Типы и модели коллекторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Типы коллекторов

2. Модели коллекторов

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Нефть и природные газы заключены в недрах Земли. Их скопления связаны с вмещающими горными породами - пористыми и проницаемыми образованиями, имеющими непроницаемые кровлю и подошву. Горные породы, которые могут служить вместилищами нефти и газа и отдавать их при разработке, называются коллекторами. В свою очередь, коллектора называют пористыми или трещиноватыми в зависимости от геометрии пустот.

Природные жидкости: нефть, газ, подземные воды и их смеси - находятся в пустотах, т.е. порах и трещинах коллекторов. Часто находящиеся в пустотном пространстве коллектора природные жидкости, газы и их смеси обозначают общим термином «флюид», подразумевая под этим любой из компонентов. Флюид, находящийся в коллекторе, может пребывать в состоянии покоя или двигаться. Движение флюидов через твердые (деформируемые или недеформируемые) тела по связанным между собой порам и/или трещинам называется фильтрацией. Фильтрация может быть обусловлена воздействием различных сил: градиентами давления, концентрации, температуры, а также гравитационными, капиллярными, электромолекулярными и другими силами. Рассмотрим течения, вызываемые действием градиента давления и/или силы тяжести.

1. ТИПЫ КОЛЛЕКТОРОВ

Нефтегазовым коллектором называется горная порода, обладающая физическими свойствами, позволяющими аккумулировать в ней нефть и газ, а также фильтровать, отдавать их при наличии перепада давления. Основные критерии коллектора нефти и газа - его емкостная и фильтрационная характеристики, определяемые вещественным составом, пористостью и проницаемостью, а в более общем виде - типом коллектора.

По литологическому составу выделяют 2 основных типа коллекторов:

- терригенные (песчано-алевритовые);

-карбонатные.

Менее значимые коллекторы, связанные с вулканогенно-осадочными, глинистыми и редко-кристаллическими породами.

Терригенные коллекторы занимают 1-е место. На них приходится доля 58 % мировых запасов нефти и 77 % газа. К примеру, в Западно-Сибирском бассейне, практически все запасы газа и нефти находятся в терригенных коллекторах.

Литологически, терригенные коллекторы характеризуются гранулометрией - размером зерен. Размер частиц: крупнозернистых песков - 1-0,25 мм; мелкозернистых песков - 0,25-0,1 мм; алевролитов - 0,1-0,05 мм. Емкостно-фильтрационные свойства различны. Пористость составляет 15-20%, проницаемость - 0,1-0,01 (редко 1) квадратных микрометров (мкм2). Коллекторские свойства определяются структурой порового пространства, межгранулярной пористостью. Глинистость ухудшает коллекторские свойства.

Карбонатные коллекторы занимают 2-е место. На них приходится доля 42% запасов нефти и 23% газа. Главные отличия карбонатных коллекторов от терригенных: Наличие, в основном, только 2-х основных породообразующих минерала - кальцита и доломита; Фильтрация нефти и газа обусловлена, в основном, трещинами, кавернами. Карбонатные коллекторы присутствуют на месторождениях бассейна Персидского залива, нефтегазоносных бассейнов США и Канады, в Прикаспийском бассейне.

Коллекторы, обнаруженные в вулканогенных и вулканогенно-осадочных породах, представлены эффузивными породами (лавами, пемзами) и вулканогенно-осадочными (туфами, туфобрекчиями, туфопесчаниками). Коллекторские свойства вулканогенных пород связаны часто с вторичным изменением пород, возникновением трещин. Эти коллекторы слабо изучены.

Глинистые коллекторы кремнистыми, битуминозными глинами верхнего миоцена. Среди глинистых коллекторов особое место занимают битуминозные глины баженовской свиты в Западной Сибири. На Салымском, Правдинском и других месторождениях баженовские глины залегают на глубинах 2750-3000 м при пластовой температуре 120-128єС, имеют мощность 40 м. Возраст - волжский век и берриас (юра и мел). Дебиты нефти - от 0,06 до 700 м3/сут.

Непроницаемые породы или флюидоупоры - это породы, которые препятствуют уходу нефти, газа и воды из коллектора. Они перекрывают коллектор сверху (в ловушках), но могут и замещать коллектор по простиранию, когда, например, глины замещают песчаники вверх по подъему пласта. Флюидоупоры могут не пропускать жидкость (нефть и воду), могут пропускать газ, который имеет меньшую вязкость. По литологическому составу флюидоупоры представлены глинистыми, карбонатными, галогенными, сульфатными и смешанными типами пород. Наилучшие по качеству флюидоупоры - это каменная соль и пластичные глины, так как в них нет трещин. В каменной соли вследствие её пластичности нет открытых пустот и трещин, каналов фильтрации, поэтому она является прекрасным экраном на пути движения нефти и газа. Глинистые флюидоупоры наиболее часто встречаются в терригенных нефтегазоносных комплексах. Экранирующие свойства их зависят от состава минералов, имеющих различную емкость поглощения.

2. МОДЕЛИ КОЛЛЕКТОРОВ

Реальные коллекторы углеводородного сырья имеют сложное строение пустотного пространства, которое образуется поровыми каналами с резко изменяющимися диаметрами и направлениями, состоят из частиц различной формы и размеров и т.д. Поэтому построение аналитических решений, учитывающих все перечисленные особенности реальных пористых сред, практически, невозможно. В связи с этим в подземной гидромеханике часто пользуются упрощенными идеализированными моделями пористой среды. К таким моделям относятся идеальные (капиллярные) и фиктивные (корпускулярные) грунты (среды). В корпускулярных моделях пористая среда моделируются шарами, а в капиллярных - капиллярными трубками. Простейшая корпускулярная модель, в которой пористая среда моделируется упаковкой шаров постоянного диаметра, называется фиктивным грунтом (или фиктивной пористой средой). Простейшая капиллярная модель, в которой пористая среда моделируется капиллярными трубками постоянного диаметра, уложенными с постоянным периодом, называется идеальным грунтом (или идеальной пористой средой). Наиболее популярные модели фиктивного грунта соответствуют наиболее плотным упаковкам шаров. Моделирование коллекторов и, соответственно, классификация их параметров проводится по трём направлениям: геометрическое, механическое и связанное с наличием жидкости.

