1. Роль физики пласта в процессе разработки месторождений нефти и газа
 Скачать 214.5 Kb.
|
|
1.Роль физики пласта в процессе разработки месторождений нефти и газа. Физика пласта — наука, изучающая физические свойства пород нефтяных и газовых коллекторов; свойства пластовых жидкостей, газов и газоконденсатных смесей; методы их анализа, а также физические основы увеличения нефте- и газоотдачи пластов. В последние десятилетия ни одно месторождение не начинают разрабатывать без детального изучения физических свойств пород пласта, пластовых жидкостей и газов — без этого нельзя осуществить научно обоснованную разработку месторождений нефти и газа. Эксплуатация нефтяных, газовых и газоконденсатных залежей связана с фильтрацией огромных масс жидкостей и газов в пористой среде к забоям скважин. От свойств пористых сред, пластовых жидкостей и газов зависят закономерности фильтрации нефти, газа и воды, дебиты скважин, продуктивность коллектора. По мере эксплуатации залежей условия залегания нефти, воды и газа в пласте изменяются. Это сопровождается значительными изменениями свойств пород, пластовых жидкостей, газов и газоконденсатных смесей. Поэтому эти свойства рассматриваются в динамике — в зависимости от изменения пластового давления, температуры и других условий в залежах. Современный инженер-нефтяник, занимающийся рациональной разработкой нефтяных и газовых месторождений, должен хорошо знать геологическое строение залежи, её физические характеристики (пористость, проницаемость, насыщенность и др.), физико-химические свойства нефти, газа и воды, насыщающие породы, уметь правильно обработать и оценить данные, которые получены при вскрытии пласта и при его последующей эксплуатации. Эти данные позволят определить начальные запасы углеводородов в залежи. Они необходимы для объективного представления о процессах, происходящих в пласте при его разработке и на различных стадиях эксплуатации. 2. Классификация гп по происхождению Горная порода(ГП)- совокупность минералов более или менее одинаковых по своему составу. Минералы- однородное природное твердое тело, находящееся или бывшее в кристаллическом состоянии. По происхождению: 1)магматические (изверженные): интрузивные(глубинные магматические породы)- габбро, гранит; эффузивные(вулканические изверженные породы)-базальт, пемза. 2)осадочные(разрушение литосферы): карбонатные:1) хемогенные-поваренная соль; 2) органогенные-мел, известняк, торф, уголь ; обломочные(теригенные)-песчаник, песок, глина; 3)метаморфические(изверженные или осадочные гп под воздействием давления и температуры)-мрамор,гнейс,кварцит. 3. Осадочные породы. Классификация. Осадочные гп- гп, существующие в термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной коры и образующиеся в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения гп, хим. и мех. Выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трех процессов одновременно. Осадочные породы имеют смешанный состав: песчаные пласты могут содержать карбонатные минералы; карбонатные пласты часто содержат терригенный материал. 4 главных компонента осадочных гп: песок алеврит или глина кальцит или доломит кремний Классификация гп по генезису: Обломочные(терригенные)- образуются в результате разрушения, переноса и накопления обломков гп и минералов. Карбонатные: Хемогенные- образуются при кристаллизации солей из водных растворов в замкнутых водоемах, в местах выхода источника на поверхность земли. Органогенные- в образовании играют роль живые организмы. Смешанные- образуются в результате накопления и смешивания различных типов осадочного вещества. осадочные(разрушение литосферы): карбонатные:1) хемогенные-поваренная соль; 2) органогенные-мел, известняк, торф, уголь ; обломочные(теригенные)-песчаник, песок, глина; 4. Понятие структурно-текстурного строения нефтегазового пласта. Структура- особенности внутреннего строения гп, связанные со степенью кристалличности, абсолютными и относительными размерами зерен, их формой и взаимоотношением. Структура гп: псефитовая (более 2 мм), псамитовая(0,1-2 мм), алевритовая(0,01-0,1 мм), пелитовая(менее 0,01 мм). Текстура- особенности строения гп, определенные характером размещения минеральных зерен в гп и их ориентировкой. Текстура гп: 1.Слоистость: горизонтальная, вертикальная, неправильная; 2. характер размещения и расположения пор; 3. взаиморасположение и количественное соотношение цемента и зерен породы. Типы цементов: (РИСУНОК) контактовый(обломки очень тесно прижаты друг к другу, цемент можно встретить только в местах их непосредственного соприкосновения), пористость 16-26%; сгустковый; пленочный(вокруг каждого обломка существует пленка цемента), пористость 12-16%; поровый(зерна соприкасаются друг с другом, при этом цемент заполняет поры между ними), пористость 7-12%; базальный(зерна друг с другом не соприкасаются, а свободно «плавают» в цементе), пористость 3-7%. 