НГ 2 4. Происхождение и описание как коллектора
![]()
|
Происхождение и описание как коллектораПесок (пески) — рыхлая мелкообломочная осадочная горная порода (или осадок), а также искусственный строительный и декоративный материал. Природный песок представляет собой рыхлую смесь зёрен, состоящую из окатанных и угловатых зёрен (песчинок) из разрушенных различных минералов и твёрдых горных пород, размером 0,05-2 мм (в других классификациях — 0,1-1 мм). Пески разделяют на: тонкозернистые (0,05–0,1 мм), мелкозернистые (0,1–0,25 мм), среднезернистые (0,25–0,5 мм), крупнозернистые (0,5–1 мм), грубозернистые (1–2 мм). По составу обломков пески бывают мономинеральные (в основном из одного минерала или горной породы), олигомиктовые (сложенные зёрнами из нескольких компонентов) и полимиктовые. В зависимости от условий накопления могут быть аллювиальными, делювиальными, лимническими, морскими, эоловыми. Пески, возникшие в результате деятельности водоёмов и водотоков, имеют более округлую, окатанную форму. Практически все пески относятся к 1-му классу по радиоактивности по ГОСТ 30108-94 (удельная эффективная активность естественных радионуклидов в них не превышает 987 Бк/кг, исключения могут составлять только дроблёные пески), то есть радиационно безопасны и пригодны для всех видов строительства без ограничений. Однако в природе существуют так называемые шлиховые чёрные пески, встречающиеся в различных уголках земного шара. Они состоят из тёмноцветных тяжёлых минералов и образуются в результате вымывания более лёгких и светлых минералов. Чаще всего основными их минералами являются гематит, ильменит, магнетит. Такие пески часто образуют россыпные месторождения. Инженерно-геологическая классификация
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). ![]() ![]() ![]() 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 Различают несколько видов пустотного пространства. Это поры, каверны и трещины. Поры- пространство между отдельными зернами, слагающими горную породу ![]() Движение флюидов по порам в песчанике 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. Запасы нефти распределяются в коллекторах следующим образом (по М.А. Тугаровой, 2004): в песках и песчаниках - от 60 до 80 %; в известняках и доломитах - от 20 до 40 %; в трещиноватых глинистых сланцах, выветрелых метаморфических и изверженных породах - около 1 %. В странах Ближнего и Среднего Востока разрабатываются главным образом карбонатные коллекторы мезозойского возраста. На территории существовавшего СССР более 70 % нефтяных и газовых залежей были приурочены к терригенным породам-коллекторам. Итак, песчаники наиболее перспективны для обнаружения в них нефти. Как же они образуются? ![]() Зона прохождения линии криосферы в горах. На переднем плане утёсы покрыты зеленью, значит они находятся ниже линии криосферы. Наша планета вращается вокруг Солнца постоянно перемещаясь в безвоздушном пространстве, где почти нет вещества, и постоянная температура достигает (2,5-4,5°К, по Кельвину), что равно минус 273,15°С (по Цельсию). Это Космический холод, от которого нас, жителей планеты Земля, отделяет наша атмосфера. Существует воображаемая сфера, с одной стороны которой всегда будет минусовая температура, а с другой – плюсовая. Эта сфера именуется криосферой. Линия криосферы проходит над Землёй по всей поверхности Земли, погружаясь ниже уровня дневной почвы на полюсах и пересекая самые крупные горы, вершины которых постоянно находятся в минусовой области, т.е. в зоне отрицательных температур, в минусовой зоне криосферы. Зимой линия криосферы опускается ниже поверхности суши, на территории России её граница отодвигается на юг, летом, эта зона поднимается. Вершины гор, выходящие в зону отрицательных температур криосферы, находятся постоянно в минусовой температуре и на их поверхности оседает и не тает снег и иней. Снег и иней под действием собственного веса уплотняются и постепенно превращаются в лёд. А лёд имеет свойство текучести. Таким образом, когда формирующиеся горы материков достигли линии криосферы, и их вершины поднялись в минусовые области температур, на них сформировались ледники, которые стали постепенно сползать вниз, в зону действия положительных температур. Там лёд стал таять и так с гор потекли первые реки и была заложена система рек и озер. Классификация обломочных пород, дающих начало формированию пород-коллекторов в терригенных породах. ![]() Когда же в результате эрозии континентов на дневную поверхность были выведены «плавленые» граниты, то в океаны стал переноситься обломочный материал в виде песков (формирующих в песчаники) и глин, по которым стали формироваться породы-коллекторы в песчаниках и породы-флюидоупоры в глинах (аргиллитах). Мы не можем сказать, когда началось активное поступление в океаны кварца в виде продуктов разрушения «плавленых» гранитов, но песчаники васюганской свиты позднеюрского и ачимовской толщи раннемелового возраста на территории Западной Сибири являются продуктами разрушения именно гранитов. Песчаники являются наиболее известными породами-коллекторами нефти и газа. Так, что именно благодаря гранитам, разрушенным процессами эрозии, Россия получила такие прекрасные породы-коллекторы, в которых накопилась нефть многих месторождений Западной Сибири. Породы-коллекторы, развиваются в песчаниках ввиду очень высокой крепости минерала кварца, обломков гранитов, частично сложенных кварцем и полевых шпатов. Эти три группы обломков составляют основу песчаников юрского и мелового возраста. Вообще же, песчаники, как указывалось выше, являются одним из наиболее распространённых типов пород-коллекторов. Особенность песчаных грунтов состоит в том, что в нем преобладают частицы, состоящие из одного минерала, их размер варьируется от 0,05 до 2 миллиметров. Содержание частиц глины в песчаном грунте составляет не более пяти процентов. При отсутствии влаги они, по сути, характеризуются как обычные сыпучие тело, а если становятся влажными, то образуют низкий уровень связности. Некоторые виды песков, если в них попадет вода, будут обладать гидрофильными свойствами, т.