Характеристики трещино-каверзного коллектора

Введение

Изучение и исследование коллекторов разного типа представляет значимость не только для геологической науки, но и для производственных целей, включая поиск и разработку нефтегазовых месторождений. Особую актуальность сегодня представляют коллекторы со сложным геологическим строением – например, трещинно-кавернозного типа. Это обусловлено тем, что интенсификация добычи топливных ископаемых за последние десятилетия привела к значительному истощению месторождений. В связи с этим добывающая промышленность стала ориентироваться на разработку более глубоких и труднодоступных нефтегазоносных комплексов.
В качестве примера можно рассмотреть разработку плотных и глубоких пластов Баженовской и Ачимовской свиты, для которых характерно весьма сложное геологическое строение с наличием коллекторов трещинно-кавернозного типа.
Цель исследования – анализ особенностей трещинно-кавернозного коллектора.
Достижение цели предполагает выполнение таких задач:
Характеристика коллектора, как объекта геологических исследований;
Анализ типов и системно-структурных особенностей коллекторов;
Характеристика трещинно-кавернозного коллектора, условий формирования, особенностей исследований и разработки.
Объект исследования – трещинно-кавернозный коллектор
Предмет исследования – системно-структурные особенности и закономерностей залегания трещинно-кавернозного коллектора.


РАЗДЕЛ 1
ОСОБЕННОСТИ ТРЕЩИНО-КАВЕРНОЗНОГО КОЛЛЕКТОРА
1.1 Понятие про коллектор и типы коллекторов

Нефть и газ вместе с водой циркулируют в литосфере в породах-коллекторах, характеризующихся относительно высокой проницаемостью. Коллектор – это сложное сочетание первичных и вторичных взаимосвязанных пустот в горной породе, заполненных водой, нефтью или газом. Коллекторы в сочетании с непроницаемыми и плохо проницаемыми породами образуют естественные резервуары. По структуре пустотного пространства коллекторы делятся на простые – поровые, каверновые, трещинные, биопустотные коллекторы; а также коллекторы и смешанного типа [1, 5]. Классификация коллекторов по соотношению пустот и пород представлена в та табл. 1.1.

Таблица 1.1
Классификация коллекторов по А.А. Бакирову [1]


Суммарный объем открытых полостей, связанных между собой в единую систему, по которой возможна фильтрация газов и жидкостей, называется емкостью коллекторов и характеризует возможную насыщенность коллектора флюидом.
По минеральному составу нефтегазовые коллекторы делятся на кварцевые, кварцы полевошпатовые, карбонатные и эвапоритовые или хемогенные [3]. Производительные коллекторы характеризуются большим разнообразием, что объясняется разным минеральным составом скелета, типом межзернового цемента, глинистостью, размером пор и зерен породы и многими другими характеристиками. По типу порового пространства выделяются такие пласты-коллекторы: межзерновые, межзернового-трещинные, трещинные, трещинно-кавернозные и кавернозные.
Таким образом, одной из главных характеристик коллектора является пористость. Пористость горных пород характеризует наличие в них полостей – пор. Именно благодаря пористости породы могут вмещать жидкости и газы. Различают общую, открытую и закрытую пористость. Общая пористость представляет собой суммарный объем открытых и закрытых пор минерала или горной породы. Открытая пористость – объем пор, сочетающийся с атмосферой или другой средой, в которой находится порода или минерал. Закрытая пористость – объем пор, которые не сочетаются с внешней средой; исчисляется по разнице между общей и открытой пористостью.
В нефтегазовой геологии выделяют еще и эффективную пористость – объем пор, занятый подвижным флюидом (нефтью, газом) при полном насыщении порового пространства этим флюидом. Она меньше открытой пористости на объем связанных или остаточных флюидов.
Величина пористости тесно связана с вещественным составом горных пород. В илах и лесах она достигает 80 %; в осадочных горных породах (известняки, доломиты, песчаники) изменяется до 35 %; в вулканогенно-осадочных породах (туфописковикы, туффитов) – в пределах 5-20%; в магматических породах – не более 5%. Пористость определяет такие физические свойства горных пород, как прочность, скорость распространения упругих волн, сжимаемость, электрические, теплофизические и другие параметры.
Пористость обусловливает проницаемость коллектора – способность пропускать через систему сообщающихся пор жидкости (воду, нефть), газы или другие смеси при наличии перепада давления. Проницаемость количественно характеризует фильтрационные свойства коллектора. Из-за отсутствия связи между порами порода может быть непроницаемой даже при высокой общей пористости: мел, мергель, некоторые глины. Проницаемость тех же пород для различных флюидов неодинакова: породы, непроницаемые для нефти и воды, могут быть проницаемыми для газа вследствие его большей проникающей способности, а породы, непроницаемые для высоковязкой нефти – проницаемыми для маловязких.
Рассмотрим основные характеристики пористости в разных типах коллекторов (табл

. 1.2), включая трещинно-кавернозный (табл. 1.3).

