Коллекторные породы являются одними из важнейших компонентов нефтегазовой системы; без них добыча нефти и газа становится нереалистичной и нерентабельной. В то время как материнские породы производят нефть, которая затем транспортируется посредством миграционных механизмов, именно коллекторные породы обеспечивают хранение и экономичную добычу нефти и газа. В нефтяной промышленности часто говорят, что «коллектор — это фундамент», поскольку качество, тип, пористость, проницаемость и физические свойства коллектора напрямую определяют продуктивность и экономическую ценность нефтяного месторождения.
В данной статье всесторонне анализируются определение, характеристики, типы, процесс образования, методы исследования и инженерные проблемы коллекторских пород, а также подробно представлена роль коллекторских пород в разведке и разработке нефтяных месторождений.
Что такое коллекторские породы?
Коллекторные породы — это породы, способные хранить и транспортировать нефтегазовые ресурсы . Эти свойства зависят прежде всего от их пористости и проницаемости .
-
Пористость — это количество пустот в горных породах, которые могут содержать нефть, природный газ и воду.
-
Проницаемость — это способность горных пород транспортировать жидкости; то есть, насколько хорошо нефть или природный газ могут проходить через поры породы и поступать в скважину.
Если обе породы имеют одинаковую пористость, но одна из них обладает большей проницаемостью, она будет гораздо ценнее в качестве источника осадочного материала.
Какие горные породы могут служить резервуарами для нефти?
В целом, в качестве коллекторских пород можно использовать два основных типа горных пород:
1. Обломочные осадочные породы
Эти породы образовались в результате накопления и цементации фрагментированных частиц других пород. К числу наиболее важных осадочных пород относятся:
-
Песчаник
— это осадочная порода с высочайшей пористостью и проницаемостью, хорошо известная как коллекторский материал. Его зернистая структура образует непрерывную пористую сеть, что делает его очень подходящим для хранения и транспортировки нефти и газа. -
Несмотря на то, что агломерат
может обладать хорошей пористостью, сцепление его зерен и пористость между ними сильно различаются.
2. Карбонатные породы
Карбонатные породы составляют приблизительно 60–70% мировых запасов нефти.
-
Известняк
-
Доломит
Для карбонатных пород характерна чрезвычайная сложность структуры, обусловленная метаморфическими процессами, такими как растворение, которое может приводить к образованию вторичных пор. Однако они также образуют высокопродуктивные осадочные породы.
Пористая коллекторная порода
1. Первичная пористость
Это относится к пористости, присутствующей при образовании горных пород, например:
-
Межзерновая пористость в песчанике
-
Поры между первичными кристаллами в доломите
2. Вторичная пористость
Образован в результате процессов, происходящих после выпадения осадков:
-
Растворение веществ в карбонатах
-
трещины и щели
-
Карстовые образования
Во многих карбонатных коллекторах вторичная пористость является наиболее важным фактором при хранении и добыче нефти.
Проницаемость и ее роль в нефтедобыче
Проницаемость обычно измеряется в единицах дарси или миллидарси.
-
Высокая проницаемость (>1000 мДрейси) → Отличные характеристики
-
Средняя проницаемость (10-1000 мДр.) ← Приемлемая
-
Низкая проницаемость (1-10 мДраки) ← Необходимость в улучшении методов отбора проб
-
Очень низкая проницаемость (<1 мДрейси) ← Нетрадиционные ресурсы, такие как сланцевая нефть
Хотя пористость и проницаемость взаимосвязаны, некоторые породы могут обладать хорошей пористостью и очень низкой проницаемостью, например, многие карбонатные породы.
Процесс образования горных пород в осадочных породах
1. Осадки
Основная роль пористости в осадочных породах зависит от времени их образования:
-
Точность деталей
-
Как создавать слои
-
Осадочные среды (дельты, побережья, реки, мелководные моря, коралловые рифы и т. д.).
2. Расположение
В более глубоких слоях почвы вес осадочных пород уменьшает пористость. Этот фактор особенно сильно влияет на песчаник.
3. Последующее образование горных пород
Изменения, происходящие после дефекации:
-
цементная фиксация
-
решение
-
Доломит
-
перерыв
В процессе метаморфизма пористость может как уменьшаться, так и увеличиваться.
