Серра Оберто Восстановление условий осадконакопления по данным геофизических исследований скважин

Подождите немного. Документ загружается.

3.2.1.1. Влияние размера зерен

Теоретически, пористость не зависит от размера зерен. Система сфер с

однородным размером, которые представляют одну и ту же организацию, будет

иметь одинаковую пористость, независимо от размера. Эта идеальная ситуа-

ция, которая соответствует максимальной сортированности, в природе встре-

чается редко. Иногда она может наблюдаться в размытых или в отсеянных пес-

ках, и, чаще, в оолитовых песках. Как видно, рис.3-3 (Dodge и др., 1971) под-

тверждает, что выше определенного уровня пористости, отражающей лучшую

сортированность и отсутствие цемента, пористость не зависит от размера зе-

рен.

Фактически, Lee (1919), Von Engelhardt (1960) (рис.3-4), обсуждая древ-

ние осадочные породы, а также Rogers и Head (1961) (рис.3-5), и Pryor, рас-

сматривая одновозрастные пески, показывают, что при увеличении размера зе-

рен пористость несколько возрастает. Это, возможно, обусловлено рядом фак-

торов, которые имеют лишь непрямую связь с размером зерен. Более мелкие

пески имеют тенденцию к большей угловатости и, вероятно, организованы со-

гласно менее плотной структуре. Следовательно, они представляют повышен-

ную плотность в сравнении с более крупнозернистыми песками.

Напротив, как показали Dodge и др. (1971) (рис.3-6), в хорошо отсорти-

рованных песках проницаемость возрастает с увеличением размера зерен. Это

просто понять, поскольку размер пор и каналов (протоков), которые соединяют

поры между собой, определяются размером зерен: чем меньше зерна, тем

меньше поры и сечение каналов. Следовательно, капиллярное притяжение бу-

дет сильнее, а проницаемость меньше (рис.3-6).

Рис.3-5. Соотношение между пористостью и

средним диаметром зерен песка для нескольких

различных коэффициентов сортировки. A:

So=2.086; B: So=1.625; C: So=1.279; D: So=1.128; E:

So=1.061 (из Rogers и Head, 1961).

Рис.3-3. Соотношение между пористостью и

средним размером зерен для всех образцов,

взятых из песчаников формации Paluxy, Те-

хас (из Dodge и др., 1971).

Рис.3-4. Соотношение между пористостью и

средним диаметром зерен в песчаниках Ben-

theimer (из von Engelhardt, 1960).

3.2.1.2. Влияние

сортированности

Согласно Rogers и Head (1961),

пористость и проницаемость увеличи-

ваются с ростом сортированности

(рис.3-7). Фактически, в плохо сорти-

рованном песке, мелкие зерна (матри-

ца) расположены в интерстициях, ос-

тавленных более крупными зернами.

Следовательно, матрица занимает

крупные поры и заполняет большие

каналы.

Совместное влияние размера

зерен и сортированности на порис-

тость и проницаемость исследованы

Beard и Weyl (1973), и показано на

рис.3-8.

Рис.3-6. Соотношение между проницаемостью и

средним размером зерен для всех образцов, взя-

тых из песчаников формации Paluxy, Техас (из

Dodge и др., 1971).

Рис.3-7. Соотношение между пористостью и

коэффициентом сортировки песков для раз-

личных размеров зерен. A: медианный диа-

метр md = 0.106 мм; B: md = 0.151 мм; C: md =

0.213 мм; D: md = 0.335 мм (из Rogers и Head,

1961).

3.2.1.3. Влияние формы и

окатанности зерен

Представляется, что форма

и окатанность влияют на межзерно-

вую пористость. Fraser (1935) при-

шел к заключению, что осадки, сло-

женные сферическими зернами,

имеют более низкую пористость,

нежели осадки, образованные зер-

нами с меньшей сферичностью

. Он

объясняет это тем фактом, что в

первом типе зерна стремятся осаж-

Рассматриваются зерна с естественной формой. Пакет кирпичей (сферичность отсутствует)

должен формировать породу без какой-либо пористости.

Рис.3-8. Соотношение между пористостью и

проницаемостью для различных размеров зерен

и сортированности.

даться согласно более плотной

структуре, нежели во втором типе.

Менее сферичные зерна могут упа-

ковываться таким образом, что объ-

ем между ними будет увеличен.

