Гидрогеология горных пород
В гидрогеологическом отношении горные породы подразделяются на водопроницаемые и водонепроницаемые, на рыхлые и скальные.
К рыхлым относятся раздельнозернистые породы, сложенные частицами, между которыми отсутствуют структурные связи (гравий, песок разной крупности), и глинистые породы с агрегатной структурой, мельчайшие частицы которых образуют более крупные и сложные агрегаты, связанные между собой.
К скальным относятся изверженные, метаморфические и сцементированные осадочные породы (известняки, песчаники, глинистые сланцы ), имеющие жесткие связи между частицами.
Физические и водные свойства рыхлых и скальных пород зависят от их литологического и состава, пористости, трещиноватости и структуры.
Скважность и пористость
Горные породы по условиям происхождения и вследствие вторичных процессов (выветривание, растворение и выщелачивание, тектонические движения и др.) не являются абсолютно монолитными и содержат пустоты самых разных размеров и формы. В зависимости от вида и размера пустот различают скважность, обусловленную крупными порами (более 1 мм), ноздреватостью, крупной трещиноватостью и закарстованностью, и пористость, когда в горных породах имеются поры диаметров менее 1 мм и трещины шириной менее 0,25 мм.
Скважность и пористость определяют гидрогеологические свойства горных пород. В горных породах, которым присуща скважность, подземная вода передвигается только под действием силы тяжести, а в пористых породах — под действием силы тяжести, поверхностного натяжения и других факторов.
Величину пористости необходимо учитывать при решении ряда практических задач в строительстве, водоснабжении, горном деле
) величина пористости зависит от размера, формы и взаимного расположения слагающих их частиц. Пористость гипотетической породы, состоящей из частиц шаровидной формы одинакового диаметра, в зависимости от их расположения, изменяется от 25,95 до 47,64%.
Водоотдача и водопроницаемость пород, обладающих различной пористостью, зависят не только от общей пористости и размера отдельных пор, но и от их расположения в породе и взаимной связи. Если рыхлые породы сложены неоднородным плохо отсортированным материалом, то пустоты между крупными обломками заполнены более мелкими частицами, что уменьшает объем пустот, а, следовательно, и пористость.
Среди скальных пород наименьшую пористость имеют изверженные, у которых она обычно не превышает долей процента. Исключением является артикский туф Армении, пористость которого достигает 60%.
Пористость глинистых пород, несмотря на очень малую величину отдельных пор, в большинстве случаев превосходит пористость песков и нередко достигает 60% и более; поры в этих породах обычно имеют щелевидную форму. Пористость глинистых пород непостоянна и изменяется в зависимости от степени их увлажнения и величины внешнего давления.
К водным (гидрогеологическим) свойствам горных пород относят те, которые проявляются в них при взаимодействии с водой:
- водопроницаемость;
- капиллярное поднятие;
- влагоемкость;
- водоотдачу;
- растворимость;
- набухание;
- усадку;
- пластичность;
- консистенцию.
Водопроницаемость — это свойство пород пропускать воду под действием силы тяжести, которое обусловливается их скважностью и пористостью. Не все породы водопроницаемы. Глинистые породы, пористость которых почти всегда выше пористости раздельнозернистых пород (пески и др.), практически не пропускают воду вследствие того, что поры в них очень мелкие и находящаяся в них физически связанная вода не подвержена действию сил гравитации.
Источник
Коллекторы и флюидоупоры
Коллекторы – это горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду, и отдавать их при разработке
Коллекторы — это горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду, и отдавать их при разработке.
Коллекторские ( фильтрационные) свойства породы: пористость и проницаемость.
Породы-коллекторы могут иметь первичную и вторичную пористость:
- первичная пористость образуется при формировании самой горной породы, напр.: осадконакопление, образование магматических пород;
- вторичная пористость образуется если на породы действуют какие-либо процессы или явления, например: тектонические процессы, растворение пород, просадка (явление).
Большинство пород-коллекторов имеют осадочное происхождение.
По литологическому составу коллекторами нефти и газа являются горные породы:
- терригенные (пески, алевриты, песчаники, алевролиты и некоторые глинистые породы),
- карбонатные (известняки, мел, доломиты),
- вулканогенно- осадочные,
- кремнистые.
Основные типы коллекторов — терригенные и карбонатные.
Менее значимые коллекторы, связанные с вулканогенно-осадочными, глинистыми и редко-кристаллическими породами.
Терригенные коллекторы занимают 1 е место.
На них приходится доля 58 % мировых запасов нефти и 77 % газа.
К примеру, в Западно-Сибирском бассейне, практически все запасы газа и нефти находятся в терригенных коллекторах.
Литологически, терригенные коллекторы характеризуются гранулометрией — размером зерен.
Размер частиц: крупнозернистых песков — 1-0,25 мм; мелкозернистых песков — 0,25-0,1 мм; алевролитов — 0,1-0,05 мм.
