Повышение эффективности разработки карбонатных трещинно-поровых коллекторов нестационарным гидродинамическим воздействием

Типы пород - коллекторов, гранулометрический состав пород, коллекторские свойства трещиноватых пород.

К настоящему времени предложен  ряд классификаций коллекторов  терригенного (обломочного) и карбонатного состава, однако ни одна из них не получила практического применения. Это объясняется  тем, что трудно создать универсальную  классификацию коллекторов, которая  отражала бы все их свойства и представляла бы не только академический интерес, но и удовлетворяла бы запросам промышленности, оказывая существенную помощь при поисках, разведке и разработке нефтяных и  газовых месторождений.

В различных опубликованных классификациях рассматриваются самые  разнообразные свойства коллекторов: в одних излагаются морфология и  генезис поровых пространств (И.М. Губкин), в других коллекторы расчленяются по форме их поровых пространств (П.П. Авдусин и М.А. Цветкова), в  третьих они расчленяются по проницаемости (А.Г. Алиев, Г. И. Теодорович), далее по признакам, характеризующим различные  генетические типы коллекторов (Н. Б. Вассоевич), наконец, по эффективной пористости и проницаемости (А. А. Ханин) и т. д.

Основываясь на данных о  пористости и проницаемости горных пород, все известные коллекторы нефти и газа можно подразделить на две большие группы: межгранулярные (поровые) и трещинные.

Основное их различие заключается  в том, что емкость и фильтрационные свойства межгранулярных коллекторов (чаще всего песчаников) определяются в основном структурой порового пространства, тогда как в трещинных коллекторах  фильтрация нефти и газа обусловливается  главным образом трещинами. Основной емкостью для трещинных коллекторов  служат те же, что и для межгранулярных, -- межзерновые поры, а в карбонатных породах также и каверны, микрокарстовые пустоты и стилолитовые полости.

Роль самих трещин в  общей емкости трещинного коллектора, как правило, незначительна и  лишь иногда возрастает в зонах дробления  горных пород вблизи дизъюнктивных  дислокаций.

Трещинные коллекторы характеризуются  разнообразием и сложностью их строения, наличием в них микротрещин, роль которых является ведущей в фильтрации флюидов. Однако не следует смешивать  трещинный коллектор с трещиноватой породой, так как трещинный коллектор  характеризуется лишь ему присущими  специфическими особенностями, которые  были указаны выше.

Е.М. Смехов и другие по условиям фильтрации выделяют два типа коллекторов -- межгранулярные и трещинные, -- а по характеру их емкости -- каверновый, карстовый, смешанный и порово-трещинный, которые, в свою очередь, подразделяются по преобладающему значению той или иной структуры пустот.

Большая часть имеющихся  в трещиноватых породах пустот, определяющих тип коллектора, сообщаются благодаря  широко развитой в них сети микротрещин.

Приведенная классификация  трещинных коллекторов может  оказаться полезной на практике, так  как выделение в разрезе того или иного типа трещинного коллектора способствует выбору надлежащего метода разведки и разработки месторождения, а также учету необходимых  параметров (пористость, коэффициенты нефтенасыщенности и нефтеотдачи) для подсчета запасов нефти и газа.

Природные коллекторы весьма разнообразны по строению и чаще всего  представлены смешанными типами с преобладанием  того или другого основного типа.

Во всех районах распространены преимущественно две системы  трещин, одна из которых, как правило, имеет простирание, совпадающее  с простиранием слоев, вторая -- с направлением падения слоев. Спорадически появляются диагональные к ним системы трещин.

Другой характеристикой  трещиноватости является густота трещин, тесно связанная с литологией пород. Обычно наибольшей рас-тресканностью обладают кремнистые разности, затем глинистые и известковистые. В песчаных разностях в общем случае отмечены минимумы трещиноватости. Интенсивность трещиноватости не зависит от мощности слоя, что доказано на большом фактическом материале.

При изучении трещин в шлифах отмечено, что микротрещины развиты  в той или иной мере во всех литологических разностях горных пород. Наименьшее количество трещин имеют песчаники  и алевролиты, однако и в них  отмечены открытые трещины и трещины, заполненные желтым битумом.

