Коллекторские свойства горных пород (колекторські іводотривкі властивості гірських порід)

КОЛЕКТОРСЬКІ ВЛАСТИВОСТІ ГІРСЬКИХ ПОРІД (a. reservoir properties of rocks; н. Speichervermogen der Gesteine; ф. caracteristiques de reservoir des roches; й. propiedades de reservorio de rocas) – здатність горн. порід пропускати через себе рідкі й газоподібні флюїди й акумулювати їх у пустотному просторі. Осн. параметри: проникність, ємність, флюидонасищенность. Проникність г. п. – найбільш важливий параметр колектора, що визначає потенційну можливість витягу з породи нафти й газу. Породи, здатні при гидростатич. тисках пропускати рідкі й газоподібні флюїди через сполучені порожнечі, наз. проникними. Швидкість і напрямок плину флюїду зв’язані c особливостями геометрії порового простору колектора, c інтенсивністю, орієнтуванням, сообщаемостью тріщин, a також фіз.-хім. властивостями флюїду. Проникність істотно залежить від розмірів, звивистості порових каналів і тріщинуватості порід. Проникність пористого середовища для Розрізняють абсолютну, ефективну й относит. проникності. Абсолютна (фізична) Ka – проникність при фільтрації однорідної рідини або газу; визначається геометрією порового простору й характеризує фіз. властивості породи. Ефективна Kэф – здатність породи пропускати флюїд у присутності ін. флюїдів, що насичують шар,; залежить від складності структури порового простору, поверхневих властивостей, наявності глинистих часток. Відносна Kэф/Ka – зростає c збільшенням насиченості породи флюїдом і досягає макс. значення при повнім насиченні; для нафти, газу, води коливається від нуля при низької насиченості до одиниці при 100%-ном насиченні. Загальну ємність порід-колекторів становлять порожнечі трьох осн. типів, що розрізняються по генезисі, морфології, умовам акумуляції й фільтрації нафти й газу. Загальна ємність г. п. характеризується сумарним обсягом пор, каверн, тріщин. Визначають три види Пористості г. п.; загальну, відкриту, ефективну. Загальна пористість – обсяг сполучених й ізольованих пор; відкрита – обсяг сполучених між собою пор, що заповнюються флюїдом при насиченні породи під вакуумом, вона менше загальної на обсяг изолир. пор; ефективна – характеризує обсяг, зайнятий рухливим флюїдом; вона менше відкритої на обсяг залишкових флюїдів. Величина пористості оцінюється відношенням обсягу пор до обсягу породи й виражається у відсотках або в частках одиниці. Тріщинуватість г. п. значно підвищує їх фильтрац. властивості; ємність тріщин 0,1-0,5%, у карбонатних породах за рахунок розчинення й вищелачивания істотно збільшується – 1,5-2,5%. Кавернозность – вторинна пустотность, що утворилася в розчинних карбонатних породах. Пo генезису й значимості для запасів виділяють успадковану й знову утворену кавернозность. Успадкована кавернозность розвивається в пористо- проникних разностях c сприятливою структурою пор; знову утворена кавернозность – у первичноплотних породах (див. «Карст», «Кавернометрия»). Залишкова водонефтенасищенность характеризує не витягає часть, що, флюїдів. Залишкові флюїди займають у породі мікропори й знижують величину корисної ємності колектора. В і характер розподілу залишкової (зв’язаної, похованої) води залежить від складності будови пористого середовища, величини уд. поверхні, a також від поверхневих властивостей породи (гидрофильности й гидрофобности). У залишкової води в породах разл. литологич. складу змінюється від 5 до 70-100%. B піщано-алевритових породах зміст залишкової води збільшується при наявності великої глинястості. Заповнення й витиснення флюїдів у шарах залежать від особливостей будови ємнісного простору г. п. (тому що розмір, форма, сообщаемость разл. видів порожнеч визначають режим фільтрації рідин і газів), від ступеня прояву капілярних сил, від характеру розподілу залишкових флюїдів. Поровие канали характеризуються перевагою капілярних сил над гравітаційними, каверни – переважним впливом гравитац. сил, у тріщинах одночасно проявляється дія капілярних і гравитац. сил. Прояв тих або ін. сил обумовлює величини ефективної пористості, проникності й збереження частини залишкової води в колекторах. K. c. г. п. – важливий количеств. параметр для оцінки запасів м-ний нафти, газу, водних ресурсів, для вибору режиму експлуатації м-ний. Геологічна діяльність підземних вод До підземних вод відносяться всі природні води, які знаходяться в рухомому стані нижче поверхні Землі. Вони пов’язані з водою атмосфери та водами океанів, морів, озер і рік. В природніх умовах відбувається безперервна взаємодія цих вод, що обумовлює так званий гідрологічний кругообіг. Умовно кругообіг починається з випаровування води на поверхні океанів, морів і надходження вологи в атмосферу. Частина водяної пари, яка збирається над океанами, конденсується та випадає у вигляді атмосферних опадів над самими океанами, формуючи таким чином так званий малий кругообіг води в природі. Разом з тим, відбувається водообмін між океанами та