Коллекторы, природные резервуары и ловушки нефти и газа

Министерство Образования  и Науки

Республики Казахстан

 

 

 

 

Реферат

на тему: Коллекторы, природные  резервуары и ловушки             

нефти и газа.

 

 

                    

 

                     

 

                                 Проверил: Сарыев А. И.

Подготовили: Ахметов Д., Зейнула А.

 

 

 

г. Астана

2013

Введение.

В земной коре в природных  условиях нефть и газ занимают пустотное пространство горных пород. Пористые, проницаемые породы, способные  принимать и отдавать нефть, газ, воду при разработке, – это коллекторы. Для нефти и газа природной  емкостью служит коллектор, заключенный  в плохо проницаемых породах. Такой коллектор в неколлекторе, имеющий определенную форму, является как бы своеобразным сосудом. И.О.Брод вслед за Р.Вильсоном называет его природным резервуаром. 
 
Природный резервуар – это природная емкость для нефти и газа, внутри которого они могут циркулировать и форма которого обусловлена соотношением коллектора с плохо проницаемыми породами.

Одной из составных частей РНГК являются коллекторы нефти и  газа. Под ними понимаются горные породы, способные вмещать и отдавать нефть и газ при разработке их залежей. 

Нефтегазосодержащие породы - коллекторы - представляют собой целостную систему, характеризующуюся своими структурными и генетическими связями как внутри системы,так и с внешней средой.  
 
Целью системного анализа является выяснение зависимости формирования коллекторов и их коллекторских свойств от состава пород источников сноса; расстояния до источников сноса, условий среды седиментации, климата, типа транспортирующих агентов, режима тектонических движений, глубины захоронения, геохимических, гидрогеологических, гидрохимических и термобарических факторов, влияющих на коллекторские свойства пород. По условиям образования коллекторы могут быть породами осадочного, магматического и метаморфического происхождения. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОЛЛЕКТОРЫ НЕФТИ И  ГАЗА (от cp.-век. лат. соllector — собиратель * а. oil and gas reservoirs;) — горные породы, способные вмещать жидкие, газообразные углеводороды и отдавать их в процессе разработки месторождений. Критериями принадлежности пород к коллекторам нефти и газа служат величины проницаемости и ёмкости, обусловленные развитием пористости, трещиноватости, кавернозности. Величина полезной для нефти и газа ёмкости зависит от содержания остаточной водонефтенасыщенности. Нижние пределы проницаемости и полезной ёмкости определяют промышленную оценку пластов, она зависит от состава флюида и типа коллектора. Если все осадочные породы состояли бы из коллекторов, то нефть и газ не могли бы скопиться в залежь. Они бы поднимались вверх, всплывая. Следовательно, необходимое условие образования залежи — присутствие в толще пород пласта или пластов, непроницаемых для нефти и газа, пород—экранов, способных задерживать вертикальное движение жидкости и газа к поверхности земли. Такие практически непроницаемые породы получили название покрышек. Обычно ими бывают глины, каменная соль, гипсы, а иногда известняки и мергели, не нарушенные трещинами. Нефтегазовым коллектором называется горная порода, обладающая физическими (структурными) свойствами, позволяющими аккумулировать в ней жидкие и газообразные углеводороды, а также фильтровать, отдавать их при наличии перепада давлений. 
 
Долевое участие пор, каверн и трещин в фильтрации и ёмкости определяет тип коллектора нефти и газа: поровый, трещинный или смешанный. Коллекторами являются породы различного вещественного состава и генезиса: Поровый коллектор (гранулярный), Трещиноватый коллектор, коллекторы терригенного типа, Карбонатные коллекторы . 

Поровый коллектор (гранулярный) — коллектор в котором движение пластового флюида преимущественно происходит по поровым (капиллярным) каналам. Песчаники, пески и др. такого же типа — гранулярные коллекторы. Породы нефтяных и газовых скважин в основном имеют капиллярные каналы. Непроницаемые перекрытия нефтяных и газовых пластов, обычно состоящие из глинистых пород, имеют субкапиллярные поры и каналы, движение в них жидкости не происходит или достаточно ограничено.

