Классификации пород-коллекторов

Коллекторы классифицируются по целому ряду признаков, поэтому имеется множество различных их классификаций. Наиболее важными классификационными критериями являются:

- условия аккумуляции и фильтрации флюидов;

- величина открытой или эффективной пористости и величина проницаемости;

- характер проницаемости;

- генезис и тип пород.

Породы-коллекторы классифицируются и по другим критериям, или классификационным признакам, например: по масштабам распространения в пределах нефтегазоносных комплексов; толщине и выдержанности литологического состава; содержанию остаточной воды; количеству и составу цемента.

По условиям фильтрации пластовых флюидов коллекторы делятся на простые и сложные (смешанные). К простым коллекторам относятся поровые и чисто трещинные, а к смешанным - трещинно-поровые и порово-трещинные. Чисто трещинные и смешанные (трещинно-поровые и порово-трещинные) коллекторы часто называют просто трещинными, поскольку фильтрация в них обусловлена, главным образом, наличием трещин.

Г.И. Теодорович по характеру проницаемости разделил коллекторы три группы: равномерно-проницаемые, неравномерно-проницаемые и трещиноватые.

По условиям аккумуляции флюидов, которые определяются морфологией пустотного пространства коллекторы также делятся на простые и сложные (смешанные).

В простых коллекторах пустотное пространство представлено следующими видами: порами, кавернами, карстовыми полостями и трещинами.

Поровые коллекторы обычно связаны с терригенными породами – песчаниками и алевролитами и реже - с органогенными карбонатными породами. Особенность этих пород-коллекторов заключается в том, что в них как емкость, так и фильтрация обусловлена структурой межгранулярной пористости - межзерновыми сообщающимися порами, образующими поровые каналы. Диапазон изменения объема порового пространства в этих коллекторах очень большой – от единиц до 40-50 %.

Остальные виды пустотного пространства - каверны, карстовые полости и трещины в основным вязаны с карбонатными коллекторами.

Чисто трещинные коллекторы встречаются редко. Образуются они за счет вторичной трещиноватости в плотных жестких и хрупких породах, минеральная часть которых практически лишена пористости. Такими породами являются массивные пелитоморфные известняки, доломиты, мергели, песчаники, окремнелые аргиллиты, сланцы а также метаморфические, магматические и глинисто-кремнисто-сапропелевые породы. Часть пустот в коллекторах трещинного типа может быть образована межзерновыми порами, однако их суммарный объем составляет не более 5-7 %. К тому же часть этих пор является изолированной. Чисто трещинные коллекторы обладают низким объемом пустотного пространства, обычно не более 2,5-3 %.

Смешанное пустотное пространство характерно для карбонатных пород, где оно представлено сочетанием видов пустот, которые образуют следующие типы пустотного пространства: порово-трещинное, порово-каверновое, карстово-каверновое, порово-каверново-карстовое, порово-стилолитовое. Трещинно-поровые коллекторы преимущественно связаны с карбонатными породами, пустотное пространство которых образовано, главным образом, межзерновыми порами и кавернами.

При характеристике типа коллектора основной вид пустот ставится в названии на последнее место.

По величине эффективной пористости коллекторы делятся на классы, как в зависимости от типа горных пород, так и не зависимо от них. П.П. Авдусин и М.А. Цветкова (1943) разделили терригенные коллекторы на пять классов (табл. 7). Практическое значение имеют коллекторы первых четырех классов.

Таблица 7. Классификация терригенных пород-коллекторов по величине эффективной пористости (П.П. Авдусин и М.А. Цветкова, 1943)

Класс коллектора	Эффективная пористость, %	Емкость коллектора
А	> 20	Большая
Б	20-15	Большая
С	15-10	Средняя
D	10-5	Средняя
Е	< 5	Малая

По величине коэффициента проницаемости коллекторы также делятся на классы, как в зависимости от типа горных пород или типа фильтрующих пустот, так и не зависимо от них. Например, Г.И. Теодорович, не зависимо от типа фильтрующих пустот разделил все породы-коллекторы по величине коэффициента проницаемости на пять классов (табл. 8).

