Пористость, гранулометрический состав, удельная поверхность, проницаемость горных пород
ПОРИСТОСТЬ. В горных породах, вследствие неплотного прилегания минеральных частиц друг к другу существуют пустоты, которые могут вмещать газообразное или жидкое вещество. Совокупность пустот называют пористостью породы.
Коэффициентом пористости- отношение суммарного объема пустот к объему породы, в которой они находятся, и выражается в долях единицы или процентах.
Виды пористости: общую, открытую, эффективную и закрытую.
· Общая (полная, абсолютная или физическая) пористость – это доля в объеме породы всех пустот, независимо от их размера, формы, связи друг с другом и генезиса:
где kп.общ – коэффициент общей пористоси, Vпор – суммарный объем пор, Vпороды – объем всей породы, включая поры.
Чаще пористость коллекторов колеблется в пределах 5-20 %, в лучших коллекторах составляет 30-35%. Породы с низкой пористостью не имеют практического значения как коллекторы нефти и газа.
Полевая шкала оценки пористости может быть представлена в следующем виде: ничтожная – 0-5 %; плохая – 5-10 %; средняя – 10-15 %; хорошая – 15-20 %, очень хорошая – 20-25 %. Большое значение имеет размер пор.
· Открытая пористость (пористость насыщения) – это объемная доля сообщающихся между собой пор. Она вычисляется как отношение объема сообщающихся между собой пор к объему заключающей их горной породы.
· Разницу между величинами общей и открытой пористости называют закрытой пористостью.
· Эффективная (динамическая, полезная) пористость – это относительный объем пустот, через которые может осуществляться миграция флюида. Для каждого флюида, воды, газа, нефти того или иного состава, эффективная пористость породы имеет свое значение и, кроме того, зависит от количественных соотношений между текучими компонентами в породе. Она всегда меньше открытой пористости, так как не включает объем застойных участков, тупиковых каналов, тонких трещин сложной конфигурации, где движение флюидов не происходит. Такие участки по большей части заняты остаточной водой, поэтому иногда под эффективной пористостью понимают объем поровой системы, способной вместить нефть и газ с учетом остаточной водонасыщенности.
ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ. Пласты, сложенные песками, состоят из разнообразных по размерам зерен неправильной формы. Количественное (массовое) содержание в породе частиц различной величины принято называть гранулометрическим составом, от которого зависят многие свойства пористой среды: проницаемость, пористость, удельная поверхность, капиллярные свойства и т.д.
Так как размеры частиц песков обусловливают общую величину их поверхности, контактирующей с нефтью, от гранулометрического состава пород зависит количество нефти, остающейся в пласте после окончания его эксплуатации в виде пленок, покрывающих поверхность зерен.
УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ. Одной из важнейших коллекторских характеристик породы является внутренняя удельная поверхность – отношение суммарной поверхности всех пор и каналов (см2, м2) к единице общего объема (см3, м3) или массы (г, кг) породы. Удельная поверхность (Sуд) идеальной породы, состоящей из сфероидного диаметра, равна
где kп – коэффициент пористости, D – диаметр зерен. С уменьшением размера зерен и коэффициента пористости величина внутренней удельной поверхности возрастает.
Величина удельной поверхности характеризует способность коллектора удерживать флюиды и определяет водонасыщенность породы. При большой суммарной поверхности порового пространства коллектора, свойственной тонкозернистым породам, уменьшается способность коллектора отдавать флюиды. Следует помнить, что величина удельной поверхности мелких пор,
тонких каналов, не принимающих участие в фильтрации, намного больше поверхности фильтрующих пустот, поэтому только в однородных по размеру зерен породах величина Sуд хорошо отражает свойства и структуру порового пространства породы.
ПРОНИЦАЕМОСТЬ. Проницаемость – это свойство горных пород пропускать сквозь себя флюиды, т. е. жидкости, газы и их смеси. Различают абсолютную (физическую) и эффективную (фазовую) проницаемости.
· Абсолютная проницаемость – это проницаемость породы в случае фильтрации через неё однородной жидкости или газа, инертных по отношению к поверхности твёрдой фазы.
· Фазовая проницаемость – это способность пород, насыщенных смесью нефти, газа и воды или любой другой неоднородной жидкостью, пропускать отдельные её фазы.
Коэффициента проницаемости (kпр), который рассчитывают, исходя из закона Дарси:
где Q – расход флюида (м3/с), μ – вязкость флюида, L – путь фильтрации (м), Δp – перепад давления (МПа), F – площадь поперечного сечения (м2).
Единицей проницаемости в системе СИ принят 
, который соответствует 0,981 Д (дарси) – внесистемной единице, применяемой в промышленности.
По значениям коэффициента проницаемости породы:
проницаемые (гравий, пески, слабосцементированные песчано-глинистые осадки, кавернозные карбонатные),
полупроницаемые (глинистые пески, мелкотрещиноватые меловидные известняки и доломиты) и практически непроницаемые (глины, аргиллиты, глинистые сланцы, мергели, плотносцементированные песчаники и алевролиты, плотные мел и известняк).
Отношение эффективной проницаемости к абсолютной называется относительной проницаемостью. Она зависит от объёмного соотношения соответствующих компонентов в фильтрующихся смесях и выражается безразмерным числом, которое всегда меньше единицы. Сопоставление коэффициентов относительной проницаемости позволяет выделить главные и подчинённые фазы многофазового движения флюидов в пласте.
3. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД.
1.Аэро- и наземные геофизические методы получить объемную физическую характеристику пород в естественном залегании на различных глубинах, в т.ч. глубинах, недоступных для бурения.
2.Лабораторные исследования – получение высокой точности определения физического параметра в образце при детальном изучении его состава и текстурно-структурных особенностей в изменяющихся термодинамических условиях. Несовпадение свойств может быть обусловлено различными пределами изменения состава и текстурно-структурных особенностей образца и исследуемого геологического образования, несоответствием физического состояния образца в лабораторном эксперименте и породы, находящиеся в естественном залегании в условиях обводненности, механических и тепловых напряжений. Поэтому учитывают следующее:
· Физические свойства кристаллических и осадочных пород зависит от фазового состава их порового заполнителя. Все горные породы многокомпонентные среды, состоят из минерального скелета (твердая фаза ) и поровое пространство (жидкая и газовая фаза). Каждая фаза характеризуется различными физическими свойствами и по – разному реагирует на внешние воздействия. Учет соотношения различных фаз имеет большое значение при изучении физических свойств, которые обусловлено в значительной степени составом порового заполнителя (плотность, электрические и термические параметры)
· Физические свойства образцов, отработанных из приповерхностной зоне измененной процессами из нижележащих неизмененных образований
· Физические свойства горных пород под воздействием высоких термодинамических параметров изменяются.
Для увеличения достоверности физических свойств, определенных по образцам, в лабораторных методах должна учитываться представительность образцов, условия залегания породы и ее многокомпонентность.