физика пласта. 4. Залежи нефти и газа. Классификация запасов. Запасы нефти
 Скачать 43.89 Kb.
|
|
4. Залежи нефти и газа. Классификация запасов. Запасы нефти в мире оцениваются по-разному, но принято считать запасы, которые могут быть извлечены при нынешнем уровне развития техники и технологии. Наиболее распространённая в мире классификация, она учитывает не только вероятность нахождения нефти и газа в месторождении, но и экономическую эффективность добычи этих запасов. Запасы делятся на 3 класса:
3. Свойства горных и осадочных пород. Горные породы являются природной совокупностью минералов постоянного минералогического состава, непрерывно образующей в земной коре самостоятельное тело. Все они делятся на 3 группы по происхождению: магматические (интрузивные и эффузивные), метаморфические и осадочные. Метаморфические и магматические слагают примерно 90% от объёма земной коры, но они не слишком распространены на поверхности материков. Остальные 10% занимают осадочные горные породы (ОГП), покрывающие 75% площади поверхности земли. Осадочные горные породы Этот вид горных пород на земной поверхности, а также вблизи нее образуется в условиях низких давлений и температур вследствие преобразований континентальных и морских осадков. Осадочные горные породы по способу образования подразделяются на 3 генетические группы:
Свойства основных осадочных горных породК основным осадочным горным породам относятся: известняк и его разновидности, песчаник и доломит. Известняк – главным образом состоит из углекислого кальция с примесью углекислого магния, глинистых, железистых и других включений. Свойства известняков разнообразны и зависят от их текстуры, структуры и состава. Обладают высокой прочностью на сжатие (от 900 до 1500 кгс/см2). Песчаник – состоит из зерен минералов, сцементированных природными веществами. Прочность в пределах 600—2600 кгс/см2, в зависимости от наличия примесей и цементирующего вещества. Доломит – состоит из минерала доломита, близок по свойствам плотным известнякам. 6. Водонасыщенность горных пород. ВОДОНАСЫЩЕННЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ— горные породы, в которых все поры и пустоты полностью заполнены (насыщены) свободной и связанной водой. Залегают в зоне насыщения. Различают водоносные водонасыщенные горные породы (галечники, пески, песчаники, трещиноватые известняки и др.), содержащие главным образом свободную воду, и водоупорные — содержащие преимущественно связанную воду (глины, сланцы, плотные кристаллические породы и др.). При проведении горных работ в водонасыщенных горных породах применяют специальные способы проходки с тампонированием, замораживанием, водопонижением и т.п. 7. Коллекторские свойства горных пород. Структура пористых сред. КОЛЛЕКТОРСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД) — способность горных пород пропускать через себя жидкие и газообразные флюиды и аккумулировать их в пустотном пространстве. Основные параметры: проницаемость, ёмкость, флюидонасыщенность. Проницаемость горной породы — наиболее важный параметр коллектора, определяющий потенциальную возможность извлечения из породы нефти и газа. Породы, способные при гидростатических давлениях пропускать жидкие и газообразные флюиды через сообщающиеся пустоты, называются проницаемыми. Различают абсолютную, эффективную и относительную проницаемости. Абсолютная (физическая) Ka — проницаемость при фильтрации однородной жидкости или газа; определяется геометрией порового пространства и характеризует физические свойства породы. Эффективная Кэф — способность породы пропускать флюид в присутствии других насыщающих пласт флюидов; зависит от сложности структуры порового пространства, поверхностных свойств, наличия глинистых частиц. Относительная Кэф/Ka — возрастает с увеличением насыщенности породы флюидом и достигает максимального значения при полном насыщении; для нефти, газа, воды колеблется от нуля при низкой насыщенности до единицы при 100%-ном насыщении. Физические свойства коллекторов - пород нефтегазоносных плас тов в решающей степени определяют показатели и эффективность раз работки нефтяных и газовых месторождений. Фильтрационные, коллекторские и физические свойства пород нефтегазовых пластов характеризуются следующими основными параметрами: 1) гранулометрический (механический) состав; 2) пористость; 3) проницаемость; 4) удельная поверхность; 5) карбонатность; 6) капиллярность; 7) механические свойства (плотность, упругость, пластиность, сопротивление разрыву, сжатию и другим видам деформации, сжимаемость); 