КОЛЛЕКТОРЫ И ПРИРОДНЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ

Горные породы, обладающие способностью вмещать нефть и газ и отдавать эти полезные ископаемые при разработке, называются коллекторами. Коллекторские свойства породы зависят от ее пористости и проницаемости. В Советском Союзе проводились и проводятся большие работы по изучению коллекторов. В резуль­тате этих работ было предложено несколько классификаций кол­лекторов.

Ф. А. Требин, детально изучавший песчаные коллекторы, пред­ложил классифицировать их но проницаемости и пористости. Он вы­деляет: 1) класс А — коллекторы высокой проницаемости (&_пр от 300 до 3000 мд и более; k_3/L от 14 до 25% и выше); 2) класс Б — средней проницаемости (k_nf от 40 до 350 мд; k₃^ от 9 до 15%); 3) класс В — незначительной проницаемости (k_uy от 0 до 50 мд; k^ от 0 до 10%).

Приведенное расчленение предложено на основе рассмотрения кривой фильтрации песчаников, построенной по величинам k_3i. и k_uf.

Г. А. Теодорович выделяет четыре группы коллекторов:

А — более или менее равномерно проницаемые по порам;

Б — неравномерно проницаемые по порам;

В — проницаемые по трещинам и трещиноватые;

Г — смешанные.

Каждая группа разбивается на пять классов по величине прони­цаемости.

Таким образом, для характеристики коллекторов нефти и газа необходимо определить целый комплекс свойств, отражающих их емкостные и фильтрационные свойства, количество и состав насы­щающих их флюидов. Поскольку такие свойства пород, как прони­цаемость, изменяются в зависимости от термодинамических условий, определения их надо вести в пластовых условиях.

 

 

 

§ 3. Коллекторы и природные резервуары

 

В природе вместилищем для нефти, газа и воды служит коллек­тор, заключенный в плохо проницаемых породах. Такой коллектор является как бы сосудом, имеющим определенную форму. И. О. Брод называет его природным резервуаром. Природный резер­вуар — это естественное вместилище для нефти, газа и воды, внутри которого они могут циркулировать и форма которого обусловлена соотношением коллектора с вмещающими его плохо проницаемыми породами. В зарубежной литературе термину природный резервуар придается иногда несколько иной смысл. Так, А. И. Леворсен понимает под природным резервуаром только ту часть коллектора, в которой нефть и природный газ способны образовывать ско­пления.

Нефть, газ и вода совместно находятся в природных резервуарах. Поскольку нефть и природный газ легче воды, они всплывают кверху. Поэтому при рассмотрении природных резервуаров особенно боль­шое внимание уделяется характеру перекрытия их непроницаемыми породами сверху, так называемой покрышке. Покрышка важна и в другом отношении. Создание в резервуаре водонапорной (арте­зианской) системы возможно только при наличии покрышки. Суще­ственное значение также имеет и наличие нижней ограничивающей водоупорной поверхности. Таким образом, для соотношения подвиж­ных веществ в природном резервуаре большое значение имеют водо­упорные разделы, ограничивающие резервуар.

Находящиеся в резервуаре вода, нефть и газ образуют энерге­тическую систему. Обычно (но далеко не всегда) основной энерге­тический запас такой системы определяется энергией воды.

Энергетические запасы резервуара определяются его емкостью, точнее емкостью заполняющих его жидкости и газа, и его положе­нием по отношению к условному энергетическому уровню (за по­следний обычно принимается уровень океана).

Характер распределения потенциальной энергии резервуара определяется положением пьезометрической поверхности.

Появление в резервуаре скоплен^т нефти или газа вносит из­менения в энергетическую систему резервуара. Скопления нефти и (или) газа имеют собственную дополнительную энергию, вызыва­ющую появление аномалий в общем плане распределения энергии в резервуаре.

Количество нефти и газа в резервуаре по отношению к количе­ству заключенной в нем воды может изменяться в весьма широких пределах. Соответственно изменения в распределении потенциаль­ной энергии резервуара, вызываемые скоплениями нефти и (или) газа, также могут иметь значительный размах.