Трещиноватый  коллектор — коллектор, вмещающий жидкость, газ в трещинах. Это карбонатные породы. Они не редко малопористые и непроницаемы для нефти, но иссечены микро- и макротрещинами. Размер трещин от 0,01-0,15 до 10-20 м.В природе чаще всего нефть и газ содержаться в смешанных (порово-трещиноватых) коллекторах

На эффективность разработки нефтяных месторождений и степень извлечения нефти из пластов самое большое влияние оказывает макронеоднородность пластов, нефтенасыщенность коллектора, условия залегания и вязкость нефти, микронеоднородность, вещественный состав и смачиваемость пористой среды.

Породы — коллекторы терригенного типа состоят из зерен минералов и обломков пород разных размеров, сцементированных цементами различного типа. Это сцементированные песчаники, алевролиты и смеси их с глинами и аргиллитами. Для характеристики терригенных коллекторов значение имеет их минералогический и гранулометрический составы. По минеральному составу терригенные коллекторы делятся на:

• Кварцевые: Образуются в природе при условиях, когда в процессе осадконакопления превалирующее значение имеют зерна кварца. Песчаная основа до 95-98%. Это хороший коллектор с высокой пористостью и проницаемостью. Начальная нефтенасыщенность 80-95%. Насыщенность по воде — 5-20%.
• Полимиктовые: Образуются, если при осадконакоплении полимозерен кварца — большой процент зерен полевого шпата и продуктов их химического преобразования, имеется примесь глинистых разновидностей до 25-50%, которые ухудшают коллекторские свойства. Начальное водонасыщение 30-40%. Пористость- 25-26%, до 12-14%.Проницаемость от 3-5 до 0,0001-0.001 мкм².

Карбонатные коллекторы — слагаются в основном известняками и доломитами. Проницаемость до 0,3 — 1 мкм², пористость до 20-30%. Обычно породы комковатые, рыхлые, слабосцементированные, цемента до 10%. Начальная водонасыщенность не превышает 5-20%.

Коллекторские свойства терригенных пород зависят от гранулометрического состава, сортированности, окатанности и упаковки обломочных зёрен скелета, количества, состава и типа цемента. Эти параметры обусловливают геометрию порового пространства, определяют величины эффективной пористости, проницаемости, принадлежность пород к различным классам порового типа коллекторов. Минеральный состав глинистой примеси, характер распределения и количество её влияют на фильтрационную способность терригенных пород; увеличение глинистости сопровождается снижением проницаемости.  
 
Коллекторские свойства карбонатных пород определяются первичными условиями седиментации, интенсивностью и направленностью постседиментационных преобразований, за счёт влияния которых развиваются поры, каверны, трещины и крупные полости выщелачивания. Особенности карбонатных пород — ранняя литификация, избирательная растворимость и выщелачивание, склонность к трещинообразованию обусловили большое разнообразие морфологии и генезиса пустот; они проявились в развитии широкого спектра типов коллекторов нефти и газа. Наиболее значительные запасы углеводородов сосредоточены в каверново-поровом и поровом типах.  
 
Вулканогенные и вулканогенно-осадочные коллекторы нефти и газа отличаются характером пустотного пространства, большой ролью трещиноватости, резкой изменчивостью свойств в пределах месторождения. Особенность коллекторов заключается в несоответствии между сравнительно низкими величинами ёмкости, проницаемости и высокими дебитами скважин, вскрывающих залежи в этих породах. Наиболее часто встречаются трещинный и порово-трещинный типы коллекторов.  
 
Глинисто-кремнисто-битуминозные породы отличаются значительной изменчивостью состава, неодинаковой обогащённостью органическим веществом; микрослоистость, развитие субкапиллярных пор и микротрещиноватость обусловливают относительно низкие фильтрационно-ёмкостные свойства. В некоторых разностях пористость достигает 15% при проницаемости в доли миллидарси. Преобладают трещинные и порово-трещинные коллекторы нефти и газа. Промышленная нефтеносность глинисто-кремнисто-битуминозных пород установлена в баженовской (Западная Сибирь) и пиленгской (Сахалин) свитах.  
 
