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 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94

ИЗМЕНЕНИЕ ПОРИСТОСТИ И ПЛОТНОСТИ ПОРОД С УВЕЛИЧЕНИЕМ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ

Исследованию изменений коллекторских свойств с глубиной залегания посвящено большое число работ. В связи с тем, что плотность и емкость пород зависят не только от гравитационного уплотнения, но и от их происхождения и последующих изменений. Результаты указанных исследований не всегда однозначны, особенно для коллекторов нефти и газа.

Относительный поробый oSbCM

Им О 1

15 2,0

1500 Н,м

Рис. 16. Влияние естественного уплотнения пород на их пористость (по Крамбейну и Слоссу):

1 - песчаники; г - глины

10 W0

10000

0,10,2 0,5 0,4 0,5

0,67т

Рис. 17. Зависимость пористости т глинистых осадков от глубины их залегания Н\

1 - лейас северо-запада ФРГ; г - третичвые отложения бассейна р. По; з - третичные отложения Венесуэлы

Наибольшему гравитационному уплотнению с увеличением глубины залегания подвергаются глины [7, 269], в связи с тем, что в них под давлением происходит перераспределение и упорядочение расположения частиц. На рис. 16 в качестве примера приводятся кривые изменения пористости т глинистых и песчаных пород с увеличением глубины их залегания Н. Характер изменения пористости и плотности различных глин с увеличением глубины залегания различен [269]. Но по мере увеличения глубины это различие постепенно уменьшается и на глубине около 5000 м практически исчезает (рис. 17). При этом пористость их приближается к нулю.

Генетические особенности глин сказываются не только на характере изменения пористости с глубиной, но и на абсолютной ее величине. Например, по данным Н. Я. Денисова, в районе Севастополя нижнесарматские глины имеют пористость = 53%, нижние пределы текучести и пластичности, по Атербергу, соответственно 53 и 25, а верхнесарматские глины = 41%, предел текучести 67 и предел пластичности 27, т. е. глины, лежащие на большей глубине, имеют большую пористость, нежели вышележащие.

Плотность глинистых пород с увеличением глубины залегания, начиная с поверхности, увеличивается с 1,7 до 2,84 г/см* [230].

Сложнее дело обстоит с гравитационным уплотнением песчаных и карбонатных пород. На рис. 16 видно, что пористость песчаных пород с увеличением глубины залегания претерпевает меньшие изменения, чем плотность глин. При этом могут быть случаи, когда уплотнение песчаников с увеличением глубины залегания вообще отсутствует. Так, например, исследования К. Р. Чепикова и др. [259] показали, что средняя пористость песчаников карбона средневолж-ского района в интервале глубин 1300-2500 м практически не изменяется. В образцах керна, взятых с глубины 2500 м, наблюдается вдавливание частиц друг в друга и частичное их разрушение. В других случаях уменьшение цористости пород с глубиной имеет вполне отчетливый характер.

Г. И. Теодор ович и А. А. Чернов [236] провели исследования керна песчано-алевритовых пород продуктивной толщи на участке «Песчаный» Алшеронского полуострова. В исследованиях использовались образцы керна с одинаковым содержанием СаСОз (5-15%) и фракции <<0,01 мм (5-15%). В результате этих исследований было установлено, что в интервале глубин 2200-3400 м пористость указанных пород уменьшается в среднем с 25 до 17%. На основании этих данных Г. И. Теодорович и А. А. Чернов сделали вывод, что пес-чано-алевритовые породы продуктивной толщи Апшеронского полуострова могут иметь хорошие коллекторские свойства и на глубинах порядка 4000-6000 м.

Аналогичные исследования были проведены Т. В. Сиротиной [224] с песчаниками менилитовой толщи Битковского месторождения Западной Украины. В этих исследованиях Т. В. Сиротина использовала плотные образцы песчаника как с карбонатным цементом, так и с цементом разного состава. Полученные в обоих случаях кривые изменения пористости с глубиной отличались друг от друга наибольшим разбросом точек при исследовании образцов с цементом разного состава. Исследования Т. В. Сиротиной показали, что в интервале глубин порядка 1600-2500 м пористость указанных пород уменьшается с 12 до 2-3%, а плотность их увеличивается в среднем с 2,37 до 2,65 г/см.