В то время как распределение  трещиноватости в разрезе зависит от литологических разностей пород, распределение максимумов растресканности по площади тесно связано с тектоническими явлениями, контролируемыми упругостью породы. Имеются данные о том, что независимо от условий, максимумы трещиноватости преимущественно располагаются на периклиналях структур. Иногда они приурочены к изгибам слоев.

В то же время структуры  платформенного типа имеют максимумы  трещиноватости, спорадически распространенные по крыльям складок, на структурах геосинклинального типа -- вдоль осей.

Согласно изложенной характеристике трещиноватых пород при определении  их пористости (емкости) для подсчета запасов основное внимание должно быть уделено изучению межзерновой пористости. Однако в некоторых случаях при выяснении емкости коллектора необходимо учитывать и трещинную пористость, если межзерновая или вторичная равны первым единицам процента, а трещинная 1% и более.

Гранулометрический состав пород. Гранулометрический анализ горной породы дает представление о количественном содержании в ней частиц различной  величины. Количественное содержание и соотношение фракций частиц в известной мере определяют пористость, проницаемость и коллекторские свойства породы. Гранулометрический анализ выражается в определении процентного содержания фракций зерна различной крупности (в мм). Он производится различными методами, подробно описываемыми в специальной литературе.

В промысловых условиях гранулометрический состав породы обычно определяют ситовым  анализом, заключающимся в разделении частиц размером свыше 0,1 мм (0,074 мм). Для  разделения частиц менее 0,074 мм применяют  седиментационный и другие методы. Фракционный состав породы обычно записывают в таблицу (табл. 1).

По гранулометрическому  составу выделяют разнообразные  породы: глины, алевриты, пески и  т. д. Характер дисперсности пород определяется не только их гранулометрическим составом, но и удельной поверхностью. Удельной поверхностью породы называется суммарная поверхность частиц, содержащихся в единице объема образца. Между гранулометрическим составом и удельной поверхностью существует определенная зависимость: чем больше мелких частиц в породе, тем больше ее удельная поверхность, и чем больше крупных частиц, тем меньше удельная поверхность. Таким образом, определение удельной поверхности породы дополняет данные гранулометрического анализа.

Наибольшую удельную поверхность  имеют пелиты, меньшую -- алевриты, а наименьшую -- псаммиты. С увеличением удельной поверхности, как правило, ухудшаются коллекторские свойства породы.

Помимо этого, на основании  данных гранулометрического состава  судят о характере однородности породы. Для этого строят кривые суммарного состава и распределения  зерен песка по размерам, откладывая по оси ординат нарастающие весовые  проценты фракций, а по оси абсцисс -- диаметры частиц в логарифмическом масштабе.

Построение указанной  кривой в соответствии с примером гранулометрического состава илистого мелкозернистого песка, приведенного в таблице, ведется следующим  образом. Данные таблицы преобразуют  в удобный для графического изображения  вид нарастающих процентов для  соответствующих диаметров частиц.

На основе указанных данных строят кривую суммарного грануло-метрического состава. По указанной кривой определяют коэффициент неоднородности породы, под которым понимают отношение диаметра частиц фракции, составляющей со всеми более мелкими фракциями 60% вес. от веса всего песка, к диаметру частиц фракции, составляющей со всеми более мелкими фракциями 10% вес. от веса песка, т.е.

Для однородного по составу  песка коэффициент неоднородности равен единице. Коэффициент неоднородности пород нефтяных месторождений России колеблется в пределах 1,1 - 20.

Знание однородности пород  позволяет получить относительное  суждение о его коллекторских свойствах, которые улучшаются для однородных песков (и песчаников) по сравнению с неоднородными.

Наряду с этим знание гранулометрического  состава пород позволяет выбрать  размер щелей фильтров в эксплуатационных колоннах для предотвращения (или  ограничения) поступления песка  из пласта в скважину.

Трещиноватость пород. Более 60% добываемой в настоящее время нефти в мире приур-чено к карбонатным коллекторам. В связи с этим проблема изучения трещинных коллекторов в последние годы приобрела весьма актуальное значение.

Изучение природы пористости и проницаемости карбонатных  пород, их стратиграфии, тектоники, геологической  истории и палеогеографии позволяет  более эффективно проводить поиски, разведку и разработку связанных  с ними залежей нефти.