Основные свойства идеальных коллекторских пород
1. Высокая эффективная пористость
2. Высокая проницаемость
3. Достаточная толщина для коллектора
4. Боковая непрерывность породы
5. Стабильные физические свойства породы
6. Отсутствие избыточных пустот, заполненных цементом
7. Возможность контроля трещин (при необходимости)
Роль коллекторских пород в формировании нефтяных месторождений
Нефтегазовая система состоит из пяти основных элементов:
-
необработанный камень
-
камень-отложение
-
верхний слой
-
механизм иммиграции
-
Нефтегазовый сепаратор (сборщик)
Пласты-коллекторы — это места, где нефть оседает и накапливается после миграции. Без этих пластов не существует экономически ценных нефтяных месторождений.
Типы резервуаров классифицируются по характеру потока.
1. Традиционные танки
Нефть и природный газ хранятся в средах с достаточной пористостью и проницаемостью и могут быть извлечены с использованием естественного давления.
2. Нетрадиционные месторождения нефти и газа
Например:
-
нефтяной сланец
-
сланцевый газ
-
очень твердый песчаник
-
Плотные и потрескавшиеся карбонаты
Эти резервуары обладают крайне низкой проницаемостью и требуют применения гидроразрыва пласта.
Методы исследования коллекторских пород
1. Изучение данных каротажа скважин.
К инструментам каротажа скважин относятся следующие:
-
Диапазон значений
-
плотность
-
нести
-
Нейтрон
-
Ядерно-магнитно-резонансная томография
Физические параметры нефтяных пород, такие как насыщенность, пористость и проницаемость, могут определять свойства нефти.
2. Извлечение мякоти
Скважинное бурение — лучший способ непосредственного изучения осадочных пород.
-
Тестирование пористости
-
проницаемость
-
тонкие ломтики
-
Тесты SCAL и RCAL
3. Сейсмометр (сейсмология)
Он используется для идентификации ловушек, структур и расширений водохранилищ.
4. Геология и численное моделирование
В число 3D-моделей танков входят следующие:
-
Инженерное дело
-
Характеристики резервуара для хранения
-
Давление и температура
-
Распределение жидкости
Эти модели необходимы для прогнозирования поведения пласта в процессе добычи.
Поведение резервуаров для хранения во время производства
1. Давление в баке
Начальное давление и приводной механизм нефтяного бака являются ключевыми факторами, определяющими объемы добычи и производительность.
Организация-инициатор:
-
Дрейф аэрозолей
-
Воздушно-подъемная силовая установка
-
Поток воды
-
Гравитационный дрейф
-
совместный платеж
2. Соотношение газа к нефти (GOR)
Усиление гастроэзофагеального рефлюкса может быть признаком следующих состояний :
-
Возле крышки топливного бака
-
Низкое напряжение
-
открытый перелом
Да.
3. Взаимосвязь между свойствами коллекторских пород и добычей.
Некоторые горные породы подвергаются сжатию при относительно низком давлении , что приводит к уменьшению пористости. Это явление наблюдается в глинистых и карбонатных породах.
Распространенные проблемы в горных породах нефтеносных пластов
1. Асфальтовые и парафиновые отложения
Это препятствует потоку жидкости в порах.
2. Производство песка
Когда это происходит в рыхлом песчанике, это может повредить оборудование.
3. Набухание глины
В магматических породах, содержащих монтмориллонит, это приводит к снижению проницаемости.
4. Гетерогенность
Отличительные особенности карбонатных пород также представляют собой серьезную проблему для разработки месторождений.
Повышение продуктивности осадочных пород
1. Основные методы
Воспользуйтесь естественным давлением, создаваемым резервуаром для хранения.
2. Полезные методы
Для поддержания давления следует впрыскивать воду или газ.
3. Усовершенствованная добыча нефти (УДО)
Увеличьте урожай, используя следующие методы:
-
Впрыск углекислого газа
-
химическая инъекция
-
термический метод
Выбор подходящего метода напрямую зависит от свойств отложенных горных пород.
Экономическое значение осадочных пород
Нефтяные месторождения с хорошими коллекторскими породами могут:
-
Оно обладает устойчивыми производственными мощностями на долгосрочную перспективу.
-
Снижение затрат на разработку
-
Спрос на сложные технологии снизился.
-
Это обеспечивает более высокие показатели переработки отходов.
Напротив, разработка месторождений нефти и газа в плотных пластах, а также нетрадиционных месторождений нефти и газа обходится гораздо дороже.
В заключение
Коллекторские породы являются фундаментальным и жизненно важным компонентом любой нефтегазовой системы. От структуры зерен и типа породы до последующих процессов формирования, таких как осадконакопление, растрескивание, пористость и проницаемость, все эти факторы влияют на их качество и характеристики. Тщательное понимание коллекторских пород имеет решающее значение не только для разведки, но и для моделирования месторождений, разработки, добычи и управления ими.