Коллекторские свойства пород

1.Гранулометрический состав – содержание в горных породах (г.п.) зерен различной крупности (% в массе или количество зерен).

2.Коэффициент полной (абсолютной) пористости – отношение объема пор в породе к общему ее объему (видимому)

m=V_пор/V, % или доли единицы

3.Коэффициент открытой пористости – отношение объема открытых сообщающихся пор к объему образца.

Полная пористость г.п., в %: глины - 6÷50; пески - 6÷52; песчаники – 3,5÷30.

4.Проницаемость пород – способность фильтровать жидкости и газы при перепаде давления.

- Абсолютная проницаемость – при фильтрации одной какой-либо жидкости, химически инертной к породе при полной насыщенности пор этой жидкостью или газом (воздух, азот).

- Фазовая проницаемость (эффективная) – для данной жидкости или газа при наличии в породах многофазной системы.

- Относительная проницаемость – отношение фазовой проницаемости к абсолютной.

5.Удельная поверхность – отношение общей поверхности открытых поровых каналов к объему пород

Это очень большая величина. Например, при диаметре зерна 0,2 мм S – превышает 20000м²/м³.

6.Объемная плотность трещин – отношение половины поверхности всех стенок трещин (секущих) к объему породы.

7.Поверхностная площадь трещин – отношение суммарной длины следов всех трещин, выходящих на поверхность, к площади этой поверхности.

8.Густота трещин – число трещин на единицу длины образца.

9.Трещинная пористость (пустотность) – отношение объема трещин к объему породы.

10.Проницаемость трещин – способность фильтровать жидкость или газ (плоскость трещин перпендикулярна поверхности фильтрации).

Для горных пород характерны следующие физико-механические и тепловые свойства:

- упругость;

- теплоемкость;

- теплопроводность;

- коэффициент линейного расширения.

 

Физико-химические свойства нефти, природного газа и пластовых вод

Нефть и ее свойства

Нефть – горючая маслянистая жидкость преимущественно темного цвета, представляет собой смесь различных углеводородов.

Углеводороды (УВ) – химические соединения углерода с водородом.

Наиболее распространенны в природе УВ метанового ряда: метан CH₄, этан C₂H₆, пропан C₃H₈ и др. Формула C_nH_2n+2. Их называют еще предельными или насыщенными, т.к. они химически слабо активны.

В нефти встречаются УВ метанового (C_nH_2n+2), нафтеново (C_nH_2n), ароматического (C_nH_2n-6) и изредка др. рядов, но преобладают метан, этан, пропан и бутан (при атмосферном давлении и нормальной температуре они находятся в газообразном состоянии – из них состоит нефтяной газ).

Пентан, гексан и гептан неустойчивы, легко переходят из жидкого состояния в газовое и обратно.

УВ от C₈H₁₈ до C₁₇H₃₆ – жидкие вещества

УВ от C₁₇ и > - твердые вещества (парафины, церезины).

Кроме УВ в нефти содержаться: С (82-87%), Н (11-14%), O₂, N₂, CO₂, S, Cl, J, P и др.

Основной показатель товарного качества нефти – ее плотность (ρ). Плотность нефти ρ =0,730÷1,05. По плотности нефти делятся на 3 группы:

- легкие (ρ =0,8-0,87);

- средние (ρ =0,87-0,97);

- тяжелые (ρ >0,97).

Плотность < 0,8 имеют газовые конденсаты.

Легкие нефти наиболее ценные.

Вязкость (внутреннее трение)-свойство жидкости сопротивляться перемещению одной части жидкости относительно другой (между молекулами). Это очень важное свойство при добыче нефти, характеризуется коэффициентом динамической вязкости (μ, Па^.с).

При увеличении давления нефть сжимается, поэтому плотность пластовой нефти всегда больше ее плотности на поверхности.

Характеризуется сжимаемость нефти соответствующим коэффициентом сжимаемости.

Из-за наличия растворенного газа пластовая нефть увеличивается в объеме.

Объемный коэффициент – отношение объема жидкости в пластовых условиях к объему в нормальных условиях (стандартных).

Важной характеристикой нефти в пластовых условиях является газосодержание (газовый фактор) – количество газа в 1м ³ нефти (может быть до 320–1000 м ³/м ³).

По закону Генри растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна давлению при данной температуре.

Давление, при котором газ находится в термодинамическом равновесии с нефтью, называется давлением насыщения.

Если проще, то

Давление насыщения – это то давление, при снижении до которого начинают выделяться пузырьки газа.

 

Нефтяной газ и его свойства

 

Природные углеводородные газы находятся в недрах земли либо в виде самостоятельных залежей, либо в растворенном виде содержатся в нефтяных залежах. Тогда их называют нефтяными или попутными газами, так как их добывают попутно с нефтью.

