Физика пласта

Б. Б. Квеско, Н. Г. Квеско 
ФИЗИКА ПЛАСТА 
Учебное пособие 
Инфра-Инженерия 
Москва-Вологда 
2018 

ФЗ 
№436-ФЗ 
Издание не подлежит маркировке  
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11 
УДК 24.7 
ББК 622.276.54 
     К 32  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Квеско Б. Б., Квеско Н. Г.  
К 32     Физика пласта. Учебное пособие/ Б. Б. Квеско, Н. Г. Квеско. - М.:  
Инфра-Инженерия, 2018. - 228 с.  
 
ISBN 978-5-9729-0209-5 
 
 
 
Изложено  геологическое  строение  залежи,  ее  физическая  характе- 
ристика,  физические  и  физико-химические  свойства  насыщающих  породу  
флюидов.  Представлен анализ обработки данных, полученных при вскрытии  
пласта и при его последующей эксплуатации. Описаны физические свойства  
пород нефтяных и газовых коллекторов; свойства пластовых жидкостей, газов  
и газоконденсатных смесей; методы их анализа, а также корреляционные за- 
висимости  для  ряда  основных  параметров.  Пособие  предназначено  для  сту- 
дентов направления 21.04.01 Нефтегазовое дело. 
 
 
 
 

 
 
‹ Квеско Б. Б., Квеско Н. Г., авторы, 2018 
‹ Издательство «Инфра-Инженерия», 2018 
 
ISBN 978-5-9729-0209-5 

ВВЕДЕНИЕ 
Наука о нефти - многогранный и разносторонний информационный комплекс, охватывающий самые различные области знаний, использующий методы и результаты, полученные в математике, физике, 
химии, химической технологии, геологии, микробиологии, прикладной 
и теоретической механике, геофизике и в других областях. При этом 
наука о нефти сама способствует  развитию многих разделов этих наук.  
Именно междисциплинарные контакты исследователей, работающих в области математики, физики, химии, геологии и других наук,  
и инженеров нефтяников, решающих прикладные задачи нефтегазодобычи, привели к созданию самостоятельной науки о нефти и природном газе. 
Эта обширная наука в свою очередь состоит из более частных: 
геофизики (геофизические методы разведки на нефть и газ), геологии 
нефти и газа, нефтегазопромыслового дела, подземной гидромеханики, 
технологии добычи нефти и газа, химии нефти и газа и т. п. 
Особое место в науке о нефти и газе занимает учение о нефтяном 
и газовом пласте, включающее в себя комплекс вопросов, связанных с 
изучением процессов, происходящих в нем. Это учение охватывает как 
геологическую характеристику пласта - коллектора нефти и газа - так и 
геофизические методы разведки на нефть и газ, физику и физикохимию газонефтяных пластов, подземную гидромеханику, методы подсчета запасов нефти и газа, теорию разработки  нефтяных и газовых  
месторождений, теорию скважинной добычи, методы сбора и подготовки скважинной продукции, и ее дальнейшей транспортировки. 
Для грамотного и качественного решения прикладных задач 
нефтедобычи специалист-газовик или нефтяник должен хорошо знать 
геологическое строение залежи, ее физическую характеристику, физические и физико-химические свойства насыщающих породу флюидов; 
должен уметь правильно обработать и оценить данные, полученные при 
вскрытии пласта и при его последующей эксплуатации.  
ϯ 

