Нефтегазоносность карбонатных пород
ГЛАВА I. Происхождение и изменения карбонатных пород
СЕДИМЕНТОГЕНЕЗ.
Карбонатными породами, как известно, нередко сложены значитель-ные по
мощности толщи. Принято считать, что исходным материалом для образования
карбонатных пород служили растворенные в водах соли каль-ция и магния. При
избыточном количестве последних в водной среде они начинают выделяться в
осадок чисто химическим путем, либо при погло-щении из водной среды живыми
организмами эти соли попадают в осадок в виде карбонатных скелетных
остатков.
Несомненным является наличие в этих породах трех генетических
карбонатных составляющих: 1) биогенного, точнее органогенного, карбо-ната,
преимущественно СаСО3, в виде скелетных остатков различных ор-ганизмов и
водорослей; 2) хемогенного карбоната, осажденного непос-редственно из
водных растворов, и 3) обломочного карбоната, представ-ленного различными
по размерам ( и форме ) обломками карбонатных по-род ( или уплотненных
карбонатных осадков ). Количественные содержа-ния этих карбонатных
составляющих в породах ( осадках ) могут варьи-ровать в очень широких
пределах.
Соответственно процессы карбонатообразования могут быть органо-
генными, хемогенными и чисто механическими.
Главными факторами физико - химических ( и гидродинамических )
условий, контролирующими осаждение карбонатов, являются:
1) состав вод седиментационного бассейна - общая их минерали-зация и
солевой состав, поскольку растворимость карбонатов в разных растворах солей
( соответственно в водах различных водоемов ) будет различной;
2) газовый фактор - практически количество растворенной в водах
свободной углекислоты (СО2), поскольку повышение или снижение его сдвигает
карбонатное равновесие в ту или иную сторону, в частности, для СаСО3: СаСО3
+ Н2О + СО2 Са(НСО3)2;
3) температура и давление, изменение которых вызывает изменение
содержания в водах свободной СО2. Повышение температуры ( снижение давления
) способствуют удалению СО2 из водной среды и, следовательно, выделению
карбонатов в осадок. Наоборот, при понижении температуры вод ( повышении
давления ) растворимость СО2 в них возрастает, соот-ветственно повышается
растворимость СаСО3, что препятствует его осаж-дению;
4) щелочной резерв (рН) водной среды - для возможностей осадки
карбонатов она должна быть щелочной, со значениями рН > 8, при этом не
только в поверхностных, но и в придонных слоях бассейна, так как иначе
отложения карбонатов вновь будут переходить из осадка в раствор;
5) гидродинамических режим водных бассейнов, который создается
различными движениями вод - волновыми, течениями ( со всегда прису-щей им
турбулентностью ) и в подчиненной степени приливно - отливными движениями и
конвекционными потоками. Все эти переме-щения, перемешивая водные массы,
меняют физико - химические условия в различных участках седиментационного
бассейна. Кроме того, они вы-зывают горизонтальные переносы осевшего на дно
карбонатного матери-ала, пока он еще не зафиксирован в осадок.
ДИАГЕНЕТИЧЕСКИЕ И ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИЕ
ИЗМЕНЕНИЯ КАРБОНАТНЫХ ОСАДКОВ - ПОРОД
Диагенетические изменения карбонатных осадков, так же как даль-нейшие
эпигенетические преобразования уже литифицированных карбо-натных пород, во
многом предопределяются условиями образования осад-ков - их вещественным
составом и структурными особенностями.
В соответствии с представлениями Н. М. Страхова диагенезом мы будем
называть все процессы, происходящие в осадке сразу же после его образования
( седиментации ) до момента полной его литификации и превращения в породу.
Различают стадии раннего и позднего диагенеза, хотя строгого кри-
терия этого разграничения не существует. В раннем диагенезисе осадок
представляет собой высокопористую, сильно обводненную, резко неурав-
новешенную, неустойчивую многокомпонентную физико - химическую систему
легкоподвижных и реакционноспособных веществ.
На стадии позднего диагенеза процессы изменения осадков значи-тельно
замедляются и в конце ее осадок достигает состояния внутренне
уравновешенной системы, т. е. превращается в породу.
Дальнейшие изменения возникшей породы относятся уже к стадии
эпигенеза. Можно различать эпигенез "прогрессивный" и "регрессивный ". Для
первого Н. Б. Вассоевич в 1957 г. предложил название " катагенез ",
получивший широкое распространение. В катагенезе преобразования по-род
происходят при постепенном погружении их на большие глубины. В условиях
заметного возрастания температуры и давления породы, почти не меняя
минеральный состав, испытывают значительное региональное уплотнение.
Следствием его является перекристаллизация карбонатного материала (
укрупнение зерен ) с возможным образованием сложных, зубчатых контактов
зерен. Имеющиеся в карбонатных породах поры, а также трещины при наличии в
разрезах глинистых пород могут заполняться водами, при региональном
уплотнении отжимаемыми из глин в больших количествах. Возможно "
катагенетическое проникновение " в карбонатные породы вод и другого
происхождения, в том числе эндогенного.
Процессы, которые могут происходить в карбонатных осадках в диагенезе
и в карбонатных породах в эпигенезе, весьма сходны. К ним относятся
уплотнение, цементация, доломитизация, перекристаллизация, сульфатизация,
выщелачивание и др.
УПЛОТНЕНИЕ И ЦЕМЕНТАЦИЯ.
Общеизвестно, что уплотнение осадков в диагенезе связано с отжи-
манием из них захороненных вод, которое происходит в основном под влиянием
все возрастающей нагрузки перекрывающих отложений. Естес-твенно, уплотнение
осадков приводит к уменьшению их влажности, воз-растанию их плотности и,
главное, к сокращению их пористости. По дан-ным Р. Миллера, для осадов в
целом характерны значения плотнос-тей менее 2 г/см3 и пористости более 30
%. Значения соответственно рав-ные 2 - 2,2 г/см3 и не менее 30 %, отвечают
уже состоянию породы, а не осадка.
Сведения о характере уплотнения карбонатных илов в диагенезе ограни-ченны и
неоднозначны. В большинстве случаев оно признается значи-тельным, и,
главное, происходящим очень быстро . При этом счи-тается, что основное
уплотнение карбонатных илов происходит в их са-мых верхних слоях мощностью
до 0, 5 - 0, 6 м. У. Х. Тафт указывает, что современные карбонатные осадки
Флоридского залива наиболее значительно уплотнятся, судя по уменьшению их
влажности, в верхнем ( 15 - 30 см ) слое.
Некоторые исследователи ставят карбонатные породы по способ-ности к
диагенетическому уплотнению на второе место после глин или рядом с ними.
Значительным уплотнением и быстрой лити-фикацией объясняется основная
потеря карбонатными осадками первона-чальной высокой пористости. В
современных карбонатных осадках она составляет в среднем 60 - 70 %, что
резко контрастирует с пористос-тью древних карбонатных пород, которая
обычно имеет значения около 2 - 3 % и менее, а в карбонатных пластах -
коллекторах, содержащих залежи нефти и газа, в среднем 8 - 10 % и менее.
Однако существуют мнения о том, что в потере первоначальной
пористости карбонатных осадков решающую роль играло не уплотнение, а "
цементация ", т. е. процессы минерального карбонатообразования . При этом
отмечается, что потеря пористости карбонатными осадками, в частности
писчими мелами, является прямой функцией глубины их погружения ( исключая
случаи возникновения в пластах АВПД, внедрения нефти или проявлений
тектонических напряжений) . Таким образом, фактически и здесь на лицо
влияние на карбонатный осадок все возрастающей с глубиной нагрузки (
давления ), т. е. уплотнения.
