К оглавлению

Об общей классификации коллекторов нефти и газа

М. К. КАЛИНКО

По мере открытия новых нефтяных и газовых месторождений все более расширяется круг пород, которые могут являться вместилищами нефти и газа. При благоприятных геологических условиях почти во всех горных породах возможно образование нефтяных и газовых залежей, поэтому любая классификация коллекторов должна быть настолько полной, чтобы охватывать все горные породы. Существующие классификации разрабатывались для отдельных групп пород (песчаных, карбонатных) по различным признакам и, вполне понятно, не могут охватить всего многообразия развитых в природе коллекторов нефти и газа.

Морфология и классификация пустот в горных породах

Свойство пород пропускать через себя флюиды зависит в основном от количества и характера имеющихся в них пустот.

Начиная с 1923 г., после О.Э. Мейцера [9], различными авторами были предложены классификации пустот в горных породах [2, 4, 5, 6, 8, 11 и др.]. Эти классификации разрабатывались в разных отраслях науки - гидрогеологии, науке о карсте, инженерной геологии и т. д., поэтому классификационные признаки и степень детальности их различны. Представляется целесообразным создать общую схему классификации, в которой пустоты всех типов дифференцировались бы единообразно, по одним и тем же признакам и между отдельными типами были бы установлены твердые количественные границы (табл. 1).

Термин «коллектор нефти и газа» трактуется различными авторами неодинаково [1,3,5,10,12,14]. На первый взгляд большинство этих определений кажется подходящим. Однако при практическом их использовании возникают серьезные затруднения.

Действительно, как установить границу между коллекторами и неколлекторами, каковы критерии отнесения пород к коллекторам, когда, с какого момента, одна и та же неколлекторная порода может становиться коллектором? Эти вопросы можно решить, исходя из следующих соображений.

Как известно, небольшие скопления нефти (нефтепроявления) возможны в любых породах, как коллекторных, так и неколлекторных, но для образования залежей нефти или газа обязательно наличие коллекторов. Если под залежью нефти или газа понимать «такие скопления в недрах, которые могут разрабатываться буровыми скважинами в технических и экономических условиях данного времени» [1, стр. 8], то, естественно, коллекторами следует называть такие породы, из которых в буровых скважинах при благоприятных условиях путем применения существующих методов эксплуатации могут быть получены промышленные притоки нефти или газа.

С этой точки зрения совершенно очевидно, что величины пористости, как общей, так и открытой, не могут являться критерием коллекторов. Конечно, каждый коллектор должен обладать открытой пористостью и всякая порода, имеющая высокую величину открытой пористости, будет коллектором. Но все же при малых величинах открытой пористости (до 8-10%) одни породы будут являться коллекторами (например, трещинные), другие к коллекторам относить нельзя (например, алевриты). Казалось бы, величина проницаемости могла явиться критерием коллекторов. Однако и здесь возникает ряд трудностей. Дело в том, что, как известно, непроницаемых пород почти не бывает. Даже трещиноватые массивно-кристаллические породы обычно в той или иной степени проницаемы и могут при опробовании в скважинах давать самые различные количества флюидов - от едва заметных до промышленных. Кроме того, известны случаи, когда породы, обладающие весьма низкой проницаемостью, при обычных условиях дают весьма незначительные притоки флюида, но при большой мощности из них получаются промышленные дебиты. Примером этому являются свиты трещинных пород формации Спраберри, имеющие мощность до 300 м [17].

Наконец, современные методы воздействия на пласт (торпедирование, кислотная обработка, гидравлический разрыв) позволяют почти непроницаемые породы, которые обычно не могли являться коллекторами, превращать в коллекторы. Так, например, в Восточном Кентукки из девонских сланцев промышленные притоки газа получают лишь после торпедирования скважин [13].

Невольно напрашивается мысль, что можно производить дифференцирование пород по коллекторским свойствам, так же как, например, по проводимости. В этом случае представляется целесообразным все породы в зависимости от коллекторских свойств разделить на три группы: коллекторы, полуколлекторы и неколлекторы (Следует отметить, что Л.К. Ланге [7], рассматривая гидрогеологические свойства пород, предлагает выделить группу полупроницаемых пород.).

