Типы коллекторов нефти и газа

Неприступная порода

В отрасли накоплен огромный арсенал методик и технологий, которые в большинстве случаев позволяют эффективно осуществлять поиск наилучших по качеству запасов терригенных коллекторов, а также управлять процессами добычи из них углеводородного сырья. Однако они начинают работать значительно хуже, когда речь заходит о карбонатах.

Наиболее частые проблемы, с которыми сталкиваются нефтяники, — это «сухие» скважины рядом с высокодебитными, быстрое обводнение скважин, прорывы газа, стремительное падение добычи. Эффективная разработка невозможна, если подходить к таким залежам с традиционным набором инструментов сейсморазведки, геофизических исследований скважин (ГИС) и геологического моделирования.

Типичные проблемы при разработке карбонатных коллекторов — быстрое обводнение скважин, прорывы газа, стремительное падение добычи

«Многие факторы и силы, которыми можно было пренебречь при исследовании и моделировании традиционных терригенных коллекторов, становятся важны», — объясняет начальник управления перспективных проектов «Газпромнефть НТЦ» Сергей Нехаев. Трещины могут быть длинными и короткими, частыми и редкими, идти параллельно или пересекать друг друга. От этого зависят размеры и форма отдельных блоков, на которые они делят породу — матрицу, а это, в свою очередь, влияет на соотношения разных сил (капиллярных, гравитационных), которые воздействуют на флюиды в коллекторе во время добычи нефти

Важно понимать и то, содержится ли нефть преимущественно в порах или в трещинах, а также какая из этих двух сред определяет фильтрацию нефти — ее движение в коллекторе во время добычи

Характерная особенность некоторых трещиноватых коллекторов состоит в том, что нефть может двигаться в них только в определенных направлениях — вдоль трещин. Это явление называют анизотропией. Если трещины, пронизывающие нефтяной пласт, уходят выше или ниже него в газовую шапку или водоносный слой, по таким разломам к нефтяным скважинам может прорываться газ или вода. Большое влияние на добычу оказывает и раскрытость трещин, которая может меняться при изменении давления. Учет всех этих особенностей карбонатных коллекторов требует очень высоких компетенций инженеров-нефтяников и тщательного подбора технологий для того, чтобы разработка таких запасов была эффективной. Для выявления трещиноватости и определения ее характеристик используют современные геофизические исследования скважин, нестандартные методики обработки и интерпретации данных сейсморазведки, специализированные исследования керна и гидродинамические исследования скважин.

Помимо трещин еще один важный фактор, влияющий на добычу и, в первую очередь, на подход к организации системы поддержания пластового давления, — смачиваемость коллектора. Породы бывают гидрофильными и гидрофобными. В первом случае вода хорошо смачивает поверхность породы, растекается по ней, образуя пленки. Во втором — наоборот, собирается в капли, будто бы отталкиваясь от поверхности. Обычно гидрофобные породы лучше смачиваются нефтью, чем водой.

Большинство карбонатных коллекторов — как раз гидрофобные или смешанного типа. Это означает, что в карбонатах для поддержания пластового давления и вытеснения нефти вода подходит плохо: нефть вытесняется только из крупных и средних пор, а в мелких ее удерживают капиллярные силы, вода между тем может прорваться к скважинам. Коэффициент извлечения нефти (КИН) при использовании традиционных методов повышения нефтеотдачи на таких коллекторах будет заметно ниже средних показателей. Для улучшения смачиваемости пород могут быть использованы различные химические добавки — растворы щелочных реагентов, поверхностно-активные вещества и др.

Нефтегазовая геология

Целью геологических исследований является обнаружение нефти и газа в недрах Земли, перспективная оценка величины месторождений, подготовка к их разработке исходя из типа залегания. Наличия в земле углеводородов являются основным предметом изучения науки. Залежью называется единичное скопление полезных ископаемых в земной коре. Небольшие месторождения редко используются в коммерческих целях, крупные источники углеводородов, разработка которых рентабельна и технически возможна, называют промышленной залежью.

За полтора века развития индустриальных способов добычи ископаемых углеводородной группы техническое оснащение и методы разработки месторождений значительно изменились и усовершенствовались, поэтому практически любое скопление полезных ископаемых позволяет извлекать их в промышленных масштабах.