8) термические свойства (теплопроводность, теплоемкость, температуропроводность, термическое расширение); 9) электрофизические свойства 10) магнитные и радиоактивные свойства. По своему происхождению осадочные породы подразделяются на три большие группы: · Обломочные – породы, являющиеся продуктом разрушения различных горных пород; они сохраняются в рыхлом или сцементированном состоянии при процессах диагенеза (стадия формирования осадка путем постепенного уплотнения) и эпигенеза (видоизменение породы при продолжающемся прогибании земной коры). · Химические · Органогенные Структура породы определяется преимущественно размером и формойзерен. По размерамразличают структуры: * псефиты - порода состоит из обломков средним диаметром более 2 мм; * псаммиты - размер зерен составляет 0,1 ¸ 2 мм; * алевриты - размер зерен составляет 0,01 ¸ 0,1 мм; * пелиты - порода состоит из частиц 0,01 мм и менее. 8. Гранулометрический состав горных пород. Гранулометрический состав — важный показатель физических свойств и структуры материала. Общепринятой классификации по данным гранулометрического состава не существует, что связано с различием целей и объектов, для которых производится определение гранулометрического состава. В геологии (литологии), горном деле, обогащении полезных ископаемых, грунтоведении, почвоведении, технологии строительных материалов и других областях техники применяют различные классификации и шкалы классов (фракций) крупности Фракции частиц в горном деле Классы (фракции) обычно обозначают в мм, в обогащении полезных ископаемых классы крупнее и мельче данного размера — знаками плюс и минус соответственно. В геологии при оценке осадочных горных пород различают (в скобках указан размер частиц):
В горном деле гранулометрический состав горной массы, отделённой от массива, используют для оценки результатов буровзрывных работ, качества продуктов обогащения и учитывают при выборе типа и параметров технологического оборудования в карьерах, на шахтах, дробильно-сортировочных, обогатительных, окомковательных фабриках Определение гранулометрического состав Для определения гранулометрического состава всей массы руды, состоящей из мелких частиц различных размеров и неправильной формы, проводят следующие анализы: ситовые, седиментационные или дисперсионные, микроскопические. 9. Карбонатность горных пород. КАРБОНАТНЫЕ ПОРОДЫ — горные породы, сложенные в основном карбонатами природными. К этой группе могут быть отнесены все горные породы, состоящие из кальцита, арагонита, доломита, магнезита, сидерита, анкерита, родохрозита, витерита и др. Основные минералы, слагающие карбонатные породы: кальцит, доломит и в меньшей степени магнезит. В карбонатных породах почти всегда присутствуют глинистое и органические вещество, кварц, часто глауконит, пирит, фосфорит, кремень и т.д. Основная масса карбонатных пород образовалась осадочным путём в морских и озёрных бассейнах. Выделяется 3 главных генетических типа карбонатных пород: органогенные, хемогенные и обломочные. Карбонатные породы составляют около 20% по массе от всех осадочных образований; они известны в отложениях всех возрастов, мощность пластов может достигать нескольких сотен метров. Карбонатные породы весьма разнообразны по вещественному составу, структуре и происхождению, вследствие чего среди них выделяется много типов и разновидностей. Основная масса карбонатных пород подразделяется в зависимости от содержания в них кальцита и доломита и от соотношения карбонатной и терригенной составляющих на следующие разновидности: известняк СаСО3 95-100%, CaMg (СО3)2 5-0%; доломитовый известняк (соответственно 50-95% и 50-5%); известковый доломит (5-50% и 95-50%); доломит (0-5% и 100-95%). По содержанию СаСО3 и глины выделяются: известняк (доломит) (95-100% и 5-0%); глинистый известняк (доломит) (75-95% и 25-5%); мергель, доломитовый мергель (25-75% и 75-25%); известковая (доломитовая) глина (5-25% и 95-75%); глина (0-5% и 100-95%). Резко отличается по структуре наиболее чистая разновидность карбонатных пород — мел, состоящий в основном из тончайших частиц размером 1-3 мк (остатки морских водорослей — кокколитофорид). 10. Удельная поверхность горных пород. Удельная поверхность горной породы — это величина суммарной поверхности частиц, приходящаяся на единицу объема образца. Из-за небольших размеров частиц, слагающих горные породы, и большой плотности их упаковки общая площадь поверхностей порового пространства горной породы достигает огромных размеров.