Прошляков Б.К., Кузнецов В.Г. Литология

Подождите немного. Документ загружается.

ные поры (зияющие трещины). Трещинная пористость возни-

кает в сильно уплотненных обломочных породах (k

>0,9), за-

легающих (или погружавшихся прежде) на больших глубинах

или подвергавшихся стрессу.

Суммарная открытая трещинная пористость терригенных по-

род невелика. Она составляет максимум 3—3,5% (в единичных

случаях до 6%), обычно же меньше — от долей до 1,5—2%.

Когда трещины сообщаются с межгранулярными порами, что

нередко наблюдается в природе, емкостные и особенно фильтра-

ционные свойства пород существенно повышаются. Объем поро-

вого пространства в песчаных, алевритовых породах и разностях

промежуточного состава колеблется в широких пределах, прак-

тически от долей до 50 %. Такие вариации определяются целым

рядом факторов, рассматриваемых ниже.

Проницаемость обломочных пород во многом определяется

структурой порового пространства, в частности размером,

формой, сообщаемостью пор, а в ряде случаев и суммарным объ-

емом последних. В общем виде, чем крупнее размер пор, изомет-

ричнее, округленнее их форма, больше диаметр поровых кана-

лов и лучше сообщаемость между порами, тем выше проницае-

мость. Объем пор отражается на проницаемости в том случае,

если сами поры достаточно велики, что наблюдается у слабо- и

среднеуплотненных песчаников и алевролитов. В микропори-

стых породах — пелитовых, сильно уплотненных песчаниках и

алевролитах из-за действия молекулярных сил вплоть до центра

пор и каналов количественная связь между пористостью и про-

ницаемостью отсутствует. Существует специфическая зависи-

мость проницаемости от трещиноватости пород. Трещины с рас-

крытостью 0,1 мм и более даже при низкой трещинной пористо-

сти и сильной уплотненности обломочных пород обеспечивают

высокую проницаемость, достигающую 10∙10

-12

и выше. Про-

ницаемость обломочных пород с межзерновым поровым про-

странством колеблется в широких пределах. В сильно уплотнен-

ных разностях песчаников и алевролитов она составляет

-17

и менее. В обломочных породах-коллекторах наиболее

типичные значения проницаемости 10

-14

—10

-12

Очень существенное влияние на проницаемость обломочных

пород оказывает вода, когда она находится в смеси с углево-

дородами. При этом относительная проницаемость каждого из

флюидов зависит от количественных соотношений между ними

(рис. 120). Не менее существенна зависимость проницаемости

обломочных пород и от остаточной воды, находящейся в уголках

сложных по форме пор, а также заполняющей субкапиллярные

каналы и поры. Влияние остаточной воды на проницаемость по-

род наглядно выявилось в экспериментах А. А. Ханина и

О. Ф. Корчагина (1965 г.) на моделях кварцевых (люберецких)

песков и алевритов (табл. 32).

371

Рис. 120. Зависимость относитель-

ной проницаемости для нефти от

водонасыщенностн (по Ф. Леве-

ретту).

I — нефть; 2 — вода

Из таблицы следует, что открытая пористость практически

не зависит от размера песчаных и алевритовых частиц. Содер-

жание остаточной воды возрастает вместе с уменьшением раз-

мера частиц. Газопроницаемость существенно понижается вме-

сте с уменьшением размерных фракций, но еще резче она сни-

жается в присутствии остаточной воды.

Существенное влияние на коллекторские свойства оказывают

литологический состав, строение и вторичные преобразования

обломочных пород.

Размер обломочных частиц неоднозначно отражается на по-

ристости и проницаемости пород. Как известно, величина об-

щей пористости не зависит от размера обломочных частиц, од-

нако, чем больше размер обломочных зерен, тем крупнее поры

и наоборот. Размер пор существенно влияет на проницаемость —

чем крупнее поры (применительно к терригенным песчаным,

алевритовым и глинистым породам), тем выше проницаемость.

В реальных терригенных породах, где размер пор варьирует

в широких пределах, фильтрация осуществляется только по наи-

Таблица 32

Влияние остаточной водонасыщенностн на проницаемость

кварцевых песков и алевритов

Фракции, мм

Пори-

стость

откры-

тая

Остаточная

вода.

% к объему

пор

Пори-

стость

эффектив-

ная, %

Газопроницаемость,

Снижение

коэффициента

проницае-

мости. %

к абсолютной

Фракции, мм

Пори-

стость

откры-

тая

Остаточная

вода.