е. слабо отдавать воду. Они называются плывунами. Основные отличия песков с инженерно-геологической точки зрения (сопротивление сдвигам и способность к пропусканию воды) могут широко варьироваться в зависимости от отсутствия или наличия в них частиц пыли и гравийно-галечниковых крупиц, а помимо этого, он величины самих частиц песка. Так что характеристики, отличающие одни виды песчаных грунтов от других, используются для того, чтобы разделить их на виды, благодаря чему разделены чистые, пылевые и гравелистые пески. Помимо этого, к песчаным грунтам можно отнести легкие супеси, которые отличаются преобладанием крупиц песка, а количество глинистой фракции равняется трем-пяти процентам. Песок распространен практически везде. Пользуясь данными исследователей, участки, в которых наличествуют супесчаные грунты и пески, в Российской федерации образуют площадь практически в два миллиона квадратных километров, из которых около полумиллиона находятся в центральной части России. Песочные массивы в Казахстане составляют площадь в миллион квадратных километров. СтруктураСтруктура гранул песка в высшей степени многообразна. Его отличия зависят от положения тектонических плит, строения веществ, входящих в состав песка, природно-климатическими условиями, от минералогического состава. Пески крупной формы, среднекрупные, гравелистые, имеют широкое распространение в районах складок гор, где они находятся в разрезах отложений разного генезиса. Такие пески в большом количестве представлены в районах движения устойчивых блоков континентальной земной коры и в метаморфических частях фундамента платформ. Среди старых плит, но в большей степени среды молодых блоков земной коры, наибольшее распространение получили более рассеянные виды песков – мелкодисперсные, пылеватые, а также имеющие средний размер песчинок. В данной местности пески по составу обладают большей грубостью, и располагаются в моренных и флювиогляциальных отложениях, и образованных благодаря ним аллювиальным размывам, и озерным и морским образованиям. В толще отложений, формирующихся постоянными водными потоками (аллювиальных отложениях) такие виды песков часто находятся в самом низу разреза (т.н. фации перлювия), а верхние слои составляют более однородные мелкие, пылевые и средние пески (т.н. русловая фация, а также пойменная фация.) То, из чего состоят гранулы песков, зависит от их генезиса, что наглядно показывается в аккумуляции и пределах единой области сноса. Например, во многих областях, которые подверглись в четвертичный геологический период оледенению, самыми грубыми по свойствам будут водно-ледниковые пески. Пески, имеющие более молодой возраст (аллювиальные), образованные в результате переотложений и размываний реками более старых флювиоглянцевых песков, представляют собой ярко выраженную дисперсную гомогенную структуру. Пески, сформировавшиеся в месте дельт рек (прибрежно-морские), состоят из еще более мелких частиц. Процент однородности относительного содержания частиц в песке может широко варьироваться, причем даже внутри одной толщи песка (а также в разрезе). Большее единообразие приходится на морские пески, и те, которые содержатся в эоловых отложениях, так что они являются в равной мере монодисперсными. Песок с таким составом также может встречаться в отложениях, сформировавшихся постоянными водными потоками рек, находящихся в равнинах. Полидисперсные виды песков присутствуют в слоях разных отложений, которые сформированы в горных районах. Для нескольких видов песчаных грунтов, которые образовались благодаря водным потокам, свойственно повышение уровня дисперсности в зависимости от того, насколько они далеко находятся от источника снова. Характерный пример – аллювиальные пески. Минеральный состав песковМинеральный состав песков тоже разнороден, в нем присутствуют многие минералы, но стоит выделить несколько, количество которых значимо в процентном соотношении: хлориты – 1%, доломит – 3%, кальцит – 7%, полевые шпаты 8%, кварц (который, кстати, является самым распространенным минералом на Земле) – 70%, на долю других минералов приходится 11%. Эта статистика показывает, что песок состоит в основном из кварца и полевых шпатов, из этого следует, что такие пески наиболее широко распространены. В Российской федерации в подавляющей части мест в песчаных грунтах содержится относительно мало солей (легкорастворимых и среднерастворимых), их содержание не превышает одной сотой процента. Хотя в районах, находящихся на юге страны, пески с высоким содержанием соли (более 0,3% легкорастворимых солей) встречаются