Под термином «коллектор нефти или газа» подразумевается порода, из которой в буровых скважинах при обычных условиях - перепадах давлений, существующих до глубин 6000-7000 м, средней мощности продуктивной зоны (до 100 м) и нормальной вязкости флюида, применяя современные методы эксплуатации, можно получить промышленные притоки нефти или газа. Под термином «полуколлектор нефти или газа» - породы, из которых при этих же условиях возможно получение небольших притоков флюидов; при необычных условиях (повышенных мощностях и давлениях, чрезвычайно низкой вязкости и т. д. или в результате технических мероприятий, таких, как торпедирование, кислотная обработка, гидравлический разрыв) промышленные дебиты. Следовательно, границы понятия «коллекторы» являются динамическими и точно так же, как и для понятия «залежь», зависят от общего технического уровня. По мере усовершенствования методов извлечения флюидов из пород все большее число полуколлекторов будет играть роль коллекторов.

На основании накопленных данных к коллекторам нефти можно относить породы с проницаемостью свыше 10 миллидарси, а к коллекторам газа- с проницаемостью свыше 1 миллидарси. Нижним пределом для полуколлекторов нефти можно считать проницаемость порядка 0,1 миллидарси, а для полуколлекторов газа 0,05 миллидарси.

Общая классификация коллекторов и полуколлекторов нефти и газа

Многими исследователями было предложено классифицировать коллекторы по различным признакам [1,2,11,12 и др.]. Однако эти классификации, либо касаются лишь определенных типов пород и поэтому не могут быть, общими (например, классификация карбонатных коллекторов Г.И. Теодоровича), либо классификационные признаки выбраны не совсем удачна (например, в классификации П.И. Авдусина и М.А. Цветковой [2], построенной без учета генетических особенностей).

Используя опыт построения частных классификаций, можно наметить основные принципы общей классификации коллекторов, заключающиеся в следующем: 1) выделение крупных групп коллекторов производится по генезису поровых пространств и их связи со структурой породы; 2) внутри групп коллекторы разделяются по основным факторам, обусловливающим изменение фильтрующих свойств пород. Такая классификация позволяет иметь критерии для определения потенциальных возможностей коллекторов и прогноза изменения их свойств, по площади. Представляется целесообразным разделить все коллекторы на три большие группы: 1) межзерновые, 2) межагрегатные и 3) смешанные (табл. 2). В настоящее время назрела необходимость наряду с естественными подгруппами коллекторов выделять и коллекторы, свойства которых формируются в результате технической обработки, назвав их техноколлекторами. При современных методах воздействия на пласт его физические свойства могут изменяться весьма значительно. Так, например, при проведении операций по гидравлическому разрыву в призабойной части пласта образуются песчаные линзы, коллекторские свойства которых отличны or свойств пород, слагающих пласт.

Классификация коллекторов нефти и таза была бы неполной, если их не дифференцировать и по характеру площадного распространения. Представляется целесообразным разделить все коллекторы на две группы: 1) ареальные, распространяющиеся на значительных площадях (порядка десятков квадратных километров и более), и 2) локальные, имеющие относительно ограниченное распространение.

Распространение отдельных типов коллекторов и вопросы их поисков

Как показывают результаты поисков нефти в различных областях мира, подавляющее большинство горных пород при определенных геологических условиях могут являться коллекторами нефти и газа. Конечно, их роль как коллекторов неодинакова. Наиболее часто коллекторами нефти и газа служат песчаные и алевритовые породы, за ними по частоте встречаемости следуют карбонатные породы и относительно небольшую роль играют коллекторы, сложенные остальными разностями.

Однако необходимо отметить, что известное в настоящее время по частоте встречаемости соотношение коллекторов различного типа не полностью отражает существующее в природе их распределение. Дело в том, что в большинстве случаев характер открываемых месторождений зависит от тех представлений, исходя из которых проводились их поиски. Так, например, раньше считали, что нефть и газ в основном встречаются в обломочных породах, так как около 80% нефти добывалось из них и лишь 20% приходилось на долю карбонатных пород [3]. В настоящее время количество нефти, извлекаемой из карбонатных пород, составляет около 40% всей добываемой в мире нефти.