Влияние формы и окатанно-

сти зерен на проницаемость до сих

пор хорошо не известно, но, как по-

казывают наблюдения, проницае-

мость следует отклонениям порис-

тости в связи с изменениями формы

и окатанности.

3.2.1.4. Влияние ориентации зерен

Ориентация частиц определяется по отношению к горизонтальной плос-

кости и к направлению течения.

Ориентация гальки, в общем случае, хорошо определена, поскольку ее

размер упрощает наблюдение (рис.3-9). Измерение и количественное описание

мелких зерен (песка, алеврита…) намного сложнее. Тем не менее, для несфе-

рических зерен установлено, что обычно они имеют такую же ориентацию, как

их оси максимального удлинения, и ориентация параллельна направлению те-

чения. В целом, ориентация не филлитовых (не сланцеватых) зерен не оказы-

вает влияния на пористость. Напротив, ее влияние на проницаемость, или, точ-

нее, на анизотропию или направление максимальной проницаемости, весьма

велико. Следовательно, в русловых песках, направление максимальной прони-

цаемости параллельно оси удлинения песчаных тел. В песках прибрежных ба-

ров, направление максимальной проницаемости перпендикулярно оси удлине-

ния песчаных тел, и параллельно преобладающему направлению течений

(рис.3-10). Ориентация филлитовых частиц (глинистых сланцев), будет такой

же, как ориентация их длинных сторон, параллельных плоскости напластования

(рис.3-11).

Рис.3-9. Схематическое представление ориента-

ции гальки в различных условиях (из Rukhin,

1958).

Рис.3-10. Ориентация зерен и направления мак-

симальной проницаемости в песчаных телах

русла и бара (соответственно вверху и внизу)

(из Pryor, 1973, в Selley, рис.15)

Рис.3-11. Ориентация чешуек (flakes). a): че-

шуйки, отложившиеся под действием силы

тяжести; b): чешуйки, отложившиеся под со-

вместным действием силы тяжести и тече-

ния (из Potter и Pettijohn, 1971, рис.3-2).

3.2.1.5. Влияние укладки

Согласно Graton и Fraser

(1935), может быть шесть видов

простой геометрической укладки

сфер одинакового размера (рис.3-

12). Эти авторы доказали, что по-

ристость изменяется в соответствии

с укладкой от 47.64% (для наиболее

«открытой» укладки) до 25.95% (для

наиболее плотной или «закрытой»

укладки).

Рис.3-12. Шесть возможных геометрических структур

сфер одинакового размера (из Graton и Fraser).

Allen (1984) сделал пол-

ный обзор нескольких типов ук-

ладки (упорядоченной или слу-

чайной) частиц различной фор-

мы (сфер, вытянутых и сплюс-

нутых сфероидов). Он пришел к

выводу, что «частицы правиль-

ной формы… могут образовы-

вать укладку всех трех видов,

тогда как природные частицы,

которые имеют неправильную

форму, могут образовывать ук-

ладку только случайных видов».

Они соответствуют оолитам.

Кроме того, Allen заключил, что

пористость снижается за счет

«расширения диапазона разме-

ров частиц, присутствующих в

смеси», но увеличивается «за

счет повышения угловатости

частиц и окатанности поверхно-

сти, и за счет включения сильно

анизометричных частиц».

Представляется оче-

видным, что проницаемость

должна следовать сопостави-

мому закону развития, посколь-

ку сечение пор и капилляров в

плотной структуре меньше, чем

в остальных структурах. На

рис.3-13 показаны теоретиче-

ские изменения проницаемости

для идеальных геометрических

укладок сфер диаметром 500

μм.

Естественно, наиболее «открытые» структуры не встречаются в древних

формациях; очень скоро, под влиянием уплотнения, зерна организуются со-

гласно наиболее «закрытой» структуре. Действие уплотнения будет рассмотре-

но в Главе 8, поскольку уплотнение влияет также на форму зерен.

Рис.3-13. Пористость в функции проницаемости для некоторых идеальных геометрических укладок

сфер диаметром 500 μм (с разрешения R. Nurmi).

3.2.1.6. Влияние минералогического состава зерен

Зерна, состоящие из тяжелых и плотных минералов, будут отложены

вместе с минералами такого же веса, т.е. с менее плотными, но более крупны-

ми минералами. Такая ситуация приведет к снижению сортированности, и, сле-

довательно, пористости и проницаемости.

