ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕЙ

ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА

 

Учебно-методическое пособие

для студентов очного и заочного отделения

специальности – 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ», специальности 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», специальности 130504 «Бурение нефтяных и газовых скважин»

горно-нефтяного факультета.

 

 

 

Пермь 2011

Составитель: В.И.Галкин, О.Е.Кочнева

УДК 553.981/.17(075.8)

 

Геология нефти и газа: учебно-методическое пособие/В.И. Галкин, О.Е.Кочнева. Перм.гос.тех.ун-т: Пермь, 2011. 91 с.

 

 

В данном курсе рассматриваются как фундаментальные, так и прикладные вопросы, решение которых позволяет понимать все дальнейшие курсы, связанные с поисками, разведкой и разработкой месторождений нефти и газа.

Теоретический курс знакомит студентов с геологическими процессами, в результате которых в недрах Земли образуются скопления нефти и газа, рассматриваются гипотезы происхождения углеводородов, физико-химические свойства нефти и газа, формирования залежей и закономерностей их размещения в земной коре.

Для более полного усвоения лекционного материала студентам предложена к контрольная работа (для студентов заочного отделения).

Даны методические рекомендации к их выполнению и оформлению пояснительной записки.

 

Пермский государственный

технический университет

 

ВВЕДЕНИЕ

Геология нефти и газа – это прикладная наука, занимающаяся изучением физико-химических свойств нефтей и газов, геологического строения залежей нефти и газа, строения месторождений, характеристик пластов коллекторов, покрышек, вопросов геохимии органического вещества. Изучение данного курса связано с исследованием современных представлений о процессах миграции и аккумуляции углеводородов, изучением основных закономерностей размещения месторождений нефти и газа.

Слово «нефть» происходит от арабского «нафата», что означает «извергать».

В 1859 г. американский предприниматель Э.Л. Дрейк пробурил в штате Пенсильвания первую скважину глубиной 21 м. Скважина имела дебит 4, 8 т в сутки. Эта официальная дата рождения нефтяной промышленности.

Было доказано, что бурение для добычи нефти может быть успешным. Количество первоначально добытой нефти было невелико по сравнению с современными дебитами скважин, но это доказало всему миру, что бурение – самый эффективный способ получения нефти. С того времени геологов интересовал главный вопрос: где бурить скважины?

Было предложено много разнообразных теорий для условий формирования нефтяных залежей с целью составления прогнозов таких условий и обнаружения нефти. Антиклинальная теория привлекла наиболее серьезное и длительное внимание. Отметим, что данная теория зародилась еще до бурения скважин. Антиклинальная теория и сейчас также справедлива, как и в то время, когда её выдвинули впервые.

Впервые зависимость между залеганием нефти и антиклинальной складчатостью отмечена, когда в устье реки Св. Лаврентия в восточной Канаде были описаны в 1844 г. выходы, приуроченные к антиклинали. Наибольший вклад в антиклинальную теорию внес геолог Уайт, предложивший бурить скважины на нефть и газ в Западной Виргинии и Пенсильвании на антиклиналях. В 1934 г. МакКойл и Кейт обосновали возможности обнаружения нефти и в неантиклиналях. В 1934 г. МакКойлом был введён термин «ловушка». Под ним следует понимать объём породы вне зависимости от её формы и условий возникновения.

В России на Кубани Никольским в 1864 г. была пробурена первая скважина глубиной 70 м. Скважина имела дебит 36 т в сутки.

В Пермском крае первое нефтяное месторождение было открыто скважиной № 20 П.И. Преображенским 16 апреля 1929 г. в районе Верхне-Чусовских городков. Скважина имела дебит 40 т в сутки.

В нашей стране 30-е года 20 века были периодом создания мощной сырьевой базы и развития добычи нефти и газа на Кавказе, Бакинский и Грозненский районы и на Кубани. Были изысканы и выделены средства на геологоразведочные работы в Тимано-Печорском крае и Предуралье.

В послевоенные годы были созданы новые крупные базы добычи нефти и газа в Западной Сибири, Средней Азии, Предкавказье, Казахстане, Украине и Белоруссии. Начиная с 70-х г.г. основными регионами по добыче нефти и газа в стране является Западная Сибирь и Волго-Урал.