ФИЗИКА ПЛАСТА 
 
Подобного рода задачи являются основой науки, которая и получила название физики нефтяного и газового пласта. 
Предметом изучения физики нефтяного и газового пласта являются физические свойства пород нефтяных и газовых коллекторов; 
свойства пластовых жидкостей, газов и газоконденсатных смесей; методы их анализа, а также физические основы увеличения нефте- и газоотдачи пластов [1]. 
Как самостоятельная наука физика нефтяного пласта возникла 
более 70 лет назад в связи с необходимостью получения и обоснования 
исходных параметров для подсчета запасов и составления проектов 
разработки нефтяных и газовых месторождений. 
Процессы разработки и эксплуатации нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений тесно связаны с закономерностями 
фильтрации углеводородов и воды в горных породах, слагающих продуктивные пласты. Поэтому свойства горных пород и пластовых жидкостей предопределяют закономерности фильтрации нефти, газа и воды, дебиты скважин, продуктивность коллектора и, в целом, рациональную технологию разработки залежей нефти и газа.   
 По мере эксплуатации залежей углеводородов происходит изменение значений пластовых давления и температуры, поэтому данные 
свойства необходимо рассматривать в динамике.  
Помимо этого всё большее число месторождений России переходят в категорию трудноизвлекаемых запасов, что требует  рассмотрения  
физики и физико-химии вытеснения нефти и газа из пористых сред вытесняющими агентами, являющимися  теоретической основой современных методов увеличения нефте- и газоотдачи пластов. 
В России курс физики  пласта впервые был прочитан профессором М. М. Кусаковым для студентов Московского нефтяного института 
в 1948 г. [2]. 
Базой для формирования данного курса и дальнейшего его развития стали результаты исследований многих отечественных и зарубежных ученых: 
ϰ 
 

ВВЕДЕНИЕ 
Л. Г. Гурвича, П. А. Ребиндера, Б. В. Дерягина, М. М. Кусакова,  
Г. А. Бабаляна, Ф. И. Котяхова, А.А. Ханина,  А. С. Великовского,  
Ш.К. Гиматудинова , А.И. Ширковского, Д. Амикса, Д. Басса, Р. Уайтинга, Э. Д. Берчика и других. 
Основные понятия курса «Физика пласта» базируются на изучении таких предметов, как:  
x физика,
x химия (включая  физическую и коллоидная химию),
x геология нефти и газа,
x механика горных пород,
x гидромеханика,
x механика сплошной среды.
Курс «Физики пласта» закладывает основы понимания процессов, происходящих в нефтяных и газовых пластах: 
x при бурении и разработки нефтегазовых месторождений;
x при осуществлении методов повышения нефтеотдачи залежей;
x при осуществлении методов интенсификации притока к скважинам
ϱ 

ГЛАВА 1. 
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ 
Нефть. Нефть и газ в современном мире - основные источники 
энергии. Главное их свойство - способность создавать тепловую энергию. Более 62 от потребляемой в мире энергии предоставляют человечеству нефть и газ.  
В настоящее время из недр Земли извлечено порядка 120 млрд. т 
нефти и ежегодно в мире добывается порядка 3,0 млрд. т нефти  
и 2,0 трлн. м3 газа [3]. 
Извлекаемые запасы черного золота составляют приблизительно 
150 млрд. т, прогнозные ресурсы - 190 млрд. т.  
К настоящему моменту в мире выявлено 407 осадочных бассейнов, 
из которых 226 являются нефтегазоносными, 181 нефтегазоносными.  
Наиболее богаты нефтью страны Ближнего и Среднего Востока: 
Саудовская Аравия, Ирак, Кувейт, Иран, Абу-Даби. В бассейне Персидского залива сосредоточено 66,4 мировых разведанных запасов 
нефти, при объеме извлекаемых запасов по странам: в Саудовской Аравии 35,6 млрд. т, в Ираке - 15,34 млрд. т, в Кувейте - 13,10 млрд. т,  
в Иране - 12,10 млрд. т, и в ОАЭ - 12,10 млрд. т. 
Крупнейшей нефтедобывающей страной мира является Саудовская Аравия обладающая уникальными, гигантскими месторождениями 
высококачественной нефти. Поэтому стратегию и тактику развития мировой нефтедобывающей промышленности определяют страны Ближнего и Среднего Востока, так как из 44 зарубежных месторождений - 
гигантов 29 находится именно там. Второе место в мире по разведанным запасам нефти занимает Россия, где благодаря уникальным Западно-Сибирскому и Лено-Тунгусскому бассейнам сосредоточено 13 мировых запасов (18,8 млрд.т). На американском континенте наибольшие 
запасы сосредоточены в Венесуэле (10,46 млрд. т), США (4,04 млрд. т), 
Мексике (3,95 млрд. т). В недрах Африки залегает 9,25 млрд. т. По извлекаемым запасам лидирует Ливия (4,04 млрд. т), далее - Нигерия  
ϲ 

