ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - часть 14

 

  Главная      Учебники - Разные     ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - 1970 год

 

поиск по сайту            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  12  13  14  15   ..

 

 

ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - часть 14

 

 

Фиг.   4-1.   Возможное   количество   пор,   содержащихся   в   акр-футе   породы-

коллектора,  при различных  размерах минеральных частиц  (Jones, Petroleum Production,
Reinhold Publishing Corp., New York, 1, p. 14, Fig. 2-2).

Фиг. 4-2. Изменение площади поверхности минеральных частиц содержащихся в

акр-футе   породы-коллектора   в   зависимости   от   размеров   частиц   (Jones,   Petroleum
Production, Reinhold Publishing Corp., New York, 1, p. 15, Fig. 2-3).

возрастает   по   мере   уменьшения   размеров   частиц.   Джонс   [3]   оценивает   суммарную

поверхность   частиц   в   одном

 акр-футе 

средне-мелкозернистого   песчаника,

характеризующегося ромбоэдрической упаковкой зерен диаметром около 0,25 мм, в 5000

акров. В некоторых песчаниках и алевролитах эта поверхность может достигать 30 000

акров  на  акр-фут  объема породы (фиг. 4-2). Большая величина удельной поверхности

минеральных частиц в мелкозернистых породах имеет важное значение для понимания

таких   физических   явлений   в   пласте,   как   смачиваемость,   адсорбция,   капиллярность,

растворимость и свободная поверхностная энергия (см. гл. 10).

Пористость

Пористость   пород-коллекторов   определяется   отношением   объема   порового

пространства к общему объему породы и обычно выражается в процентах. Необходимо

иметь   две   величины  -  объем   пор   и   объем   породы,   чтобы   вычислить   пористость   в

процентах согласно уравнению

Величина пористости (%) = (объем пор/общий объем породы)×100.

Пористость коллекторов, как правило, значительно изменяется как по разрезу, так

и по простиранию. Если ее измерять в образцах керна, извлекаемых через каждый  фут

проходки скважины, как это обычно и делается на практике при вскрытии коллекторского

пласта, то даже в некоторых наиболее однородных по внешнему облику породах будут

наблюдаться   резкие   изменения   пористости.   В   большинстве   коллекторов   они   особенно

заметны, когда изучаются данные микрокаротажа (см. стр. 86-87: глава 3, микрокаротаж,

А.Ф.). Это видно на примере песков Спрингхилл месторождения Манантьялес в Тьерра-

дель-Фуэго, Чили (Огненная Земля) (фиг. 4-3). Другим примером резкой

Фиг.   4-3.   Разрез   песчаника   Спрингхилл   (мел),   продуктивного   на   нефтяном

месторождении   Манантьялес   в   провинции   Магальянес,   Тьерра-дель-Фуэго   (Огненная
Земля), Чили (Thomas, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 33, p. 1582, Fig. 3).

В  кровле   и   подошве   песчаник   ограничен   поверхностями   несогласия.   Плотность

нефти  42°API  (0,815).  Это  пример   изменчивости  пористости,  проницаемости   и  других
физических свойств типичной песчаной продуктивной толщи. 

1 - глинистые породы; 2 - песчаные породы.

изменчивости   пористости   и   проницаемости   могут   служить   доломиты   в   пермских

известняках   Сан-Андрее,   являющиеся   коллекторами   на   месторождении   Сидар-Лейк   в

западном Техасе; разрез небольшой части этого месторождения показан на фиг. 4-4.

Пористость обычно выражается в процентах, но при подсчете запасов она часто

оценивается в  акр-футах  или в  баррелях  на  акр-фут. Так как  баррель  (американский),

равный 42  галлонам, составляет 5,6146 куб.  футов, то 1  акр-фут  равен 7758  баррелей.

Порода с 10%-ной пористостью, следовательно, содержит 775,8  баррелей  пор на 1  акр-

фут породы.