С советской нефтяной геологией неразрывно связано имя её организатора, академика Губкина Ивана Михайловича. В разные годы большой вклад в развитие геологии нефти и природного газа внесли профессор губкинского университета Жданов М. А., профессор геолого-минералогических наук Бакиров А. А., профессор тюменского индустриального университета Максимов Е. М. и многие другие. Один из популяризаторов науки Игнатий Осипович Брод в середине 20 века провёл презентацию созданной им типологию залежей нефти и газа, на которой основываются разработка и проведение поисковых и разведочных работ на ископаемые.

• пластовые залежи;
• массивные залежи;
• литологически ограниченные, т. е. окружённые со всех сторон непроницаемыми породами.

Прогнозирование ФЕС

На практике при моделировании поля проницаемости в карбонатных коллекторах применяют вероятностные методы либо интерполяцию скважинных данных. Подобные методы имеют недостатки, особенно при малом числе скважин. На рассматриваемом месторождении дополнительная сложность связана с многопластовым строением залежи. 

Результатом работы мультидисциплинарной команды, которая участвовала в проекте, является разработка комплексного подхода к прогнозированию распределения ФЕС в сложнопостроенных карбонатных коллекторах. Решалась задача подготовки программы специальных исследований эксплуатационных скважин, реализация которой позволила бы получать по новым скважинам информацию в таком же объеме, что и по поисково-разведочным скважинам. 

Были предложены и выполнены следующие мероприятия: 

– оптимизирован комплекс ГИС, позволяющий точно определять интервалы коллекторов; 

– разработана и реализована программа промысловых испытаний новых скважин, включающая измерение пластового давления до ввода скважины в эксплуатацию, совмещение (проведение за одну спускоподъемную операцию) ГДИ и ПГИ; 

– отбор глубинных проб для уточнения изменения свойств нефти по пластам; 

– периодический мониторинг забойного давления для анализа интерференции скважин. 

Затем осуществлялось комплексирование всей доступной информации, начиная с результатов сейморазведки, петрофизических исследований и промысловых данных. Анализ показал, что пласт В характеризуется небольшим диапазоном вариации проницаемости по площади, и прогноз свойств по нему является более точным. Соответственно для прогнозирования могут применяться стандартные методы распределения ФЕС. Проницаемость пласта D имеет широкий диапазон изменения как по керновым данным, так и по результатам ГДИ+ПГИ и анализу интерференции скважин. Данный пласт характеризуется существенной изменчивостью по первичному распределению седиментационных фаций, а также он был максимально подвержен вторичным преобразованиям. Фильтрационные характеристики пласта показали хорошую корреляционную связь с сейсмическим атрибутом «максимальные амплитуды» (рис. 3). Этот атрибут использовался в качестве тренда при распределении проницаемости в пласте D. 

Рис. 3. Зависимость между сейсмическим атрибутом «максимальные амплитуды» и проводимостью пласта kпрh (h – толщина пласта)

Данный подход позволил спрогнозировать зоны повышенной продуктивности в северной части месторождения, а также получить хорошее совпадение фактических параметров и параметров динамической модели без применения дополнительных настроек (множителей проницаемости, продуктивности и др.). Бурение скважины на данную зону полностью подтвердило ее продуктивный потенциал.

Классификация пород-коллекторов нефти и газа

По типам пустотных пространств различаются коллекторы поровые, трещинные, каверновые, порово-трещинные, порово-каверновые, порово-трещинно-каверновые. В природных условиях наиболее распространенными коллекторами нефти и газа являются поровые коллекторы – пески, песчаники, пористые известняки, доломиты. Каверновыми, порово-каверновыми коллекторами являются рифовые известняки (ракушняки, коралловые массивы), выветрелые, выщелоченные кавернозные известняки, дресва, гравелиты, галечники, конгломераты. К трещинным, порово-трещинным коллекторам относятся трещиноватые горные породы всех типов вплоть до гранитов, базальтов, глин и аргиллитов. Залежи нефти в трещиноватых аргиллитах баженовской свиты (верхняя юра) выявлены в Салымском районе Западной Сибири.

