Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70

коллекторы делятся на два основных типа: терригенные, состоящие из осадочных пород, и карбонатные, образовавшиеся в результате химических реакций в земной коре или жизнедеятельности организмов.

Наиболее широко распространенными представителями терригенных коллекторов являются пески, песчаники и песчано-глинистые породы. Зерна песков имеют размер от 0,1 мм и более, частицы же песчаников и глинистых песчаников имеют размер до 0,01 мм и меньше.

Емкостное пространство карбонатных коллекторов часто бывает представлено трещинами и кавернами. Трещины бывают самого разнообразного размера: от микротрещин шириной в несколько сотых или тысячных долей миллиметра до макротрещин, поперечный размер которых может исчисляться метрами. Каверны в карбонатных коллекторах также имеют различный размер.

Поры, трещины и каверны в коллекторах изучают в результате исследования образцов пород, извлекаемых на поверхность при бурении скважин колонковыми долотами. Однако трещины и каверны не всегда можно исследовать таким путем, так как трещинные коллекторы могут обладать сравнительно малой густотой трещин и каверн, так что бывает трудно отобрать образцы пород с такими трещинами и кавернами, которые характеризуют трещиноватость и кавер-нозность пласта в целом. Кроме того, происходит разрушение образцов по поверхности трещин. Поэтому трещинные и кавернозные коллекторы необходимо изучать с более широким использованием гидродинамических и геофизических методов.

К числу главных характеристик пород-коллекторов относится пористость, определяемая как отношение объема пор породы F к ее общему объему V„, так что для пористости т имеем формулу

т = -. (1.1)

Различают абсолютную и эффективную пористость. Абсолютная пористость представляет собой отношение полного объема полостей в породе к общему объему породы, а эффективная пористость - отношение объема только сообщающихся друг с другом пор к объему породы.

Один из методов определения абсолютной пористости состоит в том, что сначала замеряют общий объем породы, потом, после ее размола, плотность частиц размолотой породы и затем определяют по весу породы объем ее твердого вещества. Разность между общим объемом породы и объемом твердого вещества равна объему пор. Отношение объема пор к общему объему породы равно абсолютной пористости. Эффективную пористость замеряют по количеству вошедшей в породу жидкости со взвешиванием породы до и после входа в нее жидкости. Конечно, в настоящее время известно много косвенных способов определения пористости пород, использующих

различные физические закономерности, такие, например, как зависимость от пористости электрического сопротивления пород, проницаемости, капиллярного давления и т. д.

Пористость является геометрическим параметром, характеризующим внутреннюю структуру породы. Другим геометрическим параметром является удельная поверхность породы. Если определить каким-либо образом внутреннюю поверхность породы, т. е. поверхность зерен породы и связующего зерна материала, и отнести эту поверхность к объему исследуемого образца породы, то и получим параметр Sy, называемый удельной поверхностью породы. Если принять, что пористая среда составлена из п шаров одинакового диаметра d при их кубической укладке, то объем п шаров равен

а их поверхность будет nnd. Таким образом, для такой пористой среды

С уменьшением диаметра частиц удельная поверхность возрастает. Если пссчано-глинистую породу с размерами зерен порядка 0,001 см представить в виде упомянутой выше среды, то для нее удельная поверхность составит 6000 cmVcm = 6 • 10* mVm*. Это значит, что один кубический метр породы имеет внутреннюю поверхность, равную 60 га.

Наконец, важнейшей характеристикой пород -коллекторов нефти и газа является их способность пропускать через себя (фильтровать) жидкости и газы. Эта способность определяется проницаемостью пород. Фильтрация жидкостей и газов и связь проницаемости с другими характеристиками пород будут рассмотрены ниже. Теперь же перейдем к описанию деформационных и прочностных свойств горных пород.

Геологические и геофизические исследования, разработка месторождений нефти и газа вызывают необходимость механического воздействия на горные породы. Механические процессы - деформация, разрушение, колебание - происходят в горных породах и без вмешательства человека - при землетрясениях, извержениях вулканов, приливах и т. д. Для количественного описания механических свойств горных пород используются представления механики сплошных сред.

Горные породы имеют более сложную структуру, чем минералы,- они состоят не только из кристаллов основных составляющих их веществ, но и из зерен и включений других минералов. Поэтому, используя методы механики сплошных сред, нужно оговаривать, что представляет собой элементарный объем пород, охватывает ли он много зерен и включений или речь идет о деформации отдельного зерна породы или включения. Конечно, чаще всего рассматривают деформацию больших массивов пород, содержащих огромное число зерен породы.

Не существует четкого критерия, который бы количественно

определял, сколько нужно включать зерен породы в элементарный объем с тем, чтобы этот объем можно было считать «бесконечно малым». О правильности выбора элементарного объема можно судить лишь по тому, достаточно ли хорошо согласуются решения соответствующих уравнений механики сплошных сред с экспериментальными данными.

Всякое изменение сил, действующих на горные породы в земной коре, вызывает их деформацию, а также изменение внутренних усилий в горных породах - напряжений. Зависимости между напряжениями и деформациями в элементарнод! объеме горных пород определяются свойствами пород и являются однилш из основных механических характеристик пород как физических тел.

Эти зависимости, или реологические уравнения состояния пород, обычно получаются в результате анализа экспериментальных данных. Эксперименты показывают, что хрупкие горные породы, такие, как граниты, базальты, твердые известняки и песчаники, при не очень сильном всестороннем сжатии (до 108 2-108 Па, т.е. до 1000 ч--f-2000 кгс/см2) деформируются упруго до достижения предела прочности, и использование уравнения состояния идеально упругих тел для описания их деформации не вызывает значительных осложнений. Многие же пористые горные породы могут деформироваться либо нелинейно-упруго, либо линейно-упруго, но необратимо, с остаточной деформацией. Изучению деформационных и прочностных свойств горных пород посвящены известные монографии К. В. Руппенейта [99], Л. А. Шрейнера и др. [75], В. М. Добрынина [41], Б. В. Байдюка [9] и др.

При определении деформационных свойств горных пород лабораторными методами используют различные виды напряженных состояний. Наиболее простым видом напряженного состояния является одноосное сжатие. Для имитации этого напряженного состояния образцы горных пород, имеющие форму цилиндра или параллелепипеда, сжимают под прессом, замеряя напряжение - PIS {Р - усилие, создаваемое прессом, S - площадь поперечного сечения образца), а также деформацию (рис. 17).

Известны методики определения деформационных и прочностных свойств горных пород, когда образцы пород берутся в форме толстостенных цилиндров и в них имитируется известное в теории упругости напряженное состояние Лямэ или создается [75] напряженное состояние в результате вдавливания в породу жесткого круглого штампа (рис. 18) под действием усилия Р с замером вертикального смещения v\

Рис. 17. Деформация образца породы