книги из ГПНТБ / Ханин А.А. Породы-коллекторы нефти и газа нефтегазоносных провинций СССР

А. А. ХАНИН

А. А. ХАНИН

ПОРОДЫ-КОЛЛЕКТОРЫ

НЕФТИ И ГАЗА

НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ

ПРОВИНЦИЙ

СССР

ИЗДАТЕЛЬСТВО « Н Е Д Р А» Москва 1973

ПРЕДИСЛОВИЕ

Постоянное увеличение запасов нефти и газа является основой роста добычи этих полезных ископаемых, что связано с эффектив­ ностью проводимых поисково-разведочных работ. Немаловажное зна­ чение при этом имеет выяснение характера сложения и свойств пород нефтегазоносных комплексов, вскрываемых бурением. В связи

срасширением объема разведочных работ и успехами в области обнаружения нефтяных и газовых залежей в недрах за последние годы накоплено большое количество информации по геологии нефти и газа, в том числе и по характеристике пород-коллекторов.

Основное внимание автор данной книги уделил характеристике различных типов пород-коллекторов нефти и газа, слагающих продуктивные пласты, особенностям их залегания и развития на территории нефтегазоносных провинций, областей и районов. В связи

сэтим использована оценочная классификационная шкала А. А. Ханина (1956, 1969). Описаны экранирующие толщи пород, их развитие

исвойства. Для некоторых регионов (Предкавказье, Центральная

иВосточная Туркмения, Западный Узбекистан, Западная Сибирь) автор приводит экспериментальные данные об экранирующей способности глинистых пород-покрышек, обращая главное внимание на их физические свойства, в значительной мере зависящие от тек­ стурно-структурных особенностей породы.

Выделение нефтегазоносных провинций обосновано Н. Ю. Успен­

в распространении пород-коллекторов и изменении их свойств. Районирование нефтегазоносных территорий дано Н. Ю. Успенской на основе структурно-тектонических и литолого-фациальных приз­ наков, контролирующих условия накопления нефти и газа.

последних лет (монографии Т. И. Гуровой, Л. II. Колгиной, О. А. Чер­ никова, T. Т. Клубовой, С. И. Шишигина, Г. Э. Прозоровича, Е. М. Смехова и его коллег из ВНИГРИ, А. Е. Киселева, А. С. Махнача с соавторами, И. Н. Ушатинского, Р. С. Сахибгареева, С. Е. Ча~ кабаева, В. А. Иванова, П. А. Карпова, Б. К. Прошлякова, М. Е. Долуда с соавторами, Д. В. Гуржий с соавторами, С. П. Корсакова, И. И. Нестерова, С. Г. Саркисяна и др., а также принципиально важные научные статьи, опубликованные в трудах ВНИГНИ, ИГиРГИ, ВНИГРИ, ВНИИГАЗа, СНИИГГИМСа, ЗапСибНИГНИ, Гидротюменнефтегаза, СредазНИИГАЗа, УкрНИИГАЗа, МИНХиГП, Волгоградского НИПИ).

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ФОРМИРОВАНИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЛЛЕКТОРСКИХ ТОЛЩ

И ПОРОД-ФЛЮИДОУПОРОВ

ПОРОДЫ-КОЛЛЕКТОРЫ

Залежи нефти и газа на земном шаре приурочены к многочислен­ ным разновидностям горных пород осадочного и в значительно меньшей степени изверженного происхождения. Подавляющее боль­ шинство залежей нефти и газа связано с осадочными породами (М. К. Калинко, 1964).

Породы-коллекторы нефти и газа должны обладать не только емкостью, способной к насыщению, но и системой норовых каналов, через которые возможно движение по ним пластовых флюидов и получение промышленных объемов последних при перепадах давления, осуществляемых при эксплуатации скважин.

Породы-коллекторы могут быть распространены на площади какого-либо месторождения нефти или газа и могут иметь регио­ нальное развитие в том или ином нефтегазоносном районе и области, в общих чертах сохраняя свои литологические особенности и физи­ ческие свойства. С изменением литологических особенностей оса­ дочных пород соответственно меняются их пористость и проница­ емость.