КАУСТОБИОЛИТЫ

Н ефть и газ в ряду каустобиолитов

Горючие ископаемые нефтяного ряда, к которым относятся нефти и их производные, а также горючие газы называются каустобиолиты.

Слово каустобиолит происходит от нескольких греческих слов: «каустос» – горючий, «литос» – камень, «биос» – жизнь, т.е. горючий камень биогенного генезиса. Автор термина « каустобиолиты» немецкий ученый Г. Потонье (1908 г.).

Возникли каустобиолиты в результате преобразований органического вещества, первоисточником которого являлись остатки живых организмов. Общая направленность этих преобразований следующая:

1. Преобразование органического вещества на земной поверхности или на дне водоёмов.

2. Накопление отмерших организмов.

3. Погружение в недра земной коры.

4. Обогащение органического вещества углеродом.

 

Все горючие полезные ископаемые делятся на:

1) каустобиолиты нефтяного, или битумного ряда. К ним относятся нефти, горючие углеводородные газы, асфальты, озокериты и др.;

2) каустобиолиты угольного, или гумусового ряда. К ним относятся сингенетичные поро­ды и минералы (торфы, угли, антрациты и др.);

3) липтобиолиты. К липтобиолитам относятся некоторые органи­ческие соединения растительного происхождения (ископаемые смолы, воски, янтарь и др.).

Основное химическое различие членов нефтяного и угольно­го ряда состоит в соотношении углерода и водорода C/H, которое в нефтях варьирует незначительно – от 5, 5 до 11, 5, а в горючих ископаемых угольного ряда вариации значительно выше – от 9, 4 до 45.

МЕТАНОВЫЕ углеводороды

Общая формула C_nH_2n+2.

Метановые углеводороды - это органические соединения цепочечной структуры, в молекулах которых атомы углерода соединены между собой одинарными ковалентными связями (рис.1).

C H_4, C₂H_6, C₃H_8, C₄H₁₀ – газообразные УВ;

 

C₅H_12, C₆H_14, C₇H_16, C₈H_18, C₉H_20, C₁₀H₂₂ ……. C₁₆H₃₄ – жидкие УВ;

 

C₁₇H₃₆ и выше – это твёрдые вещества.

 

 

 

Рис. 1. Варианты изображения строения молекул пентана:

а) структурная формула с указанием всех валентных связей, б) структурная формула связи между атомами углерода, в) упрощенная формула.

НАФТЕНОВЫЕ углеводороды

Общая формула C_nH_2n.

Для этих углеводородов характерно циклическое строение. Они состоят из нескольких групп – СН₂-, соединённых в замкнутую систему. Для нефтей характерны нафтены, состоящие из пяти или шести групп – СН₂-. Это циклопентаны (рис.2) и циклогексаны (рис.3).

 

Рис. 2. Циклопентан.

Рис. 3. Циклогексан.

АРОМАТИЧЕСКИЕ углеводороды

Общая формула C_nH_2n-6.

Эти углеводороды имеют циклическое строение, но при этом углеродные атомы связаны друг с другом двойными и простыми связями.

Простейший представитель – бензол (рис.4).

 

Рис. 4. Бензол.

 

Групповой состав нефти определяет её химические и физические свойства. Ряд параметров используется при подсчёте запасов нефти и газа и проектировании систем разработки, транспорти­ровки по нефтепроводам и т.д. Закономерности изменения состава и физических свойств нефтей и газов в разрезе и площади ряда месторождений позволяют решить многие вопросы геологичес­кого развития территории, например, определить направление миграции углеводородов, дальность миграции.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ НЕФТЕЙ

Существует несколько классификаций нефтей И.П. Чоловского, Н.А.Еременко, В.И. Ермолкина и других авторов. В данном учебно-методическом пособии рассмотрены классификации по А.А. Бакирову.

По содержанию смол нефти классифицируются как:

1) малосмолистые (с содержанием до 10%);

2) смолистые (10–20%);

3) высокосмолистые (20–40%).

По содержанию серы нефти делятся на:

1) малосернистые (до 0, 5%);

2) сернистые (0, 5 – 2%);

3) высокосернистые (более 2%).

По содержанию парафи­на нефти делятся на:

1) беспарафинистые (парафина менее 1%);

2) слабопарафинистые (1–2%);

3) парафинистые (более 2%).

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕЙ

 

1. Плотность нефти – это отношение массы к объёму.

