Geum.ru

Я. В. Вакула Нефтегазовые технологии Учебное пособие

Вид материалаУчебное пособие

Содержание


Магнитную съемку
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17



Если при колебательных и складчатых движениях земной коры пласты не выдерживают напряжения и разрываются, то образуются трещины, по которым пласты смещаются относительно друг друга. К разрывным нарушениям относят сброс, взброс, сдвиг, надвиг, горст, грабен.

Основные геологические структуры – платформа и геосинклиналь.

Платформа - это тектоническая единица земной коры, подвергавшаяся колебательным движениям с небольшой амплитудой без резкого изменения своей первоначальной структуры.

Геосинклиналь - наиболее подвижный участок земной коры, сложенный мощными толщами осадочных горных пород с интенсивно прогибающимся дном и с интенсивным поднятием, превращающимся в горы.

Для образования скоплений углеводородов необходимо сочетание ряда условий: породы коллекторы, природные резервуары, ловушки, миграция.

Горные породы, обладающие пустотами и способностью вмещать, а затем при определенных условиях отдавать (т.е. пропускать через систему каналов, связывающих эти пустоты), жидкости и газы, называют породами-коллекторами. К таким породам относятся пески, песчаники, известняки, конгломераты, суммарный объем пор в которых составляет 18 - 30 и более процентов от общего объема породы, ( один кубический метр породы содержит 136 - 190 л нефти).

Породы-коллекторы обладают такими физическими свойствами как пористость, проницаемость, удельная поверхность, гранулометрический (механический) состав, механические свойства.

Пористость характеризует наличие пор и каналов между зернами, а также трещин и каверн. Коэффициент пористости определяют как отношение объема пустот к объему всей породы и выражают в долях единицы или в процентах. Жидкости и газы занимают те пустоты, которые соединены каналами и характеризуются коэффициентом пористости эффективной.

Проницаемостью горных пород называют их свойства пропускать сквозь себя жидкости и газы. Абсолютно непроницаемых пород нет – при соответствующем давлении можно продавить жидкость и газ через любую породу. Проницаемость породы тем меньше, чем меньше размер пор и каналов их соединяющих. Породы нефтяных и газовых месторождений имеют в основном капиллярные каналы, диаметром от 0.5 до 0.0002 мм. В каналах меньшего диаметра (субкапиллярные) поверхностные силы настолько велики, что движение жидкости в них практически не происходит. Единица проницаемости в системе СИ – 1м2 – проницаемость такой пористой среды, в которой через площадь 1м2 и длиной 1м при перепаде давления 1Па фильтруется 1м3 жидкости вязкостью 1Па·с. В промысловой практике пользуются единицей проницаемости дарси (Д), которая в 1012 меньше проницаемости в 1м2.

Величина 0.001Д = 1 миллидарси (мД). Проницаемость нефтяных и газовых пластов в пределах 100 – 2000 мД или (0,2 – 2) мкм2.

Удельная поверхность породы (удельная площадь поверхности) - суммарная поверхность зерен, составляющих породу, в единице ее объема. Ее значение в нефтесодержащих породах колеблется в пределах от 40000 до 230000 1/м. Породы, имеющие большую удельную поверхность непроницаемые (глины, глинистые сланцы и т.п.).

Г р а н у л о м е т р и ч е с к и й (механический) с о с т а в породы выражают как процентное содержание отдельных фракций (по размеру зерен) в образце породы. От гранулометрического состава породы зависят такие свойства пород, как пористость, проницаемость, удельная поверхность, капилярные свойства и т.д, а также количество нефти, которое остается в пласте после окончания эксплуатации в виде пленок, покрывающих поверхность зерен.

Коллекторские свойства карбонатных пород характерны трещиноватостью. Степень трещиноватости горной породы характеризуется объемной ( Т ) и поверхностной ( Р ) плотностью трещин и их густотой ( Г ).

М е х а н и ч е с к и е с в о й с т в а - наибольшее значение в нефтяных технологиях имеют упругость, прочность на сжатие и растяжение.

Для скопления углеводородов в породах коллекторах обязательно их перекрытие пластами непроницаемых пород, которые называют покрышками (глина, каменная соль, гипс, мергели, глинистые известняки).

Коллектор, кровлю (верх) и подошву (низ) которого составляют пласты покрышки, называют природным резервуаром (рис.2.3). В земной коре существуют резервуары различных типов. Наиболее типичные элементарные складки (антиклинали, синклинали, купола и моноклинали). Их называют пластовыми. Мощная толща трещиноватых известняков, ограниченных в кровле и подошве глинистыми пластами, образуют резервуар массивный. Если проницаемые породы заключены в непроницаемые, то резервуар ограничен литологически.