суходолом, коли значна частина вологи з океану переноситься повітряними течіями на материки, де за сприятливих умов вона конденсується і випадає у вигляді атмосферних опадів. Так відбувається формування великого кругообігу, при якому більша частина опадів, що випадають на материки, стікаючи по поверхні і через ріки знову попадає в океан. Друга частина опадів просочується у гірські породи і поповнює підземні води, утворюючи підземний стік, а частина знову випаровується в атмосферу. Виходячи із зазначеного можна зробити висновок, що атмосферні опади, які випадають на поверхню Землі розподіляються за наступною схемою: випаровування, поверхневий стік, просочування (інфільтрація) і підземний стік. Характер співвідношення між цими явищами залежить від: рельефу, температури повітря, рослинності, водопроникності гірських гірських порід. В межах великого кругообігу на материках розрізняють внутрішній, або внутрішньоконтинентальний, кругообіг, який неодноразово повторюється, суттєво збільшуючи кількість атмосферних опадів, що потрапляють на суходіл та поповнюють підземні води. Об’еми води, які містяться в гірських породах, залежать від їхніх водо колекторських властивостей, а останні, в свою чергу, визначаються пористістю та тріщинуватістю самих порід. Породи-колектори (лат. “колектор” –цей, що збирає) за характером порожнин поділяються на наступні категорії: — Гранулярні(лат. “гранулум” – зернятко) або пухкі зернисті породи, до яких відносяться піски, гравій, галечники; — Тріщинуваті скельні породи з відкритими тріщинами та тріщин ними порожнинами; — Тріщинуваті та тріщинно-карстові породи. За ступенем проникності води всі породи діляться на три групи: водопроникні та відносно проникні або водостійкі, водонепроникні. До водопроникних порід відносяться піски, гравій, галечник, тріщинуваті пісковики, конгломерати, а також закарстовані пісковики, доломіти та інші розчинні породи. Під пористістю порід розуміють відношення об’єму пор в даному зразку породи до об’єму всього зразка. Від складу пухких гірських порід залежить і їхня вологоємкість, тобто властивість вміщувати та утримувати в собі певну кількість води. Розрізняють повну вологоємкість, коли вода заповнює всі пори, включаючи і тонкі капілярні, та максимальну молекулярну вологоємкість, яка характеризується кількістю води, що утримується в породі силами молекулярного зчеплення після того, як вся гравітаційна вода стікає з порди. Різницю між повною та максимальною молекулярною вологоємкістю називають водовіддачею гірскої породи. Найбільшою водовіддачею володіють грубоуламкові породи, такі як піски, гравій, галечник, а найнижчою-глини та важкі суглинки. Водопроникність тріщинуватих порід залежить від розміру та характеру тріщин. Підземні води, які рухаються по порах пухких порід, називаються поровими, а по тріщинах – тріщинними. У випадку, коли окрім тріщин в гірських породах мають місце також карстові порожнини, підземні води, що циркулюють по них, називаються тріщинно-карстовими, або карстовими. Залежно від стану, в якому вода знаходиться в гірських породах, розрізняють наступні її види: вода у вигляді пари, гігроскопічна вода, капілярна, крапельнорідка (вільна), вода у твердому стані та кристалізаційна. Вода у вигляді пари міститься у повітрі, яке займає вільні від рідкої води пори та тріщини в гірських породах. Вона знаходиться в динамічній рівновазі з іншими видами води та з парами води в атмосфері. За певних умов пароподібна вода конденсується. Гігроскопічна вода утворюється у тому випадку, коли молекули пароподібної води адсорбуються на поверхні мінеральних зерен гірських порід. Плівкова вода утворює навколо частинок гірської породи і поверх гігроскопічної води плівку з декількох шарів молекул. Вона може переміщуватись від однієї частинки до іншої. У випадку, коли товщина плівок у сусідніх частинок більша, відбувається поступове переміщення воли від частинок з більшою товщиною плівки до частинок з тоншою. Цей процес триває до тих пір, поки товщина плівок не вирівняється. Капілярна вода – заповнює частково або повністю тонкі пори та тріщини і утримується в них за рахунок сил поверхневого натягування. Ця вода піднімається по тонких капілярах знизу догори від рівня дзеркала підземних вод. Крапельнорідка, або вільна гравітаційна вода характеризується властивістю вільно переміщуватись по порах, тріщинах та інших порожнинах гірських порід під впливом сили тяжіння. Води у твердому стані, тобто у вигляді льоду, присутня ув гірських породах, які поширені в кліматичних зонах з від’ємною температурою. Кристалізаційна вода – це вода, яка входить до складу цілої низки мінералів і бере участь у будові їх кристалічних граток. ЬПрикладом може бути гіпс, до складу якого входить дві молекули води. За походженням всі підземні води діляться на декілька типів: інфільтраційні, конденсаційні, седиментогенні та “ювенільні” або магматогенні. Інфільтраційні підземні води утворюються в результаті