От величины удельной поверхности нефтесодержащих пород зависят их проницаемость, содержание остаточной (связанной) воды, адсорбционная способность и так далее. Если пористая среда имеет большую удельную поверхность, то число поверхностных молекул жидкости возрастает и становится сравнимым с числом объемных молекул. Поэтому поверхностно-молекулярные явления в малопроницаемой породе могут оказать существенное влияние на процесс фильтрации жидкости, чем в высокопроницаемых горных породах. 35. Радиоактивность горных пород. Радиоактивность горных пород определяется прежде всего радиоактивностью породообразующих минералов. В зависимости от качественного и количественного состава минералов, условий образования, возраста и степени метаморфизма их радиоактивность изменяется в очень широких пределах. Радиоактивность пород и руд по эквивалентному процентному содержанию урана принято подразделять на следующие группы: породы практически нерадиоактивные (  10-5 %); породы средней радиоактивности ( 10-4 %); высокорадиоактивные породы и убогие руды ( 10-3 %); бедные радиоактивные руды ( 10-2 %); рядовые и богатые радиоактивные руды (  0,1 %).К практически нерадиоактивным относятся такие осадочные породы, как ангидрит, гипс, каменная соль, известняк, доломит, кварцевый песок и др., а также ультраосновные, основные и средние породы. Средней радиоактивностью отличаются кислые изверженные породы, а из осадочных - песчаник, глина и особенно тонкодисперсный морской ил, обладающий способностью адсорбировать радиоактивные элементы, растворенные в воде. Радиоактивные руды (от убогих до богатых) встречаются на урановых или ураново-ториевых месторождениях эндогенного и экзогенного происхождения. Их радиоактивность изменяется в широких пределах и зависит от содержания урана, тория, радия и других элементов. С радиоактивностью горных пород тесно связана радиоактивность природных вод и газов. В целом в гидросфере и атмосфере содержание радиоактивных элементов ничтожно мало. Подземные воды могут иметь разную радиоактивность. Особенно велика она у подземных вод радиоактивных месторождений и вод сульфидно-бариевого и хлоридно-кальциевого типов. Радиоактивность почвенного воздуха зависит от количества эманаций таких радиоактивных газов, как радон, торон, актинон. 33. Электрические характеристики горных пород. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА горных пород и минералов — совокупность свойств, характеризующих способность минералов и горных пород проводить электрический ток. К основным электрическим свойствам относятся: электрическое сопротивление или обратная ему величина — электропроводность, поляризуемость и диэлектрическая постоянная. Наибольшее значение в практике геологических и горных исследований имеет изучение удельного электрического сопротивления пород и минералов, определяемого как сопротивление куба вещества (со сторонами 1 м) электрическому току, направленному перпендикулярно одной из его граней. Удельное электрическое сопротивление зависит от сопротивления минералов, слагающих горные породы, и флюидов, заполняющих поры, от влажности, пористости, структуры породы, температуры и давления в массиве. К хорошо проводящим (10-6-10-4 Ом•м) относятся самородные металлы, к полупроводникам (10-5-103 Ом•м) — большая часть рудных минералов (пирит, пирротин, галенит, ковеллин, сфалерит и др.); к диэлектрикам — большая часть породообразующих минералов, в том числе все минералы класса силикатов, сульфатов, карбонатов, некоторые оксиды (кварц, корунд). Минеральный скелет горных пород проводит ток значительно хуже, чем природные растворы, заполняющие поры и трещины, поэтому с увеличением увлажнённости горных пород, их пористости электрическое сопротивление уменьшается в 10-30 раз. При замерзании воды в порах и других пустотах сопротивление возрастает на 2-3 порядка. Удельное электрическое сопротивление горных пород растёт также с увеличением их газо- и нефтенасыщенности. Поскольку структура, пористость и влажность различны для основных генетических горных пород — осадочных, изверженных и магматических, то соответственно различно и их электрическое сопротивление. Наименьшие значения сопротивления характерны для осадочных горных пород (за исключением каменной соли, гипса и ангидрита), что объясняется их повышенной пористостью и увлажнённостью, более высокие значения имеют метаморфические горные породы, сопротивление которых растёт с увеличением степени метаморфизма (до тысячи Ом•м), наибольшие сопротивления наблюдаются у изверженных горных пород (тысячи — десятки тысяч