Единицы измерения в системе СИ – кг/м³, в системе СГС – г /см³. Изменяется плотность в пределах от 0, 70 – 1, 04 г/см³. Обычно плотность нефти меньше 1 и колеблется в пределах 0, 82 – 0, 92 г/см³.

По плотности нефти классифицируются:

1) лёгкие (до 0, 81 г/см³);

2) средние (0, 81 – 0, 87 г/см³);

3) тяжёлые (0, 87 – 0, 90 г/см³);

4) очень тяжёлые (0, 90 – 1, 04 г/см³).

На практике пользуются относительной плотностью, которая представляет собой отношение плотности нефти при температуре – 20⁰С к плотности воды при температуре 4⁰С.

В пластовых условиях плотность нефти меньше, чем на земной поверхности т.к. в пластовых условиях нефти содержат растворимые газы (в 1 м³ нефти может растворяться до 650 м³ газа).

Плотность нефти зависит от содержания в ней асфальто-смолистых веществ.

2. Вязкость нефти – свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению её частиц при движении.

Параметр вязкости имеет большое значение:

а) для установления характера и масштабов миграции;

б) при разработке залежи и добычи нефти.

Различают вязкость: динамическую, кинематическую и относительную.

Динамическая вязкость – сила сопротивления перемещению слоя жидкости площадью в 1 см² на 1 см со скоростью 1 см/с.

µ=P/F=S/v,

P - сила, F - поверхность соприкосновения двух слоев, S - расстояние между двумя слоями, v-приращение скорости движения первого слоя относительно второго.

Измеряется в системе СИ - Паскаль на секунду (Па.с) – это сопротивление, оказываемое жидкостью при перемещении относительно друг друга двух слоёв, площадью 1 м² каждый, находящийся на расстоянии 1 м со скоростью 1 м/с под действием приложенной силы 1 Н.

Измеряется в системе СГС - Пуазах (П, или г/см.с);

Динамическая вязкость воды 1, 05 мПа.с (миллипаскаль-секунд), или 1, 05 сП (сантипуаз).

По динамической вязкости расчетным путём определяют значения рациональных дебитов скважин.

Кинематическая вязкость – отношение динамической вязкости к плотности жидкости.

γ = µ/ρ,

µ - динамическая вязкость, ρ – плотность жидкости.

В системе СИ измеряется – в м²/с, в системе СГС - в стоксах (Ст=см²/с =10^-4 м²/с).

Данные кинематической вязкости используются в технологических расчётах.

Относительная вязкость – вязкость нефти к вязкости воды при одной и той же температуре.

Н= µ_н/ µ_в

Приборы для определения вязкости называются вискозиметрами.

Вязкость нефти меняется в широких пределах в основном от 0, 1 до 2000 мПа.с бывает и выше (природные битумы).

Выводы:

 

1.Чем тяжелее нефть, тем она менее подвижная.

2. Вязкость нефти растет с увеличением в ней асфальто-смолистых веществ.

3. С повышение температуры вязкость уменьшается.

4. С повышением давления вязкость увеличивается.

5. Группа нафтеновых углеводородов характеризуется большей вязкостью, чем группы ароматических и метановых.

 

Рассмотренные свойства (плотность и вязкость) определяются лабораторным путём по поверхностным пробам.

3. Газонасыщенность (газосодержание) нефти – определятся количеством газа, растворённого в нефти в условиях залежи.

Г=V_г/V_пл.ус.

Единицы измерения м³/м³ (от 30-500).

Газонасыщенность определяется по глубинным пробам, которые отбирают при забойной части ствола скважин, глубинными пробоотборниками.

Электропроводность.

Нефти являются диэлектриками, т.е. не проводят электрический ток.

Нефти обладают высоким удельным сопротивлением (10¹⁰ - 10¹⁴ Ом.м).

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЗОВ

 

1. Плотность газа – масса 1 м ³ газа при температуре 0⁰ и давлении 0, 1 МПа (760 мм. рт. столба). Плотность газа зависит от давления и температуры. Плотность газов изменяется в пределах 0, 55 – 1 г/см³.

Обычно используется относительная плотность по воздуху (безразмерная величина – отношение плотности газа к плотности воздуха; при нормальных условиях плотность воздуха 1, 293 кг/м³).