ГЛАВА 1 
(3,06 млрд. т) и Алжир (1,26 млрд. т). В Азии основными нефтедобывающими странами являются Китай с запасами 3,29 млрд. т, Казахстан 
(1,08 млрд. т), Индонезия и Индия. Западная Европа оказалась обделенной этим стратегическим сырьем, там находится менее 2 мировых запасов. Свыше половины из них - собственность Норвегии (1,27 млрд. т), 
примерно четвертая часть - Великобритании (0,68 млрд. т). 
Более половины начальных суммарных ресурсов нефти мира, составляющих 440 млрд. т, сосредоточено в 7 уникальных и крупнейших 
бассейнах: Центрально-Европейском, Западно-Сибирском, Лено-Тунгусском, Персидском заливе, Мексиканском заливе, Сахаро-ВосточноСредиземноморском и Волго-Уральском. 
В табл. 1.1 приводятся сведения о запасах нефти уникальных месторождений мира. 
Таблица 1. 1  
Запасы уникальных месторождений мира 
№ 
п/п 
Месторождение 
Страна 
Год  
открытия 
Извлекаемые 
запасы, 
млрд. т 
1 
Гавар 
Саудовская  
Аравия 
1948 
10,14 
2 
Большой Бурган 
Кувейт 
1978 
9,13 
3 
Боливар 
Венесуэла 
1917 
4,30 
4 
Сафания 
Саудовская  
Аравия 
1951 
2,91 
5 
Бурган 
Кувейт 
1938 
2,24 
6 
Киркук 
Ирак 
1957 
2,12 
7 
Румейла 
Ирак 
1953 
1,85 
8 
Гечсаран 
Иран 
1928 
1,56 
Из таблицы видно, что крупнейшим месторождением нефти в мире является Гавар в Саудовской Аравии. Несколько уступает ему по запасам Большой Бурган в Кувейте. На третьем месте - нефтяное месторождение Боливар в Венесуэле. 
Природный газ. Широкое применение природного газа началось 
лишь с середины XX столетия. Россия в настоящее время занимает 
ϳ 

ФИЗИКА ПЛАСТА 
первое место в мире по разведанным запасам газа, которые составляют 48,1 трлн. м3 газа. На втором месте - Иран (23,0 трлн. м3). 
Потенциальные ресурсы газа в России составляют 236 трлн.м3,  
а общие мировые потенциальные ресурсы - 398 трлн.м3. 
В табл. 1.2 приводятся сведения о газовых гигантах мира. 
Таблица 1. 2  
Мировые газовые гиганты 
№ 
п/п 
Месторождение 
Страна 
Доказанные запасы, 
 млрд. м3 
1 
Ямбургское 
Россия 
3640 
2 
Штокмановское 
Россия 
3200 
3 
Уренгойское 
Россия 
2200 
4 
Хасси-Р
Мель 
Алжир 
1500-2300 
5 
Панхендл 
США 
2000 
6 
Оренбургское 
Россия 
1800 
7 
Слохтерн 
Нидерланды 
1800 
8 
Медвежье 
Россия 
1500 
Крупнейшим месторождением газа в мире является Ямбургское 
месторождение Западно-Сибирского бассейна, газодобывающей компанией - РАО «Газпром» (доля в мировой добыче газа 22 ), страной 
экспортером голубого топлива - Россия. Добыча газа в России составляет порядка 650 млрд. м3, а нефти - более 400 млн. т. Россия одна из 
немногих стран мира с надежной сырьевой базой нефтегазодобывающей промышленности. Среди нефтегазоносных бассейнов России доминирует Западно-Сибирский бассейн, где имеются крупнейшие месторождения нефти и газа. Итак, нефть и газ крайне неравномерно распределены в толщах нефтесодержащих пород. Оценить этого распределение можно как по площади, так и по разрезу осадочного чехла изучаемой территории [4]. 
При оценке распределения нефти и газа следует учитывать четыре 
основные группы факторов - критериев, контролирующих процессы генерации, миграции и аккумуляции УВ: 
ϴ 