Отношение объема порового пространства к общему объему породы называется

абсолютной, или общей, пористостью. Она включает все поры и пустоты  породы, как

сообщающиеся, так и закрытые. При изучении же коллекторских пластов используется,

как правило, иная величина, а именно отношение объема сообщающихся пор к общему

объему породы, именуемая эффективной пористостью¹. Эта пористость обычно на 5-10 %

меньше   общей   пористости   пород².   Проницаемость   пород   зависит   от   их   эффективной

пористости.   Последняя   может   быть   также   названа   полезным   норовым   пространством,

поскольку   нефть   и   газ   при   извлечении   из   пласта   должны   перемещаться   через

сообщающиеся   пустоты.   Пемза   и   вулканические   шлаки,   несмотря   на   то   что   имеют

высокую общую пористость, характеризуются незначительной эффективной пористостью.

Пористость   большинства   коллекторов   колеблется   от   5   до  30 %,   а   чаще   всего   в

пределах 10-20 %. Карбонатные породы-коллекторы обладают

Фиг.   4-4.   Разрез,   показывающий   изменение   пористости   и   проницаемости   пород

одного и того же стратиграфического интервала в соседних скважинах, отстоящих на 1320
футов  (400 м)  одна  от  другой,  месторождение   Сидар-Лейк,  западный  Техас   (Liebrоок,
Hiltz, Huzarevich, Trans. Am. Inst. Min. Met. Engrs., 192, p. 359, Fig. 5).

Продуктивная   толща   представлена   доломитом,   приуроченным   к   известняковой

формации Сан-Андрее (пермь).

обычно несколько меньшей пористостью, чем песчаные, но проницаемость их может быть

более высокой. Породы-коллекторы, пористость которых не превышает 5%, как правило,

относятся   к   непромышленным   или   почти   непромышленным,   если   только   столь

незначительная   пористость   не   компенсируется   трещиноватостью,   наличием   крупных

пустот и каверн, которые нельзя обнаружить в небольших кусках породы, взятых из керна

или из скважины³. Типичные значения пористости некоторых коллекторов перечислены в

табл. 4-1. Грубая полевая оценка пористости может быть такой:

¹В советской литературе такая пористость называется открытой пористостью.
Ввиду того что под термином «эффективная пористость» понимаются разными авторами

различные   величины,   Всесоюзное   совещание   по   коллекторам   нефти   и   газа   в   1962   г.
рекомендовало отказаться от применения этого термина. - Прим. ред.

²Разница   между   этими   величинами   зависит   от   состава   и   структуры   пород:   в

среднезернистых песках она приближается к 0, в карбонатных породах может составлять 10-15%,
а в пемзе - 30-40 %. - Прим. ред.

³В последнем случае речь идет, вероятно, об образцах, полученных с помощью бокового

грунтоноса. - Прим. ред.

Таблица   4-1   Характерные   значения   пористости   и   проницаемости   пород-

коллекторов

1. С.R. Fettke, The Bradford Oil Field, Pa. Geol. Surv., 4th series, pp. 214-228, 1938.
2. M. Musk at, Physical Principles of Oil Production, McGraw-Hill Book Co., New York,. p. 585,

1949.

3. H.S. Gibson, Oil Production in Southwestern Iran, World Oil, p. 273. 1948.
4. W.Y. Pickering, C.L. Dorn, Rangely Oil Field, Rio Blanco County, Colorado, in Structure of

Typical Am. Oil Fields, 3, p. 143, 1948.

5. H.E. Minor, M. A. Hanna, East Texas Field, Rusk, Cherokee, Smith, Gregg, and Upshur

Counties, Texas, in Stratigraphic Type of Oil Fields, Am. Assoc. Petrol. Geol., Tulsa, Okla., pp. 625, 626,
1941.

6. W.T. Lietz, The Performance of the Ten Section Oil Field, Tech. Paper 2643, 1949; Trans.

Am. Inst. Min. Met. Engrs., 186, pp. 251-258, 1949.

