Водно-коллекторные свойства пород.

Водные свойства горных пород

Под водными свойствами горных пород понимаются те, которые проявляются в них при взаимодействии с водой: водопроницаемость, влагоемкость, водоотдача, естественная влажность, набухание, размокание, усадка, липкость, капиллярность, водопоглощение, пластичность и консистенция. Некоторые из этих свойств (влажность, набухание, размокание, усадка, липкость, пластичность и консистенция), характеризующие одновременно и физические свойства пород.

Водопроницаемость — свойство пород пропускать воду, что обусловливается их пористостью или трещиноватостью. Не всякая порода способна пропускать воду. Глинистые породы, пористость которых почти всегда превосходит пористость песков и нередко равна 60% и выше, практически не пропускают воду и называются водонепроницаемыми, или водоупорными, в отличие от песков, гравия, щебенки и других пород, свободно пропускающих воду и называемых водопроницаемым и. Водоупорными являются также монолитные невыветрелые скальные нетрещиноватые породы.

Водопроницаемость пород количественно характеризуется коэффициентом фильтрации, представляющим собой скорость движения подземных вод при гидравлическом градиенте, равном единице; размерность: сантиметр в секунду, метр в час, метр в сутки.

Влагоемкость — способность горных пород вмещать в своих пустотах и удерживать воду при возможности свободного ее вытекания под действием силы тяжести. Различают следующие виды влагоемкости: полную (соответствует полному насыщению Всех пустот водой), капиллярную (соответствует количеству воды, заполняющей только капиллярные- поры), пленочную, или молекулярную (соответствует количеству физически Связанной воды), и гигроскопическую (соответствует количеству прочно связанной, адсорбированной воды). По степени влагоемкости горные породы разделяются на очень влагоемкие (торф, ил, глина, суглинки), слабовлагоемкие (мел, мергели, Лёссовые породы, супеси, мелкозернистые пески) и невлагоемкие (скальные породы, галечники, гравий, крупнозернистые пески).

Водоотдача — свойство пород, насыщенных водой, свободно отдавать гравитационную воду. Количественно объемная водоотдача выражается отношением объема свободно вытекающей из породы воды (при начальном полном заполнении пор или трещин) к объему всей породы. Для крупнозернистых песков, гравия и т. п. пород водоотдача равна их пористости (объемная водоотдача) или толпой влагоемкости (весовая водоотдача). Водоотдача мелкозернистых песков, супесей и суглинков значительно меньше и равна разности между полной влагоемкостью и максимальной молекулярной влагоемкостью. Величина водоотдачи используется при решении 'вопросов осушения заболоченных территорий, дренирования выемок, определения притоков воды в котлованы и горные выработки и решения ряда других задач.

Физико-механические свойства горных пород определяются либо в лабораторных условиях на образцах, отобранных в шурфах или скважинах, либо же непосредственно в поле в условиях естественного залегания пород. Методика лабораторных исследований свойств пород разнообразна и излагается в специальных руководствах (В. Д. Ломтадзе, Е. Г. Чаповского и др.).

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 (м2 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.

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.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 56