ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА

Физические свойства флюидов

Газонефтяные месторождения локализуются в породах-коллекторах, отличающихся от нормальных пород повышенным объемом порового, трещинного или карстового пространства. Наряду с нефтью и природным газом в породах-коллекторах месторождений находится также вода.

Нефть и природный газ представляют собой углеводородные соединения (нафтиды). Элементный состав нефти по содержанию углерода изменяется от 79 до 89 %, а по содержанию водорода -от 9 до 15 %. Водород является наиболее легким компонентом нефтей, поэтому его повышенные содержания определяют пониженную плотность нефтей.

Основную часть углеводородов, обнаруженных в нефтях, можно разделить на три группы: насыщенные, углеводороды (па рафин), в которых все углеводородные валентности расходуются на связи с атомами углерода и водорода и которые в силу этого склонны к химической инертности, ненасыщенные соединения (ароматические углеводороды) и углеводороды со смешанной структурой. Углеводороды нефтей отличаются углеродными числами (количеством атомов углерода в формуле) и температурами кипения. Наименьшими значениями углеродного числа (5-13) и точек кипения (до 250 °C) характеризуются бензиновая и керосиновая фракции, наибольшими значениями - смазочные нефти (более 26 и 300 °C соответственно).

Неуглеводородные соединения в нефти обычно составляют 5— 10 %, но в некоторых тяжелых нефтях их количество может быть более значительно. Обычно это сернистые, кислородные, азотные и металлические соединения, из металлов преобладают ванадий и никель.

Природный газ - это газовая фаза нафтидов. Обычно газ в залежах содержит 70-100 % метана (СН4), 1-10 % более высокомолекулярных углеводородов (этан, бутан и др.). Содержание неуглеводородных соединений (углекислого газа, азота и сероводорода) колеблется от очень низких концентраций до 100 %. Природный газ называется сухим, если он содержит менее 0,013 л/м способных конденсироваться жидкостей, и жирным, если содержание последних превышает 0,04 л/м3. В залежах газ находится в свободном газовом или сжиженном состоянии или в смешанном виде с нефтью или водой.

Вода Н2О - это жидкость при стандартных температуре и давлении. Водород молекулы воды имеет настолько сильное сродство с кислородом, что образует временные водородные связи с атомами кислорода соседних молекул воды. Поэтому в стандартных условиях вода является жидким полимером.

Вследствие полимеризации вода обладает рядом аномальных физических свойств. Она имеет самую высокую теплоемкость и проводит тепло лучше, чем любая другая жидкость, растворяет больше веществ и в большем количестве. Вода имеет высокую для жидкости диэлектрическую проницаемость (табл. 8.1). Эти аномальные свойства воды играют важную роль в геологических процессах, в том числе и в процессах образования, миграции и аккумуляции углеводородов.

Сродство водорода и кислорода выражается также в связывании воды на поверхности минералов - водород молекул воды образует связи с кислородом минералов. При соприкосновении с водой некоторые глинистые минералы набухают, потому что у связанной воды свободная энергия меньше, чем у свободной. Связанная вода по многим параметрам, например по коэффициенту теплового расширения и вязкости, отличается от свободной воды. Ниже уровня грунтовых вод свободная вода занимает все поровое пространство в осадочных породах, за исключением пор, заполненных нефтью и газом. В поровой воде присутствуют ионы растворенных веществ в концентрации, зависящей от их источника и условий диагенеза. Источником основной массы ионов является морская вода.

Таблица 6.1

Физические параметры жидких и газообразных флюидов

Параметр

Вода

Нефть

Газ

ст, 103кг/м3

1,01-1,24

0,72-1,0

0,0007-0,0032

vp, км/с

1,4-1,53

1,3-1,4

0,316-338

р, Ом м

10'2-105

до 1014

1014

г, отн. ед.

11

2

1-1,01

2, Вт / (м-К)

0,582

0,13-0,14

0,04-0,21

Си,%

10’5-10’2

109—10’7

Физические свойства природных флюидов приведены в табл. 6.1. Нужно отметить аномальные физические свойства флюидов в сравнении со свойствами минерального скелета осадочных пород, что является причиной зависимости последних от пористости, а вариации физических параметров флюидов - от водо-, нефте- и газонасыщенности.

Плотность и скорость продольных волн понижаются в ряду «вода - нефть - газ». Вариации плотности воды связаны со степенью ее минерализации и термодинамическими условиями: повышение минерализации воды и давления приводит к повышению плотности. Плотность нефтей зависит от их химического состава. Легкие нефти содержат больше водорода. Средняя плотность газовых углеводородов приближенно равна плотности атмосферного воздуха (0,0012 г/см3): у метана она меньше (0,000715), у пентана — больше (0,0037). Все флюиды характеризуются отсутствием поперечных упругих колебаний.

Удельное электрическое сопротивление углеводородов, особенно газа, очень высокое и значительно превышает таковое воды и минерального скелета породы. Поэтому насыщение углеводородами пород приводит к повышению их удельного электрического сопротивления пропорционально пористости. Большой диапазон изменения электропроводности воды связан с различной ее минерализацией; в воде носителями тока являются растворенные в ней ионы. Наибольшими удельными сопротивлениями отличаются приповерхностные относительно пресные воды: (8—1000) Омм. Морские соленые воды имеют значения этого параметра порядка 0,2 Ом м.

В порах горных пород вода может быть смешана с углеводородами. Удельное электрическое сопротивление водогазонефтенасыщенных пород зависит не только от пористости и процентного отношения воды, газа и нефти в порах, но и от способности твердой поверхности породы смачиваться (гидрофильность) или не смачиваться (гидрофобность) водой.

В природе распространены преимущественно гидрофильные коллекторы, у которых вода смачивает твердую фазу. Плохопро-водящие включения нефти и газа среди воды обеспечивают достаточно высокую электропроводность водонефтесодержащих пород. Напротив, в случае гидрофобных коллекторов (углистых, битуминозных) удельные сопротивления оказываются относительно высокими, так как в изолированных включениях находится электропроводящая влага.

Из других свойств нужно отметить очень низкие значения диэлектрической проницаемости и теплопроводности углеводородов. Низкая теплопроводность нефтей и газов способствует повышению геотермических градиентов в залежах и в нефтематеринских породах, вызывающих метаморфизм нефтей.

Физические параметры флюидов зависят от глубины их нахождения в горных породах. Сказываются влияние возрастающих температуры и давления при увеличении глубины, а также повышение смешиваемости флюидов в глубинных условиях. При увеличении давления увеличивается насыщение воды и нефти газами, при увеличении температуры - растворимость нефти в воде. Например, на глубинах 500 м отношение «газ - вода» составляет в среднем 1,3, а на глубине 1500 м газа по объему в 2,2 раза больше, чем воды.

Плотность и скорость упругих колебаний у нефти и воды с глубиной уменьшаются, у газа - увеличиваются. Удельное электрическое сопротивление заметно изменяется только у воды. Во-первых, на глубину растет степень ее минерализации, поскольку при высоких температурах и давлениях возрастает растворимость минералов в воде. Во-вторых, повышение температуры увеличивает в воде подвижность ионов - носителей тока.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >