Коллекторы

Коллекторами называют горные породы, которые обладают достаточной проницаемостью, чтобы обеспечить притоки флюидов в скважины. Практически все мировые запасы углеводородов приурочены к осадочным обломочным и хемогенным карбонатным породам. Среди коллекторов различают поровые (песчаники и алевролиты), трещинные (известняки и доломиты) и кавернозные коллекторы (карбонатные породы с крупными пустотами выщелачивания).

Две важнейшие характеристики коллекторов – их ёмкостные и фильтрационные свойства. Ёмкостные свойства определяют коэффициентом общей пористости, или просто пористостью. Это отношение суммарного объёма пустот в породе ко всему объёму породы, выраженное в процентах.

В обломочных породах из-за неплотного прилегания частиц между обломками образуются промежутки разной величины – поры. Объём пор зависит от формы и размеров зёрен, их упаковки, а также от количества цемента. Максимальная теоретическая величина пористости достигает почти 50 % при шарообразной форме обломков (рис. 3.2, а). Неправильная форма зёрен приводит к уменьшению пустотного пространства (рис. 3.2, б). Промежутки между обломками обычно заполнены глинистым, известковым, карбонатным, железистым и смешанным цементом. В итоге реально определяемая величина пористости составляет немногие проценты.

а б в

Рис. 3.2. Типы коллекторов:

а – песчаники однородные с окатанными песчинками; б – песчаники разнозернистые с

плохо откатанными зёрнами; в – трещиноватые известняки;

1 – порода; 2 – поровое и трещинное пространство

Самые большие колебания общей пористости наблюдаются в карбонатных породах. Если известняки сфор­мировались из остатков организмов, обломков раковин с неправильной формой, неодинаковых по размерам, то они неплотно прилегают друг к другу и между ними имеется большое количество пустот. Погребённые рифовые постройки высокопористые, они содержат много пор. Если карбонатные породы возникли за счёт хемогенного выпадения из рас­твора, то образуются пласты плотных извест­няков. Их ёмкостные свойства определяются трещинами и пустотами, сформировавшимися за счёт последующих процессов выщелачивания, перекристаллизации и растрескивания при тектонических движениях (рис. 3, в). В кар­бонатных породах пустоты и трещины бывают самы­ми разнообразными, от волосяных трещин до больших пустот и полостей (каверн), заполненных подземной водой, нефтью и газом. В известняках и доломитах пористость колеблется в очень широких пределах: от долей процента до более чем 30 %.

Величина коэффициента пористости ещё не определяет коллекторских свойств породы. Очень важно, чтобы поры были связаны между собой, сообщались друг с другом. Толь­ко в этом случае по ним могут двигаться вода, нефть и газ. Часто встречаются замкнутые поры, по которым не происходит движения флюидов. Поэтому эксплуатационные качества коллектора точнее определяются эффективной пористостью. Это относительный объём пустот в породе, которые сообщаются друг с другом. Эффективная пористость всегда меньше общей пористости.

Второе важное свойство коллекторов – их фильтрационная способность, определяемая проницае­мостью. Проницаемость – это способность породы про­пускать через себя жидкость и газ при перепаде давления. В системе СИ проницаемость выражается в м²; в системе, принятой в нефтепромысловой практике, – в дарси (Д), при этом 1 Д = 1,02 10^–12 м²» 1 мкм². Горная порода обладает проницаемостью в один дарси, если через её поперечное сечение площадью в 1 см² под действием градиента давления в 1 атм/см ежесекундно протекает 1 см³ жидкости вязкостью 1 сП.

Минимальная проницаемость эффективного коллектора принимается равной 0,005 мкм². Лабораторными опытами установлено, что нефть может двигаться по порам размером больше 1 мкм, а газ перемещается по порам значительно меньшего размера. Абсолютно непрони­цаемых пород нет, есть практически непроницаемые породы. Например, у глин пористость может достигать более 50 %, но они состоят из плотно прилегающих чешуек и пластинок, которые изолируют поры. Прони­цаемость глин ничтожно мала, и они являются барьера­ми на пути движения нефти и газа.