Формирование пород-коллекторов определенного минералогиче­ ского состава и строения зависит от большого количества геологи­ ческих факторов, не только предопределяющих образование оса­ дочных пород разного генезиса и вещественного состава, но и ока­ зывающих влияние на формирование их структурных и текстурных особенностей.

Поровое пространство представляет собой во многих случаях сложное сочетание различных по размеру норовых каналов взаимо­ связанных и замкнутых. Кроме межзерновых и трещинных пор имеются и другие пустоты в породах: каверны и карстовые полости. Полезная, или эффективная, емкость характеризуется свободным от остаточной воды объемом взаимосвязанного пустотного про­ странства.

Известно, что емкостные и особенно фильтрационные свойства осадочных образований определяются главным образом их струк­ турно-текстурными особенностями. Коллекторские параметры террпгенных пород зависят от крупности, отсортированное™ и окаташюсти минеральных зерен, их компоновки, характера цементации.

Изучение и анализ всех приведенных выше элементов позволяют правильно оценивать коллекторские свойства, оказывающие боль­ шое влияние на нефтегазонасыщенность и отдачу. В то же время выявление функциональных и статистических связей между коллек­ торскими свойствами и различными количественными характеристи­ ками терригенных пород открывает широкие возможности для про­ гнозирования этих свойств по комплексу литолого-геологических параметров (гранулометрический состав, глубина залегания, плот­ ность, проницаемость и т. д.).

За последние годы большое практическое значение приобрела раздведка нефтяных и газовых залежей, приуроченных к смешанно­ трещинным и трещинным коллекторам (А. А. Ханин, 1969). Высоко­ продуктивные залежи нефти и газа, связанные с карбонатными и дру­ гими трещиноватыми породами палеозойского возраста, выявлены в пределах Русской платформы и Предуральского прогиба в Куй­ бышевской, Пермской и Оренбургской областях, Коми АССР, на Украине. Газовые и нефтяные залежи мезозойского возраста встречены в карбонатных породах на Украине, в Бухарской депрес­ сии, на Северном Кавказе.

В последнее десятилетие обнаружены крупные залежи нефти на Мангышлаке и в зоне среднего течения Оби, а также крупнейшие

Литолого-петрографические исследования трещинных коллекто­ ров требуют отличного от обычных методов подхода, поскольку емкость и фильтрация в них обусловливается структурно-генети­ ческими особенностями пород. Среди трещиноватых коллекторов преобладают карбонатные породы. В них сравнительно редко встре­ чаются коллекторы порового типа, в которых межзерновые пустоты образованы в результате первичной седиментационной укладки минерального скелета горной породы. Емкость в карбонатных коллекторах чаще возникает в результате постседиментационных процессов: выщелачивания частиц скелета, доломитизация, пере­ кристаллизации. Именно влиянием этих процессов обусловлена неоднородность структуры поровых пространств и их неравномерное распределение в объеме горной породы. Фильтрация в таком кол­ лекторе осуществляется в основном по системам микротрещин.

Литолого-петрографические исследования трещиноватых горных пород-коллекторов в основном направлены на выяснение условий образования первичной и вторичной пористости на различных этапах литогенеза, на изучение постседиментационных (диагенетических и катагенетических) преобразований и их роли в формирова­ нии того или иного типа трещинного коллектора.

В настоящее время установлено, что многие литологические факторы на различных этапах литогенеза оказывают неоднозначное влияние на формирование емкости карбонатных пород. Так, при их уплотнении резко меняется характер контактов между зернами цемента и форменными образованиями; в породах формируются различные структуры растворения. Исследованиями установлено, что с глубиной в известняках и доломитах происходит уменьшение первичной (седиментационной) пористости, тогда как вторичная пористость в этих условиях часто остается высокой.

На формирование пористости существенное влияние оказывают процессы перекристаллизации, благодаря которым при сохранении химического состава породы изменяются ее текстура и структура. Наличие в карбонатных породах примесей глинистого, кремнистого, органического вещества в общем случае не только замедляет про­ цессы растворения и перекристаллизации, но и способствует запечатыванию на ранних этапах литогенеза имеющихся в породах пор и трещин. В последующем при воздействии тектонических напряжений в подобных породах вторичные пустоты выще­ лачивания развиваются по трещинам и другим ослабленным зонам.