Таблица 8. Классификация коллекторов по величине коэффициента проницаемости (по Г.И. Теодоровичу)

Класс	Коллекторы	Коэффициент проницаемости, мкм2
I	Очень хорошо проницаемые	более 1
II	Хорошо проницаемые	0,1-1
III	Среднепроницаемые	0,01-0,1
IV	Слабопроницаемые	0,001-0,01
V	Непроницаемые	менее 0,001

Практическое значение для нефтенакопления и нефтеотдачи имеют коллекторы первых трех классов, а для газов также и четвертый класс.

Широко используются классификации по эффективной пористости и проницаемости раздельно для терригенных (песчано-алевритовых) коллекторов (А.А. Ханина, 1969) и карбонатных коллекторов (И.А. Конюхова, 1964). В классификации А.А. Ханина (табл. 9) выделено шесть классов песчано-алевритовых коллекторов по их гранулометрическому составу, величине эффективной пористости и проницаемости.

В классификации И.А. Конюхова (табл. 10) выделено три группы карбонатных коллекторов по качественной оценке их емкости, и восемь классов по количественным значениям проницаемости и эффективной пористости.

Таблица 9. Оценочная классификация песчано-алевритовых коллекторов нефти и газа с межзерновой пористостью (по А.А. Ханину, 1969)

Класс коллектора	Название породы по преобладанию гранулометрической фракции	Пористость эффективная, %	Проницаемость по газу, мкм2	Характеристика коллектора по проницаемости
I	Песчаник среднезернистый Песчаник мелкозернистый Алевролит крупнозернистый Алевролит мелкозернистый	≥ 16,5 ≥ 20 ≥ 23,5 ≥ 29	≥ 1	Очень высокая
II	Песчаник среднезернистый Песчаник мелкозернистый Алевролит крупнозернистый Алевролит мелкозернистый	15-16,5 18-20 21,5-23,5 26,5-29	0,5-1,0	Высокая
III	Песчаник среднезернистый Песчаник мелкозернистый Алевролит крупнозернистый Алевролит мелкозернистый	11-15 14-18 16,8-21,5 20,5-26,5	0,1-0,5	Средняя
IV	Песчаник среднезернистый Песчаник мелкозернистый Алевролит крупнозернистый Алевролит мелкозернистый	5,8-11 8-14 10-16,8 12-20,5	0,01-0,1	Пониженная
V	Песчаник среднезернистый Песчаник мелкозернистый Алевролит крупнозернистый Алевролит мелкозернистый	0,5-5,8 2-8 3,3-10 3,6-12	0,001-0,01	Низкая
VI	Песчаник среднезернистый Песчаник мелкозернистый Алевролит крупнозернистый Алевролит мелкозернистый	< 0,5 < 2 < 3,3 < 3,6	< 0,001	Коллектор не имеет промышленного значения

П р и м е ч а н и е. Диаметр частиц (в мм): песчаник среднезернистый 0,5-0,25, песчаник мелкозернистый 0,25-0,1, алевролит крупнозернистый 0,1-0,05, алевролит мелкозернистый 0,05-0,01.

5 По вещественному (литологическому) составу горных пород выделяются две основные группы коллекторов: терригенная и карбонатная. Кроме них существуют коллекторы, связанные с глинистыми, вулканогенными, вулканогенно-осадочными, метаморфическими и магматическими породами, а также породами кор выветривания (табл. 11).