Ом•м). Удельное сопротивление большей части руд зависит от процентного содержания в них хорошо проводящих минералов и их структурно-текстурного соотношения с непроводящими минералами. Наибольшей проводимостью (10-2-10 Ом•м) обладают массивные колчеданные и полиметаллическиПоляризуемость характеризует способность минералов и горных пород поляризоваться в электрическом поле вследствие физико-химических процессов, происходящих на границе твёрдой и жидкой фаз. Она определяется отношением (%) напряжённостей первичного электромагнитного поля, пропускаемого в землю, и вторичного поля, созданного поляризованной геологической средой. Поляризуемость уменьшается с повышением влажности и минерализациипоровой влаги. Значение поляризуемости большинства минералов и горных пород не превышает 1-2%, для графитовых сланцев и прожилково-вкрапленных руд, содержащих минералы с электронной проводимостью, поляризуемость возрастает до нескольких десятков %.е руды.\ 32. Тепловые характеристики горных пород. Тепловые свойства горных пород характеризуются удельной теплоёмкостью, коэффициентом температуропроводности и коэффициентом теплопроводности. Удельная (массовая) теплоёмкость характеризуется количеством теплоты, необходимым для нагрева единицы массы породы на 1°С: Этот параметр необходимо учитывать при тепловом воздействии на пласт. Коэффициент теплопроводности (удельного теплового сопротивления) l характеризует количество теплоты dQ, переносимой в породе через единицу площади S в единицу времени t при градиенте температуры dT/dx: Коэффициент температуропроводности (α) характеризует скорость прогрева пород (или скорость распространения изотермических границ). Коэффициенты линейного (aL) и объёмного (aV) расширения характеризуют изменение размеров породы при нагревании: Взаимосвязь тепловых свойств горных пород выражается соотношением Теплоёмкость пород зависит от минералогического состава пород и не зависит от строения и структуры минералов. Удельная теплоёмкость увеличивается при уменьшении плотности породы и растёт с увеличение температуры и влажности в пределах 0,4-2 кДж/(кг×К). Теплопроводность и температуропроводность пород очень низки по сравнению с металлами. Поэтому для прогрева призабойных зон требуется очень большая мощность нагревателей. Вдоль напластования теплопроводность выше, чем поперёк напластования на 10-50%. Коэффициенты линейного и объёмного расширения изменяются в зависимости от плотности породы аналогично теплоёмкости. Наибольшим значением коэффициентов расширения обладает кварцевый песок и другие крупнозернистые породы. Коэффициент линейного расширения пород уменьшается с ростом плотности минералов. Тепловых свойства некоторых горных пород и пластовых флюидов 28. Твердость и крепость горных пород. Твердость – несмотря на многочисленные исследования, достаточно неопределенное понятие и характеризует сопротивление породы режущему инструменту. Твердость определяют путем выполнения различных операций на разных приборах и по разным методикам. Поэтому при характеристике твердости указывают метод (твердость по Шору) [кгс/мм2]. На практике понятие твердости применяют, например, для определения предельных нагрузок на долото при бурении. Установлено, что с увеличением всестороннего давления (до 1000 атм) твердость горных пород увеличивается в 2-2,5 раза. Следовательно, по мере увеличения глубины залегания при прочих равных условиях твердость, также как и прочность, плотность, предел текучести, увеличивается. Кроме того, твердость горных пород зависит от: 1) пористости (с увеличением пористости уменьшается), 2) сцементированности породы (с увеличением карбонатности – увеличивается), 3) водонасыщенности (с увеличением в породе содержания воды уменьшается). Крепость – в отличие от твердости, характеризует разрушение породы по отношению к конкретному виду воздействия, а именно 1) внедрение долота; 2) скалывание; 3) резание; 4) дробление Все горные породы делятся по крепостям на 5 групп: 1) весьма крепкие, 2) крепкие, 3) ломкие, 4) мягкие, 5) рыхлые и сыпучие. Наиболее крепкие породы – известняки и доломиты, наиболее слабые – песчаники. 14. Методы определения пористости горных пород. Для определения полной (абсолютной) пористости образца горной породы,), необходимо знать объем пор и объем образца. Для определения объема образца существует несколько различных способов: 1) Метод парафинизации. Предварительно взвешенный образец покрывают тонкой пленкой расплавленного парафина за 1-2 секунды, чтобы парафин не проник в поры и сразу застыл. Затем взвешивают образец с оболочкой и определяют его объем погружением в жидкость и вычитают объем оболочки, учитывая удельный вес (или плотность) парафина. Достоинством метода является возможность его использования для определения объема образцов рыхлых пород, однако, он очень трудоемок и не повышает точности измерений коэффициента пористости. 