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

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 33

Оценочная классификация песчано-алевритовых коллекторов нефти

и газа с межзерновой пористостью (по А. А. Ханнну, 1973 г.)

Класс

коллек-

тора

Название породы

Пористость

эффектив-

ная

(полезная

емкость), к

Проницае-

мость по

газу,

n ∙10

-12

Проницаемость

коллектора

Песчаник среднезернистый

» мелкозернистый

Алевролит крупнозерни-

стый

Алевролит мелкозернистый

≥16,5

≥20

≥23,5

≥29

Очень высокая

II Песчаник среднезернистый

» мелкозернистый

Алевролит крупнозерни-

стый

Алевролит мелкозернистый

15—16,5

18—20

21,5-23,5

26,5—29

0,5—1

Высокая

III Песчаник среднезернистый

» мелкозернистый

Алевролит крупнозерни-

стый

Алевролит мелкозернистый

11—15

14—18

16,8—21,5

20,5—26,5

0,1-0,5 Средняя

Песчаник среднезернистый

» мелкозернистый

Алевролит крупнозерни-

стый

Алевролит мелкозернистый

5,8—11

8—14

10—16,8

12—20,5

0,01—0,1

Пониженная

Песчаник среднезернистый

» мелкозернистый

Алевролит крупнозерни-

стый

Алевролит мелкозернистый

0,5-5,8

2-8

3,3—10

3,6—12

0,001—0,01

Низкая

Песчаник среднезернистый

» мелкозернистый

Алевролит крупнозерни-

стый

Алевролит мелкозернистый

0,5

3,3

3,6

<0,001 Обычно не

имеет про-

мышленного

значения

влияет существенно на латеральную. В косослоисты.х песчани-

ках влияние текстуры на проницаемость еще более сложное.

Вторичные текстуры, возникшие в стадии катагенеза или гипер-

генеза, при локальном растворении отдельных компонентов по-

род, как правило, сопровождаются повышением коллекторских

свойств пород. Текстуры, образовавшиеся вследствие окварце-

381

вания или кальцитизации пород отрицательно отражаются на

коллекторских параметрах.

Обломочные породы-коллекторы в том или ином стратигра-

фическом подразделении в областях развития стратисферы

встречаются практически повсеместно. При оценке их качества

широко используется классификация Л. А. Ханина (табл. 33),

в основу которой положены полезная емкость, абсолютная про-

ницаемость и литологический состав пород.

По данным различных авторов из обломочных пород-кол-

лекторов добывается более половины углеводородов, однако вы-

является тенденция к снижению их роли на глубинах свыше

4,0—4,5 км. По площади иромышленно нефтегазоносные обло-

мочные породы-коллекторы распределяются неравномерно. На-

пример, в СССР и США они имеют ведущее значение, на Ближ-

нем Востоке доминируют карбонатные породы-коллекторы. Гео-

логические тела обломочных пород-коллекторов имеют форму

пластов, линз, пачек тонкого переслаивания песчаных и глини-

стых слойков. Они могут формироваться в различных тектони-

ческих обстановках и климатических условиях. Наиболее рас-

пространенные генетические типы обломочных пород-коллекто-

ров — морские песчаные и алевритовые образования шельфа,

эпиконтинентальных морей, дельтовые, речные и эоловые. Их

характеристика дана в первом разделе книги.

§ 2. КАРБОНАТНЫЕ ПОРОДЫ-КОЛЛЕКТОРЫ

Типы пустотного пространства карбонатных пород-коллекто-

ров весьма разнообразны по происхождению, размерам и форме.

Формирование пустот происходит на всех этапах — при образо-

вании осадка, его преобразовании в породу, на стадии суще-

ствования породы и ее поверхностном выветривании. При этом

каждый этап не только имеет свои особенности и присущие ему

процессы, дающие в результате ту или иную структуру пустот-

ного пространства, но эти процессы по разному проявляются

в различных по фациальной природе и первичной структуре

карбонатных отложениях.

