Проницаемость горных пород пласта

Проницаемость горных пород пласта - способность пород пласта пропускать жидкость и газ при перепаде давления.

При относительно небольших перепадах давления в нефтяных пластах многие породы в результате незначительных размеров пор оказываются практически непроницаемыми для жидкостей и газов (глины, сланцы и т.д.).

Хотя при сверхвысоких давлениях все горные породы проницаемы.

Хорошо проницаемыми породами являются: песок, песчаники, доломиты, доломитизированные известняки, глины с массивной пакетной упаковкой, алевролиты.

Плохо проницаемыми породами являются: глины, с упорядоченной пакетной упаковкой, глинистые сланцы, песчаники с глинистой цементацией, мергели.

Различают также абсолютную, фазовую и относительную проницаемости.

Абсолютная проницаемость - проницаемость пористой среды, заполненной лишь одной фазой, инертной к пористой среде. Она зависит от размера и структуры поровых каналов, но не зависит от насыщающего флюида, т.е. характеризует физические свойства породы.

Обычно абсолютную проницаемость определяют при фильтрации азота через породу.

Для оценки проницаемости горных пород применяется открытый в 1856 г линейный закон фильтрации Дарси, который установил зависимость скорости фильтрации жидкости от градиента давления.

Абсолютную проницаемость определяют на основании закона Дарси по уравнению:

где

qф - объемный расход флюида (дебит), м3/с;

k - проницаемость пористой среды, м2;

η - динамическая вязкость флюида, Па·с;

ΔP=Р1-Р2 - перепад давления, Па;

L - длина образца пористой среды, м;

F - площадь фильтрации, м2.

Проницаемость определяется как:

Единица проницаемости называемая Дарси (Д), соответствует проницаемости горной породы, через поперечное сечение которой, равное 1 см², при ламинарном режиме фильтрации, при перепаде давления в 1 атм на протяжении 1см в 1 сек проходит 1 см³ жидкости, вязкость которой 1 сП.

Физический смысл размерности проницаемости - это площадь сечения каналов пористой среды, через которые идет фильтрация.

Существует несколько типов каналов:

- субкапиллярные;

- капиллярные;

- трещины;

- разрывы.

Проницаемость пород, служащих коллекторами, может быть выражена в миллидарси (мД), мкм² или м².

Проницаемостью в 1 м² соответствует проницаемости горной породы при фильтрации через образец площадью 1 м2 длиной 1 м и при перепаде давления 1 Па, при которой расход жидкости вязкостью 1 Па*с составляет 1 м3.

1 Д =1,02×10^-3 мкм² = 1,02×10^-12 м² = 1000 мД.

Размерность параметров уравнения Дарси в разных системах единиц

По величине проницаемости продуктивные пласты делятся на:

-Низкопроницаемые (от 0 до 100 мД);

-Среднепроницаемые (от 100 мД до 500 мД);

-Высокопроницаемые (более 500 мД).

Существует деление на 5 классов коллекторов (мкм2):

- очень хорошо проницаемые (>1);

- хорошо проницаемые (0,1 - 1);

- средне проницаемые (0,01 - 0,1);

- слабопроницаемые (0,001 - 0,01);

- плохопроницаемые (<0,001).

Для классификации коллекторов газовых месторождений используют 1-4 классы коллекторов.

 Природные пласты содержат не только нефть и газ, но также определенное количество воды. При движении флюидов, не смешивающихся между собой, проницаемость для каждого из флюидов в пласте меньше чем абсолютная проницаемость породы.

Фазовая (эффективная) проницаемость - проницаемость породы для отдельно взятого флюида при наличии в ней многофазных систем. Фазовая проницаемость зависит от количественного содержания того или иного флюида в пласте, а также от его, их физико-химических свойств. С практической точки большее значение имеет относительная фазовая проницаемость.

Относительная фазовая проницаемость - отношение эффективной проницаемости к выбранной базовой проницаемости (обычно абсолютной).

На графике показано изменение относительных фазовых проницаемостей.

Если для движения несжимаемой жидкости справедливы уравнения по линейному закону Дарси, то в случае фильтрации газа при перепаде давления объём газа оценивается по закону Бойля-Мариотта: