыми данными по пористости и проницаемости, можно переходить к оценочным классификациям.

 

Состав коллекторов пласта месторождения. Типы коллекторов нефти и газа

СОСТАВ КОЛЛЕКТОРОВ ПЛАСТА МЕСТОРОЖДЕНИЯ. ТИПЫ КОЛЛЕКТОРОВ НЕФТИ И ГАЗА

СОДЕРЖАНИЕ

1. Условия залегания нефти, воды и газа в месторождении

2. Состав коллекторов

3. Формирование коллекторов нефти и газа

4. Свойства коллекторов нефти и газа

1) Гранулометрический (механический) состав пород

2) Методы выделения и разделения глинистых фракций

3) Определение карбонатности коллекторов

4) Пористость горных пород

5) Пористость фиктивного грунта

6) Пористость естественных пород

7) Проницаемость горных пород

8) Эффективная (фазовая) и относительная проницаемости горных пород

9) Лабораторные методы определения проницаемости пород

10) Проницаемость горных пород в условиях залегания продуктивных пластов

11) Коллекторские свойства трещиноватых пород

12) Удельная поверхность горных пород

13) Механические свойства коллекторов

14) Электрические и радиоактивные свойства горных пород. Определение коллекторских свойств пластов геофизическими методами

15) Состояние остаточной (связанной) воды в нефтяных и газовых коллекторах

1. УСЛОВИЯ ЗАЛЕГАНИЯ НЕФТИ, ВОДЫ И ГАЗА В МЕСТОРОЖДЕНИИ

Подавляющая часть месторождений нефти и газа приурочена к осадочным породам, являющимся хорошими коллекторами нефти. Из минералов, входящих в состав нефтесодержащих пород, наиболее распространены содержащие кремнезем. Значительную роль в составе пород играют также глинистые минералы, слюды и полевые шпаты. Многие залежи нефти и газа приурочены к коллекторам, сложенным в основном карбонатньми породами — известняками, доломитами и др. Небольшое промышленное значение имеют коллекторы, сложенные сланцами и их разновидностями.

Изредка нефть обнаруживается и в трещинах изверженных пород, но эти скопления обычно не имеют промышленного значения.

Осадочные горные породы (исключая карбонатные) состоят из зерен отдельных минералов различной величины, сцементированных в той или иной степени глинистыми, известковистыми и другими веществами. Химический состав пород нефтяных и газовых месторождений может поэтому отличаться большим разнообразием компонентов. Основные составляющие песчаных коллекторов и песчаников — зерна кварца, полевого шпата, слюды, глауконита и других минералов.

Нефть и газ в нефтяных и газовых залежах располагаются в пустотах между зернами, в трещинах и кавернах пород, слагающих пласт.

Наличие коллектора, обладающего лишь поровым пространством, — недостаточное условие существования нефтяной залежи. Нефть в промышленных количествах обычно находят только в тех коллекторах, которые совместно с окружающими их породами образуют ловушки различных форм, удобные для накопления нефти (антиклинальные складки, моноклинали, ограниченные сбросами или другими нарушениями складчатости, ловушки литологического типа, образовавшиеся вследствие фациальных, изменений пород, окружающих коллектор нефти, и др.).

Многообразие условий залегания нефти и газа и геологического строения залежей безгранично. Однако большинство из них обладает некоторыми общими чертами строения, характерными для определенных групп месторождений. Это обстоятельство дает возможность учитывать особенности строения залежи и условий залегания нефти в процессах их разработки и эксплуатации.

До вскрытия месторождения скважинами все физические параметры пласта — температура, давление, распределение нефти, воды и газа в залежи — находятся в состоянии, установившемся в течение геологических периодов, прошедших с момента формирования залежи.

С вскрытием пласта и началом его эксплуатации эти установившиеся условия нарушаются, и наступает динамический период в истории залежи, сопровождающийся изменением свойств пластовых жидкостей, их движением и перераспределением в пористой среде. Закономерности движения нефти, газа и воды и изменения всех их параметров зависят не только от условий эксплуатации и разработки залежи, но и от начальных условий пласта. Поэтому изучение особенности строения залежи и условий первоначального залегания нефти, газа и воды чрезвычайно важно для разработки.