Зерна, состоящие из неустойчивых или химически незрелых минералов

(пироксена, амфибола, слюды, полевого шпата…), будут оказывать влияние на

пористость осадочного материала, в котором они находятся. Их неявное изме-

нение вызовет формирование аутигенных глинистых минералов (каолинита,

монтмориллонита, иллита, хлорита…), которые будут окружать зерна или про-

никать в поровое пространство, являясь, таким образом, основной причиной

снижения пористости и проницаемости (рис.3-14). Но необходимо также учиты-

вать тип и распределение аутигенных глинистых минералов, поскольку они по-

другому влияют на проницаемость (рис.3-15), что исследовано Neasham (1977).

Рис.3-14. Три типа и распределения дисперсных аутигенных глинистых минералов в поровом про-

странстве (из Neasham, 1977).

Глинистые минералы в виде

отдельных частиц, или глинистые

минералы, заполняющие поры (на-

пример, «листы» каолинита), характе-

ризуются неравномерным распреде-

лением в поровом пространстве. Кри-

сталлы могут достигать больших раз-

меров (более 10 μм). Поскольку кри-

сталлы растут, поровое пространство

и проницаемость уменьшаются, хотя

между отдельными пластинками все-

гда существует некоторая микропо-

ристость.

Рис.3-15. Влияние типа распределения аутиген-

ных глинистых минералов на пористость и

проницаемость. Данные исследования 14 пес-

чаников (из Neasham, 1977).

Глинистые минералы, покрывающие поры (в сущности, иллит, хлорит и

монтмориллонит), образуют на стенках пор тонкий слой чешуек, параллельных

или перпендикулярных стенке поры (рис.3-14b), но рост не распространяется

далеко в поровое пространство. Между чешуйками может присутствовать зна-

чительная микропористость, хотя диаметр пор меньше 1 μм. Этот тип аутиген-

ных глинистых минералов существенно снижает проницаемость, а также влияет

на многие электрические свойства породы, поскольку может сильно увеличи-

вать площадь поверхности.

Глинистые минералы, тампонирующие поры, в основном волокна илли-

та (рис.3-14c), связаны по всему поровому пространству. Этот тип является ос-

новной причиной снижения проницаемости, поскольку тампонаж проще всего

достигается в протоках, а также он снижает размер пор. Влияние на пористость

меньше, поскольку микропористость сохраняется между очень тонкими волок-

нами.

Из предыдущих замечаний очевидно, что знание типа распределения

(чешуйчатое, структурное или дисперсное) и природы глинистых минералов

весьма существенно для прогнозирования пределов изменения проницаемости

и существования и распределения барьеров проницаемости.

Частицы, образованные растворимыми минералами (кальцитом, доло-

митом…) являются причиной формирования вторичной пористости, за счет

скрытого растворения и удаления раствора гидродинамическими процессами.

Они могут также уничтожать пористость и, следовательно, проницаемость, рас-

творяя и образуя цемент путем осаждения новых кристаллов в поровом про-

странстве. Диагенетические воздействия будут проанализированы позднее, в

Главе 7.

3.2.2. Влияние других текстурных составляющих на характеристики

коллектора

Другие текстурные составляющие, матрица и цемент, также оказывают

значительное влияние на петрофизические характеристики обломочных кол-

лекторов.

Когда процентное содержание матрицы и/или цемента возрастает, по-

ристость и проницаемость уменьшаются, поскольку мелкие частицы, которые

образуют матрицу, и цемент стремятся занять поровое пространство между бо-

лее крупными элементами.

Реально, матрица является существенной составляющей только в конг-

ломератах, тогда как в песках она присутствует лишь в очень плохо сортиро-

ванных песчаных телах.

Цемент развивается после отложения за счет химического взаимодей-

ствия между нестабильными зернами и пластовой водой, или циркуляции рас-

творов в поровом пространстве под действием гидродинамических сил.

Эти различные факторы сведены в Таблицу 3-1.

Таблица 3-1

Влияние текстурных параметров на пористость

и проницаемость обломочных пород.

3.3. ТЕКСТУРА КАРБОНАТНЫХ ПОРОД

Текстура карбонатных пород зависит от относительного содержания

трех компонентов (частиц, матрицы и цемента), и от типа распределения пор

(рис.3-16).

Тип первичной межзерновой пористости, определенный данными авторами как пористость,

«возникающая в результате того, что относительно крупные осадочные частицы препятствуют заполне-

нию порового пространства ниже их тонкими обломочными частицами».