НГ 2 4. Происхождение и описание как коллектора

• Название: Происхождение и описание как коллектора
• Дата: 26.04.2022
• Размер: 452.63 Kb.
• Имя файла: НГ 2 4.docx
• Тип: Документы; #498531

Происхождение и описание как коллектора

Песок (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

Наименования песка по крупности	Наименование песка по плотности сложения
	плотный	средней плотности	рыхлый
Гравелистый, крупный или средней крупности	e<0,55	0,55≤e≤0,70	e>0,70
Мелкий	e <0,60	0,60≤e≤0,75	e>0,75
Пылеватый	e <0,60	0,60≤e≤0,80	e>0,80

Значение степени влажности	Наименование песка по степени влажности
0 < SR ≤ 0,5	маловлажный
0,5 < SR ≤ 0,8	влажный
0,8 < SR ≤ 1,0	насыщенный водой

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.

Структура

Структура 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 песков

Минеральный 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 песках

Уровень 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

Песок

1,3-2,0 г/см3

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).

Разрез песчаника Спрингхилл (мел), продуктивного на нефтяном месторождении Манантьялес в провинции Магальянес, Тьерра-дель-Фуэго (Огненная Земля), Чили (Thomas, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 33, p. 1582, Fig. 3).

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