% к объему

пор

Пори-

стость

эффектив-

ная, % абсо-

лютная

при ос-

таточной

воде

Снижение

коэффициента

проницае-

мости. %

к абсолютной

0,25 — 0,20 35,00

5,0

33,2

26,79 24,99

0,20-0,15

35,71 6,5 33,4

14,79 13,06

0,15 — 0,10 34,58

7,5

32,0

7,73 7,02 11

0,10 — 0,08

36,10

13,0 31,5

1,46

1,19 18

0,08 — 0,075 34,00

24,0

25,8

0,55

0,34 39

0,075 — 0,065

34,58

50,0

17,3

0,10 0,04

<0,065

36,00 >50,0

16,0

0,09 0,01

.372

Рис. 121. Зависимость проницае- Рис. 122. Зависимость проницаемости

мости от медианного диаметра зе- от коэффициента отсортированности

рен и глубины залегания мезозой- обломочных зерен

ских пород (Прикаспийская впади-

на).

Глубины отбора образцов: 1 — 440—1070 м;

2 — 1200—1900 м; 3 — 2400-2700 м

более крупным порам. Мелкие поры (<1—2 мкм) заполнены

физически связанной водой и поэтому практически непрони-

цаемы. Следует отметить, что в случае преобладания в породе

крупных пор (50 мкм и более) поры диаметром уже 20—30 мкм

и, естественно, более мелкие практичеоки не участвуют в филь-

трации (см. рис. 119). Величина пор отражает размер обломоч-

ных зерен. В связи с этим в одновозрастных породах какого-

либо конкретного региона наблюдается довольно четкая зависи-

мость проницаемости от медианного размера обломочных зерен

(рис. 121). Сравнение аналитических данных для разновозраст-

373

ных пород или по разным регионам такой четкой зависимости

не дает.

Форма зерен, их окатанность также отражаются на вели-

чине проницаемости пород. При прочих равных условиях по-

роды, сложенные изометричными, окатанными частицами, об-

ладают большей проницаемостью, чем сложенные изометричными

неокатанными. Песчано-алевритовые породы, в которых много

слюды, отличаются сильной анизотропией проницаемости. В на-

правлении, перпендикулярном к ориентировке табличек слюды,

она резко понижена по сравнению с направлением, параллель-

ном ориентировке частиц. Имея, однако, в виду, что в реальных

породах в подавляющем числе случаев существенно преобла-

дают изометричные зерна (кварц, полевые шпаты, глауконит,

кислые плагиоклазы и др.), полуокатанной или окатанной

формы, эта зависимость обычно не учитывается.

Форма и степень окатанности частиц существенно не отра-

жаются на величине пористости пород, за исключением ред-

ких случаев, когда породы слагаются преимущественно части-

цами таблитчатой формы. В этих случаях пористость пород, при

прочих равных условиях, будет пониженной.

Степень однородности зерен (отсортированность частиц)—

существенный признак, отражающийся на коллекторских свой-

ствах обломочных пород. В общем виде чем однороднее ча-

стицы по величине, тем выше пористость пород. Отсортирован-

ность обломочных частиц определяют различными способами.

Для характеристики этого свойства чаще всего используют ко-

эффициент отсортированности (см. гл. 11, § 2).

Пористость тела, состоящего из одинаковых шаров при ку-

бической укладке составляет 47,6%, а при плотнейшей ромбо-

эдрической— 25,96 %. Отклонение отдельных шаров от общего

размера в обоих случаях будет сопровождаться понижением

пористости, притом тем сильнее, чем ниже отсортированность

(однородность) обломков. Это объясняется тем, что в крупных

порах размещаются мелкие обломки.

Отсортированность обломочных частиц отражается на плот-

ности и проницаемости пород. Плотность пород несколько воз-

растает с увеличением неоднородности зерен по размеру. Про-

ницаемость пород существенным образом зависит от степени

отсортированности обломочных частиц. Чем выше их отсортиро-

ванность, тем выше проницаемость пород при прочих равных

условиях (рис. 122). Такой характер зависимости определяется

тем, что при слабой отсортированности мелкие обломочные ча-

стицы заполняют пространство между более крупными, сужают

сечения поровых каналов и снижают их пропускную способ-

ность. Между отмеченными величинами существует полулога-

рифмическая зависимость. Следует отметить, что даже в лито-

логически тождественных породах, при разной степени их уп-

374

лотнения, например, вследствие пребывания на различных глу-

бинах, соотношения между коэффициентами отсортированности

и проницаемости неодинаковы при прочих равных условиях.