2. Вязкость газов – внутреннее трение газов, возникающее при его движении. Вязкость газов очень мала 1. 10^-5 Па.с. Столь низкая вязкость газов обеспечивает их высокую подвижность по трещинам и порам.

3. Растворимость газов – одно из важнейших свойств. Растворимость газов в нефти или в воде при давлении не более 5 МПа подчиняется закону Генри, т.е. количество растворённого газа прямо пропорциональнодавлению и коэффициенту растворимости.

V_i = k_i P

При более высоких давлениях растворимость газа определяется уже целым рядом показателей: температурой, химическим составом, минерализацией подземных вод и др. Растворимость углеводородных газов в нефтях в 10 раз больше, чем в воде. Жирный газ лучше растворяется в нефти, чем сухой. Более лёгкая нефть растворяет больше газа, чем тяжёлая.

4. Критическая температура газа. Для каждого газа существует температура, выше которой он не переходит в жидкое состояние, как бы не было велико давление, т.е. критическая t (для СН₄ t_кр = –82, 1⁰С). Гомологи метана могут находиться в жидком состоянии (для С₂Н₆ t_кр = 32, 2⁰С, С₃Н₈ t_кр = 97, 0⁰С).

5. Диффузия – это самопроизвольное перемещение газов на молекулярном уровне по направлению уменьшения концентраций.

6. Объёмный коэффициент пластового газа – это отношение объёма газа в пластовых условиях к объёму того же газа в стандартных условиях

(T =0⁰ и P=0, 1 МПа).

В_г= V_{г пл} /V_{г ст}

 

Объём газа в пласте в 100 раз меньше, чем в стандартных условиях, т.к. газ обладает сверхсжимаемостью.

 

ГАЗОКОНДЕНСАТЫ

 

Не только газ способен растворяться в нефти, но и нефть может растворяться в газе. Это происходит при определённых условиях, а именно:

1) объём газа больше объёма нефти;

2) давление 20-25 МПа;

3) температура 90-95⁰С.

При этих условиях жидкие углеводороды начинают растворяться в газе. Постепенно смесь полностью превращается в газовую. Это явление называется ретроградным испарением. Приизменении одного из условий, например, при понижении давления залежи в процессе разработки из этой смеси начинает выделяться конденсат в виде жидких углеводородов. Его состав: С₅, Н₁₂(пентан) и выше. Это явление называется ретроградной конденсацией.

Газоконденсат – жидкая часть газоконденсатных скоплений. Газоконденаты называют светлыми нефтями, так как они не содержат асфальто-смолистых веществ. Плотность газоконденсата 0, 65-0, 71 г/см³ . Плотность газоконденсатов увеличивается с глубиной, также она меняется (обычно увеличивается) в процессе разработки.

Различают сырой конденсат и стабильный.

Сырой представляет собой извлеченную на поверхность жидкую фазу, в которой растворены газообразные компоненты. Сырой конденсат получают непосредственно в промысловых сепараторах при давлениях и температурах сепарации.

Стабильный газоконденсат получают из сырого путем его дегазации, он состоит из жидких углеводородов (пентана) и высших.

ГАЗОГИДРАТЫ

Большинство газов образуют с водой кристаллогидраты – твёрдые вещества. Эти вещества называются газогидраты и образуются при низких температурах, высоких давлениях и на небольших глубинах. По своему виду напоминают рыхлый лёд или снег. Залежи такого типа обнаружены в районах вечной мерзлоты Западной и Восточной Сибири и в акваториях северных морей.

Проблема использования газогидратов пока в достаточной степени не разработана. Все вопросы добычи газогидратов сводятся к созданию в пласте таких условий, при которых бы газогидраты разложились на газ и воду.

Для этого необходимо:

1) снижение давления в пласте;

2) повышение температуры;

3) добавка специальных реагентов.

 

ПОРОДЫ - КОЛЛЕКТОРЫ

 

Горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду и отдавать при разработке, называются коллекторами.

Большинство пород-коллекторов имеют осадочное происхождение. Коллекторами нефти и газа являются как терригенные (пески, песчаники и алевролиты), так и карбонатные (известняки, доломиты, мел) породы.

По типу порового пространства выделяют три группы коллекторов нефти и газа:

1.Поровые (гранулярные). Они характерны для обломочных пород.