Формирование осадочных пород и приобретение ими так назы­ ваемых коллекторских свойств — длительный и сложный процесс, разделяющийся на ряд стадий, из которых основные седиментогенез, диагенез, эпигенез (катагенез) и метаморфизм.

Седиментогенез характеризуется образованием осадка на поверх­ ности земли благодаря выветриванию, переносу и отложению твер­ дых минеральных масс. В результате формируются рыхлые, в зна­ чительной мере обводненные осадки, в дальнейшем преобразующиеся в породы. Уже при седиментогенезе заложены элементы, в даль­ нейшем влияющие на коллекторские способности пород. Так, харак­ тер осадконакопления (фации, скорость водных потоков, течений

идр.) влияет на распределение механических обломков породы (крупность зерен, их количество, сочетание гранулометрических фракций), слоистость, изменение литофаций. Непостоянство физикогеографических условий на поверхности земли приводит к нако­ плению различных по генезису осадков. При дифференциации осадка происходят механическая рассортировка обломочных частиц

ихимическое разделение по степени растворимости.

Диагенезом осадков называют стадию преобразования их в породы путем постепенного уплотнения и минералогического видоизмене­ ния, в результате чего они приобретают новое строение, отража­ ющееся на характере их пористости и проницаемости. Эпигенезом (катагенезом) называют видоизменения породы при продолжающемся прогибании земной коры. При еще большем погружении и дисло­ кациях породы претерпевают стадию метаморфизма. Первоначаль­ ный минеральный состав пород, текстура и структура меняются в соответствии с новыми условиями. В результате осадочные породы превращаются в метаморфические.

При эпигенетических изменениях пород происходит растворение обломочных зерен под давлением и переотложение растворившегося материала в порах песчаных пород, что приводит к ухудшению коллекторских свойств. В то же время наряду с эпигенезом, приво­ дящим к прогрессивному уплотнению пород и к деградации пористо­ сти, действуют процессы, связанные с активной циркуляцией вод и приводящие к выносу вещества за пределы породы. При этом пористость и проницаемость пород возрастают.

Под структурой горной породы понимают совокупность ее при­ знаков, определяемых морфологическими особенностями отдельных составных частей и их пространственными взаимоотношениями (Г. И. Теодорович, 1958). Определение структурного типа породы сводится к выяснению размера и формы слагающих ее зерен.

Текстура горной породы характеризуется расположением и рас­ пределением ее составных частей. Основным текстурным признаком осадочных пород является их слоистость, которая связана как с на­ коплением осадка, так и с процессом литификации.

Характер слоистости влияет на фильтрационные свойства пород в вертикальном и горизонтальном направлениях. Он сказывается также при инженерном воздействии на пласт, например при гидро­ разрыве. Характер расположения и размещения пор является текстурным признаком. В то же время пористость зависит и от струк­ туры породы.

Размеры и форма пор в значительной степени предопределяются размером и формой слагающих породу минеральных зерен. Поэтому различают также и структуру норового пространства. Структурные и текстурные особенности пород влияют на их емкостные и фильтра­ ционные свойства (А. А. Ханин, 1965).

Коллекторские свойства пород в известной степени определяются составом и структурой цементирующих веществ, но главным обра­ зом они зависят от характера, взаиморасположения и количествен­ ного соотношения цемента и обломочных зерен. Минеральные веще­ ства, заполняющие в породе промежутки между крупными зернами и обломками и связывающие последние между собой, называются

и их объема, но и определяется сорбционными свойствами минералов цемента и степенью гидрофильности или гидрофобности последних. Особенно большое значение при оценке пород-коллекторов с точки зрения их емкостных и фильтрационных свойств, а также величины их остаточной водонасыщенности имеет сорбционная способность H текстура цементов, сказывающаяся на взаиморасположении и коли­ чественном соотношении цементирующего и обломочного материалов в породах (А. А. Ханин, 1963, 1965; Б. Ю. Венделыптейн идр., 1969).

Основными коллекторскими параметрами являются пористость и проницаемость. Пористость (емкостная характеристика) пред­ ставляет собой суммарный объем свободных или заполненных флю­ идом пространств, выраженный в процентах от объема породы.