Чем выше степень уплотнения породы и соответственно ниже

пористость, тем ниже ее проницаемость при равных значениях

коэффициента отсортированности. В зонах среднего и конеч-

ного катагенеза, где породы претерпевают значительные изме-

нения (выделение вторичного кальцита, регенерация кварца,

растворение под давлением) зависимость проницаемости от ко-

эффициента отсортированности исчезает.

Цементирующая часть существенно влияет на коллекторские

свойства обломочной породы. От количества цемента зависит

структура порового пространства, а вместе с этим величина по-

ристости, проницаемости, плотности, степень уплотнения. Со-

держание цемента определяет тип цементации породы. Базаль-

ный тип цемента встречается в породах при содержании це-

мента свыше 40—45 %. Поровый тин цементации свойственен

породам с содержанием цемента 20—35 %· Сгустковый тип ха-

рактерен для пород, в которых менее 20 % цемента. Пленоч-

ный и контактный типы цемента характерны для пород, содер-

жащих менее 15 % цемента. Широкие пределы колебания коли-

чества цемента при одинаковых типах цементации объясняются

различием структурно-текстурных признаков пород. При низкой

степени сортировки обломочных зерен, их ромбоэдрической ук-

ладке при сильном уплотнении пород (например, в условиях

значительного погружения или стресса) необходимо минималь-

ное, для данного типа цементации, количество цемента. Наобо-

рот, при высокой степени отсортированности обломочных зерен,

их кубической укладке и слабой уплотненности пород, для дан-

ного типа цементации количество цемента будет максималь-

ным.

При базальном и поровом типах цемента межзерновое про-

странство заполнено цементирующим материалом и поэтому

межзерновая пористость очень низка или даже отсутствует. При

остальных типах цемента этот вид пористости в породах име-

ется, а его величина зависит от содержания цемента. Сопостав-

ление аналитических данных показало, что в ряде районов

между общей пористостью и содержанием цемента в обломоч-

ных породах существует обратная зависимость, а сумма объе-

мов пористости и цемента — величина более или менее постоян-

ная, но с увеличением глубины или возраста она уменьшается.

В нижнемеловых терригенных породах Прикаспийской впадины,

например, сумма объемов цемента и пор на глубине 1—2 км

составляет 33—41 %, в юрских, на этой же глубине она пони-

жается до 23—31 %· Существенное влияние цемент оказывает

и на проницаемость терригенных пород. Чем больше цемента

в породе (при прочих равных условиях), тем более извилисты

375

поровые каналы и мельче поры, менее надежна связь между

последними, а следовательно и ниже проницаемость.

Характер распределения цементирующего материала в об-

ломочных породах также отражается на некоторых коллектор-

ских свойствах, в частности на проницаемости. В случае рав-

ного количества цемента при его равномерном распределении

проницаемость часто оказывается ниже, чем при сгустковом.

Дело в том, что при равномерном распределении и значитель-

ном содержании цемента все поры уменьшаются в размере,

из-за чего проницаемость породы оказывается очень низкой.

При сгустковом цементе сохраняется часть крупных пор, кото-

рые и определяют большую проницаемость пород.

Состав цемента несомненно влияет на коллекторские свой-

ства пород. По материалам ряда районов (Прикаспийская впа-

дина, верхнепермские и мезозойские терригенные отложения,

Бухарский нефтегазоносный район и др.) установлено, что на

небольших глубинах (до 1000—1500 м) при равных объемных

содержаниях глины и кальцита пористость терригенных пород

выше при глинистом цементе, чем при кальцитовом. К глубине

2500—3000 м их роль становится примерно равноценной. Эти

соотношения объясняются следующим образом: глина, запол-

няющая поры, на небольших глубинах сама является пористым

материалом. На небольших глубинах пористость самого гли-

нистого цемента составляет 25—40 %, и даже в случае базаль-

ного (или порового) цемента, заполняющего полностью поровое

пространство между обломочными зернами, порода будет по-

ристой за счет глинистой части. Если цемента содержится 50 %,

а его собственная пористость составляет 40%, то пористость

породы — 20 %.

В случае заполнения пространства между обломками каль-

цитом (непористым материалом), порода будет мало пористой

или непористой. Сближение пористости пород с цементом раз-

ного вещественного состава по мере увеличения глубины зале-

гания объясняется тем, что породы уплотняются, резко снижа-

ется пористость глинистой составляющей, а вместе с этим и по-

ристость породы. При кальцитовом цементе, в случае заполне-

ния им всего порового пространства, уплотнения пород и сни-

жения пористости с глубиной практически не происходит.