2.Трещинные. Они характерны для любых горных пород.

3. Каверноз­ные. Они характерны для карбонатных пород.

В природе часто развиты смешанные типы коллек­торов. Способность породы быть коллектором обусловлена её фильтрационно-ёмкостными свойствами: пористостью и проницаемостью.

ПОРИСТОСТЬ

 

Пористость горной породы – это свойство породы, заключающееся в наличии в ней всякого рода пустот (пор, каверн, микро - и макротрещин).

Различают общую, открытую, эффективную и закрытую пористость.

Общая пористость – это объём всех пор в породе. Коэффициент общей пористости представляет собой отношение объёма всех пор к общему объёму породы:

K_п.=V_п/V_о

Открытая пористость – это объём сообщающихся между собой пор, каверн, трещин. Коэффициент открытой пористости равен отношению объёма открытых пор к объёму образца породы:

K_оп=V_оп/V_о

Коэффициент открытой пористости отражает способность породы заполняться флюидом через сообщающиеся поры. Экспериментально он определяется насыщением керосином образца горной породы и находится по соотношению объема вошедшего в сухой образец керосина и объема образца. Считается, что керосин заполняет только сообщающиеся поры.

Эффективная пористость – это объём тех пор и соединяющих их каналов, по которым возможно перемещение флюидов и извлечение их при разработке. Коэффициент эффективной пористости равен отношению объёма пор, через которые возможно движение нефти, воды и газа при определённых температурах и градиентах давления к объёму образца породы:

K_эп=V_эп/V_о

Коэффициент эффективной пористости экспериментально находится путем заполнения образца искусственно приготовленной смесью нефтяного флюида, моделирующей его свойства.

Под закрытой пористостью подразумевается объём изолированных пор, не имеющих связи с другими пустотами.

Пористость измеряется в процентах. Величина коэффициента пористости горных пород может достигать до 40%.

По размерам все пустоты или поры делятся на:

1. Сверхкапиллярные (крупнее 0, 5мм). Движение флюидов подчинено законам гидравлики (нефть и газ перемещаются под действием гравитационных сил).

2. Капиллярные (размеры 0, 5 – 0, 0002 мм). Движение жидкости затруднено вследствие сил молекулярного сцепления.

3. Субкапиллярные ( размеры менее 0, 0002 мм). Фильтрация воды по таким порам невозможна. Возможен процесс диффузии – это самопроизвольное перемещение веществ на молекулярном уровне по направлению уменьшения концентрации. Субкапиллярные поры характерны для глинистых пород.

ПРОНИЦАЕМОСТЬ

Проницаемость – способность горных пород пропускать через себя жидкость или газы при наличии перепада давления. Очень часто породы, обладая довольно большой пористостью (например, глины, пористость которых достигает до 40 %), практически не проницаемы. Вследствие чего они не могут отдавать содержащиеся в их порах нефть и газ. Поэтому для оценки практической значимости коллекторов необходимо иметь сведения и о пористости, и о проницаемости.

Различают следующие виды проницаемости: абсолютная, эффективная (фазовой) и отно­сительная.

1. Абсолютная проницаемость – это проницаемость, измеренная при прохождении через породу какого–либо флюида в условиях полного насыщения пор породы этим флюидом.

2. Эффективная (фазовая) проницаемость – это проницаемость, определённая по какому–либо флюиду в присутствии в породе другого флюида.

3. Относительная проницаемость определяется отношением эффективной проницаемости к абсолютной. Выражается безразмерной величиной меньше 1.

Проницаемость является одним из важнейших факторов миграции нефтегазовых флюидов. Она подчиняется закону Дарси, согласно которому скорость линейной фильтрации и расход жидкости, прошедшего через пористую среду площадью при струйном ламинарном потоке, прямо пропорциональны перепаду давлений и обратно пропорциональны его динамической вязкости:

V= Q / F =k_пр∆ P / μ L, где

 

V – скорость линейной фильтрации флюида (м/c);

Q – расход жидкости (м³/c);

F – площадь поперечного сечения (м²);

k_пр – коэффициент проницаемости (м² );

∆ P – перепад давления (Па);

μ – динамическая вязкость (Па*с);

L – длина образца (м).

 

Коэффициент проницаемости пропорционален расходу жидкости, его вязкости и длине образца и обратно пропорционален ее площади и перепаду давлений:

K_пр=Qμ L / F ∆ P.