При осаждении тонкозернистого карбонатного материала —

хемогенных пелитоморфных и микрозернистых известняков и

доломитов, а также биогенных, но состоящих из чрезвычайно мел-

ких органических остатков, например кокколитофорид, образую-

щих в итоге мел и близкие к нему породы, формируются высо-

копористые (порядка 70—80 %) и относительно равномернопо-

ристые пластичные насыщенные водой илы с межзерновой или,

при биогенной садке, межраковинной и внутрираковинной пори-

стостью, но размеры пустот не более тысячных долей милли-

метра.

382

При формировании карбонатных осадков, состоящих из фор-

менных элементов, в них образуются внутрискелетные и меж-

форменные пустоты. Их размер определяется размером соответ-

ствующих форменных элементов, а их форма и сообщаемость —

морфологией и отсортированностью фрагментов. В биогермных

породах образуются внутрискелетные и межскелетные пустоты,

причем наряду с относительно небольшими пустотами возни-

кают и очень крупные, размерами в метры, пещеровидные пу-

стоты.

Существенные изменения пустотного пространства карбонат-

ных пород происходят на стадиях диа-, ката- и гипергенеза.

Важны в этом плане процессы уплотнения и цементации, пере-

кристаллизации, доломитизации, выщелачивания, кальцитизации

и сульфатизации, трещинообразования.

Уплотнение карбонатных осадков и пород происходит иначе,

чем в терригенных и глинистых. Биогермные и частично цельно-

раковинные мелководные образования уже на стадии седимен-

тации формируются как практически твердые осадки. В много-

численных пустотах из морских и иловых вод уже на стадии

седиментогенеза и особенно диагенеза выделяется хемогенный

кальцит, который сокращает пористость, но одновременно за

счет цементации создает жесткий каркас, поэтому породы при

дальнейшем погружении практически не уплотняются и сокра-

щения пористости за этот счет не происходит.

Мелководные карбонатные осадки, состоящие из форменных

элементов, литифицируются за счет раннедиагенетической це-

ментации очень быстро. Это значительно сокращает пористость,

но одновременно и «консервирует» структуру порового простран-

ства, т. е. предохраняет от последующего сокращения пустот

за счет уплотнения.

Пелитоморфные и микрозернистые карбонатные илы мелко-

водных обстановок также быстро литифицируются за счет це-

ментации. Вместе с тем они сохраняют способность уплот-

няться в процессе прогрессивного катагенеза при возрастании

давления. Например, в турнейских отложениях южной части

Волго-Уральской области, по данным И. В. Безбородовой, в из-

вестняках с форменной структурой при погружении с 1600 до

4500 м сокращение пористости происходит в три раза и начи-

нает сказываться лишь с глубины около 3000 м, в то время

как в первично микрозернистых известняках оно происходит на

всех глубинах и составляет уже пять — пять с половиной раз

(рис. 125).

Иначе происходят процессы уплотнения и цементации в глу-

боководных карбонатных осадках, планктоногенных по своей

природе, что установлено по материалам глубоководного буре-

ния. На первой стадии (стадия илов), охватывающей около

10 млн. лет и мощность порядка 200—300 м, пористость умень-

383

Рис. 125. Зависимость коэффициента открытой пористости разных типов из-

вестняков от глубины (по И. В. Безбородовой с дополнениями),

а — известняки с форменными элементами, цементацией порового и контактного типа:

б — известняки кристаллические с редкими форменными элементами. Цифры у кре-

стиков показывают средние значения k

по

шается в среднем с 80 до 60 % преимущественно за счет грави-

тационного уплотнения; на следующих стадиях — мела и извест-

няков, охватывающих несколько десятков миллионов лет и за-

канчивающихся на глубине около 800—825 м от дна океана,

происходит дальнейшее снижение пористости с 60 до 40 %, но

уже за счет цементации; цементирующий кальцит образуется за

счет растворения раковинок планктонных фораминифер.

Перекристаллизация — процесс укрупнения размеров кри-

сталлов без изменения их минерального состава, ведет, как пра-

вило, к улучшению коллекторских свойств. Например, в нижне-

кембрийских отложениях южной части Сибирской платформы

среднее значение открытой пористости микрозернистых извест-

няков и доломитов равно 4,57%, микро-тонкозернистых —

7,14%, а тонкозернистых — 9,35%. Аналогично изменение и ко-

эффициента проницаемости (рис. 126).