5. Понятие коллектора и неколлектора. 1)Коллекторы-гп, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду, и отдавать их при разработке. По литологическому составу коллекторами нефти и газа являются терригенные (пески, алевриты, песчаники, алевролиты и некоторые глинистые породы), карбонатные (известняки, мел, доломиты), вулканогенно-осадочные и кремнистые породы. Основные типы коллекторов- терригенные и карбонатные. Менее значимые коллекторы, связанные с вулканогенно-осадочными, глинистыми и редко-кристаллическими породами. 1.Терригенные. Литологически, терригенные коллектора характеризуются гранулометрией- размером зерен. Коллекторские свойства определяются структурой порового пространства, межгранулярной пористостью. 2.Карбонатные. Наличие, в основном, 2х основных породообразующих минералов- кальцита и доломита. Фильтрация нефти и газа обусловлена, в основном, трещинами и кавернами. 3.Вулканогенные. Коллекторы, обнаруженные в вулканогенных и вулканогенно-осадочных породах, представлены эффузивными породами( лавами, пемзами) и вулканогенно-осадочными (туфами, туфобрекчиями, туфопесчаниками). Коллекторские свойства связаны часто с вторичным изменением пород, возникновением трещин. 2)Непроницаемые породы или флюидоупоры- породы, которые препятствуют уходу нефти, газа и воды из коллектора. Они перекрывают коллектор сверху (в ловушках). По литологическому составу флюидоупоры представлены глинистыми, карбонатными, галогенными, сульфатными и смешанными типами горных пород. Наилучшие по качеству флюидоупоры- каменная соль и пластичные глины, так как в них нет трещин. 1.В каменной соли вследствие ее пластичности нет открытых пустот и трещин, каналов фильтрации, поэтому она является прекрасным экраном на пути движения нефти и газа. 2.Глинистые флюидоупоры наиболее часто встречаются в терригенных нефтегазоносных комплексах. 6. Типы коллекторов нефти и газа. Коллекторы-гп, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду, и отдавать их при разработке. По литологическому составу коллекторами нефти и газа являются терригенные (пески, алевриты, песчаники, алевролиты и некоторые глинистые породы), карбонатные (известняки, мел, доломиты), вулканогенно-осадочные и кремнистые породы. Большая часть нефтяных и газовых месторождений приурочена к коллекторам 3х типов: 1)гранулярным. К этому типу относятся коллекторы, сложенные песчано-алевритовыми породами, поровое пространство которых состоит из межзерновых полостей. 2)трещинным. К этому типу относятся коллекторы сложенные карбонатными отложениями, сланцами; поровое пространство слагается системой трещин. При этом участки коллектора, залегающие между трещинами, представляют плотные малопроницаемые массивы, поровое пространство которых практически не участвует в процессах фильтрации. 3)смешанного строения. Относятся коллекторы, поровое пространство которых слагается как системами трещин, так и поровым пространством блоков, а также кавернами и карстами.
7. Основные свойства горных пород и методы их определения. 1. Механические свойства( характеризуют способность материала сопротивляться всем видам внешних воздействий с приложением силы): Упругость- свойство(СВ-ВО) тела деформироваться под действием нагрузки и восстанавливать первоначальную форму и размеры после ее снятия. (Статический метод: нагружение под прессом и измерение упругих деформаций образца; Динамический метод: измерение скорости распространения упругих колебаний в гп) Сжимаемость- способность гп изменять свой объем под воздействием всестороннего давления. Различают обратимую и необратимую сжимаемость. Прочность- св-во материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих под действием внешних сил- прочность на сжатие и разрыв. (Метод контактной прочности: прочность образца определяется по величине нагрузки в момент хрупкого разрушения, отнесенной к площади штампа) Твердость- св-во тела сопротивляться внедрению более твердого тела. (Метод Бринелля: вдавливание в испытываемую поверхность стального закаленного шарика диаметром 1-10мм при нагрузке от 625Н до 30кН) Пластичность- св-во гп необратимо деформироваться без микроскопических нарушений сплошности под действием механической нагрузки. Увеличивается с ростом тем-ры и давления. Набухание и размокание- процесс увеличения объема твердого тела вследствие поглощения им из окружающей среды жидкости и пара. Крепость- сопротивление гп общему разрушению. 2. Фильтрационно-емкостные свойства Пористость- способность гп вмещать флюид и отдавать его при разработке. (Метод И.А. Преображенского. Он заключается во взвешивании сухого образца в воздухе и того же образца , насыщенного керосином, в воздухе и в керосине. Объем открытых пор при этом определяется объемом керосина, вошедшего в поровое пространство образца. Объем образца определяется гидростатическим взвешиванием, т.