Литолого-петрографическое изучение трещиноватости пород показало широкое распространение в породах микротрещиноватости («волосные» микротрещины). По происхождению микротрещины могут быть подразделены на диагенетическо-тектонические и тектонические. Выяснение происхождения трещиноватости возможно лишь при детальном изучении петрографических и геологических данных, характеризующих породы, и при наличии большого каменного материала.

В большинстве случаев  трещиноватость пород преимущественно связана с тектоническими и реже с диагенетическими процессами.

Трещины диагенетического происхождения свойственны преимущественно известнякам и доломитам, они располагаются чаще перпендикулярно к слоистости.

Распространение трещин из одного слоя в другой с сечением поверхности напластования может  свидетельствовать о тектоническом  происхождении трещин. Трещины нетектонического происхождения обычно образуют в  плане многоугольную сетку. Вопрос о происхождении микротрещин  еще недостаточно изучен и требует  проведения дальнейших исследований.

Нетектонические трещины, именуемые  первичными, образовались в стадию позднего диагенеза и эпигенеза. В породах, прошедших стадию хотя бы первых слабых тектонических (колебательных) движений, первичные трещины преобразуются в тектонические и приобретают свойственные им особенности. Так как в земной коре не существует недислоцированных пород, кроме современных осадков, выделение более или менее значительного количества первичных трещин затруднительно.

В настоящее время тектоническое  происхождение подавляющего большинства  трещин можно считать доказанным. Об этом свидетельствуют особенности, свойственные трещиноватости:

объединение трещин в системы, образующие более или менее правильные геометрические сетки;

преимущественно вертикальный относительно слоистости пород наклон трещин;

тесная связь ориентировок основных систем трещин с направлением тектонических структур.

Такое происхождение имеют  трещины в пределах одного пласта, а также пересекающие несколько  пластов независимо от их состава  и мощности. Аналогичное явление  наблюдается в приконтактных трещинах, развитых на границах пород различного лито логического состава. Лишь трещины по слоистости (или по плоскостям, близким к ней, как, например, трещины кливажа) и диагональные к слоистости представляют исключение из преобладающих трещин, ориентированных в основном перпендикулярно к напластованию пород. Их происхождение связано с влиянием как первичных, так и вторичных процессов растворения (преимущественно в карбонатных породах) и односторонними направлениями тектонических деформаций в пластичных породах.

При изучении трещиноватости горных пород с целью определения их коллекторских свойств основной интерес представляют тектонические трещины.

Трещины, которые можно  наблюдать невооруженным глазом в обнажениях, горных выработках, в  керне, называют макротрещинами. В отличие  от них трещины, различимые лишь в  шлифах под микроскопом, называют микротрещинами. Верхний предел раскрытости (ширины) микротрещин условно принято считать равным 100 мк.

В целом трещиноватость (макро- и микротрещины) в горных породах характеризуется относительно правильными геометрическими системами трещин. В общем случае геометрическая сетка состоит из двух основных систем вертикальных (к слоистости) трещин с взаимно перпендикулярными направлениями. В отдельных случаях геометрическая сетка трещиноватости горных пород может быть представлена одной системой горизонтальных трещин по отношению к плоскостям напластования (рассланцованные, тонкослоистые породы) или тремя перпендикулярными системами (мергели), или сочетанием нескольких различно ориентированных систем (глины), создающим впечатление «бессистемного» (хаотичного) расположения трещин.

Установленная закономерность в расположении и ориентировке трещин в горной породе может рассматриваться  как один из главных признаков, позволяющих  определить такие важные параметры, как интенсивность трещиноватости и направление главных систем трещин.

Интенсивность трещиноватости пласта обусловливается общим количеством развитых в нем трещин и зависит от его литологического состава, степени метаморфизма пород, мощности вмещающей среды и структурных особенностей залегания пласта.

На коллекторские свойства трещиноватых пород значительное влияние оказывает литологический фактор; характер распределения и интенсивность проявления трещиноватости тесно связаны с вещественным составом исследуемых пород и структурно-текстурными особенностями; наиболее трещиноватыми являются доломитизированные известняки, затем чистые известняки, доломиты, аргиллиты, песчано-алевритовые породы, ангидрито-доломитовые породы и ангидриты.