Это обычно смесь углеводородных газов, но метан преобладает (48 – 99%).

Относительная плотность газа – отношение плотности газа при атмосферном давлении (0,1 МПа) и стандартной температурой (0°С) к плотности воздуха при тех же давлении и температуре.

Теплоемкость – количество тепла, необходимое для нагревания единицы веса или объема газа на 1°С.

Теплота сгорания – количество тепла, выделяющееся при сжигании единицы веса или объема газа – это основной показатель, характеризующий газ как топливо.

Если при Т = const повышать давление какого-либо газа, то при достижении определенного значения давления этот газ сконденсируется, то есть перейдет в жидкость.

Для каждого газа существует определенная предельная температура, выше которой ни при каком давлении газ нельзя перевести в жидкое состояние – это так называемая критическая температура.

Аналогично, критическое давление – это предельное давление, при котором и менее которого газ не переходит в жидкое состояние, как бы ни низка была температура.

Так, для метана Ркр.= 4,7 МПа, Ткр.= 82,5°С.

Природные газы могут воспламеняться или взрываться, если они смешаны в определенных соотношениях с воздухом, и нагреты до температуры их воспламенения при наличии открытого огня.

Верхний и нижний пределы взрываемости – это соответственно минимальное и максимальное содержание газа в газовоздушных смесях, при которых может произойти их воспламенение.

Эта смесь называется гремучей, давление при взрыве достигает 0,8 МПа. Для метана это – 5 – 15%.

В зависимости от преобладания в нефтяных газах легких или тяжелых углеводородов – газы разделяются:

- сухие – естественные газы, не содержащие тяжелых углеводородов.

- жирные – газы, содержащие тяжелые углеводороды (пропан и выше).

На практике сухим считается газ с содержанием газового бензина до 60 г/м ³, жирным – 60 – 70 г/м ³ газа.

 

Пластовые воды

 

Это обычные спутники нефти.

Вода смачивает породу, обволакивает тончайшей пленкой отдельные ее зерна, а так же занимает наиболее мелкие поровые пространства.

Осадочные породы, являющиеся нефтяными коллекторами, формировались, в основном, в водных бассейнах. Поэтому еще до проникновения в них нефти поровое пространство между зернами породы было заполнено водой. В процессе тектонических вертикальных перемещений ГП (коллекторов) и позднее УВ мигрировали в повышенные части пластов, где происходило распределение жидкости и газа в зависимости от плотности.

При этом вода вытеснялась не полностью, т.к. основные минералы пород являются гидрофильными, т.е. лучше смачивается водой, чем нефтью. Поэтому вода при вытеснении ее нефтью в процессе образования нефтяных залежей частично удерживалась в пластах в виде мельчайших капелек в точках контакта между отдельными зернами и в капиллярных каналах. Она называется связанной или погребенной.

Эта вода находится под воздействием капиллярных сил, которые значительно превосходят наибольшие перепады давлений, возникающие в пласте при его эксплуатации.

Содержание связанной воды в нефтяных залежах от долей % до 70% объема пор, чаще 20-30%.

Исследованием установлено, что даже при соединении воды до 35-40% и небольшой проницаемости породы из скважин может добываться безводная нефть, т.к. связанная вода не перемещается.

Пластовые воды обычно сильно минерализованы и по степени минерализации делятся на 4 группы:

А – пресные (< 1 ^г/_л); Б – солоноватые (1 – 10 ^г/_л);

В – соленые (10 – 50 ^г/_л); Г – рассолы (> 50 ^г/_л);

«Рапа» - до 600 ^г/_л

Плотность воды зависит от степени минерализации и температуры.

Содержание в воде растворенного газа повышает сжимаемость воды, которая характеризуется коэффициентом сжимаемости.

Вообще растворимость газов в воде значительно ниже, чем в нефти. Минерализация – уменьшает растворимость.

Пластовые воды – все электролиты, т.к. минерализованы.

Содержание бактерий в воде придает ей окраску розовую, красную, молочную.

Вязкость пластовой воды с повышением температуры падает.

И последнее о водах. Несмотря на широкий и разнообразный состав пластовых вод, их делят на 2 основных типа:

- воды жесткие или хлоридно-кальциевые (pH=4-6)

- воды щелочные или гидро-карбонатно-натриевые (pH>7).

Гидраты природных газов

Гидраты УВ – газов – это кристаллические вещества, у которых в структурной решетке молекул воды находятся молекулы газа.

Возникают гидраты при определенных Р и Т при насыщении газа парами воды.

Гидраты (кристаллогидраты) природных газов внешне похожи на мокрый спрессованный снег, переходящий в лед.

Плотность их 0,98 ^г/_см³. Их образование сопровождается выделением, а разложение – поглощением тепла.

Существуют даже газогидратные залежи в зонах вечной мерзлоты (месторождение Мессояха).