При применении обычных методов поисков залежей нефти и газа, заключающихся в разведке положительных структурных форм и других структурных ловушек, исходят из предположения значительного пространственного протяжения коллекторов, т. е. считают, что коллекторы являются ареальными. Исключение составляют поиски рифовых и литологически ограниченных залежей нефти и газа, при которых все поисковые работы направлены в основном на поиски зон развития коллекторов и лишь в пределах этих зон выясняются структурные условия, наиболее благоприятные для концентрации нефти и газа. Следовательно, при поисках залежей нефти и газа в других локальных коллекторах - трещинных зонах выветривания, растворения и т. д.- должна применяться аналогичная методика, заключающаяся в том, что в первую очередь не ищут благоприятные структуры, а выясняют закономерности в распределении локальных коллекторов и лишь затем внутри зон распространения последних производят поиски залежей в наиболее гипсометрически повышенных участках.

Вполне очевидно, что геологические условия образования каждого из типов, например параклазовых и лептоклазовых, различны и, следовательно, поиски зон их распространения неодинаковы.

В любом регионе, в разрезе которого имеется нефтеносная свита, должны быть залежи нефти, связанные с различными коллекторами. Типы коллекторов, развитых в данном регионе, зависят от геологической истории его развития. Следовательно, при отсутствии обычных ареальных коллекторов в процессе поисковых работ надо выяснить возможность наличия полуколлекторов и, наконец, при отсутствии последних выяснить наличие условий образования локальных коллекторов. Лишь найдя такие зоны, можно приступать к поискам собственно залежей нефти и газа, выбирая наиболее повышенные участки, расположенные только в пределах данных зон развития локальных коллекторов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Абрамович М.В. Поиски и разведка залежей нефти и газа. Гостоптехиздат, 1948.

2. Авдусин П.И. и Цветкова М.А. О классификации коллекторов нефти. ДАН СССР, т. XII, вып. 2, 1943.

3. Брод И.О. и Еременко Н.А. Основы геологии нефти и газа. Изд. 3-е. Гостоптехиздат, 1957.

4. Гвоздецкий Н.А. Карст. Вопросы общего карстоведения, 1950.

5. Губкин И.М. Учение о нефти. Нефтеиздат, 1932.

6. 3айцев И.К. Вопросы изучения карста СССР. Тр. треста Спецгео. Ленингр. отд. спец- гео, вып. 2, Л,-М., 1940.

7. Ланге Л.К. Основы гидрогеологии. Изд. МГУ, 1950.

8. Лиллей Э.Р. Геология нефти и природного газа. ОНТИ, 1938.

9. Мейнцер О.Э. Учение о подземных водах. ОНТИ, 1935.

10. Мирчинк М.Ф. Нефтепромысловая геология. Гостоптехиздат, 1946.

11. Теодорович Г.И. Карбонатные фации нижней перми - верхнего карбона Урало-Волжской области. Материалы к познанию геологического строения СССР. МОИП, нов. сер., вып. 13 (17), 1949.

12. Требин Ф.А. Нефтепроницаемость песчаных коллекторов. Гостоптехиздат, 1945.

13. Hunter С.D. and Young D.М. Relationship of Natural Gas occurrence and production in eastern Kentucky (Big Sandy Gas field) to joints and fractures in Devonian bituminous shale. Bull. Am. Ass. Petr. Geol., v. 37, № 2, 1953.

14. Levоrsen A.J. Geology of Petroleum. W. H. Freeman and company, Jnc., San Francisco, 1954.

15. Regan L.J. Fractured shale reservoirs of California. Bull. Am. Ass. Petr. Geol., v. 37, № 2, 1953.

16. Waldschmidt W.A., Fitzgerald P.E. and Lunsford C.L. Classification of porosity and fractures in reservoir rocks. Bull. Am. Ass. Petr. Geol., v. 40, № 5, 1956.