Таким образом, в разных типах карбонатных пород уплотнение будет
проявляться по - разному, соответственно по - разному отражаясь в изменении
( снижении ) первоначально высокой пористости осадков. Наиболее резко
сказывается уплотнение на пелитоморфных карбонатных илах, значительно
меньше - на карбонатных осадках, состоящих в основном ( 40 - 50 % и более
) из форменных карбонатных образований; слабо подвергаются уплотнению
карбонатные " осадки " - продукты различных прижизненных органогенных
построек.
ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ.
Перекристаллизация - процесс роста кристаллических зерен, т. е.
увеличение их размеров, которое согласно общепринятым определениям
происходит без изменения их минерального состава. Однако в последние годы к
перекристаллизации относят также и укрупнение зерен, происхо-дящее при
переходе неустойчивых метастабильных модификаций СаСО3 ( арагонита и
высокомагнезиального кальцита ) или СаСО3* MgCO3 ( каль-циевого доломита,
или протодоломита ) в устойчивые низкомагнези-альный кальцит и доломит.
В диагенезе перекристаллизация происходит за счет частичного
растворения и переотложения растворенного карбоната в осадке иловыми
водами. В эпигенезе она обусловлена в большей степени растворяющим влиянием
давления ( при катагенезе ) либо воздействием циркулирующих в породе
вадозных вод ( при регрессивном эпигенезе ). Общим правилом растворения
является лучшая растворимость более мелких зерен, за счет которой и растут
зерна, относительно более крупные.
Результатом диагенетической перекристаллизации служит частичное или
полное преобразование пелитоморфной (коллоидной, тонкозернистой )
карбонатной массы в мелкозернистую. Условно размер возникающих зерен
ограничивается пределом 0, 05 мм. Как правило, диагенетическая, особенно
раннедиагенетическая, перекристаллизация, происходящая в заметно
обводненном осадке, носит более или менее равномерный характер.
Оценки роли перекристаллизации в изменении пористости пород
противоречивы. Как считают Г. А. Каледа и Е. А. Калистова, в большинстве
случаев перекристаллизация снижает пористость, но иногда приводит к ее
возрастанию. По мнению же К. Б. Прошлякова и др. , она увеличивает емкость
известняков и доломитов.
Очевидно, влияние перекристаллизация на пористость в общем случае
может выражаться по - разному:
1) пористость не будет меняться, если происходящее при перекрис-
таллизации частичное растворение и переотложение карбонатных веществ будет
сбалансированным;
2) пористость может ухудшаться при возникновении компактного сложения
карбонатной массы, что довольно распространено при процес-сах
диагенетической перекристаллизации;
3) пористость может возрастать в тех случаях, когда растворение
карбонатного материала преобладает над переотложение, т. е. растворен-ный
карбонат частично удаляется из породы ( случаи, более типичные для
эпигенетической перекристаллизации ).
ДОЛОМИТИЗАЦИЯ.
Доломитизация, которой подвергались известняки, может быть
диагенетической и эпигенетической. Раннедиагенетическая седимента-ционно -
диагенетическая доломитизация известковых илов, как уже ука-зывалось выше,
один из наиболее вероятных и наиболее распространен-ных путей формирования
доломитов и первичных известково - доломи-товых пород. Возникающий при этом
доломит может быть как мелко-, так и тонкозернистым, с зернами (
соответственно 0, 01 - 0, 05 и менее 0, 01 мм ), имеющими большей частью
неправильные, изометрично - округленные или ромбоэдрические очертания.
На более поздних этапах раннего диагенеза - в позднем диагенезе
формируются относительно более крупные зерна доломита, размерами до 0, 05 и
частично до 0, 1 мм. В силу того, что доломит обладает более высокой
кристаллизационной способностью, чем кальцит, зерна большей частью имеют
отчетливую форму ромбоэдров.
Раннедиагенетический доломит, формируясь в рыхлом осадке,
распределяется в известковой массе более или менее равномерно. При этом
нередко в породах с комками, оолитами и другими подобными карбонатными
форменными образованиями последние сложены тонко- и мелкозернистым
кальцитом и доломитом одновременно, как без резкого обособления их зерен,
так и с раздельными преимущественными концентрациями их в отдельных
участках или концентрических слоях.
Более поздний диагенетический доломит обнаруживает наклонность к
избирательному развитию в отдельных участках тонкозернистой известковой
массы. Нередко мелкие доломитовые зерно внедряются в переферийные участки
скелетных осадков и других форменных образований ( рис. 6).
При эпигенетической доломитизации известняков зерна доломита чаще
всего имеют размеры более 0, 1 мм ( до 1 - 2 мм и более ) и распределяются
в известковой массе неравномерно. Обычно они имеют ромбоэдрическую форму ,
нередко обладая зональным строением. Иногда содержат микровключения
кальцита. Они развиваются как в зернистой известковой массе, так и в
остатках фауны и в других форменных образованиях, по периферии и внутри их
( рис. 7 ).
ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ.
Выщелачивание - это процессы растворения веществ, сопровожда-емые
выносом растворенных компонентов. В породах она находит отраже-ние в
образовании различных по форме и размерам пустот выщелачи-вания.
Выщелачиванию могут подвергаться как карбонатные осадки (диагенетические ),
так и карбонатные породы эпигенетическое ).
Диагенетическое выщелачивание карбонатных осадков в целом является
довольно ограниченным. Условия их заметной обводненности, малой подвижности
иловых вод и замедленности диффузионных перемещений веществ создают
обстановку для преобладания в осадках процессов растворения,
сопровождаемого местным, локальным переотложением растворенных компонентов.
Эпигенетическое выщелачивание в противоположность диагенетическому
может приводить к весьма существенным изменениям пористости карбонатных
пород и практически оказывает весьма сильное влияние на формирование их
коллекторских свойств. Эпигенетическое выщелачивание обусловлено
циркуляцией по карбонатным породам относительно быстро движущихся,
агрессивных по отношению к ним вод, будь то воды ювенильные или наиболее
распространенные вадозные. Естественно, что циркуляция последних возможна
лишь при нахождении карбонатной породы в поверхностной или приповерхностной
зоне, независимо от того, оказались ли породы здесь уже пройдя стадии.
катагенеза, либо сразу же после катагенеза. В породах смешанного известково
- доломитового состава различное сопротивление растворению могут оказывать
кальцит и доломит, поскольку растворимость последнего ( при равных прочих
условиях ) значительно ( в 24 раза ) меньше. По всей вероятности, по -
разному будут реагировать на воздействие вод также и форменные образования
различной степени плотности и т. п. И наконец, селективное растворение
карбонатных пород, очевидно, будет зависеть от характера ( состава )
циркулирующих вод и его изменений.
Результатом эпигенетического выщелачивания является возникнове-ние
пустот самых различных размеров: от мелких пор ( до 1 мм ) и каверен (
более 1 мм ) до крупных карстовых полостей, измеряемых метрами. Фор-ма пор
и каверен неправильная, округло - изометрическая, удлиненная, щелевидная,
заливообразная и т.д.
Встречаются пустоты, сохранившиеся от выщелачивания различных
некарбонатных минеральных выделений ( ангидрит, галит и др.), с релик-
товыми очертаниями их кристаллических форм.
Распределение вторичных пустот выщелачивания в карбонатных породах,
как правило, весьма неравномерное, рассеянное, пятнистое, полосчатое,
линейное и т.д. Иногда они различаются внутри минеральных трещин и
стилолитов, часто развиваются по ходу открытых микротрещин
( рис. 12).