Наиболее популярной и часто применяемой в практике геологических работ является классификация пород-коллекторов по пористости и проницаемости, выполненная А.А.Ханиным (Табл.7). Горные породы, практически не проницаемые для нефти, газа и воды называются покрышками (экранами, флюидоупорами). К ним относятся глины, аргиллиты, плотные известняки, мергели, каменная соль, гипс, ангидриды и некоторые другие плотные породы. По ряду показателей различаются покрышки нескольких классов. К покрышкам наиболее высокого класса относятся каменная соль, гипсы, ангидриты и пластичные монтморилонитовые глины. На качество покрышек влияет однородность породы, минералогический состав, отсутствие примесей и трещин. Присутствие в глинах песчаных и алевритовых частиц существенно снижает экранирующие свойства покрышек. По размерам различаются покрышки регионального, зонального и локального рангов. Чем выше однородность и толщина пласта-покрышки, тем лучше его экранирующие качества.

Принцип работы

Выяснив, что такое канализационный коллектор,
рассмотрим принцип его работы. Сточные воды от сантехнических приборов
поступают в горизонтальные дворовые сети. Они соединяются в квартальные и в
конце концов присоединяются к основной магистрали. По ней стоки
транспортируются до очистных сооружения. Таким образом, коллектор канализации — это общий
трубопровод, который объединяет все мелкие линии вместе. Сам он никогда не
разветвляется на части.

В автономных системах частных
домов роль основного элемента канализации
выполняет горизонтальная труба, соединяющая выход системы из дома с приемной
секцией септика. Ее длина, как правило, невелика, но выполняемая функция ничем
не отличается от задач крупных канализационных
трубопроводов.

Кроме этого, есть ливневые системы водоотведения. Они отличаются от бытовых или промышленных сетей сезонным режимом работы и сравнительно малой глубиной погружения в грунт. Коллектор ливневой канализации — это канал, по которому дождевые стоки направляются к системам очистки. Он может быть реализован в виде подземной трубы или в форме открытого желоба.

Существуют две разновидности
каналов, отличающихся способом перемещения стоков:

• самотечный тип. Трубопровод, установленный с небольшим уклоном. Сточные жидкости перемещаются по нему самостоятельно, под действием силы тяжести;
• напорный канализационный коллектор. Предназначен для принудительной подачи стоков с нижней отметки на более высокий уровень.

Самотечные линии преобладают,
поскольку они выгоднее и проще. Однако, иногда приходится использовать напорный тип канализации,
если того требует рельеф местности, присутствие на пути прокладки труб зданий,
сооружений, автострад.

Напорный коллектор канализации — это герметичный
трубопровод, рассчитанный на определенное давление жидкости. Перемещение стоков
по нему происходит при помощи специального насоса. Для снижения нагрузок и
экономии энергии напорные участки коллекторов делают небольшими. Обычно
устанавливают канализационную напорную станцию (КНС), которая под давлением
подает стоки на определенную высоту. Затем жидкость следует самотеком.

Подъем сточных вод может
происходить как под уклоном, так и с помощью вертикального трубопровода. Выбор
подходящего способа производится исходя из местных условий — рельеф,
наличие сооружений или построек, особенности грунта.

Создание концептуальной геологической модели месторождения

Оценка основных ФЕС породы проведена в соответствии с алгоритмом анализа результатов петрографических исследований, применяемым в ООО«Газпромнефть НТЦ»

Использование этого подхода к рассматриваемому месторождению было осложнено ограниченным объемом исходных данных: вторичные процессы, происходившие в породе, описаны на качественном уровне, поэтому основное внимание было уделено детальному анализу шлифов. . Сравнение описания шлифов и результатов исследований керна показывает слабое влияние условий седиментации на ФЕС пород, в основном ФЕС зависят от вторичных преобразований породы (рис

1). Все образцы, приведенные на рис. 1, согласно классификации Данема относятся к типу пород «грейнстоун». При отсутствии диагенетических преобразований породы данный тип мог бы характеризоваться высокими ФЕС. Для данного месторождения восстановление распределения седиментационных фаций не позволит достаточно уверенно прогнозировать свойства коллектора. Вторичные преобразования контролируют качество пород и оказывают на него как положительное, так и отрицательное влияние. Выщелачивание является основным процессом, увеличивающим пористость и проницаемость породы. В свою очередь ФЕС породы частично, а в некоторых пластах (G,H) практически полностью снижаются вследствие микритизации, перекристаллизации и уплотнения. 