просочування на глибину атмосферних опадів. Вважається, що інфільтрація є основним джерелом поповнення запасів підземних вод. Конденсаційні підземні води – це води, які утворюються в результаті конденсації водних парів, що знаходяться у повітрі, яке заповнює пори та порожнини в гірських породах і грунтах. На відміну від інфільтраційних вод, конденсаційні мають підпорядковане значення в процесі поповнення кількісних запасів підземних вод. Седиментогенні підземні води – це води, які збереглися морських осадових відкладах, куди вони потрапили під час формування останніх. Сприятливі умови для формування седиментогенних підземних вод виникають на великих глибинах (декілька кілометрів) внаслідок перекриття алеврито-глинистих та піщанистих відкладів потужними товщами водостійких та слабо водопроникних порід. “Ювеніальні” або магматогенні підземні води утворюються в процесі конденсації газоподібних продуктів, які виділяються у великих кількостях при застиганні магми. Залежно від умов залягання всі підземні води діляться на три типи: верховодка, грунтові води та напірні між пластові, або артезіанські, води. Верховодкою називають підземні води, які залягають на невеликих від поверхні землі глибинах, у межах зони аерації. Вони характеризуються обмеженим поширенням, відсутністю регіонального водотриву та періодичністю існування. Такі води накопичуються на поверхні невеликих за розмірами лінз водостійких та напівпроникних порід. Потужність верховодки складає 0,5-1,0, рідко 2-3 м, її рівень залежить від кліматичних умов та їх змін. Враховуючи, що води верховодки належать до інфільтраційних, найбільшої потужності вони досягають весною та осінню, в період максимального випадання атмосферних опадів. Грунтові води, на відміну від верховодки, користуються значним поширенням. Це води першого від поверхні землі водоносного горизонту, який залягає на першому від поверхні водотриві. Вони можуть накопичуватись як у пухкиг пористих, так і тріщинуватих твердих гірських породах. Елемантами горизонтів грунтових вод є дзеркало грунтових вод та водотривке ложе. Під дзеркалом грунтових вод слід розуміти верхню межу поширення води в розрізі водоносного горизонту, а водотривке ложе – це водонепроникні породи, які підстеляють водоносний горизонт. Порди насичені водою називаються водоносним шаром, або водоносним горизонтом. Потужність водоносного горизонту – це відстань від дзеркала грунтових до водотривкого ложа. Розрізняють два види руху грунтових вод: ламінарний та турбулентний. Ламінарний рух – це рух у вигляді окремих струменів грунтових вод через відносно малі пори та незначні за розмірами тріщин. Турбулентний рух характерний для грубоуламкових, а також сильно тріщинуватих і закарстованих гірських порід, в яких значні за розмірами порожнини дозволяють проходженню значної кількості води за відносно короткий час з великою швидкістю. Швидкість руху грунтових вод залежить від коефіцієнта проникності, або коефіцієнта фільтрації, який, в свою чергу, залежить від гранулометричного складу уламкових гірських порід, або від ступеня їх тріщинуватості. Від земної поверхні до водотривкого ложа формується три чітко виражених зони, які відрізняються характером обводнення. Перша від поверхні зона – це зона аерації, яка не заповнюється водою, але є своєрідним “ситом”, через яке атмосферні опади проникають в зони, що залягають нижче. Друга зона – це зона періодичного насичення водою. Вона розташована між мінімальним рівнем підземних вод у посушливі періоди та найвищим рівнем, який встановлюється в багатоводні періоди. Третя зона, або зона повного насичення, розташована між водотривам і найнижчим рівнем грунтових вод та характеризується постійним обводненням. Особливе місце серед підземних вод належить напірним, або артезіанським водам, які залягають між двома водотривкими верствами гірських порід нижче від базису ерозії. Підземні води можуть характеризуватися наявністю гідростатичного напору і у випадку моноклінального залягання гірських порід. У артезіанських басейнах має місце певна вертикальна гідро геохімічна зональність, обумовлена різними гідродинамічними особливостями, вираженими через інтенсивність водообміну. Осуви – це відрив та перем імення по схилу великої маси гірських порід під впливом сили тяжіння по якій відбувається відрив маси гірських порід та їх осування, називається поверхнею ковзання, породи, які осування, називається поверхнею ковзання, породи, які осунулися, називалися тілом осуву а місце поєднання тіла осуву з корінним уступом – тиловим швом осуву. До основних факторів, які сприяють виникненню осувних процесів, належать: 1) значна крутизна берегових схилів та утворення тріщин бортового відриву; 2)підмивання берега рікою, або абразія моря, збільшення сто збільшує напруженний стан схилу та порушує існуючу рівновагу; 3) випадання великої кількості атмосферних опадів і збільшення ступенню обводнення порід схилів, як поверхневими, так і підземними водами;