Суммарный объем пор и каверин выщелачивания, если они не под-верглись
позднейшему " залечиванию " минеральными новообразовани-ями, может быть
значительным. Обусловленная им вторичная пористость карбонатных пород
нередко превышает межзерновую пористость и служит основным видом емкости
карбонатного коллектора.
СУЛЬФАТИЗАЦИЯ.
Сульфаты ( гипс, ангидрит ) часто ассоциируются с карбонатными
породами, в которых они могут быть генетически как первичными, так и
вторичными.
Первичные седиментационно -диагенетические сульфаты (ангидрит )
наблюдаются в доломитах эвапоритовых толщ, в разрезе которых наряду с
солями образуют отдельные, иногда мощные пласты. В самих доломитах
седиментационно - диагенетические выделения ангидрита наблюдаются в виде
рассеянных мелких зерен и их агрегатных скоплений, образующих различные по
размерам линзы, линзовидные пропластки и прослои.
В раннем диагенезе в обводненных осадках начинается активное
перераспределение веществ, при котором значительно более неустой-чивые,
растворимые и подвижные сульфаты проникают в доломитовые илы, выделяясь в
них там, где это возможно. Нередко это приводит к образованию пород
смешанного ангидрит - доломитового состава.
Вторичные, позднедиагенетические и особенно эпигенетические,
выделения сульфатов ( ангидрита и гипса ) возможны в любых карбонат-ных
породах, в самых различных типах доломитов и известняков. Обычно эти
сульфаты ясно- и крупнозернистые. Их выделение происходит из под-земных
вод, циркулирующих по карбонатным породам. Сульфаты ( осо-бенно гипс )
пойкилитово прорастают карбонатную массу, развиваются в межзерновых и
межформенных порах, выполняют различные пустоты выщелачивания и открытые
микротрещины. Во всех случаях сульфатная минерализация приводит к
запечатыванию пустот и, таким образом, снижает пористость карбонатной
породы.
3. Различный характер этих трех основных типов карбонатных осад-ков и
последующих диагенетических, главным образом раннедиа-генети-ческих, их
преобразований определяет различный характер их первичной пористости: а) пелитоморфные карбонатные илы уплотняются ( и литифициру-ются )
весьма быстро, при этом резко снижается пористость. Сохранившаяся ее доля
незначительна и обусловлена почти исключитель-но межзерновыми порами, по
размерам очень небольшими; б) карбонатные осадки, существенно или преимущественно состоя-щие из
форменных образований, имеют более жесткую каркасную основу и реагируют на
уплотнение заметно слабее. Их пористость обусловлена меж- и
внутриформенными пустотами, межзерновые поры играют подчи-ненную роль.
Сохранение первичной пористости таких карбонатных осад-ков во многом
зависит от количества химически или биохимически осаж-денного
пелитоморфного карбоната и интенсивности диагенетической цементации; в) прижизненно возникавшие органогенные карбонатные постройки уже на
стадии седиментоза имели жесткий, устойчивый каркас, как пра-вило,
высокопористый. Уплотнению они почти не подвергаются. Сохране-ние в
диагенезе их значительно высокой пористости ( главным образом
внутриформенной, частично межформенной и межзерновой ) определя-ется в
основном процессами диагенетической минерализации.
4. Окончательное оформление коллекторских свойств карбонатных пород
происходит в эпигенезе в результате развития тектонических тре-щиноватости
и процессов эпигенетического выщелачивания и минера-лообразования.
Трещиноватость и выщелачивание способствуют возрастанию про-
ницаемости и пористости карбонатных пород. Процессы сульфатизации,
окремнения и кальцитизации снижают пористость ( и проницаемость )
последних. Эпигенетическая перекристаллизация и доломитизация могут
оказывать на изменение этих параметров различное влияние, соответ-ственно
улучшая или ухудшая коллекторские свойства пород.
Резимируя приведенные выше данные относительно происхождения
карбонатных осадков - пород, о процессах их диагенетических и эпигене-
тических изменений и их влиянии на формирование коллекторских свойств этих
пород, подчеркнем следующее.
1. Формирование емкости карбонатных пород во многом предопре-деляется
условиями карбонатного осадкообразования. Диагенетические преобразования
отдельных типов карбонатных осадков заметно различны.
2. В числе основных типов карбонатных осадков, возникающих при
седиментогенезе, можно выделить: а) химически и биохимически осажде-нные
пелитоморфные карбонатные илы; б) карбонатные осадки, в значи-тельной части
или преимущественно ( 40 - 50 % и более ) сложенные раз-личными форменными
образованиями ( скелетными остатками, оолитами, сгустками и комками и т.
д. ); в) различные органогенные карбонатные постройки, возникшие за счет
жизнедеятельности организмов при их жиз-ни, на местах обитания.
3. Различный характер этих трех основных типов карбонатных осад-ков и
последующих диагенетических, главным образом раннедиагенети-ческих, их
преобразований определяет различный характер их первичной пористости: а) пелитоморфные карбонатные илы уплотняются ( и литифициру-ются )
весьма быстро, при этом резко снижается пористость. Сохранив-шаяся ее доля
незначительна и обусловлена почти исключительно межзер-новыми порами, по
размерам очень небольшими; б) карбонатные осадки, существенно или преимущественно состоя-щие из
форменных образований, имеют более жесткую каркасную основу и реагируют на
уплотнение заметно слабее. Их пористость обусловлена меж- и
внутриформенными пустотами, межзерновые поры играют подчи-ненную роль.
Сохранение первичной пористости таких карбонатных осадков во многом зависит
от количества химически или биохимически осажденног опелитоморфного
карбоната и интенсивности диагенетической цементации; в) прижизненно возникавшие органогенные карбонатные постройки уже на
стадии седиментогенеза имели жесткий, устойчивый каркас, как правило,
высокопористый. Уплотнению они почти не подвергаются. Сох-ранение в
диагенезе их значительно высокой пористости ( главным образом
внутриформенной, частично межформенной и межзерновой ) определяется в
основном процессами диагенетической минерализации.
4. Окончательное оформление коллекторских свойств карбонатных пород
присходит в эпигенезе в результате развития тектонической трещиноватости и
процессов эпигенетического выщелачивания и минералообразования.
Трещиноватость и выщелачивание способствуют возрастанию проницаемости
и пористости карбонатных пород. Процессы сульфатизации, окремнения и
кальцитизации снижает пористость ( и проницаемость ) последних.
Эпигенетическая перекристаллизация и доломитизация могут оказывать на
изменение этих параметров различное влияние, соответственно улучшая или
ухудшая коллекторские свойства пород.
ГЛАВА II. Основные оценочные параметры карбонатных коллекторов.
Пористость относится к числу наиболее важных параметров, необхо-димых
для подсчета запасов флюида, поэтому очень большое значение имеет ее точное
определение. Открытая пористость карбонатных коллек-торов различного типа
изменяется в широких пределах, от долей процента до 30 - 35 %. Вследствие
многообразия форм пустотного пространства, характеризующего карбонатные
породы - коллекторы, при изучении их требуется специальный подход. Особенно
большие затруднения возника-ют при устанвлении емкости коллекторов
трещинного и каверного типа.
Различают три вида пористости: общую ( физическую или абсолют-ную ),
открытую ( насыщения ) и эффективную ( полезную или динамичес-кую). Под
общей понимается пористость, характеризующая объем всех пустот породы,
включая поры, каверны, трещины, сообщающиеся между собой и изолированные.
Открытой называют пористость, включающую объем только сообщающихся между
собой пор. Открытая пористость меньше общей на объем изолированных пор.