7.  К.В. Barnes, J.F. Sage, Cas Repressuring at Glenn Pool, in Production Practice, Am. Petrol.

Inst., p. 57, 1943.

8.   H.B.   Hill,   E.   L.   Rawlins,   C.   R.   Bopp,   Engineering   Report   on  Oklahoma   City   Oil   Field,

Oklahoma, RI 3330, U. S. Bur. Mines, p. 199, 1937.

9. A.L. Payne, Cumarebo Oil Field, Falcon, Venezuela. Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 35, p.

1869, 1951.

Измерения пористости

Измерения, необходимые для вычисления пористости, производятся в лаборатории

на небольших кусочках, вырезанных из керна, либо на шламе. К настоящему времени

разработано   и   описано   большое   число   методов   быстрого   и   точного   определения

пористости [4]. Применяется также несколько качественных методов оценки пористости,

дополняющих различные виды анализа кернового материала или заменяющих последние,

когда они невозможны. Ниже приводится их краткое описание.

Электрокаротаж.  Этот   метод   заключается   в   измерении   (в   милливольтах)

естественного   электрического   потенциала   пород   (спонтанного   потенциала,   или   ПС).

Низкие значения потенциала устанавливаются против непроницаемых пластов, тогда как

более высокие значения - против пористых (проницаемых) слоев (см. стр. 83-87: глава 3,

электрический каротаж, А.Ф.).

Радиоактивный   каротаж.  С   помощью   гамма-каротажа   измеряют   естественное

гамма-излучение   пройденных   скважиной   пород,   а   с   помощью   другой   разновидности

радиоактивного каротажа - нейтронного каротажа - измеряют гамма-излучение из пород,

возбуждаемое   действием   нейтронов   (см.   стр.   87-89:   глава   3,   радиоактивный   каротаж,

А.Ф.). Нейтронный  каротаж  фиксирует  прежде всего содержание  в пласте  водорода и,

следовательно, указывает на присутствие в толще пород флюидов, таких, как газ, нефть и

вода. Наличие же последних свидетельствует о том, что породы обладают пористостью.

Гамма-каротаж и нейтронный каротаж широко используются для выявления пористости

известняковых и доломитовых коллекторов.

Другие   виды   каротажа.  Очень   полезны   для   определения   пористости   пород-

коллекторов   микрокаротаж   и   акустический   каротаж.   Качественную   характеристику

пористых зон позволяет выявить и кавернометрия, а в совокупности с другими видами

каротажа   она   дает   возможность   произвести   даже   количественное   определение

пористости.

Исследование   шлама   под  микроскопом.  В  случае   отсутствия   керна   очень   часто

единственным   способом   непосредственного  наблюдения  пористости  является  изучение

под   бинокулярным   микроскопом   кусочков   бурового   шлама.   Нефть,   насыщающая

мельчайшие   пустоты,   может   быть   обнаружена   благодаря   ее   флуоресценции   под

ультрафиолетовыми лучами. Опытный микроскопист может быстро определить характер

пористости   и   дать   качественную   оценку   ее   относительной   величины,   используя   такие

термины,   как   «непроницаемый»,   «плотный»,   «пустоты»,   «точечная   пористость»,

«пористый», «кавернозный», «межкристаллическая», «межзерновая». Отсутствие в породе

пор, видимых в микроскоп, обычно свидетельствует о том, что породы имеют слишком

низкую пористость, чтобы содержать значительные количества нефти.

Малый объем порового пространства коллектора, как может быть установлено под

микроскопом,  обусловливается  различными факторами:  порода может быть, например,

плотным тонкокристаллическим литографским известняком или доломитом; она может

состоять   из   мелких   и   очень   мелких   песчаных   частиц;   содержать   большое   количество

глинистых частиц, слагающих основную массу или образующих оболочки на песчаных

зернах;   содержать   большое   количество   цемента;   поровое   пространство   породы   может

быть   занято   в   значительной   степени   каким-либо   веществом,   попавшим   в   поры   под

давлением [5].