Подавляющее большинство природных резервуаров насыщено водой. Образовавшиеся углеводороды, попав в заполненный водой природный резервуар, вследствие разности плотностей воды и углеводородов, начинают перемещаться (мигрировать) по резервуару до какого либо препятствия, являющегося для них ловушкой, и в ней скапливаться или просачиваться при наличии трещин в земной коре на поверхность. Нефть, как вещество более легкое, перемещается по пористому пласту в верхнюю, а вода опускается в нижнюю часть складки.


Рис.2.3. Принципиальные схемы природных резервуаров нефти и газа:


1 – пластовый,

2 – массивный,

3 – пластово-массивный,

4 – литологически ограниченный.


Ловушка – часть природного резервуара, в котором со временем устанавливается равновесие между газом, нефтью и водой, а их перемещение остановлено. В природе существуют самые разнообразные виды ловушек.
Рис. 2.4. Принципиальные схемы ловушек нефти и газа

1 – структурные: а – сводовыя,

б – тектонически-экранированныя;

2 – литологические: в – с выклиниванием коллектора, г – с замещением коллектора непроницаемыми слоями;

3 – стратиграфическая, 4 – рифогенная,

5 – литолого-стратиграфическая.

1 – пески, 2 – глина, аргиллит,

3 – известняк, 4 – доломит, 5 – каменная соль, 6 – направление движения нефти и газа, 7 – трещины,

8 – стратиграфическое несогласие,

9 – нефтяная залежь.


Ловушкой нефти может быть часть природного резервуара, находящегося в повышенном структурном положении по отношению к окружающим участкам и их называют структурными. Они связаны в основном с антиклиналями и куполами и наиболее распространены. В отличие от структурных, литологические ловушки обусловлены изменением состава данного горизонта, когда пористые породы окружены непроницаемыми (алевролиты, глины). При тектонических нарушениях в виде разрывов и смещений слоев, пористые породы граничат с непроницаемыми и образуют ловушки экранированные. Существуют также и стратиграфические ловушки, связанные с переходом пористых слоев к более плотным породам другого возраста.В этих случаях нефть двигается по пластам вверх до тех пор, пока ее дальнейшее движение становится невозможным. В природе существуют и другие типы ловушек (рис.2.4).

Естественное скопление нефти или газа в природных резервуарах образуют нефтяные, газовые или газоконденсатные залежи, в которых газ нефть и вода распределяются по вертикали в соответствии с их плотностями. Если давление в залежи равно давлению насыщения при данной температуре, то газ, как более легкий располагается над нефтью, образуя газовую шапку. Если пластовое давление выше давления насыщения, то весь газ растворяется в нефти (рис.2.5).

При образовании в пористых породах гидратов, их залежи называют газогидратными.

Кроме нефтяных и газовых залежей в верхней части осадочной толщи содержатся массовые скопления битумов.


Рис.2.5. Схема нефтегазового месторождения:

А – газовый пласт;

Б и В – нефтяные пласты

Нефтяные залежи могут находиться в местах образования нефти или мигрировать в пористой среде.

Тип залежи зависит от строения ловушки, свойств коллектора, покрышек, наличия или отсутствия тектонических нарушений.

Толщина нефтяных и газовых пластов может колебаться от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров, а их ширина и длина от нескольких десятков метров до многих километров. Наиболее распространены залежи антиклинального типа (рис 2.6.).

Границу, разделяющую нефть и воду в пласте называют водонефтяным контактом (ВНК), а границу между газом и нефтью – газонефтяным контактом (ГНК). Граница между газом и водой в газовых скважинах – газоводяной контакт (ГВК).

Линия пересечения поверхности ВНК с кровлей пласта называется внешним контуром нефтеносности, а с подошвой пласта – внутренним.

Расстояние от верхней точки залежи до контакта с водой – высота залежи.

Совокупность залежей, находящихся в недрах земной коры на единой площади, называют м е с т о р о ж д е н и е м .

Жидкости (вода, нефть) и газы находятся в пласте под определенным давлением, которое называют п л а с т о в ы м. Давление в пласте до начала его разработки называют начальным пластовым давлением рпл.нач. Его величина связана с глубиной залегания пласта и приближенно равна давлению столба пресной воды (плотностью 1000 кг/м3 ) высотой равной глубине залегания пласта (гидростатическое давление).

рпл. нач. = g

где

 - глубина залегания пласта, м ;  - плотность воды, кг/м3
  1. ускорение свободного падения ( 9.81 м/с2).