17. Wi1kinsоn W.M., Fracturing in Spraberry reservoir, West Texas. Bull. Am. Ass. Petr. Geol., v. 37, № 2, 1953.

ВНИГНИ

Таблица 1 Общая классификация пустот в горных породах

По морфологии		Характеристика типов (а - минимальный размер, b-средний, с - максимальный, в мм)
		поры, каверны, пещеры b/a <10; c/a<20	каналы b/a <10; c/a > 20	трещины b/a > 20; c/a > 20; щелевидные трещины b/a =10 - 20
По размерам		I. Поры с < 2 1. Субкапиллярные <0,0002 2. Микропоры 0,001 3. Тонкие поры 0,001-0,01 4. Очень мелкие поры 0,01-0,10 5. Мелкие поры 0,10-0,25 6. Средние поры 0,25-0,50 7. Крупные поры 0,50-1,0 8. Грубые поры 1,0-2,0 II. Каверны с>2 1. Мелкие каверны 2-20 2. Средние каверны 20-100 3. Крупные 100-200 III. Пещеры с > 200 1. Мелкие 200-1000 2. Средние 1000- 2000 3. Крупные >2000	I. Поровые b > 2 1. Субкапиллярные каналы<0,0002 2. Микропоровые каналы 0,0002- 0,001 3. Тонкопоровые 0,001-0,01 4. Очень мелкопоровые каналы 0,01-0,10 5. Мелкопоровые 0,10-0,25 6. Среднепоровые 0,25-0,50 7. Крупнопоровые 0,50-1,0 8. Грубопоровые 1,0-2,0 II. Каверновые b> 2 1. Мелкокаверновые 2-20 2. Среднекаверновые 20-100 3. Крупнокаверновые 100-200	I. По величине а Субкапиллярные <0,0001 Микротрещины 0,0001-0,001 Волосные трещины 0,001-0,01 Тонкие трещины 0,01-0,05 Очень мелкие трещины 0,05-0,10 Мелкие трещины 0,10-0,25 Средние трещины 0,25-0,50 Крупные трещины 0,50-1,0 Узкие макротрещины 1,0-2,0 Макротрещины 2,0-5,0 Средние широкие макротрещины 5,9-20 Весьма широкие макротрещины 20- 50 Сверхширокие макротрещины 30 II. По величине b Очень короткие трещины < 2 Короткие трещины 2-20 Трещины средней протяженности 20-50 Значительные трещины 50-200 Весьма длинные трещины > 200
По генезису		Первичные: а) анорганогенные; б) органогенные; Вторичные: а) солюционные; б) перекристаллизационные		1. Эндоклазы 2. Эпейроклазы 3. Параклазы 4. Дизклазы 5. Лептоклазы 6. Миксклазы
По соотношению со структурой		1. Межзерновые (между обломками, оолитами, организмами) 2. Межагрегатные: а) среди микрозернистой массы; б) внутри скелетных частей организмов; в) на месте растворенных зерен, организмов, оолитов; г) на отдельных участках цемента		1. Межзерновые 2. Межкристаллические 3. Гранулоклазовые 4. Кристаллоклазовые 5. Органоклазовые 6. Аструктурные
По степени и характеру заполнения твердым минеральным веществом	1. Свободные 2. Частично заполненные: а) алевритопелитовым материалом; б) цементом 3. Заполненные			1. Открытые 2. Частично заполненные 3. Заполненные: а) песчаным материалом; б) алевритовым и пелитовым материалом; в) хемогенными компонентами; в1) мелкокристаллическими (по отношению к размерам кристаллов, слагающих породу); в2) крупнокристаллическими
По соотношению с текстурой (для трещин)				I. По отношению к слоистости 1. Наслоения 2. Поперечные 3. Косые 4. Неправильные II. По характеру расщепления 1. Одиночные 2. Разветвляющиеся: а) перистые; б) дихотомические; в) неправильно ветвящиеся 3. Сетчатые III. По конфигурации Прямые Извилистые: а) стилолитовые; б) слабо извилистые; в) сильно извилистые