Механический   каротаж.  Неожиданное   увеличение   значений   проходки   на

диаграмме   механического   каротажа,   обусловленное   резким   повышением   скорости

бурения   с   «проваливанием»   бурового   инструмента,   часто   свидетельствует   о   вскрытии

толщи пористых пород. Чем больше пор содержит порода, тем меньшей плотностью она

обладает и легче поддается разбуриванию. Подобные изменения скорости проходки часто

рассматриваются как указание на наличие продуктивного пласта и служит сигналом для

начала отбора керна с целью определения характера пород.

Неполное   извлечение   керна.  Керн,   извлекаемый   при   вращательном   бурении

обычным колонковым буром, может оказаться короче соответствующего интервала его

отбора. Очень часто эта неполнота извлечения керна обусловливается трещиноватостью,

пористостью и несцементированностью породы-коллектора, вследствие чего последняя не

полностью захватывается колонкой и частично выносится на поверхность в виде бурового

шлама. Тот факт, что зоны неполного извлечения керна могут соответствовать толщам

пород   с   аномально   высокой   пористостью,   объясняет   существование   эмпирического

правила: «Керн не извлекается - хорошая скважина».

Конечно, никогда нельзя сказать с уверенностью, действительно ли плохой вынос

керна   указывает   на   высокую   пористость   пород   соответствующего   интервала   разреза,

однако   определенную   помощь   в   решении   этого   вопроса   могут   оказать   данные

механического каротажа, поскольку пористые породы бурятся быстрее, чем плотные.

Появление алмазных колонковых долот сделало возможным почти стопроцентный

вынос   керна;   поэтому   их   применение   обычно   позволяет   производить   непрерывную

регистрацию изменений пористости вскрываемых скважиной пород по керну.

Проницаемость

Проницаемость  -  это   свойство   породы,   характеризующее   возможность

перемещения   флюидов   через   сообщающиеся   поры   (эффективную   пористость)   без

нарушения  и  смещения  слагающих  ее   частиц;   иными  словами,   проницаемость  служит

мерой   флюидной   проводимости   породы   и,   очевидно,   является   наиболее   важным

параметром   коллектора.   В   геологии   нефти   и   газа   проницаемость   трактуется   не   как

абсолютная,   а   как   относительная   величина;   порода   называется   проницаемой,   если   за

короткое время (например, в течение часа) она может пропустить заметное количество

флюидов, и непроницаемой, если скорость фильтрации в ней ничтожна. Однако следует

признать, что в масштабе геологического времени и по отношению к газам и жидкостям с

малой вязкостью почти все породы обладают некоторой проницаемостью.

Единица измерения проницаемости пород в системе  CGS  была названа  дарси,  по

имени Анри Дарси [6], который в 1856 г. исследовал фильтрацию жидкостей в пористой

среде. Закон Дарси выражается уравнением

где  q  -  объемный   расход   жидкости   (в   единицу   времени)   в  см

3

/сек  при

горизонтальном течении, k - постоянная проницаемости в дарси, А - площадь поперечного

сечения в см

2

, µ - вязкость жидкости в сантипуазах и dp/dx - гидравлический градиент, или

разница в давлении  (р)  в направлении течения  (х),  в  атм/см.  Это уравнение полностью

характеризует вязкое или ламинарное течение гомогенных флюидов в пористых средах с

однородной упаковкой частиц и постоянным поперечным сечением¹. Таким образом, при

заданном значении  к  скорость фильтрации флюидов через блок пористой породы прямо

пропорциональна   перепаду   давления,   а   также   площади   поперечного   сечения   блока   и

обратно пропорциональна вязкости флюидов протяженности пути фильтрации.

