6. Продуктивный пласт
6. Продуктивный пласт
Геологическая информация является основой решения практически всех вопросов проектирования сооружения скважин и управления буровыми процессами. Характеристики проходимых скважиной пород и пластовых флюидов во многом обусловливают выбор долот, бурового раствора, методов вскрытия продуктивных горизонтов, крепления стенок скважины и разобщения пластов. Для морского бурения огромное значение имеют сведения о гидрометеорологических условиях, а также характеристики глубин морей, морских волнений, приливов и отливов, морских течений, ветра, ледовой обстановки.
Геология - наука о составе, строении и истории Земли.
Предполагают, что Земля состоит из нескольких различимых по свойствам оболочек: литосферы толщиной 50-70 км; мантии до глубины 2900 км; ядра в интервале глубин 2900-6380 км. Над литосферой находятся водная оболочка - гидросфера, а выше - газовая оболочка - атмосфера. Литосфера сложена горными породами, основу которых составляют различные минералы - природные вещества, приблизительно однородные по химическому составу и физическим свойствам, возникшие в результате физико-химических процессов.
Земля сложена горными породами, которые представляют собой агрегаты малых частиц (или кристаллов), называемых минералами (см. рисунок ниже).
(вкрапления частиц минералов в горной породе)
Минералы — это относительно чистые химические соединения природного происхождения, например, кварц (Si02) и кальцит (СаСО3). Горные породы могут включать частицы различных минералов — так, гранит состоит из кварца, полевого шпата, роговой обманки и биотита. Также горные породы могут быть сложены частицами одного минерала — например, известняк состоит только из кристаллов кальцита.
Горные породы формировались в течение миллиардов лет существования Земли. В настоящее время горы образуются за счет тех же химических и физических процессов, что и ранее. Расплавленная лава, вытекающая из вулканов Гавайев и Италии, формирует такие же горные породы, что миллионы и миллиарды лет назад. Древние песчаники, состоящие из простых песчинок, образовались так же, как в наши дни: отложение песка происходит по морским берегам, руслам рек, песчаным дюнам. В древних горных породах нет ничего необычного - они формировались точно так же, как формируются сейчас.
Классификация горных пород по происхождению:
- Магматические;
- Осадочные;
- Метаморфичесие.
Магматические (изверженные) - кристаллические породы, образовавшиеся в результате застывания расплавленного вещества (магмы). В зависимости от глубины образования породы делятся на плутонические и вулканические. Плутонические магматические породы закристаллизовались и застыли на глубине. Так как окружающие их породы хорошие теплоизоляторы, процесс застывания плутонических пород длится тысячи лет. Если процесс кристаллизации затягивается надолго, образуются крупные кристаллы. Плутонические магматические породы легко отличить от других типов пород благодаря тому, что все кристаллы присутствующих в них минералов достаточно крупные и различимы невооруженным глазом. Плутонические породы сформировались как горячие жидкие массы, которые внедрились в земную толщу, вытеснив залегавшие там ранее породы, поэтому тела, состоящие из плутонических горных пород, называются интрузиями. Вулканические магматические породы - это застывшие лавовые потоки, которые закристаллизовались на поверхности земли. Когда лава вытекает из вулкана, она немедленно вступает в контакт с воздухом и водой, быстро застывает и кристаллизуется. Следствие быстрой кристаллизации - очень мелкие кристаллы, которые плохо различимы невооруженным глазом.
Осадочные породы могут быть сложены обломочными, органическими и кристаллическими отложениями. Обломочные отложения состоят из целых частиц разрушенных горных пород, которые перемещались и откладывались в неизмененном виде, — это валуны, песчинки, частицы ила (пелит). Органические отложения, например раковины, сформировались биогенным путем. Образование кристаллических отложений связано с кристаллизацией соли из воды. Осадочные отложения, погребенные в недрах земли, превращаются в плотные породы. Именно осадочные породы обычно бурят в поисках нефти и газа, из них состоят как нефтематеринские породы, так и породы-коллекторы.
Рыхлые (несцементированные) отложения становятся относительно твердыми (сцементированными) осадочными породами под действием таких процессов, как уплотнение и цементация. Каким бы образом ни были сцементированы осадочные отложения, в любом случае между частицами будут поровые пространства (см. рис. ниже). Как только частицы оказываются в толще земли, поры моментально заполняются водой, которая может быть очень соленой.
(поры между частицами осадочной породы)
Под воздействием высоких температур и давления в породе соль обычно кристаллизуется из воды и покрывает частицы. Из таких покрывающих слоев формируются «мостки», которые служат для соединения несцементированных частиц. Этот процесс называется цементацией, он связывает разрозненные частицы в плотную и целостную осадочную породу. Два наиболее распространенных цементирующих вещества - это кальцит (СаСО3) и кварц (Si02). Кроме того, чем глубже погребены отложения, тем выше давление, оказываемое окружающими породами на частицы. При этом отложения становятся еще более компактными, что также цементирует породу.