Одновременно Т. В. Сиротина попыталась выявить зависимость пористости и плотности пород от их возраста на примере Долинского и Битковского нефтяных месторождений. Для этого сравнивались разновозрастные (верхний мел - миоцен) кварцевые песчаники с карбонатным цементом, залегающие примерно на одной глубине. Эти исследования показали, что изменения плотности и пористости песчаников с возрастом не наблюдается.

Согласно другим источникам [228, 269], плотность пород с возрастом увеличивается, а пористость уменьшается в связи с тем, что более древние породы претерпели большие диагенетические изменения в, сторону ухудшения коллекторских свойств.

Таким образом, степень уплотнения пород с глубиной залегания зависит от многих генетических факторов. Уплотнение песчаных и карбонатных пород разного возраста с глубиной залегания, как показали исследования Э. Э. Фотиади [248] и Б. К. Прошлякова

[209], в целом свидетельствует о существовании тенденции, выражающейся слабой корреляционной связью. Эта связь особенно слаба у коллекторов, залегающих на небольших глубинах, так как здесь преобладает значение факторов, оказавших влияние на породу в первые этапы ее формирования. И тем не менее для различных коллекторов наблюдается вполне отчетливая тенденция уменьшения пористости и увеличения плотности с увеличением глубины их залегания. Так, на глубине 3000-3500 м в среднем пористость уменьшается до 2-3%, а средняя плотность увеличивается до 2,6- 2,7 г/см*. Подобная же картина изменения коллекторских свойств пород была обнаружена И. А. Конюховым и И. А. Назаровичем [96] для терригенных отложений нижнемелового возраста на восточном склоне ставропольского свода в интервале глубин 2000-3000 м.

На основании лабораторных исследований сопротивления сухих образцов керна раздавливанию Бзлл [202] пришел к выводу, что пределом сохранения пористости следует считать глубину 6300 м.

В связи с этим существенный интерес представляет установление факторов, выполняющих главную роль в изменении коллекторских свойств пород с глубиной залегания. Дело в том, что в отличие от глин гравитационное уплотнение песчаных и карбонатных пород связано с разрушением скелета породы и составляющих его частиц. Даже несцементированные кварцевые пески уплотняются под давлением в 2,2 раза меньше, чем глины, вследствие различного строения в них пустот. Преимущественно контактное расположение частиц в песке препятствует свободному их перемещению без предварительного разрушения.

По В. Энгельгарду [269], предел прочности кварца на сжатие достигает 23 000-28 ООО кгс/см. Однако это не относится к прочности частиц кварцевого песка. Л. А. Коцеруба, Г. Т. Овнатанов и В. И. Гороян [154] провели исследования прочности кварцевого песка на сжатие. Степень разрушения его под давлением оценивалась по гранулометрическому составу до и после эксперимента. Опыты показали, что разрушение частиц многих кварцевых песков начинается с 10 кгс/см. При этом разрушению подвергается, как правило, крупная фракция частиц. За счет этого происходит увеличение фракции мелких частиц, а средняя фракция остается практически неизменной. Столь низкое давление разрушения частиц кварцевого песка обусловлено высокими удельными давлениями, которые испытывают частицы вследствие неправильной формы.

Прочность песчаника на сжатие оценивается разными авторами [221, 261] по-разному, в целом она колеблется от 200 до 5000 кгс/см. Прочность известняков соответственно составляет 50-2600 кгс/см. В табл. 8 приводятся предельные глубины залегания коллекторов, при которых гравитационное уплотнение практически отсутствует. Рассматриваются два случая предельной прочности коллекторов на сжатие: 1000 кгс/см и 2000 кгс/см. Плотность всей толщи пород принята равной 2,6 г/см*, плотность воды при нормальном гидростатическом давлении - 1 г/см*. Следовательно, действительное давление на коллектор определяется разностью плотностей породы