Таблица 2 Общая классификация коллекторов нефти и газа

Наименование типа	Природа пространства для движения флюидов	Основные факторы, влияющие на коллекторские свойства	Характерные особенности	Наиболее распространенные литологические разности
1	2	3	4	5
Группа межзерновых коллекторов
Свободно-поровые	Промежутки между зернами	Диаметр оболочного материала, степень сортировки, плотность укладки, форма и минеральный состав	Большая емкость, высокая проницаемость, вследствие этого высокие и устойчивые дебиты. Относительное постоянство коллекторских свойств по простиранию	Пески и алевриты, очень редко галечники
Глинисто-поровые	Промежутки между зернами и мелкоалевритовым и пелитовым материалом, оставшиеся свободными от этого материала пространства	Количество и состав заполняющего мелкоалевритового материала	Большая емкость, но относительно невысокая проницаемость. Довольно часто коллекторские свойства ухудшаются на коротком расстоянии. Дебиты самые различные, но устойчивые	Глинистые пески, глинистые алевриты, глинистые галечники
Цементно-поровые	Свободное от цемента межзерновое пространство, поры между частицами цемента	Количество, состав и структура цемента	Относительно небольшая емкость, различная проницаемость, резко изменяющаяся по простиранию	Конгломераты, песчаники, алевролиты, детритусовые и оолитовые известняки
Глинисто-цементно-поровые	Свободное от заполняющих частиц и цемента пространство между зернами породы и цементом или между частицами заполняющего материала	Количество и состав заполняющего мелкоалевритового и глинистого материала и количество, состав и структура цемента	Небольшая емкость и невысокая проницаемость, резко изменяющиеся по площади, вследствие чего довольно часты „лысые" места	Глинистые песчаники и алевролиты с известковистым, кремнистым и другими цементами
Техногеновые	Промежутки между зернами песка, закачанного с поверхности при операции по гидравлическому разрыву пласта	Размер зерен песка и степень заполнения его пелитовыми частицами, выносимыми в процессе эксплуатации из пласта	Не изучены
Группа межагрегатных коллекторов Подгруппа порово-кавернозных коллекторов
Органогенные	Свободные от скелетных частей организмов пространства	Строение организмов, их количество и диаметр, степень сообщаемости каверн и степень их заполненности	Весьма различная емкость и фильтрующие свойства, нередко быстро меняющиеся по простиранию	Органогенные известняки
Анорганогенные	Свободные от твердых компонентов породы пространства	Текстурные особенности породы	Обычно небольшая емкость и весьма изменчивая проницаемость	Пузырчатые лавы, вулканические туфы
Солюционные	Пространства, образованные вследствие растворения частей организмов, оолитов, цемента и отдельных минеральных зерен	Первичная текстура породы, интенсивность процессов растворения	Большая емкость и высокая проницаемость, нередко хорошо выдерживающиеся по простиранию	Известняки, базальты, серпентиниты
Перекристаллизованные	Пространства, образованные вследствие перекристаллизации	Первичный состав и структура породы, характер и интенсивность процессов растворения	Различная емкость и высокая проницаемость, обычно хорошо выдерживающиеся по простиранию	Вторичные доломиты, доломитизированные известняки
Техносолюционные	Пространства, образованные при прохождении кислоты в основном за счет расширения ранее существовавших пор и каверн	Не изучены	Не изучены	Не изучены
Подгруппа трещинных коллекторов
Эндоклазовые	Трещины, возникающие при физико-химических процессах в стадии диагенеза и эпигенеза	Структура породы и характер и интенсивность процессов	Небольшая емкость, но высокая проницаемость, выдерживающаяся на больших расстояниях. Мощности зон могут быть значительными	Глинистые сланцы, известняки, доломиты, кремнистые породы
Эпейроклазовые	Трещины, возникающие при колебательных движениях	Структура породы и амплитуда и частота смены колебательных движений	Небольшая емкость, различная проницаемость, иногда очень высокая. Характерно относительное постоянство фильтрующих свойств по простиранию	Глинистые сланцы, породы кристаллического фундамента
Параклазовые	Трещины, возникающие при складкообразовании	Структура и состав породы и интенсивность складкообразовательных процессов	Небольшая емкость, возможно, высокая проницаемость. Зоны хорошей проницаемости обычно приурочиваются к сводам или периклиналям складок и зависят от размеров последних, могут быть весьма значительными	Известняки, мергели, доломиты, песчаники, алевролиты, кремнистые породы
Диаклазовые	Трещины, возникающие при разрывных нарушениях	Состав пород и характер нарушений	Небольшая емкость, самая различная проницаемость. Зоны повышенной проницаемости, обычно узкие, расположены вдоль линий нарушений	Песчаники, известняки, доломиты, магматические и метаморфические породы
Лептоклазовые	Трещины, возникающие благодаря процессам выветривания	Состав и структура породы и характер и интенсивность процессов выветривания	Самая различная емкость и самая различная проницаемость. Оба эти свойства могут резко изменяться по простиранию. Общее площадное распространение проницаемых зон может быть большим	Известняки, доломиты, магматические и метаморфические породы
Миксклазовые	Трещины, возникающие при самых различных, последовательно протекающих процессах	Состав и структура породы и последовательность и интенсивность процессов	Различная емкость и различная проницаемость	Все сцементированные породы
Техноклазовые	Трещины, возникающие при торпедировании и гидравлическом разрыве пластов	Не изучены	Не изучены	Все сцементированные породы