Связь между пористостью и проницаемостью
Количественная зависимость между пористостью и проницаемостью весьма
.
Рис. 1. Зависимость меду пористостью и проницаемостью в двух коллекторах: песчанике Верхний Уилкокс (эоцен) в Мерси, Техас (слева), и мелкозернистом песчанике Накаточ (верхний мел) в Белвью, Луизиана (справа) (Archie, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 34, p. 945, Fig. 1). Наблюдается общее увеличение проницаемости с увеличением пористости
изменчива и трудно поддается определению. Помимо общеизвестного факта, что проницаемая порода должна быть также и пористой, между двумя ее свойствами, по-видимому, нет более тесной связи (рис. 1). Было произведено множество замеров пористости и проницаемости песчаников Брадфорд (нижний девон), Пенсильвания, которые в силу своей равномерной мелкозернистости, казалось, должны бы были характеризоваться достаточно постоянной зависимостью между этими параметрами, если она вообще существует. Однако, как видно из (рис. 2), даже в этих породах наблюдается лишь самая общая связь менаду ними. Влияние трещиноватости на пористость и проницаемость известняков и доломитов, установленное в результате обобщения данных нескольких сотен измерений, показано на (рис. 3). Линия К90° (проницаемость перпендикулярно к системе трещин) отражает связь с первичной пористостью и кавернозной пористостью; линия Кмакс отражает максимальную проницаемость пород в направлении, параллельном системе трещин. Проницаемость нетрещиноватых доломитов возрастает в обоих направлениях в соответствии с увеличением пористости. В то время как пористость является безразмерной величиной, проницаемость в соответствующих единицах измерения отражает сопротивлениепо роды прохождению через нее гомогенного флюида. Теоретически проницаемость может быть увязана с характером структуры горной породы согласно уравнению
где К ‑ проницаемость, 2 ‑ коэффициент пористости, S - удельная поверхность твердой минеральной массы. S является также удельной поверхностью пор и равна поверхности твердой фазы, содержащейся в 1 см³ породы. Приведенное уравнение предполагает, что с увеличением пористости и соответствующим уменьшением удельной поверхности пор возрастает проницаемость. С уменьшением размера отдельных пор увеличивается их удельная поверхность и, следовательно, уменьшается проницаемость.
Рис. 2. Значения пористости и проницаемости для 500 образцов песчаников Брадфорд (нижний девон) из месторождения Брадфорд в северо-западной Пенсильвании (Ryder, World Oil, p. 174, 1948).
Все образцы представляют собой колонки керна длиной в 1 фут, отобранные из 29 скважин, сосредоточенных на небольшой площади. Считается, что песчаник Брадфорд характеризуется эднородным строением, и на графике, несмотря на общее увеличение проницаемости с увеличением пористости, наблюдается широкий разброс точек, свидетельствующий об отсутствии тесной связи между пористостью и проницаемостью. Так, любому значению проницаемости соответствуют различные значения пористости (от 6 до 10 значений).
Рис. 3. Зависимость между проницаемостью и пористостью в палеозойских породах-коллекторах западного Техаса, представленных известняками и доломитами (Кеllon, О. and G. Journ., 24, p. 119, 1949). Кмакс проходит параллельно системе трещин, а К90° - под прямым углом к ней. Поле между линиями Кмакс и К90° (заштриховано) отражает объем и распределение вторичной пористости, связанной с трещинами и кавернами.
Искусственные, или создаваемые человеком, пористость и проницаемость¹. В настоящее время разработаны различные методы создания или увеличения порового пространства и проницаемости пород. Раньше других был предложен метод торпедирования скважин, т.е. взрывание в скважине против природного резервуара заряда нитроглицерина. Возникновение в результате этого трещин в природном резервуаре увеличивает эффективный радиус ствола скважины, повышает пористость и проницаемость окружающих ее пород и соответственно усиливает приток в скважину нефти и газа. Действие взрыва меняется в зависимости от типа пород и в значительной мере определяется тем, делает ли взрыв упаковку частиц породы более плотной пли создает в ней трещиноватость. Нагнетание в породу-коллектор кислот под давлением называется кислотной обработкой. Кислота проникает в коллектор по системе сообщающихся пор и растворяет растворимые в ней вещества, тем самым повышая проницаемость и пористость. В результате кислотной обработки особенно возрастает проницаемость природных резервуаров, сложенных известняками, но и некоторые природные резервуары, представленные песчаниками с карбонатным или каким либо иным растворимым в кислотах цементом, дают при этом значительный прирост дебитов нефти и газа. Разработаны также различные методы гидравлического разрыва, заключающиеся в нагнетании в поры коллектора под очень высоким давлением жидкости, содержащей песчаные зерна. При снижении давления жидкость уходит из пласта, оставляя в образовавшихся трещинах зерна песка, не дающие трещинам вновь сомкнуться. Эти методы известны в практике под различными узкопрофессиональными названиями: гидроразрыв, разрыв пласта и. т.д. При гидравлическом разрыве, особенно в тех пластах, где сохранялось начальное пластовое давление, часто наблюдалось исключительно высокое увеличение дебитов нефти и газа1.
Эффективная пористость и проницаемость представляют собой основные свойства пород-коллекторов. Эффективная пористость обеспечивает пространство, в котором происходит скопление нефти и газа, а проницаемость способствует их миграции в породе.
Инженеры-промысловики и сотрудники лабораторий достигли больших успехов в понимании факторов, влияющих на пористость пород-коллекторов, особенно в выяснении роли глинистых частиц, действия различных пластовых вод и петрофизических свойств пустот различных типов. Собрана масса детальных количественных данных о пористости и проницаемости отдельных природных резервуаров, влиянии каждого из этих параметров на дебиты нефти и газа и взаимосвязи порового пространства с содержащимися в нем флюидами. Однако предстоит еще многое изучить, особенно в отношении совершенствования методов извлечения нефти из пород с чрезвычайно низкой пористостью и проницаемостью, влияния размеров зерен на пористость и проницаемость и связи различных видов пористости и проницаемости с обстановкой накопления осадков. Все это поможет лучше понять условия, существующие на глубинах, и повысить точность прогнозирования перспектив нефтегазоносности.
¹Такие коллекторы можно назвать техноколлекторами.
¹В карбонатных коллекторах эффективным является применение гидрокислотного разрыва, под действием которого наряду с образованием трещин и увеличением степени II раскрытия происходит и растворение отдельных компонентов породы.