Наиболее значительные запасы углеводородов приурочены к песчаным и карбонатным рифогенным образованиям. Выявление коллекторов нефти и газа проводится комплексом геофизических исследований скважин и анализом лабораторных данных с учётом всей геологической информации по месторождению. При изучении карбонатных коллекторов нефти и газа, кроме традиционных литологических и промыслово-геофизических методов, используют фотокаротаж, ультразвуковой метод, капиллярного насыщения пород люминофорами и другие методы.

Природный резервуар –  это природная емкость для  нефти и газа, внутри которого они  могут циркулировать и форма  которого обусловлена соотношением коллектора с плохо проницаемыми породами. В природном резервуаре нефть, газ, вода находятся совместно. Поскольку нефть и газ легче  воды, то они всплывают кверху, поэтому  при рассмотрении природного резервуара особенно большое внимание уделяется  характеру перекрытия его непроницаемыми породами сверху – покрышке. Покрышка важна и в другом плане: создание в резервуаре артезианской, водонапорной системы возможно только при наличии  покрышки. Конечно, существенное значение имеет также наличие нижней ограничивающей водоупорной поверхности. Находящиеся  в природном резервуаре нефть, вода, газ образуют энергетическую систему. На распределение нефти, газа, воды в природном резервуаре большое  влияние оказывает сам характер коллектора: его мощность, однородность, степень расслоенности непроницаемыми прослоями и др. 
Характеризуя тот или иной природный резервуар, отмечают прежде всего следующие его особенности: тип коллектора, слагающего резервуар (поровый, трещинный); соотношение коллектора с ограничивающими его непроницаемыми породами; емкость резервуара; условия залегания резервуара.

И.О.Брод в 1951 г. по характеру  однородности коллекторов и по форме  геологического тела выделил три  типа при природных резервуаров:

I – пластовые резервуары; 
 
II – массивные резервуары; 
 
III – резервуары неправильной формы, литологически ограниченные со всех сторон.

1) Пластовый резервуар  представляет собой пласт - коллектор, ограниченный на значительной площади в кровле и подошве плохо проницаемыми породами (рис. 4.2). 

 

Пласт – элемент  слоистой осадочной толщи, литологически однородный, ограниченный двумя параллельными поверхностями. Это слой, небольшая группа слоев, выделяемая по какому-либо признаку из смежных слоев (например по наличию нефти, газа и т.д.). 
В таком пластовом резервуаре мощность пласта более или менее выдерживается на больших расстояниях. Коллектор в пластовом резервуаре – литологически однородный, но может быть и представлен тонким переслаиванием пород, причем породы, коллекторы – песчаники например, могут быть отделены друг от друга незначительными по мощности глинистыми прослоями, пропластками, иногда выклинивающимися на небольших расстояниях. В пластовом резервуаре существует единая гидродинамическая система, давление в которой закономерно изменяется в зависимости от положения областей питания и разгрузки вод. Жидкость и газ в пластовом резервуаре двигаются по пласту из пониженных участков с высоким давлением в приподнятые участки с меньшим давлением. 

2) Массивный  природный резервуар представляет  собой мощную толщу проницаемых  пород, перекрытую сверху и  ограниченную с боков плохо  проницаемыми породами (рис. 4.3). 
                                

Коллекторы, слагающие  массивный резервуар, бывают литологически однородными или неоднородными. Они могут состоять из стратиграфически разновозрастных пород, разделенных перерывом. 
Массивный резервуар может состоять из чередования различных литологических пород (песчаников, доломитов, изверженных пород – серпентинитов), образующих единый резервуар. 
Пористость и проницаемость таких коллекторов обусловлена наличием в них каверн и трещин. Зоны пористости и проницаемости в массивных резервуарах не имеют строгой стратиграфической приуроченности. Огромное большинство массивных резервуаров на платформах представлено карбонатными коллекторами (известняками, доломитами), в которых могут быть отдельные изолированные зоны с хорошей пористостью и проницаемостью, и наоборот, зоны с невысокими коллекторскими свойствами. Для массивного резервуара очень важна форма кроющей поверхности. В них перемещение жидкости и газа в горизонтальном направлении не может происходить на большие расстояния, потому что ограничено непроницаемыми зонами. 
 