Проницаемость пород с глинистым цементом порового или

базального типов близ поверхности незначительна — до 1∙10

-15

—

10∙10

-15

, а на больших глубинах (в случае отсутствия тре-

щиноватости) может отсутствовать. Песчаники и алевролиты

с кальцитовым цементом таких же типов практически непрони-

цаемы.

Механическое уплотнение существенно отражается на кол-

лекторских свойствах обломочных пород. Степень уплотнения

возрастает с глубиной. Вместе с этим понижаются пористость и

376

Рис. 123. Изменение открытой пористости терригенных пород с глубиной.

Породы: а — песчаные, б — алевритовые, в —глинистые. Содержание фракции мельче

0,01 мм: 1—>8 0%. 2 — 60—80 %: содержание цемента: 3, 4 — 30—50 %: 5, 6—10—

30 %. 7, 8- <10 %

проницаемость пород. Пористость и проницаемость терригенных

пород разного литологического состава с увеличением глубины

залегания снижается неодинаково. Быстрее всего это происходит

у пелитовых пород, а у песчаников и алевролитов — более резко

в случае повышенного содержания глинистого материала

(рис. 123).

Вторичное минералообразование имеет широкое развитие

в обломочных породах и существенно влияет на коллекторские

свойства пород. Естественно, что наибольшее влияние оказы-

вают тс вторичные минералы, которые образуются в больших

количествах. К ним прежде всего относятся кварц и кальцит.

Аутигенный кварц в терригенных породах образуется, глав-

ным образом, в виде каемок регенерации. В зависимости от гео-

химической и термобарической обстановок верхняя граница

377

появления регенерированных зерен кварца располагается на

разных глубинах. В Прикаспийской впадине для чистых разно-

стей песчаников и алевролитов она проходит на глубине около

2000 м, при этом с увеличением количества цемента положение

верхней границы зоны регенерации понижается (см. рис. 14).

В обломочных породах с высоким содержанием цемента (>40—

50%) регенерация может не проявиться вообще. Породы, в ко-

торых регенерационный кварц полностью занял межзерновое

пространство не являются коллекторами. В частных случаях они

могут быть флюидоупорами.

Большое влияние на коллекторские свойства пород оказы-

вает вторичный (аутигенный) кальцит. На примере Прикаспий-

ской впадины и Туркмении установлено, что вторичный кальцит

начинает выделяться из природных вод при температуре 65—

C, что в упомянутых регионах соответствует глубинам

2000—3000 м. Таким образом выделение кальцита способствует

сначала снижению коллекторских свойств, а в конечном итоге —

превращению коллектора в неколлектор.

В терригенных породах некоторых районов (Западная Си-

бирь) развитие получила вторичная хлоритизация. Пластинки

хлорита выделяются в поровом пространстве песчаных пород.

Часто они занимают небольшую часть порового пространства

и не оказывают существенного влияния на коллекторские па-

раметры. Однако при интенсивном отборе нефть срывает таб-

лички хлорита со своих мест и они задерживаются у сужений

поровых каналов (кольматация). При этом общая пористость

пород остается прежней, а открытая пористость и проницае-

мость резко падают.

Иногда в коллекторских породах встречается аутигенный

ангидрит (Волго-Уральская нефтегазоносная провинция, ниж-

ний карбон, месторождение Муханово, Родаевка и др.). Он за-

полняет межзерновое пространство песчаников и алевролитов

отдельными очагами в виде крупных монокристаллов или мел-

ких агрегатов, при этом обломочные зерна кварца нередко

несут следы регенерации. Это свидетельствует о более поздней

генерации ангидрита по сравнению с кварцем. Поскольку ангид-

рит в породе присутствует совместно с другими минералами цг-

мента, количественно его влияние оценить трудно, но несом-

ненно, что вторичные образования сульфата кальция снижают

пористость и проницаемость пород.

Кроме перечисленных вторичных минералов, составными ча-

стями цементов нередко являются аутигенные доломит, гипс,

каолинит, гидрослюда, однако их отрицательное влияние на

коллекторские свойства менее значительно в связи с относи-

тельно небольшим содержанием в породах.

Растворение неустойчивых минералов и удаление продуктов

реакции из пород способствуют повышению коллекторских

378

свойств пород. В песчаниках и алевритах наиболее распростра-

ненные неустойчивые минералы кальцит и ангидрит, слагающие

цементирующую часть пород. Следы растворения этих минера-

лов отчетливо видны в шлифах под микроскопом.