Эффективная пористость характеризует ту часть объема, которая занята
движущимися в порах флюидом ( нефтью, газом) при полном насыщения порового
пространства этим флюидом.
Эффективная ( полезная ) пористость в понимании большинства ис-
следователей определяется объемом поровой системы, способной вмес-тить
нефть и газ, с учетом остаточной ( связанной ) водонасыщенности.
Понятие эффективной пористости, предложенное Л. С. Лейбензоном ( 1947
), характеризует свободный объем системы взаимосвязанных пор с учетом
порового пространства, занятого связанной ( остаточной ) водой. Этот вид
пористости по существу характеризует полезную емкость пород для нефти и
газа и отражает газонефтенасыщенность. Ее определяют по разности объема от
открытых пор и объема, занимаемого остаточной водой.
Общую пористость пород определяют методом А. Мелчера ( 1921 ). Для
установления открытой пористости чаще всего используют метод И. А.
Преображенского, применяя для заполнения пустот очищенный керо-син и
взвешивание предварительно экстрагированного и высушенного образца в
воздухе и керосине. Аналогично определяется пористость по воде.
Очень большое влияние на величину открытой пористости оказыва-ют
различные способы снятия поверхностной пленки, так как в зависи-мости от
преобладающего развития пор, каверен и трещин при обработке образцов
теряется разное количество керосина или воды. Из крупных ка-верен
происходит механическое вытекание жидкости, поэтому при взве-шивании
регистрируется меньший объем, чем фактический объем жидкос-ти, вошедшей в
образец при насышении под вакуумом.
Остаточная водонасыщенность.
Понятие об остаточной водонасыщенности.
Большая часть воды, оказывающаяся в поровых пространствах све-
жевыпавших осадков, отжимаетсяя и возвращается в гидросферу еще на ранних
этапах диагенеза, но заметное ее количество сохраняется в осадо-чной толще
даже при достаточно больших нагрузках вышележащих слоев. Одним из важнейших
свойств воды, имеющих первостепенное значение для геологических процессов,
является ее способность проникать через толщу пород. Повышение температуры
и давления сопровождается разрывом водородных связей молекул воды и
увеличением ее проникающих свойств. Водородные связи обуславливают
необычайную силу сцепления воды, проявляющуюся в ее высоком поверхностном
натяжении, а также необыкновенную способность воды смачивать различные
вещества.
При дальнейшем погружении пород, сопровождающимся постепен-ным
повышением температуры среды, поровые воды могут сильно изме-нить свою
структуру, а соответственно и вязкость, поэтому они приобре-тают
способность к циркуляции через толщи, ранее служившие для них водоупором.
Поток таких вод по известным законам пойдет в направлении зон пониженных
давлений, где произойдет их разгрузка и перемещение в более высокие
горизонты земной коры, вплоть до дневной поверхности.
Таким образом, за длительный период формирования осадочных толщ
пространство между зернами, кристаллами, обломками полностью заполнится
водой, связь которой с твердыми частицами пород будет различной. В
дальнейшем в процессе образования нефтяных и газовых залежей происходит
вытеснение воды из пористых сред вновь пришедшим флюидом. Вытеснение воды
из пористых сред нефтью и газом происходит под давлением, но несмотря на
это часть ее сохраняется, будучи удержана силами молекулярного
взаимодействия. Количество и характер распределения остаточной воды
различны и зависят от сложности строения пористой среды, величины удельной
поверхности, а также от поверхностных свойстыв попрод. Эту сохранившуюся
часть воды исследователи называют остаточной, погребенной, связанной,
иногда реликтовой.
Очень удачным является термин " остаточная вода " , примененный в
1955 г. С. Л. Заксом, который считал, что остаточная вода - это вода,
оставшаяся в поровом пространстве пласта при формировании залежей нефти и
газа. Естественно, что различное строение пустотного простран-ства пласта в
целом и определяет размещение остаточной воды в коллек-торе. Поскольку
сохранение ее в породах обусловлено силами молеку-лярно - поверхностного
притяжения, можно и нужно использовать как синоним термин " связанная ",
определяя этим характер взаимосвязи воды с породами.
В нефтянных пластах часть воды может быть и в свободном состо-янии в
виде водоносных пропластков за счет недостаточного давления или объема
вытесняющего флюида - нефти или газа. Это же явление может наблюдаться и в
приконтурной части месторождения. Но при полном за-полнении ловушки нефтью
или газом количество оставшейся воды должно определяться прежде всего
структурными особенностями порового прос-транства: размером, процентным
соотношением мелких и крупных пор, извилистостью их стенок, т. е. величиной
внутренней удельной поверх-ности каналов, поверхностными свойствами пород и
пластовых жидкос-тей. Гидрофильные и олефильные свойства самих пород имеют
при сохра-нении остаточной воды в поровых каналах огромное значение.
Увеличение содержания органических и глинистых смесей, облажающих высокой
сорбционной способностью, приводит к повышенному содержанию остаточной воды
в пласте - коллекторе. Различный минеральный состав горных пород определяет
неодинаковые поверхностные свойства, в том числе и смачиваемость.
Смачиваемость пористой среды различными флюидами является одним из
важнейших параметров, определяющих остаточную водонефтенасыщенность,
скорость вытеснения, капиллярную пропитку и относительную проницаемость
пород. Благодаря ей в породах с одинаковыми фильтрационными свойствами
количество удержанной воды в поровых каналах будет различным. Сохраняясь в
пористой среде за счет сил молекулярного сцепления, остаточная ( связанная
) вода имеет неодинаковый характер распределения: вв виде пленок различной
толщины она располагается в крупных и мелких поровых каналах, заполняет
углы и извилистые участки и почти полностью занимает мельчайшие поры
размером менее 1 мкм.
Породы - коллекторы, фильтрационные свойства которых обусло-влены
трещинами, не могут содержать свободной воды, так как в связи с отсутствием
крупных сообщающихся поровых каналов филтрация вод по ним невозможна.
Проницаемость.
Проницаемость - свойство породы, определяющее возможность про-
хождения флюидов через сообщающиеся поры, трещины, каверны. Прони-цаемость
является мерой фильтрационной проводимости породы и отно-сится к числу
наиболее важных параметров коллектора. Установившаяся скорость течения и
его направление связаны с различными физическими свойствами движущегося
флюида, а также особенностями геометрии по-рового пространства ( размеры
поперечного сечения и форм поровых ка-налов, их распределение в пором
объеме, которые предопределяют пропускную способность пористой среды ).
Проницаемость тесно связана со структурой пустотного пространства, поэтому
исследование различных видов ее дает возможность глубже понять характер
пористой среды.
Проницаемость измеряется в дарси по имени Анри Дарси, предложившего в 1856
г. уравнение для определения фильтрации
где Q - объемный расход жидкости в единицу времени; k - постоянная
проницаемости; s - площадь поперечного сечения; - вязкость жидкости;
- гидравлический градиент или разница в давлении в направлении
течения x.
Это уравнение дана для ламинарного течения флюидов в пористых средах,
при заданном значении k скорость фильтрации через породы прямо
пропорциональна перепаду давления.
При исследовании проводимости пористой среды выделяют три ви-да
проницаемости: абсолютную, эффективную и относительную.
Фильтрация флюидов через пористые среды подчиняется закону Дарси, в
котором сделано допущение, что в пласте один флюид, полнос-тью насыщающий
пустотное пространство пород. Эту проницаемоть на-зывают абсолютной. В
природе пласт - коллектор содержит в различных количествах газ, нефть,
воду, при чем в зависимости от степени насыще-ния один из флюидов обладает
большей способностью перемещения.