Нефть и газ располагаются в залежи обычно соответственно плотностям — в верхней части ловушки залегает газ, ниже располагается нефть и еще ниже вода. В газовой залежи, не содержащей нефти, газ залегает непосредственно над водой.

Весьма сложное строение переходных зон от воды к нефти и от нефти или воды к газу. Вследствие капиллярного подъема воды в порах пласта «зеркала вод» не существует и содержание воды по вертикали постепенно изменяется от 100% в водоносной части до величины содержания «связанной» воды в повышенных частях залежи. Мощность переходной зоны может достигать 3—5 м и больше.

Коллекторы нефти и газа меняются по минеральному составу и другим физическим свойствам по вертикали и горизонтали. Линзы песчаников и пропластки песка иногда без каких-либо закономерностей переходят в глинистые породы.

В связи с изменением свойств пород по залежи в различных ее частях не одинакова также и нефте -, водо- и газонасыщенность пород. Жидкость и газы в пласте находятся под давлением, величина которого растет с глубиной залежи.

Градиент давления, т. е. прирост давления на 1 ж глубины, колеблется в значительных пределах — от 6 до 15 кн/м² , а в среднем приближенно принимается равным 10 кн/м². Давление, под которым находятся нефть, вода и газ в месторождении, принято называть пластовым давлением.

В газовой залежи оно одинаково по всей площади или же изменяется незначительно. В связи с большей плотностью нефти и воды по сравнению с газом в нефтяном месторождении при значительных углах падения пластов давление в различных частях залежи не одинаково — в сводовых частях оно меньше, в крыльевых больше. По мере извлечения нефти и газа давление в залежах обычно падает, что сказывается на состоянии их содержимого.

Так же как и давление, по мере углубления в недра земли возрастает температура. Глубина в метрах, необходимая для повышения температуры на 1 град, называется геотермической ступенью.

Средняя для всех слоев земли величина геотермической ступени составляет примерно 33 м/град. Однако эта величина резко колеблется в различных частях земного шара и даже по вертикали в одних и тех же месторождениях. Следовательно, пластовая температура в различных залежах различна (табл. 1).

Таблица 1

Давление и температура в некоторых скважинах

Естественно, что столь большие давления и температуры существенно влияют на свойства, а иногда и на качественное состояние пластовых жидкостей и газов. В залежах, расположенных на большой глубине, с большим пластовым давлением и высокими температурами при наличии достаточного количества газа значительная часть нефти находится в виде газового раствора. Такие месторождения называются газоконденсатными.

Физические свойства горных пород в пластовых условиях в связи с высоким давлением также отличаются от их свойств на поверхности. Величина горного давления, обусловливаемого весом вышележащих пород, на глубинах 2000—3000 м достигает 40—65 кн!м². Для промысловой практики очень важно знать эти свойства, так как горные породы, слагающие пласт, представляют резервуар нефти и газа и служат путями движения их к забоям скважин при эксплуатации месторождения.

2. СОСТАВ КОЛЛЕКТОРОВ

При решении конкретно-научных задач нефтегазопромысловой геологии одна из исходных задач — изучение внутреннего строения залежи нефти и газа. Суть этой задачи сводится к выделению в объеме залежи геологических тел, сложенных породами-коллекторами и породами-неколлекторами, а затем к выделению в объеме, занятом породами-коллекторами, геологических тел, различающихся значениями основных геолого-промысловых свойств — пористости, проницаемости, продуктивности и т.п. Другими словами, в статическом геологическом пространстве необходимо выделить некоторую систему на основе списка свойств, соответствующего цели исследования, и выявить структуру этой системы.

При отнесении породы к коллекторам или неколлекторам необходимо исходить из возможности движения нефти или газа в ее поровом пространстве. Коллектором называется горная порода, обладающая такими геолого-физическими свойствами, которые обеспечивают физическую подвижность нефти или газа в ее пустотном пространстве. Порода-коллектор может быть насыщена как нефтью или газом, так и водой. Выше ВНК (ГВК) коллектор нефтенасыщен (газонасыщен), ниже — водонасыщен. Порода-коллектор водонасыщена за внешним контуром нефтеносности, нефтенасыщена во внутреннем контуре нефтеносности, газонасыщена во внутреннем контуре газоносности.