Американский   нефтяной   институт   дает   следующее   произвольное   определение

единицы дарси в системе CGS: «Пористая среда обладает проницаемостью в 1 дарси, если

однофазный флюид с вязкостью в 1 сантипуаз, полностью насыщающий пустоты среды,

фильтруется через нее в условиях вязкого течения со скоростью 1  см/сек  при площади

поперечного сечения среды 1 см

2

 и при давлении или соответствующем гидравлическом

градиентом   1  атм/см  (76,0  см  ртутного   столба)»   [7].   В   «условиях   вязкого   течения»

скорость   потока   настолько   низка,   что   становится   прямо   пропорциональной

гидравлическому градиенту. Дарси является коэффициентом пропорциональности между

этими   величинами,   а   определенное   числовое   значение   проницаемости   –   свойством   и

характерной особенностью только пропускающей

¹Турбулентное   течение   в   породах-коллекторах   не   представляет   интереса.   Строгая

формулировка   закона   Дарси   требует   учета   ускорения   силы   тяжести   и   направления.   Читатель,
желающий   более   подробно   ознакомиться   с   обстоятельствами   установления   и   ограничениями
применимости закона Дарси, отсылается к работам Хьюберта (Hubert, Journ., Geol. 48, pp. 787-826,
1940) и Маскета (Мuskat, Physicalles Principles of Oil Production, McGraw-Hill Book Co., New York,

pp. 123-131, 1949).

флюид среды, но не самого флюида.

Проницаемость   средних   пород-коллекторов   колеблется   в   пределах   5-1000

миллидарси.  Чтобы   получить   представление   о   том,   что   такое   один   дарси,   рассмотрим

кубический блок песка с длиной стороны в 1 фут. Если песок будет иметь проницаемость

в 1  дарси  (1000  миллидарси), то этот кубический  блок песка  за сутки и при перепаде

давления   в   1  фунт  (0,45  кг)  должен   пропускать   около   1  барреля  (160  л)  нефти.   В

промышленных  количествах   нефть и  газ   иногда  получают   и из  пород,  проницаемость

которых  не превышает  0,1  миллидарси,  однако  в таком  случае  эти породы, очевидно,

должны   обладать   высокопроницаемыми   системами   трещин,   которые   не   могут   быть

обнаружены   стандартными   методами   лабораторных   анализов.   В   средних   коллекторах

проницаемость   вместе   с   пористостью   претерпевает   сильные   изменения,   как   в

вертикальном,   так   и   в   горизонтальном   направлении.   Типичные   примеры   большинства

подобных коллекторов (из Чили и Техаса) показаны на фиг. 4-3 и 4-4. Порода-коллектор,

проницаемость которой не превышает 5 миллидарси, называется  непроницаемым песком

или плотным известняком в зависимости от ее состава. Ниже приводится грубая полевая

оценка проницаемости (в миллидарси):

Средняя……………………….1,0-10

Хорошая………………………10-100

Очень хорошая……………….100-1000

Некоторые   характерные   значения   пористости   и   проницаемости   коллекторов

нефтяных залежей сведены в табл. 4-1.

Измерения проницаемости

Проницаемость пород-коллекторов определяется обычно в лабораторных условиях

посредством   исследования   образцов   или   кусочков   керна   в  пермеаметре.  Пермеаметры

разных   систем   различаются   в   деталях   конструкции,   но   все   они   обычно   состоят   из

кернодержателя, насоса для нагнетания флюида через керн, манометров для измерения

перепада давления в керне и расходомера для измерения скорости прохождения флюида

через   керн.   Лабораторные   методы   стандартизованы,   поэтому   все   измерения   можно

проводить   быстро   и   с   достаточной   точностью   для   решения   проблем,   связанных   с

коллектором. Для испытаний, как правило, используют цилиндрические образцы керна

диаметром 2 см и длиной 2-3 см

1

. Разработано и описано несколько таких методов [8].

При измерении проницаемости коллекторов применяют обычно воздух или сухой

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  12  13  14  15   ..