Увеличение открытой пористости при перекристаллизации,

видимо, обусловлено двумя причинами. Во-первых, не весь

карбонатный материал, образующийся при растворении, затем

вновь кристаллизуется. Часть его выносится пластовыми во-

дами, что ведет к общему увеличению пустотности. Во-вторых,

при образовании более крупных кристаллов формируются бо-

лее крупные межкристаллические поры и, соответственно, меж-

поровые поровые каналы. Это увеличивает взаимосвязь пустот,

повышает проницаемость и в целом ведет к улучшению кол-

лекторских свойств породы.

384

Доломитизация. Теоретически было показано, что при до-

ломитизации должно происходить уменьшение объема, заня-

того доломитом, по отношению к объему, занятому кальцитом

на 12,2%; на эту величину и должен теоретически возрастать

объем пустотного пространства.

Фактические соотношения пористости и степени доломит-

ности для разных районов и различных отложений зависят от

структурно-генетического типа первичной породы, времени и

химизма процессов доломитообразования.

Первичные седиментационные и седиментационно-диагенети-

ческие доломиты однородные, имеют обычно микро- и тонко-

зернистую структуру, и, как правило, характеризуются низкими

значениями пористости и проницаемости. Диагенетическая до-

ломитизация также практически не изменяет коллекторские

свойства, поскольку диагенетическое уплотнение ликвидирует

дефицит объема и увеличения пористости не происходит.

При катагенетической метасоматической доломитизации, ко-

торая происходит в жесткой, практически не поддающейся даль-

нейшему уплотнению карбонатной толще, благодаря чему об-

щий объем породы сохраняется, сокращение объема твердой

фазы ведет к увеличению пустотного пространства. Механизм

процесса доломитизации достаточно сложен. Кальцит вначале

растворяется в относительно слабо минерализованных водах,

часть карбоната кальция в образовавшемся растворе вступает

в обменные реакции, что ведет к формированию доломита и

его переходу в твердую фазу, а часть кальция остается в рас-

творе и с ним выносится.

Таким образом устанавливается влияние на коллекторские

свойства не просто доломитности (абсолютного содержания до-

ломита), а именно доломитизации—наложенного процесса, при-

чем наибольшее воздействие оказывает катагенетическая мета-

соматическая доломитизация. При этом значительной или

сплошной катагенной доломитизации подвергаются обычно наи-

более проницаемые породы, по которым возможна фильтрация

пластовых вод, несущих магний и способных выносить образую-

щиеся в процессе реакции продукты. Это чаще всего породы,

состоящие из форменных элементов — органогенно-обломочные,

оолитовые и подобные типы известняков.

Выщелачивание. Карбонатные минералы относятся к числу

сравнительно легко растворимых соединений, особенно в при-

сутствии в воде углекислоты. Изменение ее содержания в воде,

которое определяется температурой, давлением, минерализацией

воды, микробиологической деятельностью, процессами окисле-

ния органического вещества может достаточно быстро изменять

величину рН, поэтому в катагенезе и гипергенезе происходит

процесс выщелачивания, которое включает растворение веще-

ства и удаление образовавшихся растворенных продуктов.

13 Заказ № 1133

385

Рис. 126. Распределение открытой пористости и проницаемости в различных

структурно-генетических типах пород юрьяхского горизонта нижнего кемб-

Чрезвычайно важное условие выщелачивания — наличие про-

ницаемых пород и фильтрация по ним, которая обеспечивает

приток новых порций воды и вынос образовавшихся растворов.

Именно поэтому выщелачиванию в наибольшей степени подвер-

гаются первично пористые и проницаемые, а также трещинова-

тые породы; пелитоморфные и микрозернистые разности прак-

тически не содержат вторичных пустот выщелачивания (исклю-

чая выщелачивание по трещинам).

Наличие равномерно рассеянного в породе глинистого, крем-

нистого и органического материала резко ослабляет процессы

выщелачивания. В сульфатных водах более активно растворя-

ется доломит, в гидрокарбонатных — карбонаты кальция, при-

чем арагонит растворяется легче, чем кальцит. Последним

можно объяснить частое выщелачивание раковин, сложенных

первоначально арагонитом, появление «отрицательнооолитовых»

структур, т. е. структур, обусловленных выщелачиванием ооли-

тов при сохранении цементирующей массы.