Эффективная проницаемость - это способность породы пропускать флюид
в присутствии других насыщающи пласт флюидов. Эффективная газо -, водо- и
нефтепроницаемость различна для разных пород и опреде-ляется
экспериментальным путем. Естественно, что при наличии двух или трех
насыщающих пористую среду фаз эффективная проницаемость по сравнению с
абсолютной снижается, при этом изменения ее зависят от ря-да факторов и
прежде всего от сложности строения порового простран-ства. Разбухание
глинистых частиц, наличие адсорбционных пленок, гидрофильность или
олефильность поверхностей, морфология, размеры и извилистость поровых
каналов - все это оказывает влияние на эффективную проницаемость.
Отношение эффективной для данного флюида проницаемости к абсолютной
проницаемости называется относительной проницаемостью. Относительная
проницаемость для газа, нефти, воды колеблется от нуля при низкой
насыщенности до 1 при 100 % - ном насыщении. Относительная проницаемость
породы для любого флюида возрастает с увеличением ее насыщенности этим
флюидом и достигает максимального значения при полном насыщении.
Анализ опытнах данных изучения фильтрационных свойств свиде-
тельствует о неодинаковом характере изменения проницаемости в кар-бонатных
породах с различным типом пустотного пространства. Совер-шенно очевидно,
что карбонатные коллекторы порового, трещинного и каверного типов
отличаются как абсолютной величиной проницаемости, определенной в
лабораторных условиях, так и характером изменения ее в трех изучаемых
направлениях.
Карбонатным коллекторам порового типа не свойственна анизотро-пия
проницаемости пористой среды, и в них не наблюдается резкого из-менения
фильтрующих свойств в каком - то одном из трех направлений. Это
существенное отличие фильтрационных свойств карбонатных кол-лекторов от
терригенных, в которых также преобладают поровые каналы.
При наличии каверн или крупных пустот, т. е. в каверно - поровом типе
коллектора, максимальными значениями проницаемости обладает направление с
наибольшей интенсивностью их развития.Но даже в таких случаях мы не
наблюдаем такой разницы по параллельному и перпендику-лярному направлениям,
как в песначо - алевритовых породах. Поровый тип коллектора характеризуется
проницаемостьюю практически одинако-вой во всех трех направлениях;
трещинный тип карбонатных коллекторов, несмотря на незначительные
абсолютные значения проницаемости, опре-деленные в лабораторнах условиях,
отличается анизотропностью проница-емости, при этом пределы изменения
достигают одного - двух порядков. Следует подчеркнуть, что фильтрационные
свойства трещиноватых кар-бонатных пород в природных условиях значительно
выше значений, получаемых в лаборатории, что обусловлено исследованием
пород с наличием лишь микротрещин.
ГЛАВА III. Условия формирования пустотного пространства.
1. Растворимость карбонатных пород.
Развитие и формирование порового пространства карбонатных по-род
тесно связано с процессом растворения и выщелачивания. Вынос этих
соединений в растворенном состоянии является причиной образования пор,
каверен и пустот, а также приячиной расширения трещин.
Установлено, что растворимость кристаллиических веществ зависит от их
природы , растворяющей способности растворителя и находится в тесной связи
с термодинамическими условиями. Неодинаковая раство-римость частиц
кристаллического вещества определяется их размером. Ряд исследователей (
Бакли, 1954; Теодорович, 1950) показали, что рас-творимость частиц гипса
размером 2 мм на 20 % меньше, чем частиц 0, 3 мм, и что тонкозернистые
разности кальцита значительно быстрей растворяю-тся, чем крупные кристаллы.
Исследованиями Ф. Бирха, впервые приведенными в работе Миллера ( 1959
), было доказано, что расстворимость известняка заметно снижается, после
того как его подвергают большому довлению ( табл. 19). Миллер связывает это
снижение с перекристаллизацией вещества под большим давлением, которая
вызывает увеличение размеров частиц. Оче-видно, этим можно объяснить почти
полное отсутствие пор растворения у сильно метаморфизованных пород. На
растворимость карбонатных минералов влияет и размер растворяемых частиц.
Чем более они тонкодис-персны, тем более растворимы. Неодинакова
растворимость различных по размеру частиц способствуетт росту более крупных
зерен за счет раство-рения мелких.
Сильное растворяющее действие подземных вод, богатых углекис-лотой,
отмечалось В. И. Вернадским ( 1934 ), который писал, что такая вода
приобретает свойства кислоты и способна разлагать силикаты и алюмосиликаты.
Поскольку проводимости пород неодинаковы, то процес-сы растворения не
распространяются равномерно по всему горизонту. Вероятно, они приурочены к
тем тектоническим участкам и струектурам, которые наиболее пористы и
проницаемы. Возможно, что растворение связано с воздействием на породы
нефтяных вод, которые, как известно, содержат большое количество
углекислоты. А. И. Осипова ( 1964 ) считает, что нефтяные воды при
проникновении в карбонатную породу - коллектор оказывали сильное
агрессивное действие, расширяя и соединяя поры, существовавшие в
известняках.
Большое значение в происходящих процессах растворения имеют
нерастворимые минеральные примеся, содержащиеся в карбонатных породах. Роль
этих примесей неодинакова: следует различать примеси, тормозящие процесс
растворения, и наоборот, ускоряющие его. Наличие в карбонатных примеси
глинистых, кремнистых или органических веществ тормозит процесс
растворения. Именно поэтому в карбонатных породах с большим количеством
рассеяного органического вещества незначительно развиты явления
перекристаллизации ( Каледа, 1955, 1959; Гмид, 1965; Леви, 1964;Булач,
1964). Наоборот, даже небольшие количества примесей более растворимых
соединений резко повышают растворимость карбонатных пород, что доказано
экспирементами В. Н. Свешниковой
( 1952 ).
2. Соотношение растворимости доломита и кальция
Этот вопрос имеет очень большое значение для понимания сущнос-ти ряда
геологических явлений, определяющих формирование пустотного пространства,
однако представления о соотношении растворимости дан-ных сооединений
противоречивы.
Большие экспериментальные исследования растворимости доломита и его
смесей с другими минералами были проведены О. К. Янатьевой
( 1950, 1954, 1955, 1956, 1957, 1960 ). Полностью подтвердилось положе-ние
об изменчивости соотношений расторимостей доломита и кальцита, были
выявлены факторы, которые вызывают изменение этих соотноше-ний. Данные
показывают, что в условиях высокого содержания СО2 рас-творимость кальцита
при низких темпаратурах примерно в 1, 5 раза выше, чем доломита. С
увеличением температуры эти различия исчезают, и при 550 С растворимости
доломита и кальцита равны. При дальнейшеем повышении температуры
растворимсоть доломита становится более высокой, чем кальцита. Таким
образом, соотношение растворимости доломита и кальцита весьма непостоянно и
меняется под влиянием ряда факторов, к числу которых относятся температура,
давление, содержание в растворе углекислоты, сернокислого кальция.
3. Формирование порового пространства карбонатных пород различного генезиса.
Первичная пористость включает пустоты, которые образуются во время
седиментации пород, видоизменяются и возникают вновь в стадии диагенеза.
Вторичная пористость включает лишь те пустоты, которые образуются и
развиваются в процессе изменения сложившейся породы.
Хемогенные карбонатные породы обладают, как правило, незначи-тельной
первичной пористостью. Причина низкой пористости хемогенных пород заключена
в условиях их седиментации. Они образуются в условиях перенасыщенных
растворов, а последующая кристаллизация происходит за счет маточных
растворов, находящихся между отдельными частицами, и также приводит к
уменьшению межкристаллической седиментационной пористости.