В системе СИ коэффициент проницаемости измеряется в м². Проницаемость в 1 м² – это очень большая величина. В природе таких высокопроницаемых пород не существует, поэтому проницаемость горных пород оценивается в микрометрах квадратных:

1 мкм² = 1 *10^-6м².

До введения системы СИ в системе СГС в качестве единицы измерения проницаемости использовалась величина Дарси (Д). В настоящее время за единицу проницаемости принимается 1 мкм² – это такая проницаемость, при которой через поперечное сечение в 1 см ² при перепаде давления в 0, 1 МПа за 1 с проходит 1 см ³ жидкости вязкостью в 0, 001 Па с:

1Д=1, 02*10^-12м²=1 мкм²

1мД=0, 001 мкм².

По величине коэффициента проницаемости породы-коллектораделятся на 5 классов:

I – очень хорошо проницаемые более 1 мкм²;

II – хорошо проницаемые - 0, 1- 1 мкм²;

III – среднепроницаемые - 0, 01 – 0, 1 мкм ²;

IV – слабопроницаемые - 0, 001 – 0, 01 мкм²;

V – непроницаемые менее 0, 001 мкм².

Практическое значение с точки зрения нефтенакопления и нефтеотдачи имеют коллекторы первых трёх классов, а для газов также и четвёртый класс.

Проницаемость пород – коллекторов зависит от: плотности укладки и взаимного расположения зерен (рис.5); степени отсортированности, цементации и трещиноватости; взаимосообщаемости пор, каверн и трещин.

 

 

Рис. 5. Схема укладки сферических зёрен одного размера

при ромбоэдрической (а) и кубической (б) упаковках.

 

ТРЕЩИННЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ

По формированию пустотного пространства трещинные коллекторы отличаются от других типов. Для определения трещинной пустотности и проницаемости существуют особые способы. Как уже упоминалось, существуют макро- и микротрещины раскрытием соответственно более или менее 0, 1 мм. Макротрещины обычно изучаются, описываются и измеряются в поле обнажении, а микротрещины — под микроскопом в шлифах часто увеличенного размера. Необходимым элементом при исследовании трещин является определение их ориентации как в пространстве (вертикальные, горизонтальные, наклонные), так и отношению к пласту (по слоистости, поперек слоистости, диагональные) и к структурным формам (продольные, поперечные, радиальные и др.).

В генетическом отношении выделяются литогенетические и тектонические трещины (табл.3).

 

Таблица 3

Основные виды трещин в осадочных горных породах

 

	Литогенетические	Тектоногенетические (тектонические)
Диагенети- ческие	Катагенети- ческие	Гиперге- нетические
Возникшие при	Возникшие при
уплотнении, кристалли- зации, обез- воживании и др.	перекристаллиза- ции, выделении межслоевых вод в глинах, крис- таллизационных вод и др.	выветривании, поверхност- ном трещи - нообразова- нии и др.	Колебатель- ных движениях (эпейроклазы)	складко- образова- тельных движе- ниях (па- раклазы)	дизъюнк- тивных наруше- ниях (диаклазы)

Литогенетические трещины по приуроченности к определенным стадиям подразделяются надиагенетические, катагенетические гипергенетические. Тектонические трещины различаются по причинам, их вызывающим: колебательные движения, складчатые и разрывные дислокации. Одни виды трещин могут переходить в другие, но в принципе опытный геолог всегда отличит литологическую трещиноватость от тектонической. Как правило, литологическая трещиноватость приспосабливается к структурно-текстурным особенностям породы. Трещины ветвятся, огибают отдельные зерна, в целом расположение их хаотично. Поверхность стенок трещин неровная.

Тектонические трещины более прямолинейны, они меньше считаются со структурно-текстурными особенностями пород, поверхность их стенок более гладкая и переходит иногда в зеркала скольжения.

Различные породы в разной степени подвержены трещиноватости. Наибольшей способностью к растрескиванию обладают мергели и пелитоморфные известняки, затем следуют кремнис­тые породы, сланцы, песчаники. Наименее трещиноваты соли. Подмечено, что существует определенная зависимость между тол­щиной пластов и интенсивностью трещиноватости — при одном и том же составе в более мощных пластах расстояния между трещинами больше.