2) Метод вытеснения. При использовании этого метода образец погружают в жидкость, не проникающую в его поры (чаще всего имеют в виду ртуть) и таким образом определяют объем образца. Недостатком метода является то, что способ применим только к сильно сцементированным кернам (иначе при погружении в ртуть часть зерен может отпасть), а также невозможность учета прилипших к поверхности образца пузырьков воздуха из-за непрозрачности ртути. Кроме того, ртуть токсична. 3) Геометрический метод. Измерение геометрических размеров образцов проводят лишь для специально выточенных кернов идеальной формы без сколов зерен. 4) Метод Преображенского. Наиболее часто используемый метод, заключающийся в насыщении образца жидкостью (чаще керосином или водой) и определения его объема погружением в ту же жидкость. Методы измерения объема пор образца горной породы определяются видом пористости. 1) Метод Мельчера измерения полной пористости. При определении полной (абсолютной) пористости горной породы исходят из того, что масса проэкстрагированного и высушенного образца породы есть величина постоянная до и после его дробления. Таким образом, полная пористость образца горной породы может быть определена, если известны плотность образца в целом и плотность слагающих его частиц. При определении объема образца для расчета его плотности используют метод парафинизации. После чего образец очищают от парафина, измельчают и определяют плотность измельченной твердой части путем взвешивания и погружения в жидкость. В ряде случаев использую два образца: один парафинизируют, другой измельчают для определения плотности. Для измерений могут использоваться специальные пикнометры-порозиметры. Порозиметр состоит из градуорованной трубки, имеющей на одном конце камеру, а на другом - расширение, притертое к стаканчику. При этом объем стаканчика до начала шкалы равен объему камеры до конца шкалы. До измерения объема образца его насыщают керосином в вакуумной установке. В порозиметр наливают керосин, плотно закрывают стаканчиком, переворачивают и проводят отсчет. Затем переворачивают в первоначальное положение, снимают стаканчик, помещают в колбунасыщенный и поверхностно осушенный образец, плотно закрывают стаканчиком, прибор переворачивают и проводят второй отсчет. Разность отсчетов равна объему образца. Второй кусочек тщательно измельчают и аналогичным образом определяют объем получившегося порошка. Методом насыщения по Преображенскому определяют открытую пористость. Экстрагированный и высушенный образец взвешивают. Затем образец насыщается под вакуумом жидкостью (керосином или водой). Насыщенный образец вынимают, освобождают от избытка жидкости, взвешивают в воздухе В крупнозернистых и особенно слабосцементированных песчаниках коэффициенты абсолютной пористости и пористости насыщения почти совпадают. Метод Преображенского широко применяется для сцементированных пород. 3) Более точное определение открытой пористости можно получить методом насыщения сухого образца не адсорбирующимся на поверхности частиц газом (азотом). Пусть образец насыщен газом при давлении а, выпущен при снижении до давления. 4) Для определения эффективной пористости после насыщения образца керосином, последний удаляют на капиллярной установке (при этом объемом пленки, покрывающей частицы в образце, пренебрегают). 5) Для определения динамической пористости используют не экстрагированные образцы, которые продувают воздухом или азотом при градиенте давления порядка 0,05МПа/см для удаления подвижной части жидкости. 6) Пористость образца можно представить в виде отношения площади пор к площади всего образца в каком–либо сечении (просветностью). В этом случае пористость оценивается методами, основанными на измерении площадей под микроскопом или определении соотношения этих площадей по фотографиям. Для контрастности при изучении степени взаимосвязанности пор последние иногда заполняются окрашенным воском или пластиками. При выборе методов измерения пористости необходимо учитывать особенности и свойства коллектора. При оценке пористости пород газовых коллекторов, открытую пористость следует измерять газометрическим способом с помощью газовых порозиметров. |