Характеризуя тот или иной резервуар, следует отмечать следу­ющие его особенности: тип коллектора, слагающего резервуар; соотношение коллектора с ограничивающими его непроницаемыми (водоупорными) породами; емкость резервуара; условия залегания

 

 

Гл. VI. Горные породы как вместилище нефти и гааа

резервуара. Для характеристики коллектора резервуара может быть использована одна из классификаций коллекторов, описанных ранее.

По соотношению коллектора с ограничивающими его плохо про­ницаемыми породами И. О. Брод предлагает выделять три основных типа природных резервуаров: 1) пластовые резервуары; 2) массивные резервуары; 3) резервуары неправильной формы, литологически ограниченные со всех сторон.

Пластовы и природный резервуар (рис. 47) представляет собой коллектор, ограниченный на значительной пло­щади в кровле и подошве плохо проницаемыми породами. В таком

Рис. 47. Принципиальная схема пластового резер­вуара.

1 — коллектор (песок); 2 — плохо проницаемые породы (глины).

резервуаре на значительных площадях мощность коллектора более или менее выдерживается. При общем сохранении пластового харак­тера коллектора на тех или иных локальных участках или по границе распространения коллектора может наблюдаться существенное из­менение мощностей, приводящее иногда к полному выклиниванию коллектора.

Коллектор в пластовых резервуарах обычно литологически вы­держан, но может иметь и более сложное строение. Он может быть представлен, например, тонким переслаиванием пород, причем по­роды-коллекторы отделены друг от друга относительно незначитель­ными, иногда выклинивающимися глинистыми разделами. Такое явление наблюдается, например, в X пласте продуктивной толщи (плиоцен) на месторождении Бибиэйбат. Другим примером может служить ахтырская подсвита палеогена на северо-западном Кавказе или свита фернандо плиоценового возраста на месторождении Санта-Фе-Спрингс в Калифорнии (США). В пластовом природном резер­вуаре существует единая гидродинамическая (артезианская) система. Давления в этой системе закономерно изменяются в зависимости от положения областей нагрузки и разгрузки. Наиболее характер­ным видом движения жидкостей и газов является боковое движение по пласту.

 

 

§ 3. Коллекторы и природные резервуары

Массивный природный резервуар предста­вляет собой мощную толщу проницаемых пород, перекрытую сверху и ограниченную с боков плохо проницаемыми породами. Коллек­торы, слагающие массивные резервуары, литологически могут быть однородными (рис. 48) или неоднородными (рис. 49). Однородные массивные резервуары могут быть представлены карбонатными, метаморфическими или изверженными породами. Пористость и про­ницаемость таких коллекторов обусловлены наличием в них каверн и трещин. В качестве примера может быть приведено газовое место­рождение Шебелинка на Украине (рис. 50). Здесь мощная толща пород, охватывающая стратиграфический интервал от карбона до

Рис. 48, Схема однородного массив- Рис. 49. Схема неоднородного мас-
ного резервуара. сивного резервуара.

юры, образует единый природный резервуар. Мощность его более 1000 м. В строении резервуара принимают участие литологически самые разнообразные породы: пески и песчаники, глинистые сланцы, галогенные осадки, ангидриты, карбонаты.

Распространение зон пористости и проницаемости в массивных резервуарах не имеет строгой стратиграфической приуроченности, как и в пластовых резервуарах. Часто можно наблюдать в теле мас­сива отдельные изолированные зоны с хорошей пористостью и про­ницаемостью, пересекающие стратиграфические поверхности.

В массивных резервуарах боковое перемещение жидкости и газа ограничено распространением проницаемых зон и не может происхо­дить на большие расстояния. Возможные перемещения но вертикали соизмеримы или даже больше возможных перемещений жидкостей и газов в направлении напластований. Гидродинамические системы массивных резервуаров пока плохо изучены. В некоторых случаях наблюдается связь массивных резервуаров с пластовыми. Например, в Шебелинке такая связь, по-видимому, происходит по отложениям карбона. В таких случаях можно говорить о сложном сочетании в земной коре резервуаров двух различных типов. Для одного из них характерно площадное распространение, для другого — вертикаль­ное. В то же время для многих участков земной коры, особенно к геосинклинальных областях, можно говорить о развитии локаль­ных по площади проницаемых (трещиноватых) зон на значительную глубину.