Как показывает практика, не все породы-коллекторы, содержащие физически подвижную нефть, отдают ее при существующих в наше время технологии и системах разработки. В связи с этим коллекторы делят на продуктивные и непродуктивные, т.е. отдающие и не отдающие нефть или газ при современных системах разработки.

Способность пород-коллекторов содержать нефть, газ и воду обусловливается наличием в породах пустот, т.е. существованием пустого пространства (или пустотности), которое может быть представлено порами, кавернами и трещинами. В соответствии со сказанным емкостные свойства коллекторов нефти или газа обусловливаются пористостью, кавернозностью и трещиноватостью.

Пористость коллекторов

Под пористостью горной породы понимается наличие в ней пустот (пор, каверн, трещин), не заполненных твердым веществом.

Различают пористости полную (абсолютную, физическую) и открытую, характеризующиеся соответствующими коэффициентами.

1. общая (абсолютная) – объем всех пор в породе (изолированных и сообщающихся). Коэффициент общей пористости – представляет собой отношение объема всех пор к объему образца породы.

К_n^общ = V_{всех пор} / V_обр

2. открытая – объем только тех пор, которые сообщаются между собой. Коэффициент открытой пористости равен:

К_n^откр = V_сообщ / V_обр

Всегда меньше, чем коэффициент общей пористости.

3. эффективная – определяется наличием таких пор, из которых нефть может быть извлечена при разработке. Коэффициент эффективной пористости равен отношению объема эффективных пор, через которые возможно движение нефти, воды и газа при определенных температуре и градиенте давления, к объему образца породы.

К_n^эф = V_эф / V_обр

Объем пор зависит от формы и размеров частиц обломочной породы, их уплотненности, отсортированности, количества, качества и типа цемента.

Пористость пород меняется с глубиной при увеличении давления, но не все так однозначно, поскольку увеличение пористости с увеличением давления может произойти при растрескивании, например аргиллитов.

Размер пор пород (по Б.А.Соколову)

Размер пор, мм	Характеристика движения жидкости
больше 0,1 — сверхкапиллярные	возможно движение жидкости под действием силы тяжести
0,005 до 0,1 — капиллярные	на перемещение жидкости влияют силы капиллярного давления
меньше 0,005 — субкапиллярные,	жидкость связана в виде пленок на стенках и не двигается

Проницаемость коллекторов

Проницаемость пористой среды – это способность пропускать жидкость или газ при перепаде давления.

Различают абсолютную (общую), эффективную (фазовую) и относительную проницаемость горной породы.

Абсолютная проницаемость — это проницаемость горных пород для однородной инертной жидкости или газа при отсутствии заметного физико-химического взаимодействия их с пористой средой.

Фазовая проницаемость — проницаемость горных пород для какой-либо жидкости или газа при одновременном наличии в ней других флюидов (газ — вода, вода — нефть, газ — нефть — вода) для данной жидкости или газа, зависит от степени насыщенности пор породы этой жидкостью или газом.

Относительная проницаемость — отношение фазовой проницаемости к абсолютной. Величина безразмерная, может изменяться от 0 до 1.

Проницаемость горных пород в случае линейной фильтрации определяется по закону Дарси. Согласно которому объемный расход жидкости проходящее сквозь породу при ламинарном движении прямо пропорционально коэффициенту проницаемости, площади поперечного сечения этой породы, перепаду давления, и обратно пропорционально вязкости жидкости и длине пройденного пути

Q_ж = К_пр*·F_* (ΔP) / μ _* Δℓ

где Q-объемный расход жидкости в м³/с; k_пр – коэффициент проницаемости в м²; F – площадь поперечного сечения в м²;  — вязкость флюида в Пас; L – длина пути в см; (P₁-P₂) – перепад давления в Па;

В случае фильтрации газа коэффициент проницаемости рассчитывается по формуле:

где Q₀-объемный расход газа приведенный к атмосферному давлению; Р₀ – атмосферное давление в Па; F – площадь поперечного сечения в м²;  — вязкость флюида в Пас; L – длина пути в см; P₁ — начальное давление в Па; P₂ – конечное давление в Па;

Единица коэффициента проницаемости называемая Дарси, Анри Филибер Гаспар Дарси (фр.10 июня1803, Дижон, —2 января1858,Париж) —французскийинженер-гидравлик, обосновавшийзакон Дарси(1856), связывающий скорость фильтрации жидкости в пористой среде с градиентом давления. Именем Дарси названаединица измерения проницаемости пористой среды. Под руководством Дарси в г.Дижонебыла создана первая вЕвропесистема городских очистных сооружений с различными фильтрационными засыпками. Это настолько изменило город в лучшую сторону, что уже на следующий день после смерти Дарси отпневмонииглавной площади города было присвоено его имя.