Но в природе встречаются залежи нефти (жидкости и газа) с аномально низкими (ниже гидростатического) и аномально высокими пластовыми давлениями. Отношение пластового давления к давлению столба пресной воды высотой равной глубине пласта, называют коэффициентом аномальности. Низкие пластовые давления встречаются чаще в равнинных областях земной поверхности, а высокие в горных.







Рис.2.6. Сводовая газо-нефтяная залежь:

1 – внутренний контур газоносности;

2 – внешний контур газоносности;

3 – внутренний контур нефтеносности;

4 – внешний контур нефтеносности.


Точную величину пластового давления определяют глубинными манометрами. При наличии на устье избыточного давления

рпл =   g + руст

где руст - давление на устье скважины, Па.

Если известна плотность жидкости заполняющей скважину, при частичном ее заполнении, пластовое давление

рпл = Н1  g (Н1 - высота столба жидкости в скважине, м ).


По мере углубления температура в земной коре возрастает. Величину погружения в недра Земли, соответствующую повышению температуры на 1 0С, называют геотермической ступенью G, которая для верхних слоев Земли в среднем равна 33 м, но в различных точках земного шара она может быть больше или меньше. Для расчета чаще используют величину геотермического градиента, характеризующую повышение температуры горных пород при погружении в них на каждые 100 м от зоны постоянной температуры и в среднем равен 3 0С.

Нейтральный слой земли (зона постоянной температуры) - ближайший к дневной поверхности слой, температура в котором не изменяется при суточных и сезонных колебаниях температуры атмосферного воздуха.

В недрах земли нефть и газ находятся при повышенном давлении и температуре. Нефть содержит значительное количество растворенного газа. Растворенный газ снижает плотность и вязкость нефти, увеличивает ее объем.

Отношение объема нефти с растворенным в ней газом в пластовых условиях vпл к ее объему после дегазации в нормальных условиях V, называют объемным коэффициентом . В большинстве случаев он равен от 1.1 до 2.

Под влиянием пластовой температуры и растворенного газа вязкость нефти в пласте может быть в 4 - 10 раз ниже, чем на поверхности. Это создает благоприятные условия для ее движения в проницаемой среде

Обычными спутниками нефти и газа являются пластовые воды, которые находятся непосредственно в пониженной части пласта (краевые и подошвенные) или залегающие в самом пласте в виде водоносного пропластка (промежуточные). Кроме того, выделяют верхние и нижние водоносные пласты, расположенные соответственно выше или ниже продуктивного пласта.

В нефтяной (газовой) части залежи со времени ее образования также находится вода, которая удерживается в ней за счет поверхностного натяжения, занимает наиболее мелкие поры и по пласту не движется. Называют такую воду остаточной или связанной, и в залежах ее содержится обычно 10-20 %, но иногда достигает 40 и более процентов. Знать количество связанной воды важно при подсчете запасов нефти и газа, для чего вводятся коэффициенты водонасыщенности Кв, нефтенасыщенности Кн и газонасыщенности Кг

Кв = Ve/ Vпор; Кн = Vн/ Vпор; Кг = Vг/ Vпор,

где Ve, Vн, Vг - объемы пор насыщенные соответственно водой, нефтью и газом. Vпор - объемы всех пор.

Пластовые воды обычно высокой минерализации, нередко с концентрацией минеральных солей до 300 кг/м3 с повышенным содержанием йода и брома. Минеральные вещества, входящие в их состав, представлены солями натрия, калия, кальция, магния и др.

Плотность пластовых вод, как правило, больше плотности пресной воды. Вязкость воды обычно меньше вязкости нефти и снижается при повышении температуры.

Самым надежным признаком присутствия нефтяных залежей в глубинных слоях земли являются выходы нефти и газа на дневную поверхность. Чтобы установить закономерность скопления нефти, нужно изучить и восстановить всю историю земной коры – перемещения по ее поверхности морей, смены климатов, развитие растительного и животного мира. Это возможно при изучении окаменелых остатков животных и растений, которые называют «руководящими окаменелостями» (фауной). По ним определяют и сопоставляют возраст тех или иных отложений.

Считают, что Земля, как планета оформилась не менее 6 млрд. лет тому назад, а земная кора около 3 млрд.

Всю огромную толщу пород земной коры геология делит на группы, системы, отделы, ярусы, подъярусы, горизонты и свиты.

Промежутки времени, в которых происходило отложение пород каждого из этих делений толщи земной коры, соответственно разделены на эры, периоды, эпохи, века и времена. Всем им присвоено определенные названия, в основном по местности, где впервые были найдены и изучены отложения этих систем (пермская, юрская), названию племен населяющих эти местности (кембрийская, силурийская), по преобладающему в горной породе полезному ископаемому(меловая, каменноугольная). Каждая эра характеризует собой определенный этап в развитии жизни на земле.