ГЛАВА 1 
x современное геотектоническое строение изучаемых территорий
и особенности формирования их геоструктурных элементов;
x литолого-стратиграфическую характеристику разреза, основанную на палеогеографических, формационных и фациальных
условиях формирования осадков в различных частях этих территорий;
x гидрогеологические условия;
x геохимические условия территорий, в том числе фазовое состояние, физико-химические свойства, состав УВ, нефтегазоматеринский потенциал пород и их концентрацию, состав содержащихся в них битумоидов и органического вещества (0В).
1.1. Районирование по площади и разрезу 
1.1.1. 
Районирование по площади 
 Ассоциация смежных и сходных по геологическому строению месторождений нефти и газа, залежи которых приурочены к ловушкам, 
составляющим единую группу, называется зоной нефтегазонакопления. 
Для таких зон характерны преимущественная приуроченность залежей 
к одним и тем же пластам, прослеживаемость в них направлений миграционных потоков, закономерное изменение положений ВНК, ГВК  
и ГНК, степени заполнения ловушек, фазового состояния и свойств УВ. 
Зоны нефтегазонакопления наряду со структурным фактором могут 
контролироваться различного рода литолого-стратиграфическими факторами, в зависимости от которых выделяют классы, группы и подгруппы таких зон. 
1. Нефтегазоносный район представляет собой ассоциацию зон
нефтегазонакопления, характеризующихся общностью геологического строения и развития, литолого-фациальных условий и условий регионального нефтегазонакопления. Для нефтегазоносного
района характерны наличие в разрезе одних и тех же горизонтов,
прослеживаемость в них направлений миграционных потоков
и закономерное, от зоны к зоне, изменение фазового состояния
ϵ 

ФИЗИКА ПЛАСТА 
и физико-химических свойств УВ. Нефтегазоносный район представляет собой часть более крупной единицы - нефтегазоносной 
области. 
2. Нефтегазоносная область - это ассоциация смежных нефтегазоносных районов в пределах крупного геоструктурного элемента более высокого уровня по сравнению с уровнем соответствующего элемента нефтегазоносного района (ступени, свода,
впадины, мегавала и др.). Все нефтегазоносные районы в пределах
области должны характеризоваться общностью геологического
строения и историей развития, включая палеографические условия нефтегазообразования и нефтегазонакопления. Нефтегазоносная область выделяется как часть нефтегазоносной провинции либо как самостоятельная территория.
3. Нефтегазоносная провинция представляет собой ассоциацию
смежных нефтегазоносных областей в пределах одного крупнейшего геоструктурного элемента или их группы. В понятие нефтегазоносная провинция входят геологические понятия, определяющие характер наслоения горных пород - синеклиза и антиклиза.
Cинекли
ғ за (рис. 1.1.) - обширный (до нескольких сотен километров в поперечнике) пологий прогиб слоёв земной коры в пределах 
платформ, имеющий преимущественно неправильные округлые очертания; наклон слоёв на крыльях измеряется долями градуса. 
Антиклиза - обширное сводообразное пологое поднятие слоев 
земной коры в пределах платформ (плит). 
 Все нефтегазоносные области провинции характеризуются сходством главных черт геологического строения и развития, в том числе 
общностью стратиграфического диапазона нефтегазоносности, геохимических, литолого-фациальных и гидрогеологических условий. 
ϭϬ