Условия формирования первичной пористости основных групп рас-творимых
карбонатных пород различны и тесно связаны с их генезисом. У хемогенных
известняков и первичных доломитов первичная пористость ничтожна, а
структура порового пространства неблагоприятна для движе-ния растворов.
Органогенные, органогенно - обломочные и обломочные породы характеризуются
высокими значениями первичной и раннедиа-генетической пористости, а
геометрическое строение порового пространс-тва их благоприятно для движения
растворов. У диагенетических доло-митов ( Соколов, 1962 ) первичная
пористость ничтожна в тех случаях, когда доломитизация протекает под
воздействием пересыщенных рас-творов и процессы растворения подавляются
кристаллизацией доломита. В тех разностях, где доломитизация происходит в
условиях менее конце-нтрированных растворов, формируются пористые и пористо
- кавернозные структуры вследствие развития процессов растворения,
генетически свя-занных с метасоматозом.
Формирование вторичной пористости происходит в различных гео-
логических условиях, но к этому моменту породы обладают уже опреде-ленной
величиной первичной пористости и имеют свойственный им ха-рактер порового
пространства. Дальнейшие изменения пористости и структуры порового
пространства зависят от растворяющей способности подземных вод, которыес
различной скоростью циркулируют в карбонат-ных отложениях. Степень
минерализации, химизм вод, температура, давление, литологический состав -
все это определяет дальнейший процесс изменения пустотного пространства:
произойдет ли дальнейшее залечивание первичной пористости и усложнение
строения поровых каналов или за счет растворения начнут развиваться широкие
поровые каналы, появятся каверны и улучшится сообщаемость их между собой.
Направленность этого процесса определяет формирование петрофизических
свойств пород, сочетание пористо - проницаемых и плотных разностей.
Благодаря ничтожной первичной пористости и сложному строению порового
пространства ( очень тонкие извилистые каналы ) скорости дви-жения поровых
растворов в хемогенных карбонатных породах в стадии эпигенеза
незначительны. Растворяющая способность поровых растворов, концентрация
которых близка к насыщению, ничтожна, поэтому развития высокой пористости в
хемогенных породах практически не происходит.
Для понимания специфичности процесса образования вторичных пустот (
каверен ) в породах химического генезиса важно подчеркнуть, что они
практически никогда не образуются за счет фильтрации растворов по первичным
порам. Чаще всего это вновь образованная пустотность, разви-вающаяся за
счет расширения отдельных трещин или избирательного рас-творения минералов.
Наиболее характерная черта вновь образованной вто-ричной пористости
хемогенных карбонатов заключается в значительной изолированности пустот,
развитии небольших пористых участков среди плотных пород, а главное в очень
низкой проводимости поровых каналов.
В органогенных, ораганогенно - обломочных и обломочных породах связь
первичной и вторичной пористости выразится в общем виде в том, что при
одинаковой направленности процесса наиболее интенсивно будут выщелачиваться
разности с высокой пористостью и благоприятной стру-ктурой пустот. При этом
еще более усугубится анизотропия карбонатных толщ, проницаемость одних
пластов возрастет за счет каверен, других - останется по - прежнему низкой.
Развитие вторичной пористости будет происходить за счет расшире-ния
уже существующих поровых каналов, увеличения размера и сообща-емости их,
иными словами это будет унаследованная вторичная порис-тость, образующаяся
в пористо - проницаемых породах.
Основное различие вторичной пористости заключается в том, что в
хемогенных породах она вновь образуется в плотной непроницаемой мат-рице, а
в органогенных, органогенно - детритовых - это унаследованная пористость,
развивающаяся по хорошо сообщающимся поровым каналам с высокой
фильтрационной способностью. Указанное различие определяет тип коллектора.
Детальные исследования коллекторских свойств карбо-натных пород различного
состава и генезиса паказали тесную взаимосвязь рассмотренных параметров и
выявили, что в зависимости от гидрохими-ческой зональности происходит более
интенсивное выщелачивание то известняков, то доломитов.
Зона хлоридных рассолов характеризуется ничтожным развитием процессов
выщелачивания карбонатных пород. В этой зоне практически не происходит
дополнительного формирования пустот.
Зона сульфаьтных вод оказывает значительно большее влияние на
развитие вторичной пористости. Прежде всего сульфатные воды находятся в
зоне более интенсивного водообмена, а растворяющая способность этих вод по
отношению к породам различного состава неодинакова. Растворимость доломита
и кальцита в зоне сульфатных вод различна. Образование вторичной пористости
известняков под воздействием этих вод затруднено, и не редко происходит
залечивание пористости за счет выпадения углекислого или сернокислого
кальция.
Зона сульфатных вод благоприятна для выщелачивания доломитов, но
развитие вторичной пористости происходит главным образом не в пер-вичных, а
в диагенетических доломитах, первичная пористость которых значительно выше.
Таким образом, в зоне сульфатных вод происходит из-бирательное развитие
вторичной пористости преимущественно в доломи-тах.
Гидрокарбонатные воды находятся в зоне активного водообмена. Кроме
того, эти воды недонасыщены главнейшими соединениями, входя-щими в состав
карбонатных пород. В связи с этим в данной зоне формиро-вание вторичной
пористости происходит весьма интенсивно, особенно в тех разностях
карбонатных пород, которые отличаются высокой первич-ной пористостью и
благоприятным строением порового пространства. Развитие эпигенетической
пористости затруднено в первичных доломитах, хемогенных известняках, а
также в диагенетических доломитах компак-тной структуры, т.е. в породах со
сложным строением порового простран-ства. Наиболее интенсивно развитие
вторичной пористости протекает в известняках. В отличие от зоны сульфатно -
кальциевых вод раствори-мость кальцита в зоне гидрокарбонатных вод очень
часто превышает рас-творимость доломита.
В заключение следует подчеркнуть, что при изучении природных
резервуаров нефти и газа очень важно знать механизм и время формиро-вания
пустот, выявить их генезис, с тем чтобы правильно оценить тип коллектора и
потенциальную возможность нефтегазонасыщенности кар-бонатных пород.
4. Формирование емкостного пространства трещин.
Трещиноватость горных пород изучается широко, и с различных по-зиций
рассматривается генезис трещин, их морфология, выявляются за-кономерности
распределния трещин. Оценка трещиноватости как фактора водо -, нефте - и
газопроницаемости растворимых пород остается одной из наименее изученных
проблем трещиноватости. Существует большое коли-чество классификаций
трещин, но для оценки фильтрационных свойств они не могут быть
использованы, так как не учитывают извилистости и шероховатости стенок
трещин, изменчивости ширины трещин, взаимосообщаемости и протяженности.
В осадочных породах ( Белоусов, 1954 ) различают четыре основных
генетических категорий трещин: литогенетические, тектонические, разгру-зки
и выветривания, которые играют неодинаковую роль в процессах дви-жения
флюидов.
Литогенетические трещины называют диагенетическими ( Новикова, 1951
), общими ( Белоусов, 1954 ) трещинами первичной отдельности и
напластования ( Пермяков, 1949; Приклонский, 1949 ). Наиболее удачен
термин" литогенетические " ( Овчинников, 1949; Соколов, 1951, 1962). Такие
трещины образуются в процессе литификации осадков при уплот-нении и потере
воды. К ним относятся трещины напластования и внутрен-ние. Установлено, что
в пластах меньшей мощности внутрислойные лито-генетические трещины более
часты, но степень их раскрытости оказы-вается совершенно ничтожной.