Таблица 10. Классификация карбонатных коллекторов (по И.А. Конюхову)

Группа	Класс	Проницаемость, 10-15 м2	Эффективная пористость, %	Литологические разности
А (классы высокой емкости)	I   II III	> 1000   1000-500 500-300	> 25   25-20 20-15	Известняки биоморфные, скелетные (рифовые), крупнокавернозные Известняки биоморфные, кавернозные Известняки кавернозные и органогенно-обломочные
Б (классы средней емкости)	IV   V	300-100   100-50	15-10   10-5	Известняки крупнозернистые порово-кавернозные, крупноолитовые Известняки и доломиты средне- и мелкозернистые порово-кавернозные, мелкооолитовые
В (классы малой емкости, эффективная пористость < 5 %	VI   VII VIII	50-25   25-10 10-1	-   - -	Известняки оолитоые, мелкодетритовые, биоморфные, инкрустированные

Терригенные или песчано-алевритовые коллекторы. Коллекторы этого типа занимают основное место среди пород-коллекторов С ними связана весьма значительная часть запасов нефти и газа. ЁФС терригенных коллекторов определяются в основном структурой порового пространства, поэтому их часто называют гранулярными или межгранулярными. Их общей особенностью является постепенное понижение ЁФС с глубиной за счет уплотнения пород, минерального новообразования и других процессов.

Карбонатные коллекторы. Они занимают существенное место среди пород-коллекторов. Причём значительная часть мировых запасов нефти и газа связана с трещинно-поровыми типами, небольшая с порово-трещинными и ничтожная с чисто трещинными.

Карбонатные породы являются полигенетической группой и по генезису первичных элементов могут быть хемогенными, органогенными, обломочными и смешанными. Часто в них присутствует терригенный материал, а иногда - пирокластический материал и аутигенные примеси в виде сульфатов, силикатов и других минералов.

Таблица 11. Классификация коллекторов нефти и газа по литологическому составу (по Б.К. Прошлякову, Т.И. Гальянову, Ю. Г. Пименову)

Группа коллекторов	Тип коллектора по структуре порового пространства	Вид пустотного пространства	Характерные литологические разности пород
Терригенные (обломочные) породы	Поровый	Межзерновой	Пески, песчаники, алевролиты, промежуточные разности пород и калькарениты
Трещинный	Трещинный	Песчаники и алевролиты регенерационной структуры, прочные песчаники и алевролиты с карбонатным цементом
Смешанный (сложный)	Межзерновой Трещинный	Прочные песчаники и алевролиты с остаточной межзерновой пористостью
Карбонатные породы	Поровый	Межформенный	Биогенные, биохемогенные, оолитовые известняки и доломиты
Внутриформенный	Биоформные (фораминиферовые, коралловые и др.) известняки и доломиты
Межзерновой	Вторичные доломиты и доломитизированные известняки, хемогенные известняки и доломиты
Трещинный	Трещинный	Криптогенные и хемогенные доломиты, известняки окремнелые и глинисто-кремнистые (в том числе биогенные)
Смешанный (сложный)	Межзерновой Трещинный Каверновый	Уплотненные известняки и доломиты различного генезиса
Глинистые породы	Трещинный	Трещинный	Аргиллиты, аргиллиты известковые, известково-кремнистые
Магматические и метаморфические породы, и их кора выветривания, кремнистые и сульфатные породы	Поровый	Межзерновой	Кора выветривания гранитов, гнейсов и других пород
Трещинный	Трещинный	Граниты, кварциты, метаморфические сланцы, серпентиниты, андезиты, кремнистые породы
Смешанный (сложный)	Межзерновой Трещинный	Серпентиниты, кремнистые породы

Разные генетические группы карбонатных пород имеют различные характеристики первичной пористости и проницаемости. Уже на этапе формирования лучшими емкостными и фильтрационными характеристиками отличаются органогенные, особенно рифогенные, обломочные и оолитовые карбонатные породы. Они имеют поры сравнительно правильной формы, которые равномерно распределены в объеме породы. Поровые каналы обычно имеют значительные размеры.

Карбонатные породы имеют сложный характер емкостного пространства, образованного порами, кавернами, карстовыми и стилолитовыи полостями, а также трещинами и очень неравномерное его распределение в объеме породы. Емкость в карбонатных коллекторах образуется и преобразуется на всех стадиях литогенеза и зависит, главным образом, от межзерновой пористости, а фильтрация обусловливается преимущественно трещинами, поэтому карбонатные коллекторы часто называют трещинными.

