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!