Наоборот, в мощных пластах, где такие трещины относительно редки,
раскрытость их более значительна. Следо-вательно, в пластах меньшей
мощности интенсивность литогенетической трещиноватости более высокая, но в
силу ничтожной раскрытости их возможность движения вод затруднена. И,
наоборот, редкие трещины в мощных пластах характеризуются относительно
большей раскрытостью, и движение вод по ним более вероятно. Доказательством
этого Д. С. Соколов считает отсутствие закарстованных трещин в
тонкоплитчатых известняках, в доломитах, а также ничтожное развитие
процессов выщелачивания в толще карбонатного флиша.
Степень раскрытости литогенетических трещин находится в связи с
дркгим свойством пород - их крепостью. Характер этой связи сходен с ха-
рактером зависимости степени раскрытости трещин от мощности пластов, т. е.
у менее крепких пород частота трещин больше, но раскрытость их ничтожна, у
более крепких - трещин меньше, но степень их раскрытости относительно более
высокая.
Тектонические трещины играют более значительную роль по сравне-нию с
трещинами литогенетическими в формировании водопроницаемос-ти горных пород.
Такое различие связано главным образом с присутсвием секущих тектонических
трещин, которые, как и многие разрывные смеще-ния, обеспечивают достаточно
интенсивную циркуляцию подземных вод на значительной глубине.
Под нагрузкой вышележащих толщ горные породы находятся в сос-тоянии
объемного сжатия, что препятсявует раскрытию литогенетических и
тектонических трещин. Раскрытие существующих трещин и образова-ние новых
происходит в результате различных геологических процессов, которые
освобождают горные породы от напряжения. Явление разгрузкии выступает в
качестве одного из важнейших факторов трещинной водопро-ницаемости. В этих
условиях породы получают возможность расширения, что приводит, с одной
стороны, к раскрытию уже имеющихся литогене-тических и тектонических
трещин, с другой, - к образованию трещин разгрузки.
Трещины выветривания широко распространены и неизменно вы-деляются в
особую генетическую группу. Процессы выветривания сущес-твенным образом
изменяют трещинную водопроницаемость, однако в отличие от явления разгрузки
влияние выветривания может быть различ-ным по знаку: в результате трещинная
водопроницаемость то повышается, то снижается при преобладании химического
воздействия.
5. Влияние постседиментационных процессов на формирование пустотного пространства.
На формирование структуры порового пространства карбонатных пород
оказывают влияние как первичные условия седиментации, так и последующие
вторичные процессы, интенсивность и направленность воздействия которых в
каждом регионе различны. Седиментационные процессы накопления и уплотнения
влияют на характер и свойства порового пространства осадков, а затем и
пород. Именно в этот период создаются благоприятные или неблагоприятные
условия для движения флюидов через породы.
Интенсивная перекристаллизация карбонатных пород происходит в
эпигенезе под влиянием циркуляции подземных вод в условиях, обычно
благоприятных для новообразования крупнозернистого кальцита непра-вильных
очертаний. Большое влияние на перекристаллизацию карбонат-ных пород, как
установлено Г. А. Каледой ( 1955 ), Л. П. Гмид ( 1962 ), М. Х. Булач ( 1964
), Я. Н, Перьковой ( 1966 ), оказывают имеющиеся в них примеся глинистого,
глинисто - органического, кремнистого и сульфат-ного веществ. Эти примеси
не только замедляют перекристаллизацию. За-полняя пустоты, поры и трещины,
они меняют петрофизические свойства карбонатных пород. На более поздних
этапах литогенеза ( Гмид, 1965 ) некоторые примеси придают породам
твердость, хрупкость и они более подвержены образованию трещин. В целом
такие процессы, как кальцитизация, сульфатизация, окремнение, т. е.
процессы метасоматического замещения карбонатов другими минеральными
веществами, способствуют заполнению пор, полостей и трещин и отрицательно
влияют на коллекторские свойства.
Доломитизация - процесс замещения кальцита, ангидрита и других
минералов доломитом и заполнение им пор, каверен и трещин. Различают
доломитизацию диагенетическую, происходящую в осадке, и эпигенети-ческую,
развивающуюся в породе.
Избирательный характер процессов растворения, сопровождающих
доломитизацию, определяется большим числом факторов: составом и кон-
центрацией поровых растворов, размерами и однородностью кристаллов,
наличием примесей, температурой, давлением. Если учесть изменчивость и
непостоянство во времени и пространстве всех этих факторов, то нерав-
номерность, прихотливость в распространении пористо - кавернозных разностей
диагенетических доломитов станет очевидной.
Дедоломитизация ( раздоломитизация ) происходит на стадии эпиге-неза
и заключается в метасоматическом замещении доломита кальцитом; она также
неоднозначно сказывается на изменении коллекторских свойств. К
эпигенетическим процессам следует отнести формирование сутуро -
стилолитовых текстур. Обычно они заполнены глинистым, битум-ным веществом,
карбонатами, сульфатами и др. Нередко по стилитовым швам проходят открытые
секущие трещины, частично заполненные би-тумом, и в них отмечаются
порообразные расширения. Встречаются сти-лолиты горизонтальные,
перпендикулярные и расположенные под углом. Они очень важны, так как служат
доказательством перемещения флюидов, а также, будучи открытыми,
представляют собой дополнительную емкость.
Значение перечисленных постседиментационных преобразований для
формирования пустотного пространства карбонатных попрод может измениться в
результате действия процессов растворения и выноса части растворимого
вещества. В зависимости от химического состава подземных вод, скорости их
движения, температуры, давления и литологического состава карбонатных пород
меняются интенсивность растворения пород и образования пустот
выщелачивания.
Глава IV. Оценочно - генетическая классификация.
В классификационной схеме все породы - коллекторы подразделены на
группы А, Б, В, которые объединяют семь классов коллекторов, отлича-ющихся
друг от друга оценочными параметрами, литологическими и структурными
особенностями. Группы А и Б в основном представлены коллекторами порового и
каверно - порового типов; группа В - коллекто-рами смешанного и трещинного
типов.
Породы - коллекторы, выделенные в группы А, Б, В, различаются не
только по тексстурно - структурным особеностям, но и по времени форми-
рования пустотного пространства. Так, в породах группы А развит в ос-новном
седиментационные поры, размеры которых увеличены за счет вто-ричных
процессов выщелачивания, иногда до размеров каверен. Существенного
генетического различия между порами и кавернами нет, также однозначно
влияние их на коллекторские свойства. Следовательно, к этой группе
коллекторов относятся и коллекторы каверно - порового типа. Важно, что и
проницаемость и емкость определяются поровыми каналами различного размера.
В породах группы Б развиты седиментационные и реликтово - седи-
ментационные поровые каналы, но размеры их резко сокращены, и мень-шую роль
в поровом пространстве играют пустоты выщелачивания. Ос-новное отличие
пород этой группы от пород группы А заключается в боль-шей сложности
процессов строения порового пространства, что обуслов-лено действием
вторичных процессов.
Карбонатные породы группы В отличаются наиболее сложным ха-рактером
порового пространства. Развиты мелкие поровые каналы, кото-рые обладают
извилистостью, плохой сообщаемостью. Характерны изо-лированные пустоты
выщелачивания ( каверны ) и трещины различной ориентировки.
Группа А представлена в основном карбонатами органогенного и
обломочного происхождения, отличающимися рыхлой упаковкой фраг-мента и
различными размерами и окатанностью обломков. Цемент содер-жится в
небольшом количестве ( до 10 % ), образует крустификационные корочки и
регенерационные оболочки вокруг детрита, редко заполняет поры, представлен
новообразованными кристаллами кальцита.