Сравнение описания шлифов и результатов исследований керна показывает слабое влияние условий седиментации на ФЕС пород, в основном ФЕС зависят от вторичных преобразований породы (рис. 1). Все образцы, приведенные на рис. 1, согласно классификации Данема относятся к типу пород «грейнстоун». При отсутствии диагенетических преобразований породы данный тип мог бы характеризоваться высокими ФЕС. Для данного месторождения восстановление распределения седиментационных фаций не позволит достаточно уверенно прогнозировать свойства коллектора. Вторичные преобразования контролируют качество пород и оказывают на него как положительное, так и отрицательное влияние. Выщелачивание является основным процессом, увеличивающим пористость и проницаемость породы. В свою очередь ФЕС породы частично, а в некоторых пластах (G,H) практически полностью снижаются вследствие микритизации, перекристаллизации и уплотнения. 

Рис. 1. Пример анализа данных петрографических исследований (Kп, kпр – коэффициент соответственно пористости и проницаемости)

Малый объем кернового материала не позволил получить уверенную корреляцию с результатами геофизических исследований скважин (ГИС), поэтому дополнительно использовались результаты гидродинамических (ГДИ) и промыслово-геофизических исследований (ПГИ). Обобщенный анализ позволил выделить основные литотипы пород, которые характеризуют как коллектор, так и неколлектор. 

Анализ данных керна показал, что повышение проницаемости связано с выщелачиванием, т.е. увеличением порового пространства, это косвенно должно повлиять на сейсмический сигнал. При изучении сигнала акустического импеданса по скважинным данным выявлено наличие зависимости между его значениями и выделенными литотипами. Для прогноза распространения параметра литологии в объеме рассматриваемого объекта рассчитан ииспользован 3Dкуб акустического импеданса по сейсмическим данным (рис. 2). 

Рис. 2 Распределение акустического импеданса по скважинным (а) и сейсмическим (б) данным для коллектора (1) и неколлектора (2)

Результаты проведенной аналитической работы использованы при создании геологической модели месторождения, которая затем была применена для гидродинамического моделирования. Предложенный подход повысил прогнозную способность геологической модели, снизив среднюю погрешность оценки нефтенасыщенной толщины по последним скважинам, пробуренным в 2017–2018 гг., с 16 до 5 %. Однако остается нерешенным вопрос распределения поля проницаемости в модели.

Терригенные породы

Большая часть коллекторов терригенной природы – порового типа, который характеризуется межзерновыми пустотами, которые еще называют гранулярными. Помимо поровых. встречаются и так называемые смешанные терригенные  коллекторы: трещинно-поровые или кавернозно-поровые (образующиеся в случае выщелачивания части зёрен).

Свойства коллекторов терригенного вида зависят от:

Перечисленные параметры характеризуют геометрию расположения пор,  величину эффективной проницаемости и пористости, а также принадлежность горной породы к тому или иному классу.  Фильтрационная способность терригенных пород  зависит также от минерального состава, количества и характера распределения снижающей проницаемость породы глинистой примеси.

Классификаций коллекторов терригенной природы существует множество, но самая популярная основана на следующих критериях:

• гранулометрический состав;
• эффективная пористость;
• эффективная проницаемость.

С учетом перечисленных параметров выделяют  шесть классов таких коллекторов:

• проницаемость более 1 тысячи миллидарси (мД);
• проницаемость от 500 до 1 тысячи мД;
• от 10-ти до 100 мД;
• от 1-го до 10-ти мД;
• меньше 1-го мД.

Один миллидарси примерно равен  1·10-3 микрометра в квадрате.

Каждый тип песчано-алевритовой породы внутри одного класса характеризуется своим значением  эффективной пористости. Породы, которые относятся к классу с показателем  проницаемости меньше 1-го мД, как правило, содержат от 90 процентов остаточной воды, поэтому относятся к непромышленным коллекторам. Самые лучшие фильтрационные свойства показывают кварцевые пески, поскольку сорбционная способность кварца очень низкая. Полимиктовые песчаники, вследствие  своего таблитчатого облика, наличия трещин спайности и повышенной сорбционной емкости слагающих их минералов, обладают  значительно более низкой способностью фильтрации флюидов.

Коллектор двигателя автомобиля

Данный вид этого устройства является неотъемлемой частью любого автомобиля. Его основным назначением является отвод уже отработанных ранее газов от общей системы цилиндров. Таким образом он защищает автомобиль от их негативного воздействия и продлевает срок его безопасной эксплуатации.

В настоящий момент времени выделяют два основных вида таких коллекторов:

• Трубчатый Материалом для его изготовления является нержавеющая сталь либо же керамика. Сама работа такого устройства напоминает колебательный процесс.
• Выпускной коллектор цельный. Материалом для его изготовления является чистый чугун. Но при этом эффективность работы такого коллектора ниже, чем у трубчатого, поэтому в последнее время он все реже и реже используется производителями.