Наблюдения из космоса, материалы аэрофотосъемок, описа­ния обнажений показывают, что существуют трещины и трещин­ные зоны разных масштабов. Выделяются элементы очень круп­ной планетарной системы трещиноватости, приуроченные, воз­можно, к сочленениям крупных тектонических блоков земной коры. Эти трещиноватые зоны являются основой так называемых линеаментов на поверхности Земли. Одна из крупных линеаментных зон прослеживается от Урала, через Среднюю Азию уходит в район Персидского залива и далее в Оман (Урало-Оманский линеамент). Другие меньшие по размерам линеаменты, отражаю­щие зоны повышенной трещиноватости, известны в Восточном Предкавказье. Выделение и картирование таких зон является первостепенной задачей особенно в практическом отношении.

Важным является вопрос о выполнении трещин. Они могут быть свободными и частично или полностью выполнены каки­ми-либо веществами, высадившимися из циркулирующих в них растворов. Чаще всего трещины заполнены карбонатными мине­ралами, кварцем, сульфатами, глинистым материалом (часто про­питанным битуминозным веществом) и остаточными продуктами преобразования углеводородов (черно-битумные трещины). На стенках трещин нередко встречается и капельно-жидкая нефть.

Основными элементами трещин при замерах являются их ориентировка (в пространстве, по отношению к пластам и др.), их протяженность и раскрытость. Кроме того, можно говорить о густоте и плотности трещин. При определении густоты учитыва­ется количество трещин одной системы на единицу длины перпендикуляру к этой системе трещин. Для макротрещин единицу длины берется 1 м, для микротрещин (определяется в шлифах) — 1 мм. Под плотностью трещин принимается общее количество всех систем в единице объема или на единице площади (поверхность обнажения, площадь шлифа).

Пустотное пространство трещинных коллекторов подразделяется на две категории. С одной стороны, это поры и другие пустоты в матрице породы (в ненарушенных трещинами блоках), с дру­гой стороны — объем самих трещин, связанных с ними каверн и т.д. Свойство пород блоков (матрицы) определяется обычным способом. Объем трещин обычно не велик, но вследствие сравнительной простоты структуры, преобладающей прямолинейности трещин фильтрация через них может быть весьма эффективна.

Трещинная пустотность — это отношение объема трещин к объему породы:

m_т = b*1/S,

где b — раскрытость трещин (среднестатистическое расстояние между стенками трещин); 1 — общая их протяженность в образце; S — площадь изучения.

Зависимость проницаемости трещин от раскрытости и трещинной пустотности выражается соотношением:

К_т = 85 000 b³m_T,

где b — раскрытость трещин, мм; т_т — трещинная пустотность, доли единицы; К_т — трещинная проницаемость, мкм².

Приведенное соотношение справедливо для тех случаев, когда поверхности стенок трещин перпендикулярны к поверхности фильтрации. При наличии нескольких систем трещин и их различной ориентированности по отношению к потоку фильтрации следует применять различные числовые коэффициенты.

Кроме изучения в образцах (макротрещиноватость) и в шлифах (микротрещиноватость) трещиноватость изучают также гeoфизическими и гидродинамическими методами, фотографирова­нием стенок скважин, но каждый из этих методов имеет свои погрешности.

Степень трещиноватости пород и, следовательно, выделение соответствующих зон в разрезе могут быть произведены на основе данных акустического каротажа (АК).

 

НЕТРАДИЦИОННЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ

К породам, роль которых в нефтегазоносности пока еще неве­лика по сравнению с вышеописанными, относятся толщи, сло­женные глинистыми, кремнистыми, вулканогенными, интрузив­ными, метаморфическими породами и др. Их можно разделить на две группы. В одних нефтегазоносность обычно сингенетична, в других она связана с приходом углеводородов из соседних толщ.