довольно часто, и представлены в основном морскими и континентальными образованиями. В слоях пролювиальных, аллювиальных, и прочих видах песков большое количество соли получилось благодаря континентальным засолениям, вызванным увеличением уровня подземных вод (ввиду антропогенных или естественных причин). Стоит отметить, что во многих случаях в песках в различном процентном отношении содержится железо (до нескольких процентов). Железо в составе песков будет либо первичным (появившимся в результате разрушения метаморфических и магматических пород), либо вторичным (образованным в результате почвообразования и выветривания), оно присутствует в закисной и окисной форме. Также в песках центрального и северных регионов страны могут быть остатки растительного происхождения (в основном не более 3%, но может доходить до 10% и даже больше, в таком случае к названию песка добавляется «с примесью растительных остатков»). Содержание воды в пескахУровень влаги в песках разнится от одного-двух процентов до тридцати. Верхние слои песка содержат мало влаги, в районе 1-5%. При капиллярном увлажнении содержание влаги сильно увеличивается, плоть до 30% на уровне подземных вод. Обычно влага в песках не содержит солей, однако в аридных районах воды часто насыщены минералами. Кроме того, высокое содержание минералов характерно для подземных вод, находящихся среди песков, что характерно, например, для морских берегов. По физическому состоянию вода, присутствующая в песках, а также легких супесях, может быть отнесена к гравитационной и капиллярной. Плотность
![]() Рис. 1. Плотность пород различных генетических типов. +1 - галит, 2 - гипс, 3 - ангидрит, 4 - глина, 5 - глинистый сланец,6 - песок, 7 - алевролит, 8 - песчаник, 9 - конгломерат, 10 - песчаный сланец, 11 - мергель, 12 - известняк, 13 – доломит Пористость коллекторов, как правило, значительно изменяется как по разрезу, так и по простиранию. Если ее измерять в образцах керна, извлекаемых через каждый фут проходки скважины, как это обычно и делается на практике при вскрытии коллекторского пласта, то даже в некоторых наиболее однородных по внешнему облику породах будут наблюдаться резкие изменения пористости. В большинстве коллекторов они особенно заметны, когда изучаются данные микрокаротажа. Это видно на примере песков Спрингхилл месторождения Манантьялес в Тьерра-дель-Фуэго, Чили (Огненная Земля) (рисунок 1). Другим примером резкой изменчивости пористости и проницаемости могут служить доломиты в пермских известняках Сан-Андрее, являющиеся коллекторами на месторождении Сидар-Лейк в западном Техасе; разрез небольшой части этого месторождения показан на (рисунке 2). ![]() В кровле и подошве песчаник ограничен поверхностями несогласия. Плотность нефти 42°API (0,815). Это пример изменчивости пористости, проницаемости и других физических свойств типичной песчаной продуктивной толщи. 1 ‑ глинистые породы; 2 ‑ песчаные породы. Пористость большинства коллекторов колеблется от 5 до 30 %, а чаще всего в пределах 10-20 %. Карбонатные породы-коллекторы обладают обычно несколько меньшей пористостью, чем песчаные, но проницаемость их может быть более высокой. Породы-коллекторы, пористость которых не превышает 5%, как правило, относятся к непромышленным или почти непромышленным, если только столь незначительная пористость не компенсируется трещиноватостью, наличием крупных пустот и каверн, которые нельзя обнаружить в небольших кусках породы, взятых из керна или из скважины³. Типичные значения пористости некоторых коллекторов перечислены в табл. 1. Грубая полевая оценка пористости может быть такой: ![]() Таблица 1: Характерные значения пористости и проницаемости пород-коллекторов ![]() В советской литературе такая пористость называется открытой пористостью. Ввиду того что под термином «эффективная пористость» понимаются разными авторами различные величины, Всесоюзное совещание по коллекторам нефти и газа в 1962 г. рекомендовало отказаться от применения этого термина. Разница между этими величинами зависит от состава и структуры пород: в среднезернистых песках она приближается к 0, в карбонатных породах может составлять 10-15%, а в пемзе ‑ 30-40 %. В последнем случае речь идет, вероятно, об образцах, полученных с помощью бокового грунтоноса. Частично или полностью несмачиваемы (гидрофобны) сера, угли, битуминозные песчаники и некоторые другие породы Пьезопроводность, характеризующая скорость перераспределения давления в упругом пласте, в связи с изменением пористости и проницаемости изменяется в различных направлениях. В нефтяной части пласта Пьезопроводность имеет меньшее значение, чем в зоне, насыщенной водой. Так, по данным И. Г. Пермякова Пьезопроводность девонского песчаника Dt Туймазинского месторождения изменяется в пределах от 1 22л 2 / сек в нефтяной части пласта до 3 02 м2 / сек в водяной, а для девонского песчаника D2 того же месторождения изменяется в пределах от 0 80 м2 / сек в нефтяной части пласта до 2 15 м2 / сек в водяной части. Величина пьезопровод-ности также зависит от вязкости жидкости, сжимаемости воды и породы. Густота трещин в песчаниках зависит от состава и типа их цемента. Песчаники слабо сцементированные и средней плотности с глинистым цементом базального типа разбиты трещинами более интенсивно, чем крепкие разности песчаников с карбонатным цементом |