Глинистые коллекторы. Эти коллекторы нефти и газа известны очень давно в разных регионах мира, в том числе на Северном Кавказе. Наиболее широко глинистые коллекторы распространены в центральной и южной части Западной Сибири, где они называются «баженитами. Там, на границе нижнего мела и верхней юры, в составе региональной покрышки развита баженовская свита, которая является промышленно нефтеносной.

У глинистых аргиллитоподобных коллекторов баженовского типа есть общее характерное свойство – высокое, в среднем 22,5 %, содержание органического вещества (ОВ) сапропелевого типа, наличие свободной кремнекислоты, в среднем 29,5 % и проявление сингенетичной нефтеносности. Таким образом, эти породы имеют смешанный трехкомпонентный глинисто-кремнисто-сапропелевый состав. Пустотное пространство глинистых коллекторов связано с их текстурной неоднородностью, имеет сложную морфологию и трещинный характер. Текстурная неоднородность определяется наличием жесткого каркаса из кремнекислоты и ОВ.

Кроме трехкомпонентных баженитов, среди глинистых коллекторов выделяются четырехкомпонентные породы, состоящие из глинистых минералов, кремнезема, пелитоморфного карбоната и ОВ, содержание которого находится в пределах от 8 до 20 % по весу. Их характерным примером являются породы доманиковой свиты верхнего девона Волго-Уральской НГП, или просто - доманикиты.

Глинистые коллекторы Северного Кавказа – хадумиты, являются двухкомпонетными. Они состоят из глинистых минералов и кремнезема. Название дано по хадумской свите майкопской серии пород.

Коллекторы магматических, метаморфических пород и их кор выветривания. Данные типы коллекторов связаны с фундаментом осадочных бассейнов (ОБ). В настоящее время на Земле известно порядка 450 промышленных месторождений нефти и газа, часть которых по своим запасам относится к крупным и уникальным. Общие начальные запасы месторождений фундамента составляют 15 % мировых доказанных запасов категории А + Б. Большинство залежей - 40 %, и более 75 % запасов УВ, находящихся в фундаменте связано с кислыми породами: гранитами и гранитоидами.

Характерной особенностью нефтегазоносносности фундамента является то, что коллекторы и флюидоупоры в нём могут быть представлены одной и той же породой. Пустотное пространство пород-коллекторов имеет каверново-трещинный и трещинный типы, которые связаны с рядом вторичных процессов: палеогипергенными и паледенудационными, дизъюнктивной тектоникой, гидротермальным выщелачиванием неустойчивых минералов, контракционной усадкой магматических пород и сочетанием этих процессов.

Морфологически выделяются следующие типы коллекторов:

1) выступовые, связанные:

а - с эрозионно-тектоническими выступами с массивным типом природного резервуара;

б – со сложным распределением пустотного пространства внутри гранитных массивов в виде гнёзд, линз, жил, «ёлочки»;

2) площадные, связанные с корой выветривания;

3) линейные, связанные с зонами динамического влияния разломов;

4) жильные, связанные:

а - с зонами повышенной тектонической трещиноватости и гидротермальной деятельности;

б – с древними речными долинами, как правило, дренировавших зоны разломов;

5) линейно-узловые, связанные с узлами пересечения тектонических разломов.

Часто кора выветривания и базальный горизонт осадочного чехла образуют единый природный резервуар. Например, в Ростовской области Азовское газовое месторождение связано с нижнемеловыми песчаниками и подстилаемой корой выветривания гнейсов докембрийского возраста.

6. По распространенности выделяют породы-коллекторы, которые имеют региональное, зональное и локальное распространение.

7. По толщине и выдержанности литологического состава выделяют коллекторы, характеризующиеся выдержанностью или невыдержанностью толщин, литологического состава и фильтрационно-емкостных свойств.