Проницаемость пород, служащих коллекторами для нефти, обычно выражают в миллидарси или мкм²10^-31Д1.02 10^-3 мкм²1.0210^-12м²1000мД.

Проницаемость в большей степени зависит от наличия трещин, хотя доля их в пустотном пространстве составляет десятые и сотые доли процента. Объясняется это высокой проводимостью трещин по сравнению с порами гранулярных коллекторов, поэтому трещины создают в пласте направления преимущественной фильтрации.

Типы коллекторов

Вакуумные коллекторы с заполнением внутреннего пространства теплоносителем состоят из набора герметичных прозрачных колб. Обычно на их изготовление идет очень прочное боросиликатное стекло. Внутри трубок размещен абсорбер и канал для протекания теплоносителя. Абсорбером вакуумного коллектора может служить медная пластина или внутренняя колба с нанесенным на нее селективным покрытием (тепло поглощается, но не отдается).

Вакуумные трубки по конструкции напоминают термос – одна трубка расположена в другой, а из пространства между ними воздух откачан.  Использование вакуума позволят значительно повысить теплоизоляцию коллектора, а значит, и сохранность тепла.

В результате коллекторы работают эффективно при любой температуре, даже при минусовой. Благодаря цилиндрической форме трубки коллектора всегда оптимально направлены по отношению к солнцу, а солнечные лучи в течение дня падают на одинаковую по площади поверхность. Производительность коллектора не снижается из-за маленького угла падения лучей, а остается в течение всего дня одинаковой. Получается такой же результат, как если бы плоский коллектор поворачивался по одной оси за солнцем.

В вакуумных коллекторах трубки можно поворачивать. Это позволяет оптимально ориентировать поглотитель в направлении солнца. Отклонения плоскости крыши от южного направления можно компенсировать поворотом вакуумных трубок максимум на 25°.

Кроме того, вакуумные трубчатые коллекторы крепкие и легкие, что значительно упрощает их монтаж. С помощью удобной системы быстроразъемных штекерных соединений трубки объединяются в батареи, а отдельные трубки можно легко менять.

Вакуумные коллекторы с тепловыми трубками отлично подходят для нашего климата. Трубки таких коллекторов заполнены легкокипящей жидкостью, которая превращается в пар даже при самом незначительном нагреве. Пар в теплообменнике нагревает воду, а сам конденсируется и стекает обратно. У циркулирующей таким образом внутри тепловой трубки жидкости нет прямого контакта с нагреваемым теплоносителем.

Конструкция коллектора с тепловыми трубками позволяет подбирать нужное число колб, разворачивать их в оптимальное по отношению к солнцу положение, добавлять или заменять, не выводя из работы остальные.

К установке коллекторов предъявляют следующее условие: они должны располагаться под углом к горизонтальной плоскости не менее 25°. При меньших углах установки рабочая жидкость не будет стекать по тепловой трубке. Трубки устойчивы и к холоду, и к перегреву и могут работать в диапазоне от – 50 до 280°С.

Солнечные коллекторы – главная часть тепловой гелиоустановки, но далеко не единственная.

В зависимости от решаемых задач могут потребоваться емкостный водонагреватель, циркуляционный насос, приборы автоматического управления, запорно-регулирующая арматура, устройства безопасности и другое оборудование. Так что без моделирования системы квалифицированным специалистом и подбора нужного количества коллекторов, объема водонагревателя, накопителя, угла наклона коллекторов невозможно получить оптимальный вариант, обеспечивающий максимальное использование солнечного тепла.

Зато вложения в системы, использующие солнечную энергию, окупаются уже через несколько лет. А одновременный вклад в борьбу за экологию – и вовсе бесценен.