Основные значения

Чаще всего обыватели используют данное слово для обозначения людей, занимающихся так называемым «выбиванием» долгов. Сегодня существуют целые коллекторские компании, которые выкупают у банков долги их заемщиков, а затем уже самостоятельно пытаются всеми законными способами этот долг, но уже с дополнительными процентами, возвратить себе. При этом многие граждане, считающие именно эту трактовку слова единственно правильной, искренне считают, что они точно и правильно знают, что такое коллектор.

На самом же деле, это слово имеет старинное происхождение. Изначально оно означало учреждение, которое что-либо аккумулировало в себе, а затем перераспределяло по подведомственным ему организациям.

Но с течением времени коллектор стал наименованием технических устройств, в частности автомобильных, отопительных или горнодобывающих. При этом в каждой конкретной отрасли данный прибор имеет и выполняет свою конкретную функцию. Теперь, когда стало понятно, что такое коллектор, необходимо ознакомиться с тем, какие именно функции выполняет каждый из его видов.

Описание профессии

Лаборант-коллектор работает в нефтегазовой отрасли. Для успешного выполнения трудовых обязательств ему необходимо уметь работать с буровыми и цементными растворами, знать его состав, свойства. Также он взаимодействует с реагентами, поэтому должен знать технику безопасности.

Другие его обязанности связаны с обслуживанием лабораторного оборудования: проверка работы, настройка режимов, ремонтные и профилактические работы, снятие показаний. В случае обнаружения некорректной работы или неисправности лаборант-коллектор сообщает об этом вышестоящему руководству.

Кроме того, сотрудник должен быть осведомлен и о процессе бурения скважин, добыче нефти, газа или других полезных ископаемых.

В своей работе лаборант использует опасные вещества — реагенты. Поэтому предварительно ему необходимо пройти ряд проверок и аттестаций. Так, лаборанту придется пройти медицинское обследование, прослушать инструктажи по вопросам охраны и безопасности, а позднее – подтвердить полученные знания. При этом несколько недель лаборант проходит стажировку под кураторством более опытного сотрудника. Необходимо также отметить, что длительность стажировки решается руководителем и есть вероятность, что она продлится меньше.

Перед тем, как приступить к работе, лаборант должен проверить состояние своей спецодежды (халат, фартук, кожаная обувь, очки) на предмет повреждений, работоспособность вверенного оборудования, вентиляционную систему в лаборатории. При обнаружении поломки следует немедленно сообщить руководителю. Проводить любые исследования и эксперименты с неработающим оборудованием или некачественными средствами защиты категорически запрещено.

В процессе работы лаборант-коллектор должен следить за используемыми реактивами, проверять реакции образцов, ставить маркировку на используемые емкости и убирать их в специальные боксы. В конце рабочего дня лаборант должен привести свое рабочее пространство в начальное состояние, убрать все лишнее, отключить все приборы и сделать соответствующие записи в рабочем журнале.

При работе в лаборатории не исключены несчастные случаи, поэтому сотрудники проходят также специальное обучение на предмет оказания первой помощи при химических ожогах, отравлениях вредными веществами.

Особенности монтажа

Строительство канализации производится на основании проектных данных. Предварительный расчет и создание схемы сборки выполняют в соответствии с нормами СНиП и СанПиН, обеспечивая полное соответствие всем требованиям.

Прокладка трубопровода производится на глубине, превышающей уровень зимнего промерзания грунта. Порядок действий:

• земляные работы. Роют траншею под трубопровод. Сразу же делают гнезда для смотровых колодцев;
• на дно всех углублений насыпают песчаную подушку для выравнивания и придания заданного уклона;
• производя укладку труб с определенным уклоном в сторону приемного резервуара (обычно для самотечных систем 2 см на каждый метр);
• если используются пластиковые емкости для колодцев, на дне сначала укладывают бетонную плиту — якорь. Она препятствует выдавливанию резервуара грунтовыми водами;
• все соединения тщательно уплотняют. Проверяют систему на герметичность. после этого трубы утепляют и засыпают грунтом.

При строительстве напорных комплектов сначала собирают КНС, после чего прокладывают остальные траншеи по описанной схеме. Для обслуживания и ремонта насосов необходимо обеспечить доступ к станции в любое время года.