В большинстве случаев осадочные породы состоят из трех компонентов, различимых под микроскопом (см. рис. ниже). Во-первых, это минералы, такие как кварц и полевой шпат, или морские раковины. Во-вторых, это природные цементирующие вещества, покрывающие частицы и объединяющие их. В-третьих, это поровые пространства, заполненные в пласте флюидами (вода, газ, нефть).
(вид обломочной осадочной породы под микроскопом)
В толще пластов, а точнее в поровых пространствах осадочных пород, находится огромное количество воды, называемой грунтовыми водами. В грунтовых водах содержание солей измеряется в промилле (одна тысячная доля процента; обозначается (‰), 1 ‰ = 1⁄1000 = 0,1 % = 0,001)
Пресные грунтовые воды содержат настолько мало солей (0 - 1‰), что могут быть использованы для питья. Грунтовые воды, содержащие солей больше, чем морская вода (35 - 300 ‰), называются рассолами, соленая вода - это смесь пресной воды и рассола (1 - 35 ‰). В подземных слоях можно выделить границу, ниже которой поры заполнены водой, а выше - поры сухие; она называется уровнем грунтовых вод. Уровень грунтовых вод может проходить как на поверхности земли, так и на очень большой глубине, в зависимости от количества осадков на данной территории. Грунтовые воды, расположенные чуть ниже уровня земли, являются пресными из-за дождевой воды, просачивающейся с поверхности. Однако глубоко залегающие воды обычно являются рассолами. После окончания бурения нефтяной скважины и начала добычи появляется необходимость защиты пресных вод, расположенных у поверхности.
Атмосферная влага - это пресная подземная вода, а связанная влага - соленая подземная вода, которая длительное время не контактировала с атмосферой. Связанная вода обычно находится в отложениях еще со времени их образования.
Важной характеристикой является размер обломочных частиц, составляющих древнюю осадочную породу. Породы часто классифицируют в соответствии с размером составляющих их зерен. Песчаники обычно состоят из песчинок, в то время как глинистые сланцы - из тонкозернистых (глинистых, пелитовых) частиц. Размер частиц влияет также на размер поровых пространств и на качество газа и нефти в породе-коллекторе. Большим частицам соответствуют поры большего размера, через которые гораздо легче просачиваться флюидам, таким как газ или нефть. Обломочные частицы классифицируют по диаметру, измеряемому в миллиметрах (см. рис. ниже). Это могут быть валуны, крупная галька, галька, гравий, песок, алеврит и глинистые частицы (пелит). Наиболее распространены именно мелкие частицы (песок, алеврит, пелит).
(размеры частиц в миллиметрах)
Однородность - это соотношение размеров частиц в породе. Однородные породы состоят из обломочных частиц приблизительно одного размера, в то время как неоднородные породы сложены частицами с очень большим диапазоном размеров (см. рис. ниже).
(однородность пород: а - однородная; б - неоднородная)
Однородность - наиболее важный признак при определении количества первичных поровых пространств в обломочной осадочной породе. Частицы мелкого размера в неоднородной породе занимают пространства между большими частицами, гем самым уменьшая объем пор. Неоднородные породы содержат меньше флюидов по сравнению с однородными и формируют менее качественные коллекторы. Однородные песчаники называются чистыми, так как песчаные частицы обычно имеют светлый оттенок, следовательно, и чистые песчаники также светлые. Неоднородные песчаники со значительными вкраплениями алевритовых и пелитовых частиц называются заиленными, а так как алевриты и пелиты обычно темных цветов, то и заиленные песчаники также темные.
Осадочные породы различаются по типу залегания пластов, т.е. напластованию или стратификации. Пример слоистости в осадочных породах (см. рис. ниже).
(Дедхорс, США, штат Юта)
В процессе образования отложений выделяются несколько типов в зависимости от количества и состава осадков, а также от уровня океана, ставшего источником их формирования. Первоначально отложения залегают в воде горизонтально.
Геология (наука о строении Земли) может объяснить, как образовались осадочные породы. Литология (наука о составе осадочных пород) позволяет понять суть процесса формирования породы. Песчинки, иловые частицы и морские раковины образуют совершенно разные породы, каждая из которых изначально находится в определенных условиях окружающей среды. Осадочные структуры, такие как рябь, трещины усыхания и линии движения потоков, помогают восстановить картину окружающих условий при образовании породы. Другим помощником при воссоздании этих условий являются окаменелости - сохранившиеся остатки растений и животных.
Метаморфические горные породы - это вторично переплавленные осадочные и изверженные породы в результате погружения их в расплавленную часть Земли (кварциты, мраморы, сланцы, гнейсы).
Литература:
1. Норман Дж. Хайн. Геология, разведка, бурение и добыча нефти. М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2008г. – 752 стр.
2. Грей Форест. Добыча нефти. Переведено с английского М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2001г. – 416 стр.: ил. – (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).
3. Булатов А.И., Проселков Ю.М., Шаманов С.А Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин, Учебник для вузов. − М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2003. -1007 с. ил. ISBN 5-8365-0130-0
Подготовил: Легковский А.А.
Статья создана исключительно в информационно-познавательных целях и может быть удалена по просьбе автора или правообладателя входящих в нее материалов.
Благодарим за внимание!