Растворению кальцита благоприятствует углекислота, обра-

зующаяся в результате разложения органического вещества,

восстановления гидроокислов железа, сульфатов железа, суль-

фатов кальция, а также при растворении карбонатов. Кроме

того на растворимость кальцита влияет концентрация водород-

ных ионов (рН). Чем кислее воды, тем выше растворимость

кальцита.

В благоприятных геологических условиях кальцитовый це-

мент в значительной своей части выносится из пород. Напри-

мер из мезозойских песчаных и алевритовых пород Прикаспий-

ской впадины при погружении до 2,0—2,5 км выносится до 60 %

растворимой в 6%-ной HCl части, состоящей преимущественно

из кальцита. Вследствие выноса кальцита пористость обломоч-

ных пород к глубине 2000—2500 м (когда цемент в основном

кальцитовый и отсутствует глина) может возрасти до 20—25%.

Например, в Зареченской скважине Г-1 (Прикаспийская впа-

дина) именно за счет выноса кальцита открытая пористость пес-

чаника повысилась до необычных для глубины 2580—2585 м

значений — 25,13%, а проницаемость до 365∙10

-15

. В Север-

ном Предкавказье также есть зона, где на глубине более 3000 м

пористость обломочных пород повысилась до 20—28 % против

15—22 % на глубине 2200—2500 м.

Необходимо отметить, что растворение приводит к повыше-

нию коллекторских свойств только в случае выноса цемента из

обломочных пород с жестким каркасом (сгустковый, поровый,

пленочный типы цементации). В случае базального кальцито-

вого цемента, когда обломочные зерна не образуют прочного

каркаса, растворение кальцита может не дать положительного

эффекта. Не наблюдается повышения коллекторских свойств

и в случае растворения обломочных зерен под давлением по

принципу Рикке, с образованием конформных и инкорпорацион-

ных структур.

Исследования последних лет показали, что образование но-

вых и растворение имеющихся минералов в значительной мере

зависят от состава флюидов. В случае заполнения порового про-

странства нефтью, не содержащей воды и химически активных

компонентов, процессы растворения неустойчивых минералов и

минерального новообразования сильно подавлены или не про-

являются вообще, что способствует сохранению первичных кол-

лекторских свойств. Примеров, подтверждающих это положе-

ние, можно привести немало по разным регионам. Один из них

показан на рис. 124. На кривых распределения видно, что де-

биты нефтяных скважин во много раз выше, чем водяных. Это

379

Рис. 124. Кривые распределения дебитов продуктивных скважин на нефть

(1) и воду (2) девонских песчаных пород Тимано-Печорской нефтегазонос-

ной провинции (по Б. А. Лебедеву).

Зоны уплотнения: а — слабого и умеренного; б — сильного и очень сильного. В скоб-

ках — число использованных результатов испытаний

следствие снижения коллекторских свойств в зонах водяных

скважин за счет минеральных новообразований. В зонах нефтя-

ных скважин минеральные новообразования отсутствуют.

В зоне водонефтяного контакта, на путях миграции водонеф-

тяных смесей и в самой ловушке в процессе ее заполнения воз-

можно химическое взаимодействие флюидов. При этом чаще

всего происходит окисление нефти, в результате чего образуется

углекислота, которая снижает рН воды и повышает ее раство-

ряющую способность по отношению к кварцу, кальциту, доло-

миту, что способствует повышению коллекторских свойств по-

род. Наряду с этим в вышеперечисленных зонах могут иметь

место процессы минерального новообразования (регенерация

зерен кварца, выделение халцедона, кальцита и т. д.). Они про-

исходят вследствие удаления углекислоты из системы (в газо-

вую шапку или атмосферу) и возникающего за счет этого пре-

сыщения пластовой воды отдельными компонентами.

Текстура породы, формируясь в стадии седиментогенеза и

изменяясь при диагенезе и катагенезе, существенным образом

влияет на коллекторские свойства пород. Наряду с другими

факторами она отражается на величине коллекторских пара-

метров и часто предопределяет их анизотропию. Массивные и

массивно-слоистые песчаные и алевритовые породы обладают

одинаковыми коллекторскими свойствами во всех направлениях.

Тонко- и микрослоистые породы анизотропны. В направлении,

перпендикулярном к наслоению, они имеют значительно мень-

шую проницаемость, чем вдоль наслоения. Отличие может до-

стигать 1 порядка и даже более. Это обстоятельство предопре-

деляет затрудненность вертикальной миграции флюидов, но не

380