В итоге ката- и гипергенетического выщелачивания форми-

руются пустоты разной формы и различного размера: от долей

миллиметров до грандиозных пещер с поперечником до десят-

ков метров и протяженностью на многие десятки километров.

Общие особенности пустотного пространства, образовавшегося

при выщелачивании, следующие:

неравномерность пустот по величине и форме;

сравнительно большие размеры и ширина каналов и отвер-

стий — они образуются при достаточно интенсивной фильтрации

вод и проницаемость их поэтому достаточно высокая;

неравномерность распределения пустотного пространства:

первично пористые и проницаемые участки породы или пласты

в комплексе отложений становятся еще более пористыми и про-

ницаемыми, в то время как в смежных слабопроницаемых уча-

стках, в условиях меньшей подвижности воды карбонаты могут

даже осаждаться. Все это ведет к увеличению анизотропии от-

ложений по их коллекторским свойствам;

связь с литолого-фациальным составом отложений, приуро-

ченность к биоморфным, органогенно-обломочным и другим

видам первично проницаемых пород, а также зонам трещино- и

стилолитообразования.

Кальцитизация и сульфатизация. Кальцитизация начинается

уже в диагенезе и прежде всего связана с инверсией арагонита

в кальцит; при этом объем кальцита на 9 % превосходит объем

арагонита, т. е. этот процесс ведет к сокращению пустотного

пространства. Диагенетическая кальцитизация из иловых вод

ведет к литификации, что также уменьшает пористость. Доста-

точно крупные кристаллы кальцита образуются в катагенезе

из пластовых вод в порах, кавернах, трещинах либо сокращая

их объем, либо изолируя их друг от друга, либо полностью

выполняя эти пустоты.

Катагенетнческие выделения сульфатов весьма разнооб-

разны. Это, например, один из продуктов метасоматической до-

ломитизации. Возможно выпадение сульфатов из пластовых вод

при изменении термобарических условий и солевого состава этих

вод. Нередко сульфаты кальция вносятся в проницаемые кар-

бонатные породы из вышележащих соленосных толщ. При этом

иногда отмечается даже выпадение галита, т. е. засолонение

карбонатных пород. Отмечено образование сульфатов в прикон-

турной части нефтяной залежи за счет микробиологического

окисления серы в зоне водонефтяного контакта. Во всех случаях

сульфаты прорастают карбонатную массу породы или чаще раз-

виваются в межформенных порах, кавернах и трещинах, ча-

стично или полностью заполняя их, и тем самым снижают кол-

лекторские свойства пород.

Рассмотренные выше материалы показывают разнообразие

процессов, ведущих к образованию и преобразованию пустот-

ного пространства карбонатных пород, причем формирование

пустот с той или иной интенсивностью при ведущей роли тех

или иных процессов происходит на разных стадиях литогенеза—

начиная с седиментогенеза и кончая гипергенезом. В связи

с этим пустоты в карбонатных породах подразделяются на пер-

вичные, сформированные на стадиях седиментогенеза и диаге-

неза, и вторичные, образование которых связано с этапами

ката- и гипергенеза. Последние в свою очередь делятся на уна-

следованные и новообразованные. Первые образуются за счет

переработки первично существующих пустот путем увеличения

и изменения формы при выщелачивании, доломитизации, лито-

генетической трещиноватости, либо путем их сокращения в ре-

зультате уплотнения, кальцитизации, сульфатизации и т. д. Вто-

рые развиваются в породах без видимой связи с первичной

пористостью и определяются, главным образом, тектонической

трещиноватостью и обусловленным ею выщелачиванием

(рис. 127).

Устанавливается весьма отчетливая связь коллекторских

свойств, как по абсолютным значениям характеризующих их

388

Время образования

Примеры пустот

Первичные:

Седиментационно-диагенетические

Внутрискелетные, межформенные, межкаркас-

ные, межскелетные, рифовых пещер, диагенети-

ческой доломитизаци, литогенетических трещин

(наслоения, усыхания)

Вторичные: ката- и гипергенетические

Унаследованные (образуются за счет

переработки первичных пустот)

Остаточные — объем

первичных пустот сокращен за

счет кальцитизации, сульфати-

зации и т.д. (редуцированные)

Внутрискелетные, межскелетные, межфор-

менные, рифовых пещер, литогенетических

трещин и т.д.