3) Резервуары неправильной формы, литологически ограниченные со всех сторон, – это такие резервуары, в которых коллектор со всех сторон окружен практически непроницаемыми породами. Движение жидкости или газа в них ограничено размерами самого резервуара                                                                          

                                              

Моделью такого резервуара является линза нефтеносных  песчаников, заключенная в глинистой толще. 
Такие резервуары встречаются в трех разновидностях.

 
1. Резервуары неправильной формы,  ограниченные со всех сторон  непроницаемыми породами. Например, «шнурковый» песчаник тульского горизонта на Покровском месторождении в Самарской области.

 
2. Резервуары, ограниченные со всех  сторон породами, насыщенными водой. 
Такой резервуар встречен в Аппалачском бассейне США, где грубозернистый песчаник заполнен нефтью, в окружении тонкозернистого песчаника, заполненного водой. 
 
3. Встречаются резервуары, ограниченные и водой, и литологически, т.е. комбинация вышеописанных типов. 
 
В природном резервуаре нефть и газ мигрируют, движутся и всплывают к кровле. Дальнейшее движение возможно, если кровля резервуара имеет наклон. Если же на пути движения встретится барьер, экран, то нефть и газ будут скапливаться, образуя залежь.

 

ЛОВУШКА НЕФТИ И ГАЗА (а. oil and gas trap) — часть коллектора, условия залегания которого и взаимоотношения с экранирующими породами обеспечивают возможность накопления и длительного сохранения нефти и (или) газа. Элементами ловушки являются коллектор нефти и газа, покрышка, экран. Наиболее распространена классификация ловушек, сочетающая поисковые и генетические признаки. По этим признакам выделяют ловушки сводовые, тупиковые, или экранированные, и линзообразные (рис.). 
Сводовые ловушки образуются в сводовых частях антиклиналей, над соляными куполами, глиняными диапирами, интрузивными массивами, в теле погребённых рифовых массивов и эрозионных выступов — под облекающими их покрышками. Сводообразная форма изгиба пласта-коллектора и пласта-покрышки. Это – результат тектонических движений. Это наиболее простая ловушка – пласт-коллектор в антиклинали. Основные параметры; определяющие форму и объем такой ловушки, следующие: ее площадь, ее высота, толщина пласта-коллектора. Свыше 70% запасов нефти и газа находится в ловушках сводового типа, заключённых в антиклиналях.

                                          

Ловушки экранированного  типа возникают на крыльях и периклиналяхантиклиналей, на флексурах и моноклиналях при появлении по восстанию их литологического или гидродинамического экранов. В зависимости от происхождения экрана различают ловушки: тектонически экранированные, возникающие в результате сброса, взброса, надвига или внедрения массивакаменной соли, глиняного диапира, интрузивного тела, а также экранирования (боковой поверхностью жерла грязевого вулкана); стратиграфически экранированные — при несогласном перекрытии коллектора герметичным экраном; литологически экранированные — при выклинивании, уплотнении коллектора или запечатывании коллектора асфальтом; гидродинамически экранированные, возникающие на моноклиналях, флексурах, в зонах угловых несогласий и разрывных нарушений при нисходящем движении воды и встречном всплывании нефти. Линзообразные (или литологически ограниченные) ловушки образуются в коллекторах линзообразного строения (погребённых песчаных барах, русловых и дельтовых песчаниках, пористых зонах карбонатных пород). Ловушки могут находиться в различных частях структур. 

Образование ловушки возможно и тогда, когда проницаемый пласт  вверх по восстанию полностью  выклинивается в непроницаемых  породах или замещается непроницаемыми породами. Нередки случаи, когда  ловушка образуется в результате стратиграфически несогласного перекрытия пласта-коллектора непроницаемыми породами более молодого возраста.