Особенности геологического строения и фильтрационных процессов в трещинных коллекторах

В последнее время эффективность извлечения нефти из продуктивных пластов современными, промышленно освоенными методами разработки во всех нефтедобывающих странах, на сегодняшний день, считается неудовлетворительной. Вследствие этого для увеличения объёма добычи нефти и газа вводятся в разработку месторождения со сложными геолого - физическими условиями. Одним из многообещающих источников для увеличения притока нефти, являются месторождения в трещинных коллекторах, часть которых составляет более половины мировых запасов нефти. Наиболее известны регионы и страны, где поиски, разведка и добыча нефти и газа связаны преимущественно с трещинными резервуарами. Это Ближний и Средний Восток, Прикаспийская впадина, Европейский Северо-Восток России, Восточная Сибирь, Ирак, Саудовская Аравия, Казахстан, США, Канада, Китай, и др.

К трещиноватым относятся породы, у которых кавернозность равна нулю, а поры наполнены водой или отсутствуют. Иными словами, к трещиноватым относятся породы, в которых нефть и газ содержатся только в трещинах: граниты (например, на нефтяных месторождениях Холл-Гарни и Горхэм в США, кварциты (месторождениях Крафт-Пруса), метаморфические сланцы (месторождения Калифорнии в США) и, наконец, карбонатные отложения в осадочном комплексе (пермские отложения Приуралья).

К коллекторам каверново-трещинного и к трещинно-кавернового типов относятся породы, в которых нефть и газ содержатся в трещинах и кавернах, а поры матрицы заполнены капиллярно-связанной водой. Коллекторы этих двух типов отличаются между собой тем, что в первом из них наибольшая часть извлекаемых запасов нефти содержится в кавернах, а во втором - в трещинах.

Происхождение трещин и их взаимосвязь со структурно-тектоническими условиями много обсуждаются в литературе, причем особое внимание уделяется интенсивности трещин и их роли при образовании ловушек [1].

На основании полевых наблюдений можно сделать вывод о том, что структурно-трещинные зависимости необходимо связывать с подразделением трещин на две различные категории:

• а)    трещины, связанные с геометрией структуры, - это такие трещины, которые имеют постоянную ориентацию и упорядоченную систему распространения на всей площади наблюдений. Эта связь трещин со структурой относится к особенностям локальных участков доскладчатого периода;

• б)    трещины, не связанные с геометрией структуры, - это трещины, включающие неправильные или изогнутые разрывы при отсутствии какой-либо закономерности в их ориентации. Такие трещины связаны с различными поверхностными явлениями (оползнями, оседанием пластов под действием силы тяжести и т.д.) [4].

Трещиноватость в различной степени характерна как для карбонатных, так и для терригенных горных пород [2]. Отличительная особенность трещинных коллекторов - значительное влияние на фильтрацию флюидов в пласте дискретных систем, а именно: систем трещин, систем открытых каналов внутри системы трещин, стилолитов и каверн [3, 5]. Большинство трещиноватых коллекторов представляют собой блоки породы, разделенные системами трещин. В зависимости от емкостных характеристик матрицы (скелета) горной породы принято разделять трещинные коллектора на два основных вида [6]:

• 1.    Трещинно-непоровые - в таких коллекторах блоки непроницаемы и не содержат углеводородов, нефть сосредоточена в системе связанных каверн, по которым и осуществляется фильтрация.

• 2.    Трещинно-поровые - в таких коллекторах основной объем нефти сосредоточен внутри блоков пористой среды, трещины играют роль связывающих каналов, по которым осуществляется фильтрация.

Всестороннее изучение известных трещиноватых пластов показало, что трещинные коллек- торы наиболее вероятны в хрупких породах с низкой пористостью, залегающих в областях, где проявлялись благоприятные с точки зрения растрескивания тектонические подвижки. Образующиеся в таких условиях крупные очень большой протяженности трещины называются макротрещинами, они пересекают несколько пластов и имеют длину до нескольких сотен метров и рас-крытость от нескольких миллиметров до сантиметров. Если порода менее хрупкая и имеет высокую межгранулярную пористость, трещины характеризуются ограниченной протяженностью и относительно небольшой раскрытостью, и поэтому называются микротрещинами, или трещинами разрыва [4].

В трещино-непоровых коллекторах процесс фильтрации схож с фильтрацией в поровой среде, в которой зерна горной породы представлены непроницаемыми блоками, а поры - системой трещин. В коллекторах, где проницаемость блоков равна проницаемости трещин, фронт вытеснения движется равномерно по объему породы (рис. 1, а). В коллекторах с высокой трещинной проницаемостью будет происходить опережающее вытеснение из системы трещин (рисунок 1, б).

Рис. 1. Идеализация движения фронта вытеснения в трещинном коллекторе с равной (а) и различной проницаемостью пористых блоков и трещин: 1 -блоки горной породы, 2 - система трещин, 3 -фронт вытеснения.

В большинстве случаев раскрытость трещин превышает размеры капиллярных каналов, при этом существенное влияние на фильтрационные процессы оказывают гравитационные силы [6]. В системах трещин осуществляется поршневое вытеснение, а коэффициент вытеснения нефти может достигать 0,8-0,85 д.ед.

В поровых блоках вытеснение происходит за счет замещения нефти водой или газом за счет действия как гравитационных, так и капиллярных сил [4], коэффициент вытеснения нефти редко превышает значение 0,3 д.ед. При этом огромную роль играет характер смачиваемости горной породы:

• 1.    В гидрофильных коллекторах вода имеет тенденцию проникать в блоки и гравитационные силы превышают капиллярные следовательно происходит процесс вытеснения нефти водой.

• 2.    В гидрофобных коллекторах капиллярные силы препятствуют проникновению воды в блоки, и вытеснение возможно только в случае, если гравитационная сила преодолевает сопротивление капиллярного давления.

С учетом, что трещиноватые системы изучены довольно не плохо, в разработке нефтяных месторождений такого типа все еще существует ряд некоторых проблем.

Например, проблема степени истощения коллектора в продуктивности трещиноватых пластов. Высокие градиенты давления в прискважинной зоне приводят к росту скорости фильтрации до значений выше критических. Это ведет к ранней обводненности скважины. Так же месторождений данного типа представляют собой низкопроницаемую матрицу горной породы с вертикальными параллельными трещинами.

В большинстве случаев запасы нефти сосредоточены в блоках горной породы, в то время как фильтрация флюидов осуществляется по системам трещин. На фильтрационные процессы в значительной степени влияет соотношение про-ницаемостей трещин и блоков горной породы. Значительная часть трещинных коллекторов представлена низкопроницаемой матрицей горной породы с вертикальными параллельными трещинами. В таких условиях одним из способов повышения эффективности разработки трещинных коллекторов может служить применение протяженных горизонтальных скважин [3].