Таблица 2.1
Типы коллекторов терригенных пород (по Е. Е. Карнюшиной)

Таблица 1.3
Классификация пор и пустот в горных породах (по М. К. Калинко)


Таким образом кавернозному типу коллекторов соответствуют мелкие, средние и крупные поры размером от 2 до 1000 мм. Для мелкокавернозных коллекторов характерны макротрещины 2-5 мм, для средних и крупных – весьма широкие трещины свыше 50 мм.
Следует отметить, что в нефтегазовых коллекторах как пористость, так и проницаемость зависят от геостатического давления – обратная зависимость, а также температуры – прямая зависимость. Наполняемость порового пространства нефтью и газом характеризуется коэффициентами нефте и газонасыщенности. Они определяются как экспериментально в лабораторных условиях, так и в процессе инженерно-геологических исследований в скважинах: методы сопротивления, нейтронные методы.
1.2 Каверзность и характеристики трещинно-кавернозного коллектора

Кавернозность – это явление, характерное для горных пород, при котором в них присутствуют вторичные пустоты в виде каверн. Кавернозность свойственна карбонатным коллекторам. Таким образом, кавернозные коллекторы чаще всего связаны с зонами выщелачивания с образованием полостей или каверн в карбонатных толщах. Размеры каверн превышают 1 мм. Пустотное пространство образуется также при замещении кальцита доломитом.
Трещинно-кавернозные коллекторы – это коллекторы, в которых наряду с кавернозностью, микротрещиноватостью, свойственными коллекторам кавернозного типа, существенную роль играют макротрещины. Пример трещинно-кавернозного коллектора представлен на рис. 1.


Рисунок 1.1 – Трещинно-кавернозный коллектор [5]
Трещинно-кавернозный или смешанный тип коллектора характеризуется более сложным строением пустотного пространства (рис. 1.2), чем другие типы коллекторов, описанные в подразделе 1.1; а также увеличением проницаемости по сравнению с порово-кавернозным типом, при незначительном увеличении пористости за счет трещинной составляющей.
Литология трещинно-кавернозных коллекторов представлена карбонатными породами (известняки, чаще доломитизированне, доломиты неравнозернистые) и реже галогенными породами. В частности, образование коллектора на рис. 1.1 (Хорейверская нефтегазоносной области Тимано-Печорской провинции) протекало по известнякам сферово-водорослевым и микросгустковым водорослевым.


Рисунок 1.2 – Схема образования пустотного пространства в коллекторах кавернозного (А) трещиноватого (Б) и смешанного (В) типов [6]

Литология карбонатных пород трещинно-кавернозного коллектора представлена в основном крупнокавернозными и мелкокавернозными породами, но более широко распространен мелкокавернозный подтип. Крупнокавернозный подтип тесно связан с породами, образованными кораллами и известковистыми водорослями. Фильтрационные свойства определяются преимущественно структурой и размером каналов, связывающих каверны.
Следует отметить, что условия формирования трещинно-кавернозных коллекторов могут быть разными. В частности, каверны в карбонатной породе могут формироваться как при отложении породы, так и после отложения. Например, к первому типу коллекторов относятся известняки и доломиты рифовых массивов. Кавернозность рифовых известняокв возникает вследствие распада органического вещества, первоначально заполнявшего полости в породе. Особенностями рифовых известняков являются отсутствие в них обломочных частиц, массивное строение – отсутствие правильной и ясной слоистости, а также обилие каверн [4].
В целом отличие трещинно-кавернозного коллектора от других типов, включая трещинный, заключается в том, что вдоль отдельных трещин, реже – вне системы трещин, присутствуют полости близкие по форме к сфере и отличающиеся от нее. Эти полости условно называют кавернами и характеризуют их объемное содержание в породе коэффициентом кавернозности, который иногда называют каверновой пористостью. В трещинно-кавернозном коллекторе коэффициент кавернозности составляет, как правило, 5-10, достигая большей величины в закарстованных известняках, где и доля карстовых полостей в объеме породы и размеры этих полостей могут быть весьма значительными [3].
Таким образом, основными характеристиками трещинно-кавернозного коллектора являются каверзность и трещиноватость. Трещины в карбонатных породах образуются в диагенезе и катагенезе, но они залечиваются кальцитом и не играют роли при миграции углеводородов. Основное значение при миграции нефти и газа, а также в процессе формирования залежей имеют тектонические трещины: пронизывая породу в разных направлениях, они способствуют увеличению сообщаемости тупиковых пор. При этом сами создают как пути миграции, так и дополнительную емкость. Каверны образуются в результате химического растворения кальцита известняков, сопровождаемого выносом растворенных компонентов, а также благодаря процессам доломитизации. Поскольку молекула доломита меньше молекулы кальцита, при замещении доломитом кальцита образуются каверны.
Проницаемость и продуктивность трещинно-кавернозного коллектора определяются раскрытостью и густотой трещин, емкость – коэффициентом кавернозности