Емкостно-фильтрационные свойства различны.
Пористость составляет 15-20%, проницаемость — 0,1-0,01 (редко 1) квадратных микрометров (мкм 2 ).
- > 1000 мД — I класс.
- 500 — 1000 мД — II класс;
- 100-500 мД — III класс;
- 10 — 100*10 -3 мкм 2 (10-100мД) — IV класс;
- 1 — 10 *10 -3 мкм 2 (1-10мД) — V класс;
- 0,1 — 1 *10 -3 мкм 2 (0,1-1мД) — VI класс.
Коллекторские свойства определяются структурой порового пространства, межгранулярной пористостью.
Глинистость ухудшает коллекторские свойства.
Карбонатные коллекторы занимают 2 е место.
На них приходится доля 42% запасов нефти и 23% газа.
Главные отличия карбонатных коллекторов от терригенных:
Наличие, в основном, только 2 х основных породообразующих минерала — кальцита и доломита;
Фильтрация нефти и газа обусловлена, в основном, трещинами, кавернами.
Карбонатные коллекторы присутствуют на месторождениях бассейна Персидского залива, нефтегазоносных бассейнов США и Канады, в Прикаспийском бассейне.
Коллекторы, обнаруженные в вулканогенных и вулканогенно-осадочных породах, представлены эффузивными породами (лавами, пемзами) и вулканогенно-осадочными (туфами, туфобрекчиями, туфопесчаниками).
Среди глинистых коллекторов особое место занимают битуминозные глины баженовской свиты в Западной Сибири.
На Салымском, Правдинском и других месторождениях баженовские глины залегают на глубинах 2750 — 3000 м при пластовой температуре 120-128 ºС, имеют мощность 40 м.
Возраст — волжский век и берриас (юра и мел).
Дебит нефти — в интервале 0,06 — 700 м 3 /сутки.
По строению коллекторы делятся на 3 типа — гранулярные, трещиноватые и смешанные.
Гранулярные коллекторы сложены песчано-алевритовыми породами, поровое пространство которых состоит из межзерновых полостей. Подобным строением порового пространства характеризуются также некоторые пласты известняков и доломитов.
Трещиноватые коллекторы сложены преимущественно карбонатами, поровое пространство образуется системой трещин. Участки коллектора между трещинами представляют собой плотные малопроницаемые нетрещиноватые массивы (блоки) пород, поровое пространство которых практически не участвует в процессах фильтрации.
Трещиноватые коллекторы смешанного типа встречаются чаще всего, поровое пространство включает как системы трещин, так и поровое пространство блоков, а также каверны и карст.
Трещиноватые коллекторы смешанного типа в зависимости от наличия в них пустот различного типа подразделяются на подклассы — трещиновато-пористые, трещиновато-каверновые, трещиновато-карстовые и т.д.
Около 60% запасов нефти в мире приурочено к песчаным пластам и песчаникам, 39% — к карбонатным отложениям, 1% — к выветренным метаморфическим и изверженным породам, что делает породы осадочного происхождения — основными коллекторами нефти и газа.
По коллекторским свойствам выделяют 4 группы пород-коллекторов.
Классификация Дахнова:
- кварцевые;
- кварц-полишпатовые;
- карбонатные;
- эвапоритовые (гипс-ангидритовые).
Тип пустотного пространства, обусловленный происхождением породы, определяет ее физические свойства, поэтому он положен в основу наиболее часто используемой классификации пород-коллекторов.
Пористость горной породы — наличие в ней пор (пустот), характеризует способность горной породы вмещать жидкости и газы.
Проницаемость — способность горных пород пропускать флюиды, зависит от размера и конфигурации пор, что обусловлено размером зерен терригенных пород, плотностью укладки и взаимным расположением частиц, составом и типом цемента и др. Очень большое значение для проницаемости имеют трещины.
Непроницаемые породы или флюидоупоры — это породы, которые препятствуют уходу нефти, газа и воды из коллектора.
Они перекрывают коллектор сверху (в ловушках), но могут и замещать коллектор по простиранию, когда, например, глины замещают песчаники вверх по подъему пласта.
Флюидоупоры могут не пропускать жидкость (нефть и воду), могут пропускать газ, который имеет меньшую вязкость.
По литологическому составу флюидоупоры представлены глинистыми, карбонатными, галогенными, сульфатными и смешанными типами пород.
Наилучшие по качеству флюидоупоры — это каменная соль и пластичные глины, так как в них нет трещин.
В каменной соли вследствие её пластичности нет открытых пустот и трещин, каналов фильтрации, поэтому она является прекрасным экраном на пути движения нефти и газа.
Глинистые флюидоупоры наиболее часто встречаются в терригенных нефтегазоносных комплексах.
Экранирующие свойства их зависят от состава минералов, имеющих различную емкость поглощения.
Источник