Геометрические модели. С геометрической точки зрения, все коллектора можно подразделить на две большие группы: гранулярные (поровые) (рис. 1) и трещинные (рис.2). Ёмкость и фильтрация в пористом коллекторе определяется структурой порового пространства между зёрнами породы. Для второй группы характерно наличие развитой системы трещин, густота которых зависит от состава пород, степени уплотнения, мощности, структурных условий и так далее. Чаще всего имеют место коллектора смешанного типа, для которых ёмкостью служат трещины, каверны, поровые пространства, а ведущая роль в фильтрации флюидов принадлежит развитой системе микротрещин, сообщающих эти пустоты между собой. В зависимости от вида путей фильтрации или главных вместилищ флюида различают коллектора: трещинно-пористые, трещинно-каверновые и т.д. При этом первая часть в названии определяет вид пустот, по которым происходит фильтрация.

С целью количественного описания фильтрационно-ёмкостных параметров реальные сложные породы заменяют идеализированными моделями.

Идеализированные модели пористых сред. Реальные горные породы имеют очень сложную геометрию (рис.3) порового пространства или трещин.

Рис.3. Слепок поровых каналов сцементированного песчаника

Кроме того, размеры частиц гранулярных коллекторов или трещин в трещиноватых породах меняются в очень широких пределах - от микрометров до сантиметров. Естественно, что математическое описание течения через столь хаотическую структуру невозможно и, следовательно, необходима некоторая идеализация структуры.

Рис. 4. Элемент фиктивного грунта

Фиктивный грунт - среда, состоящая из шариков одного размера, уложенных во всем объёме пористой среды одинаковым образом по элементам из восьми шаров в углах ромбоэдра (рис.4). Острый угол раствора ромбоэдра меняется от 60 до . Наиболее плотная укладка частиц при = и наименее плотная при = (куб). С целью более точного описания реальных пористых сред в настоящее время предложены более сложные модели фиктивного грунта: с различными диаметрами шаров, элементами не шарообразной формы и так далее. Идеальный грунт - среда, состоящая из трубочек одного размера, уложенных одинаковым образом по элементам из четырех трубочек в углах ромба. Плотность укладки меняется от угла раствора ромба.

Идеализированные модели трещинно-пористых сред. Трещинно-пористые коллекторы рассматриваются как совокупность двух разномасштабных пористых сред (рис.2): системы трещин (среда 1), где пористые блоки играют роль “зёрен”, а трещины - роль извилистых “пор” и системы пористых блоков (среда 2). В простейшем случае трещинный пласт моделируется одной сеткой горизонтальных трещин некоторой протяженности (рис.5), причём все трещины одинаково раскрыты и равно отстоят друг от друга (одномерный случай).

Рис.5. Схема одномерной Рис.6 Схема пространственной

В большинстве случаев трещинный пласт характеризуется наличием двух взаимно-перпендикулярных систем вертикальных трещин (плоский случай). Такая порода может быть представлена в виде модели коллектора, расчленённого двумя взаимно-перпендикулярными системами трещин с равными величинами раскрытия и линейного размера блока породы l. В пространственном случае используют систему трёх взаимно-перпендикулярных систем трещин (рис.6).

Механические модели. Реологические модели горных пород. Всякое изменение сил, действующих на горные породы, вызывает их деформацию, а также изменение внутренних усилий - напряжений. Таким образом, динамическое состояние горных пород, как и флюидов, описывается реологическими соотношениями. Обычно реологические зависимости получают в результате анализа экспериментальных данных, натурных исследований или физического моделирования. Если объём пустот не изменяется или изменяется так, что его изменением можно пренебречь, то такую среду можно назвать недеформируемой. Если происходит линейное изменение объёма от напряжения, то такая среда - упругая, иначе ещё её называют кулоновской. К таким средам относятся песчаники, известняки, базальты. В упругих телах при снятии нагрузки объём восстанавливается полностью и линия нагрузки совпадает с линией разгрузки. Многие породы деформируются с остаточным изменением объёма, т.е. линия нагрузки не совпадает с линией разгрузки. Такие породы называются пластичными (глины), текучими (несцементируемые пески) или разрушаемыми.

Модели по ориентированности в пространстве. Горные породы необходимо разделять по ориентированности изменения их характеристик в пространстве. С этой позиции выделяют изотропные и анизотропные тела. Изотропия - это независимость изменения физических параметров от направления, анизотропия - различные изменения по отдельным направлениям. Понятие ориентированности, применительно к коллекторам, связано с геометрией расположения частиц, трещин. Частицы горной породы могут располагаться хаотически и упорядочено (иметь геометрическую ориентацию). Упорядочные структуры - анизотропные по поверхностным параметрам. флюид нефть горный коллектор

ЛИТЕРАТУРА

1. http://neftegaz.ru/tech_library/category/145

2. Басниев В.С., Кочина И.Н., Максимов В.М. Подземная гидромеханика. - М.: Недра, 1993.- 416с

3.http://portal.tpu.ru/SHARED/k/KARPOVAEG/student/Tab2/Tab2/Book_PGM.pdf

Размещено на Allbest.ru