ПОРОДЫ-КОЛЛЕКТОРЫ

Породы-коллекторы, это - горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду и отдавать их при разработке. Абсолютное большинство пород-коллекторов имеют осадочное происхождение. Коллекторами нефти и газа являются как терригенные (пески, алевриты, песчаники, алевролиты и некоторые глинистые породы), так и карбонатные породы (известняки, мел, доломиты).

Рис.3.4. Виды коллекторов:а,б,в,г– поровые коллекторы –а– высокопористый, образованный хорошо отсортированными частицами, б– плохо отсорированная низкопористая порода, в– хорошо отсортированная высокопористая порода сложенная проницаемыми частицами (в1-поры сообщающиеся, в2 – поры закрытые), г– хорошо отсортированнаясцементированная порода, д–каверновые поры, е– трещинные поры.. (по ttp://www.gubkin.ru/faculty/magister_training/magistrantu/posobia/UCH2/Glava4.htm)

Различают несколько видов пустотного пространства. Это поры, каверны и трещины.

Поры- пространство между отдельными зернами, слагающими горную породу (рисунки.3.4. и 3.5.).

Рис. 3.5. Движение флюидов по порам в песчанике (по http://www.neftelib.ru/neft-book/004/10/index.shtml)

Каверны- сравнительно крупные пустотные пространства, образовавшиеся в результате действия процессов выщелачивания (рис.3.6). Они развиваются в участках сгущения трещин. При этом растворяется небольшой участок породы – каверна. Каверны могут быть частично заполнены (рис.3.6. и 3.7.).

Рис.3.6. Каверны прорисованы. Видны эффективные трещины. Каверны показаны наклонными линиями.

Рис. 3.7. Доломит замещения. Первичный доломит серый, доломит второй генерации белый, он частично заполняет первичные каверны. Видны эффективные трещины. Каверны – черные.

Трещины - разрывы сплошности горных пород, обусловленные в основном тектонической деятельностью. Они либо выполнены вторичными минералами, либо открытые, или эффективные, т.е. через них может перемещаться жидкий флюид (рис. 3.8.).

Рис. 3.8. Эффективные трещины в верхнедевонских кремнеаргиллитах с линзами известняков.

Рис. .3.9. Кубики карбонатных и кремнисто-карбонатно-глинистых пород, насыщенные люминофором. Показаны парами. На втором кубике в паре видно свечение люминофора по эффективным трещинам (по К.И. Багринцевой, 2004).

На рисунках показаны способы изучения трещин в образцах произвольной формы (рис. 3.8, фото автора) и пропитанных люминофором, который светится в ультрафиолете (рис. 3.9 на фото – светлые полости).

Породы-коллекторы характеризуются двумя признаками - емкостью (пористостью) и проницаемостью, т. е. системой таких пор, трещин и каверн, через которые возможно движение пластовых флюидов (газа, нефти и воды). Далеко не все породы, обладающие емкостью, являются проницаемыми для нефти и газа, т. е. коллекторами. Поэтому при изучении коллекторских свойств горных пород определяют не только их емкость, но и проницаемость. Проницаемость горных пород зависит от поперечных (к направлению движения флюидов) размеров пустот в породе.

По размерам все пустоты или поры делятся на сверхкапиллярные (> 0,5 мм), капиллярные (0,5-0,0002 мм), субкапиллярные (< 0,0002 мм).

В сверхкапиллярных порах движение воды подчинено законам гидравлики. Вода, нефть и газ в них свободно перемещаются под действием гравитационных сил молекулярного сцепления. Субкапиллярные поры характерны для глинистых пород, которые являются водо- и нефтегазоупорными. Фильтрация воды по таким породам невозможна. Движение нефти в пласте осуществляется лишь по сообщающимся между собой поровым каналам размером >0,0002 мм.

Субкапиллярные каналы, как наиболее крупные, пропускают нефть, воду и газ, капиллярные каналы пропускают флюиды при участии капиллярных сил, субкапиллярные для флюидов практически непроницаемы (например, глинистые сланцы).

По генезису поры делятся на первичные, сформированные при осадконакоплении, например, в песчаниках, либо вторичные, развитые в зонах дробления, растворения, проявления вторичных процессов, таких как доломитизация, окремнение и выщелачивание.

Все коллекторы по характеру пустот подразделяется на три типа: гранулярные(только обломочные горные породы), трещинные (любые горные породы) и каверновые (только карбонатные породы).

1. гранулярные песчано-алевритовые породы, обладающие межгранулярной (межзерновой) пористостью и проницаемостью, а также известняки и доломиты с межоолитовой пористостью;

2. трещинные, приуроченные к породам с разным литологическим составом – известнякам, доломитам, сцементированным песчаникам, глинистым сланцам, а также к кристаллическим породам;

3. кавернозные, обычно связанные с карбонатными породами, а иногда с песчаниками.

Приведем краткое описание пород, в которых могут быть развиты породы-коллекторы:

Пески и песчаники состоят из обломков минералов и горных пород размером от 1 мм до 0,1 мм. По размеру зерен они подразделяются на крупнозернистые (1-0,1 мм); среднезернистые (0,5-0,25 мм) и мелкозернистые (0,25-0,1 мм). В зависимости от состава минеральных зерен различают мономинеральные и полимиктовые пески и песчаники.

Алевриты и алевролиты - тонкозернистые (крупность зерен от 0,1 мм до 0,01 мм) обломочные породы весьма разнообразного состава, рыхлые (алевролиты) и сцементированные (алевролиты). По происхождению алевролиты не отличаются от песчаных пород и образуются в море, в реках и имеют эоловое происхождение.

Известняки и доломиты - осадочные преимущественно морские образования, состоящие главным образом из кальцита и кальцитовых скелетных остатков организмов или заместивших их молекул доломита. Известняки органического происхождения образованы известняковыми раковинами и внутренними скелетами различных животных и растений. Осаждаются они на дне морей и озер. По внешнему виду представляют собой массивные пористые и плотные породы. В зависимости от преобладания в составе пород тех или иных остатков растений и животных среди них различают коралловые (образовавшиеся в результате жизнедеятельности коралловых колониальных полипов), ракушняки (состоящие целиком из раковин моллюсков) т. д. Известняки химического происхождения возникают при отложении из растворов. Типичными представителями этого типа являются известняковые туфы (травертины), образующие на суше в результате выпадения извести из под некоторых источников.

Другая разновидность – оолитовые известняки, образующиеся в зоне подвижных морских вод при осаждении кальцита и растворов вокруг центра кристаллизации (пузырьков воздуха, пылинок и др.).

Доломит – порода, состоящая на 90% из минерала (CaMg(CO₃)₂). Для доломита характерна примесь кальцита, гипса, магнезита, кремнезема, окислов железа и других веществ, выпадающих из растворов при образовании осадков или диагенеза. По внешнему виду доломиты похожи на известняки, но почти не вступают в реакцию с холодной соляной кислотой. Окраска доломита в основном светло-желтоватых, красноватых и зеленоватых оттенков. Характерны высокая пористость, трещиноватость и кавернозность, часто за счет выщелачивания раковин.