Вторичные: ката- и гипергенетические

Унаследованные (образуются за счет

переработки первичных пустот)

Разработанные за счет:

Выщелачивания

Каверновые (внутриформенные, межформен-

ные. карстовые), стилолитовые

Вторичные: ката- и гипергенетические

Унаследованные (образуются за счет

переработки первичных пустот)

Разработанные за счет:

Перекристаллизации

Межкристаллические

Вторичные: ката- и гипергенетические

Унаследованные (образуются за счет

переработки первичных пустот)

Разработанные за счет:

Доломитизации Контракции, растворения при доломитизации

Вторичные: ката- и гипергенетические

Унаследованные (образуются за счет

переработки первичных пустот)

Разработанные за счет:

Тектонической

трещиноватости

Трещинные по первичным литогенетическим

трещинам, в том числе напластования

Вторичные: ката- и гипергенетические

Новообразованные

Тектонических трещин, выщелачивания по тре-

щинам, стилолитовые, карстовые по зонам тек-

тонического дробления (?), перекристализэ-

ции и доломитизации: межкристаллические,

контракции, растворения (?)

Рис. 127. Схема подразделения пустот карбонатных отложений по времени

их образования.

параметров, так по структуре и морфологии порового простран-

ства с литологическими особенностями пород, с их структурно-

генетическими типами, фациальными условиями образования

осадков. Наиболее благоприятными коллекторскими свойствами

обладают биоморфные, органогенно-детритовые и обломочные

слабо сцементированные известняки. Они характеризуются про-

ницаемостью более 100∙10

-15

, высокими значениями открытой

пористости (20—30 %) и низким содержанием остаточной воды

(10—15 %). Последняя занимает небольшой объем порового

пространства, поэтому эффективная пористость близка к откры-

той и имеет столь же высокие значения. Микрозернистые и пе-

литоморфные хемогенные известняки и доломиты, напротив, ха-

рактеризуются высоким содержанием остаточной воды (в основ-

ном более 35 %, а часто 50—70 % и более) и низкой величиной

проницаемости (<50∙ 10

-15

, а чаще <1—10∙10

-15

). Весьма

значительная остаточная водонасыщенность даже при наличии

встречающихся высоких значений открытой пористости (15—

20 %) определяет низкую эффективную пористость (до 5—7 % ).

В целом карбонатные породы с первичной и унаследованной

вторичной пористостью и кавернозностью представляют собой

каверново-поровый тип коллектора с высокими емкостными и

фильтрационными свойствами и низким содержанием остаточ-

389

Таблица 34

Оценочно-генетическая классификация карбонатных коллекторов (по К. И.

Груп-

па

Класс

Абсолютная

газопрони-

цаемость,

-15

Оста-

точная

водона-

сыщен-

ность, %

Коэффициент

газонасыщен-

ности

Пори-

стость

откры-

тая , %

Относитель-

ная

газопрони-

цаемость

1000—500

5—10

0,95-0,9 20-35

1—0,9

II 500-300

10—20

0,9—0,8

16—30

0,95-0,9

III

300-100

12-22

0,88—0,78

15—28

0,95-0,8

100—50

16—30

0,84—0,7

12—25

0,9—0,65

50-10

20—38

0,8-0,62

12—25

0,75—0,5

VI 10-I

300—1

35—55

Матрицы

0,65—0,45

Трещины~ 1

8—20

0,1—4

0,55-0,3 В

VII 1—0,1

300-1

60-65

Матрицы

0,4—0,15

2—15

0,1—4

≥0,2

ной воды. Породы же с вторичной новообразованной пустот-

ностью за счет трещин и развивающихся по ним каверн пред-

ставляют каверново-трещинный тип коллектора, где емкость

матрицы невелика, а полезная емкость слагается из емкости ка-

верн и трещин. Коэффициент нефтегазонасыщенности последних

близок к единице, так как в силу их значительной раскрытости

остаточная вода практически не сохраняется. Фильтрационные

390