Наиболее древние эры – архейская и палеозойская, продолжительностью 1.0-2.5 млрд. лет. В архейскую эру появились простейшие организмы, остатки которых в осадочных породах не сохранились. В отложениях протерозойской эры встречаются останки самых древних беспозвоночных животных. Выше залегают породы палеозойской эры (продолжительность 466 – 545 млн. лет), в которой существовали разнообразные формы живых и растительных организмов. Она делится снизу вверх на кембрийский, силурийский, девонский, каменноугольный и пермский периоды. Каменноугольный период ознаменовался развитием влаголюбивых растений, в пермский – появились рептилии, хвойные растения, образовались Уральские горы. Мезозойская эра продолжительностью 166 – 195 млн. лет состоит из триасового, юрского ( в котором появились млекопитающие) и мелового периода. Кайнозойская эра продолжительностью 55 – 65 млн. лет продолжается по сей день. Состоит из третичного (палеогеновый, неогеновый) и четвертичного периодов. В третичный период происходит бурное развитие млекопитающих, образование гор (Пиренеи, Альпы, Карпаты, Гималаи, горы Крыма и Кавказа) и современных морей. Начало четвертичного периода – ледниковая эпоха и появление человека.(Геохронологическая таблица представлена в Приложении 2).


Изучение любого района начинается с геологической съемки.

Геологическая съемка заключается в изучении строения слоев земли по естественным обнажениям горных пород (берег реки, овраг, ущелье, вершина горы) и нанесении на топографическую основу. Изучают остатки организмов, порядок и характер залегания слоев. По материалам геологической съемки определяют возраст пород, условия их образования (морские, континентальные и пр), устанавливают геологическую историю района, процесс развития жизни, структурные особенности залегания слоев пород (прогибы, складки, купола). В местах, где нет выходов горных пород на дневную поверхность, копают шурфы (колодцы), шахты, бурят неглубокие скважины из которых поднимают горные породы на поверхность. По результатам геологической съемки составляют структурные и геологические карты, которые показывают, где и какие породы выходят на поверхность и как они залегают на глубине, выявляются геологические структуры, подлежащие дальнейшему изучению (рис.2.7). Геологическая съемка дает возможность судить лишь о самых верхних комплексах горных пород. Тип структуры может прослеживаться и по глубокозалегающим отложениям, но не во всех случаях глубинная структура имеет четкое выражение на дневной поверхности. Для установления форм глубоко залегающих пород бурят структурные (структурно-поисковые) скважины и используют геофизические методы поиска.

Бурение структурных скважин глубиной 300 – 500 м проводится на опорные горизонты по которым устанавливают антиклинальные структуры нижележащих пластов.

Рис. 2.7. Структурная карта



Г е о ф и з и ч е с к и е методы включают гравитационную разведку (измерение силы тяжести), магнитную разведку (измерение магнитного поля), сейсмическую разведку (измерение скорости распространения взрывных волн) и другие. Геофизическими методами с различной степенью приближения изучают земную толщу на глубинах несколько десятков километров.

Магнитную съемку можно производить с самолета, исследуя большие труднодоступные и недоступные пространства, занятые морями, болотами, лесами, пустынями,

Наша планета – это огромный магнит, вокруг которого расположено магнитное поле, на характеристику которого влияют породы, слагающие земную кору. Магматические породы более магнитоактивные, чем осадочные и над местом их залегания возникает магнитная аномалия. Магниторазведка применяется для определения положения пород кристаллического фундамента, так как они наиболее магнитовосприимчивы, а его рельеф во многом определяет особенности геологического строения залегающих выше осадочных пород.

Магниторазведка ведется обычно в комплексе с гравитационной разведкой, основанной на изучении силы тяжести в земле, которая непостоянна. У полюсов она больше, чем у экватора, на участках развития плотных тяжелых пород она будет больше нормальной. Измеряя силу тяжести определяем мощность и глубину залегания фундамента на платформе, а также осадочной толщи и ее мощности. Измеряется гравиметром.

Суть электроразведки заключается в изучении естественного или искусственно создаваемого электрического поля. Электропроводимость пород характеризуется удельным электрическим сопротивлением. Сопротивление осадочных пород сильно колеблется : при насыщении их водой оно уменьшается, при наличии нефти резко возрастает. Зная величину сопротивления горных пород, можно определить и условия их залегания, определить локальные поднятия. Измерение силы тока и разности потенциалов производят при помощи чувствительных гальванометров и потенциометров (рис.2.8).

Рис.2.8. Искусственно созданное электрическое поле при электроразведке