е. по разности масс насыщенного жидкостью образца и насыщающей жидкостью.) Проницаемость- способность гп пропускать через себя флюид под действием перепада давления. (С помощью аппарата, состоящего из баллона с редуктором, кернодержателя и счетчика газа) Насыщенность пор водой, нефтью или газом. (Экстрагирование образцов в приборе Дина и Старкса или в приборах Закса; Хлоридный; Электропроводности; Полупроницаемых мембран (перегородок); Центрифугирование) 3. Тепловые свойства - св-ва, определяющие термодинамическое состояние и тепловые процессы, идущие в гп. Удельная теплоемкость- количество теплоты, необходимой для нагрева единицы массы гп на 1 градус Цельсия. (ФОРМУЛА) Коэффициент теплопроводности- кол-во теплоты, переносимой в породе через единицу площади, в единицу времени при градиенте температуры. (ФОРМУЛА) Коэффициент температуропроводности- скорость нагрева породы. (ФОРМУЛА) Сведения о тепловых свойствах гп необходимы для решения следующих задач: интерпретация результатов термического изучения скважин и геотермических исследований недр терморазведка полезных ископаемых проведение тепловых расчетов в нефтегазопромысловой практике теоретические исследования, связанные с выбором рациональных методов эксплуатации, интенсификация добычи нефти и газа и проведение теплового воздействия на пласт контроль за разработкой нефтяных и газовых месторождений, составление проекта доразведки и доразработки месторождений нефти и газа и подсчет их запасов выявление характера зависимости тепловых свойств от других физических свойств пород, температуры и давления. 4. Акустические свойства -величины, которые характеризуют их свойства передавать( распространять) упругие колебания. Удельное волновое сопротивление- способность материала гп отражать и преломлять упругие волны. Коэффициент отражения. 5. Гранулометрический состав - количественное содержание в гп частиц различной величины в процентах по весу. 6. Удельная поверхность -суммарная поверхность частиц или поровых каналов, содержащихся в единице объема образца. Методы определения: Аналитический( по гранулометрическому составу, пористости, проницаемости) Фильтрационный( Основан на изучении сопротивления течения через пористые породы разряженного воздуха при кнудсеновском режиме( поток газа, при котором столкновения молекул друг с другом крайне редки по сравнению с ударами о стенки пор, т.е. газ настолько разряжен, что средняя длина пробега его молекул сравнима или даже велика по сравнению с диаметром поровых каналов). Адсорбционный( Основан на определении объема или массы вещества, адсорбированного на поверхности и образующего мономолекулярной. Адсорбирующие вещества- азот, аргон и криптон.) Меченых атомов(количество радиоактивного иона, поглощенного веществом при его погружении в раствор определяется по уменьшению активности фильтрата раствора вследствие поглощения меченого атома твердой фазой). (ФОРМУЛА) 8. Гранулометрический состав пород. - количественное содержание в гп частиц различной величины в процентах по весу. Зависит от: минералогического состава материнской породы; климатической обстановки, в которой проходило выветривание земной коры; условий переноса и седиментации обломочного материала. Методы определения: микроскопический; ситовый; седиментационный; лазерный; оптический. Гранулометрическая крупность характеризует абсолютные размеры зерен и определяется ситовым анализом, т.е. рассеиванием. Гидравлическая крупность характеризуется скоростью оседания частиц в воде и определяются методами седиментации. Классификация гп по гранулометрическому составу: грубозернистые( более 1мм); крупнозернистые( 1-0,5мм); среднезернистые( 0,5-0,25мм); мелкозернистые( менее 0,25мм). По результатам гранулометрического анализа можно определять удельную поверхность гп, размер щелей забойного фильтра, коэффициент неоднородности, эффективный диаметр частиц. 9. Определение гранулометрического состава пород. Гранулометрический состав пород- количественное содержание в гп частиц различной величины в процентах по весу. Методы определения: микроскопический; ситовый; седиментационный; лазерный; оптический. Ситовый анализ. Из образца породы извлекают жидкость и высушивают при температуре 105 градусов Цельсия. Размельчают на зерна в фарфоровой или агатовой ступе пестиком с резиновым наконечником( чтобы не повредить зерна). Берут навеску 50г. Извлекают из встряхивающего аппарата набор сит, снимают крышку и высыпают навеску в верхнее сито( имеет самый большой диаметр отверстий), закрывают крышкой и устанавливают комплект сит в аппарат. Запускают аппарат на 15 мин. По истечению времени набор из сит извлекают из аппарата и содержимое каждого сита и тазика высыпают на черную глянцевую бумагу (чтобы было виднее и зерна не прилипали к бумаге) и обметают сита. Каждую фракцию взвешивают и подсчитывают ее процентное содержание по массе. По результатам измерений строят кривые суммарного состава( по