Гл. VI. Горные породы как вместилище нефти и газа

§ 3. Коллекторы и природные резервуары

Резервуары не­правильной фор­мы, литологически ограниченные со всех сторон. В эту группу резервуаров объ­единены природные резер­вуары всех видов, в ко­торых насыщающие их газообразные и жидкие углеводороды окружены со всех сторон практи­чески непроницаемыми по­родами. К резервуарам неправильной формы отно­сятся лишь зоны повышен­ной пористости и прони­цаемости пород, связан­ные с местным изменением петрографического состава породы и не распростра­няющиеся на сколько-нибудь значительную пло­щадь. Принципиальная схема таких резервуаров изображена на рис. 51. Дви­жение жидкостей и газов в них ограничено малыми размерами самого резер­вуара. Емкость резервуаров всех типов определяется их размерами и качеством коллектора. С емкостью резервуара тесно связан его энергетический запас. Энергетические запасы за­полненного жидкостью и газом природного резер­вуара используются глав­ным образом для извлече­ния на поверхность нефти, газа и в некоторых слу­чаях воды. При прочих равных условиях энергетические

соотношения пропорциональны количествам содержащихся в ре­зервуаре флюидов. Поэтому важно выяснить хотя бы ориентиро­вочно возможные соотношения между нефтью, газом и водой в резервуарах различного типа. Условия образования скоплений нефти и газа и наблюдаемые в природе особенности их залегания позволяют отметить следующее. В природных резервуарах непра­вильной формы возможно полное или почти полное заполнение всей емкости резервуара нефтью и газом.

Уровень энергетической поверхности (пьезометрический) может резко отличаться от уровня энергетических поверхностей резерву­аров, залегающих выше и ниже за счет избыточных и аномальных давлений. При вскрытии такого резер­вуара скважинами поступление нефти и газа на поверхность возможно за счет энергии, аккумулированной в них самих (рассматриваются только естественные источники энергии).

Рис. 51. Принципиальная схема резервуара, ограни­ченного со всех сторон плохо проницаемыми поро­дами. 1 — песок; 2 — глина.

В массивном резервуаре, имеющем ограниченное площадное распростране­ние, роль энергии, аккумулированной в нефти и газе, может быть значитель­ной в общем балансе энергии.

Уровень энергетической поверхности в типичных массивных резервуарах мо­жет изменяться так же, как и в резервуа­рах, литологически ограниченных со всех сторон. При наличии связи массивного резервуара с пластовыми она наиболее убедительно уста­навливается по характеру энергетической поверхности. Вэтом случае изменения уровня должны происходить плавно, с появлением положительной аномалии в пределах залежи исключительно за счет избыточных давлений.

В пластовых резервуарах доля энергии, аккумулированной в нефти и газе, весьма мала по сравнению с общей энергией резер­вуара. В пластовых резервуарах изменения энергетической поверх­ности происходят плавно в соответствии с направлением и ско­ростью движения воды в резервуаре. В случае неподвижных вод поверхность имеет горизонтальное положение. В случае движения вод она наклонена в направлении движения воды. На фоне общих изменений уровня энергетической поверхности наблюдаются локаль­ные положительные аномалии в пределах скоплений нефти и газа, обусловленные только избыточным давлением. Появление здесь ано­мальных давлений возможно только в том случае, если резервуар разбит на отдельные тектонические блоки, изолированные друг от друга. Но тогда резервуар теряет свою основную особенность — непрерывность, и практически не может рассматриваться как пласто-вый. Отдельные изолированные блоки такого резервуара должны

 

Гл. VI. Горные породы каквместилище нефти и газа

 

рассматриваться самостоятельно как резервуары, ограниченные со всех сторон.

В табл. 34 представлена классификация природных резервуаров с учетом сделанных выше замечаний. Выделение описанных типов природных резервуаров в значительной степени условно. Здесь, так же как и в классификации коллекторов, возможно выделение различных переходных типов.

Таблица 34