Группа А содержит два класса пород: проницаемостью от 300 до 500 мД и
проницаемостью 500 мД и выше. Содержание связанной воды в них незначительно
( от 5 до 20 %), I и II классы отличаются высокой полезной емкостью и
высокими фильтрующими свойствами. Коэффициент газонасыщенности пород I и II
классов высокий - 0, 95 - 0, 8. Тип коллектора каверно - поровый и поровый.
Группа Б представлена сильно измененными породами органогенно-го и
обломочного происхождения, а также мелко - и среднезернистыми разностями
хемогенного генезиса. Органогенные и органогенно - обло-мочные карбонаты
характеризуются различной степенью цементации ( це-мента 15 - 20 % и более
), неодинаковой интенсивностью перекристаллиза-ции ( от слабо до сильно
перекристаллизованных ) и различной плотнос-тью упаковки фрагментов.
Породы этой группы отличаются значительной вторичной кальтиза-цией,
интенсивность которой определяет сложное строение порового про-странства:
морфологию, размеры и форму поровых каналов, а также ха-рактер их
взаимосвязи. Наличие поровых каналов и преобладание узких, сильно
извилистых обуславливает снижение проницаемости этих пород от 300 до 10 мД.
Постепенное усложнение структуры порового пространства ( большое число
мелких пор, сильная извилистость и шероховатость поровых каналов и др. )
послужило причиной неодинакового влияния связанной воды на изменение
эффективных параметров - емкости и проницаемости. Именнно для коллекторов
группы Б характерна обратная линейная связь между остаточной
водонасыщенностью и проницаемостью. Они отличаются средней полезной
емкостью и средними фильтрационными свойствами. Коэффициент
газонасыщенности коллекторов III класса 0, 88 - 0, 78, IV класса ) 0, 84
-), 7; V класса 0,8 - 0, 62. Тип коллектора в основном поровый, но V класс
может быть представлен трещинно - поровым коллектором.
Группа В представлено главным образом породами хемогенного и
биохемогенного происхождения, а также сильно перекристаллизованны-ми,
измененными постседиментационными процессами, органогенными породами, в
которых форменные элементы практически не различимы. Это очень плотные,
мало проницаемые и чаще всего низко пористые породы.
Поровое пространство хемогенных и биохемогенных пород крайне
неоднородно и сложно по строению: морфология, размеры пор, форма вза-
имосвязи их определяются интенсивностью вторичных процессов. Поры
отличаются округлой, иногда неправильной формой, располагаются между
кристаллами или секут их. Соединение пор друг с другом осуществляется по
межкристаллическим канальцам, ширина и степень извилистости ко-торых
зависят от размера кристаллов цемента. Чем меньше кристаллы, тем тоньше
зазоры между ними, а следовательно, более узки и извилисты ка-налы,
соединяющие поры. Мелкие поры соединяются друг с другом по тончайшим (
менее 5 - 10 мкм ) каналам, которые прослеживаются между кристаллами в
основной микротонкозернистой массе карбоната. Сообщаемость поровых каналов
затруднена, часто они изолированы, что определяет их низкие фильтрационные
свойства. Характерны пустоты выщелачивания и перекристаллизации.
Глава V. Месторождения нефти и газа, связанные с карбонатными коллекторами.
Карбонатные породы во многих районах ****** развиты весьма широко,
составляя в целом как в стратиграфическом разрезе осадочных толщ, так и в
пространстве обширные комплексы отложений, перспективы нефтегазоносности
которых по существу оценены должным образом сравнительно недавно.
Ввиду сложности строения большинства типов карбонатных пород, их
неоднородности и своеобразия условий фильтрации в них флюидов выделение
среди них плостов коллекторов встречает затруднения, хотя известьные успехи
в этом направлении и достигнуты.
Наиболее широко карбонатные породы и карбонатные коллекторы нефти и
газа представлены в Волго - Уральской области и Тимано - Печор-ской
провинции, Оренбургско - Актюбинском Приуралье, Прикаспийской впадине, в
районах Ставрапольского края и Дагестана, на Северо - Запад-ном Кавказе и в
Припятской впадине, на Сибирской платформе и в других регионах нашей
страны.
Обширные исследования карбонатных пород - коллекторов, которые
проводились в Волго - Уральской области в последние годы, позволили
выделить здесь горизонты карбонатных коллекторов разрезах девона, карбона и
перми. По характеристикам вещественного состава и резкой изменчивости
физических и коллекторских свойств карбонатные породы - коллекторы крайне
неоднородны. Установлено наличие среди них поровых и различных типов
трещинных коллекторов ( смешанные типы ).
По соотношению пор, каверн и трещин в общей структуре пустотно-го
пространства в карбонатных породах верзнего палеозоя выделяют кол-лекторы
четырех типов: поровый, трещинно - поровый, порово - трещи-нный и порово -
трещинно - каверный. Некоторые исследователи различа-ют езе известняки
каверно - порового типа, приуроченные главным обра-зом к бортовым частям
камско - кинельских прогибов. В карбонатных кол-лекторах указанной
провинции широко развиты микротрещины, раскры-тия которых меньше 0, 5 мкм.
Эффективная мощность и основные параметры ( пористость и про-
ницаемость ) карбонатных коллекторов значительно меняются. Наиболее широко
представлены коллекторы трещинно - порового и порово - трещи-нного типов.
Первые отмечаются на Татарскомсводе, где эффективная мощность их изменяется
от 10 до 80 м.
Таблица 1. Карбонатные коллекторы нефти и газа в среднекаменноугольных отложениях северо - западной части Башкирии
| |Доля коллектора в разрезе, % |
|Тип |Башкирский |Верейский |Каширский |Подольский |
|коллектора |ярус |горизонт |горизонт |горизонт |
| | | | | |
|Поровый |34 |56 |20 |70 |
| | | | | |
|Порово - |51 |40 |65 |29 |
|трещинный | | | | |
| | | | | |
|Трещинный |15 |4 |15 |1 |
Основные промышленные залежи нефти в карбонатных породах -
коллекторах в северо - западной части Башкирии приурочены к отложе-ниям
башкирского и московского срусов среднекаменноугольного возрас-та. Согласно
данным А. Я. Виссарионовой и А. М. Тюрихина, здесь разли-чаются три типа
коллекторов. Выделение указанных типов коллекторов имеет, разумеется,
условное значение, поскольку специальных исследований.
В настоящее время в Башкирии только 7 % общей добычи нефти па-дает на
карбонатные ( порово - трещинные ) коллекторы, тогда как запасы нефти в них
значительные. Они представлены переслаиванием плотных и пористо -
каверновых, часто трещиноватых известняков, в разной степени
доломитизированных и кальцитизированных. Пористость продуктивных пород в
среднем 7 %, трещинная пористость 0, 15 %, проницаемость по промысловым
данным 70 * 10-3 ( в среднем ) и по керну 16 * 10-3 мкм2.
В южной части Предуральского прогиба, в Бельской впадине, насчи-
тывается 58 залежей нефти, содержащихся в карбонатных породах. Из них
подавляющее большинство связано с нижнепермскими рифовыми и
" депрессионными " известняками, 12 залежей - со среднекаменноуголь-ными и
2 - с турнейским известняками нижнего карбона.
Значительной является нефтяная залежь в карбонатных отложениях пермо
- карбона Усинского месторождения. Этаж нефтеносности здесь достигает 350 м
( глубина залегания 1100 - 1400 м ). Коллектор представ-лен органо -
детритовыми известняками " порово - кавернозно - трещинно-го типа ".
Пористость изменяется от 8 до 3- %, проницаемость по керну составляет ( в
среднем ) 30 * 10-3 мкм2.