оси ординат массовые, весовые проценты, по оси абсцисс- логарифмы диаметров частиц d ср) и распределения зерен песка по размерам( по оси абсцисс откладывают диаметры частиц, по оси ординат- содержание каждой фракции в исследуемой породе в процентах по массе). Седиментационный анализ. -метод определения гранулометрического состава гп, в основе которого лежит зависимость между размером (массой) и скоростью движения тела в вязкой среде( газе или жидкости) под действием гравитационных или центробежных сил. Закон Стокса справедлив только для сферических частиц и при условии, что в процессе оседания исключается столкновение между частицами. (ФОРМУЛА) Оптический анализ. Оптический гранулометрический анализ сыпучих тел обеспечивает возможность автоматического подсчета числа частиц определенной фракции Микроскопический анализ. -способ изучения состава гп с помощью микроскопа; позволяет изучать строение объектов, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности глаза человека. Метод заключается в измерении размеров частиц визуально либо по микрофотографиям. Для зернового анализа частиц размером более 0,5мкм используются микроскопы с обычной световой оптикой, для частиц с размерами менее 0,5мкм применяются электронные микроскопы. Лазерный анализ. Метод лазерной дифракции позволяет получить объемное распределение частиц по размерам по данным измеряемой угловой зависимости интенсивности рассеянного света. 10. Микроскопический, ситовый и седиментационный анализы. Гранулометрический состав пород- количественное содержание в гп частиц различной величины в процентах по весу. Методы определения: микроскопический; ситовый; седиментационный; лазерный; оптический. Ситовый анализ. Из образца породы извлекают жидкость и высушивают при температуре 105 градусов Цельсия. Размельчают на зерна в фарфоровой или агатовой ступе пестиком с резиновым наконечником( чтобы не повредить зерна). Берут навеску 50г. Извлекают из встряхивающего аппарата набор сит, снимают крышку и высыпают навеску в верхнее сито( имеет самый большой диаметр отверстий), закрывают крышкой и устанавливают комплект сит в аппарат. Запускают аппарат на 15 мин. По истечению времени набор из сит извлекают из аппарата и содержимое каждого сита и тазика высыпают на черную глянцевую бумагу (чтобы было виднее и зерна не прилипали к бумаге) и обметают сита. Каждую фракцию взвешивают и подсчитывают ее процентное содержание по массе. По результатам измерений строят кривые суммарного состава( по оси ординат массовые, весовые проценты, по оси абсцисс- логарифмы диаметров частиц d ср) и распределения зерен песка по размерам( по оси абсцисс откладывают диаметры частиц, по оси ординат- содержание каждой фракции в исследуемой породе в процентах по массе). Седиментационный анализ. -метод определения гранулометрического состава гп, в основе которого лежит зависимость между размером (массой) и скоростью движения тела в вязкой среде( газе или жидкости) под действием гравитационных или центробежных сил. Закон Стокса справедлив только для сферических частиц и при условии, что в процессе оседания исключается столкновение между частицами. (ФОРМУЛА) Оптический анализ. Оптический гранулометрический анализ сыпучих тел обеспечивает возможность автоматического подсчета числа частиц определенной фракции Микроскопический анализ. -способ изучения состава гп с помощью микроскопа; позволяет изучать строение объектов, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности глаза человека. Метод заключается в измерении размеров частиц визуально либо по микрофотографиям. Для зернового анализа частиц размером более 0,5мкм используются микроскопы с обычной световой оптикой, для частиц с размерами менее 0,5мкм применяются электронные микроскопы. Лазерный анализ. Метод лазерной дифракции позволяет получить объемное распределение частиц по размерам по данным измеряемой угловой зависимости интенсивности рассеянного света. 11. Форма представления результатов гранулометрического анализа. Гранулометрический состав пород- количественное содержание в гп частиц различной величины в процентах по весу. Подробно рассмотрим весь процесс на примере ситового анализа. Из образца породы извлекают жидкость и высушивают при температуре 105 градусов Цельсия. Размельчают на зерна в фарфоровой или агатовой ступе пестиком с резиновым наконечником( чтобы не повредить зерна). Берут навеску 50г. Извлекают из встряхивающего аппарата набор сит, снимают крышку и высыпают навеску в верхнее сито( имеет самый большой диаметр отверстий), закрывают крышкой и устанавливают комплект сит в аппарат. Запускают аппарат на 15 мин. По истечению времени набор из сит извлекают из аппарата и содержимое каждого сита и тазика высыпают на черную глянцевую бумагу (чтобы было виднее и зерна не прилипали к бумаге) и обметают сита. Каждую фракцию взвешивают и подсчитывают ее процентное содержание по массе. |