1. В глинистых породах природные резервуары возникают в процессе катагенеза. Само возникновение пус­тот связано с генерацией нефтяных и газовых углеводородов и перестройкой структурно-текстурных особенностей минеральной матрицы породы. Одним из характерных примеров является тол­ща глин баженовской свиты в Западной Сибири. От подстилаю­щих и перекрывающих пород отложения баженовской свиты от­личаются повышенным содержанием органического вещества (от 5 до 20% и более) и повышенным содержанием кремнезема. По­роды обладают пониженной плотностью (2, 23-2, 4 г/см³) по срав­нению с ниже- и вышележащими толщами. По мнению Т.Т. Клубовой, в седиментогенезе происходило образование микробло­ков, покрытых пленкой сорбированного органического вещества. Колломорфный кремнезем, обволакивая агрегаты глинистых ми нералов, создает на их поверхности сложные комплексы с участием органического вещества и кремнезема (возникают так называемые кремнеорганические «рубашки»). Процессы трансформации глинистых минералов и выделения связанной воды приводят к образованию мелких послойных трещин. На определенной глубине зон возникают разуплотнения. Какие-то участки породы вследствие роста внутреннего давления пронизываются системой трещин вдоль поверхности «рубашек». При вскрытии пород баженовской свиты, как правило, отмечаются разуплотне- ние и аномально высокое пластовое давление.

В результате возникают зоны с повышенными коллекторскими свойствами, ограниченные со всех сторон менее измененными и проницаемыми породами. 3aчастую эти участки никак не связаны со структурно-тектоническими особенностями региона. Так, видимо, образовались резервуары в баженовской карбонатно-кремнисто-глинистой толще верхней юры в Западной Сибири (Салымское месторождение и др.). Сход­ным образом могли формироваться коллекторы в майкопской гли­нистой серии Ставрополья (Журавское месторождение и др.).

Можно сделать вывод о том, что в этих коллекторах совпада­ет во времени формирование коллекторских свойств и генераций нефтяных углеводородов. Повышению растресканности породы способствуют и некоторые тектонические процессы. При отборе нефти из таких пород трещины смыкаются, таким образом, бажениты и другие сходные породы являются коллекторами как бы «одноразового использования». В них нельзя закачать газ или нефть, как это делают при строительстве подземных хранилищ других типах пород.

2. По-другому протекают процессы в кремнистых толщах био­генного происхождения. На первых этапах осадкообразования начальных этапов диагенеза формируется «ажурная» органоген­ная структура из раковинок кремнестроящих организмов. В дальнейшем преобразование органогенной структуры тесно связано преобразованием аморфных форм кремнезема (опал) в кристал­лические формы. При переходе опала А в опал КТ появляется глобулярная микротекстура и формируется межглобулярный тип коллектора. При повышенном содержании сапропелевого ОВ повышенной каталитической роли поверхностно-активного кремнезема начинаются процессы генерации углеводородов. Коллек­торы для них уже подготовлены в этих же толщах, свойства их высоки (пористость достигает 40%). Нефти в биогенно-кремнистых толщах считаются нефтями раннего созревания. При даль­нейшем усилении катагенеза происходят обезвоживание, переход кремнезема в другие минеральные формы — халцедон, а затем кварц. В породах развивается трещиноватость, связанная система трещин способствует образованию резервуара пластового или массивного типа с коллектором трещинного типа. На шельфе Ка­лифорнии находится несколько месторождений, где кремнистые породы формации Монтерей миоцена промышленно нефтеносны. Самым крупным является месторождение Пойнт-Аргуэльо. На Са­халине в таких толщах также открыто два месторождения. Сход­ным образом возникают резервуары в кремнисто-глинисто-карбо­натных богатых ОВ так называемых доманикоидных толщах.

3. Коллекторы в породах магматического и метаморфического происхождения известны давно. В частности, нефть обнаружена в вулканитах, во вторично измененных пористых лавах и туфах и Мексике, Японии и в других местах. Нефть и газ в туфах, лавах и других разностях связаны с пустотами, которые образова­лись при выходе газа из лавового материала или со вторичным выщелачиванием. Нефтеносность этих пород всегда вторична.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Механические, тепловые и физико-химические характеристики диэлектриков.
2. Основные физико-химические свойства газогидратов.
3. Производственная пыль, физико-химические свойства, определяющие действие на организм человека. Понятие о пылевой нагрузке.
4. Свойств и состава нефтей и нефтепродуктов
5. Физико-химические и фармакологические свойства ксенона
6. Физико-химические методы очистки сточных вод.
7. Физико-химические основы горения
8. Физико-химические показатели качества
9. Физико-химические свойства метана. Действие на организм человека. Средства защиты.
10. Физико-химические свойства нефти
11. Физико-химические свойства пластовых вод