pdf.php@id=6161.pdf

Континентально-склоновые отложения также выступают в роли природных резервуаров. Для формирования отложений в каньонах и глубоководных конусах выноса большую роль играет гравитационный фактор во время действия скоростных мутьевых потоков на подводных склонах. Подводные каньоны, врезаясь в континентальный склон, а часто и в шельф, переносят материал к основанию склона, где он и скапливается, образуя глубоковод­ ный конус выноса (фэн). Ниже устьев крупных рек конусы могут образовать единую систему с их дельтами. В верхней части конус имеет активное (для данного момента) питающее русло, которое ниже разветвляется на протоки (как и в дельте). Русло и осо­ бенно протоки часто ограничены прирусловыми валами. Конус подразделяется на три части: 1) верхнюю с центральным руслом, 2 ) среднюю (средний конус или «супрафэн»), сложенную лопа­ стями, образовавшимися в результате переноса материала по от­ дельным протокам в разное время, поэтому они частично могут перекрывать друг друга (средний конус имеет наиболее выпуклую поверхность и выражен в рельефе дна), 3) нижнюю, для которой характерна выровненная поверхность, рассеченная мелкими раз­ ветвляющимися протоками. В целом конус напоминает дерево, опрокинутое кроной вниз. В наиболее проточных частях конусов материал бывает хорошо промыт. В прирусловых валах песчаный материал более мелкий и обогащен глиной. Межрусловые участ­ ки долин характеризуются накоплением только мелких осадков из взвеси в воде в результате медленного осаждения, которые в период спокойного развития покрывают весь фэн.

Средняя часть глубоководного конуса выноса (или супра­ фэн) является активным полем осадконакопления. Обилие осад­ ков иногда формирует выпуклую поверхность дна, рассеченную многочисленными руслами, разветвляющимися на протоки и ограниченные иногда прирусловыми валами. Среди русел выде­ ляются действующие и уже отмершие, покрытые слоем пелагиче­ ских илов. В целом супрафэн представляет совокупность вееро­ образных лопастей, накопившихся в разное время. В поперечном разрезе они представляют линзы более грубого материала среди глинистых осадков (рис. 6.9). Супрафэн представляет собой как бы подводную дельту, в линзах отмечается погрубение материала вверх по разрезу. В нижней части супрафэна русла постепенно исчезают, и к его нижней границе пески почти выклиниваются вниз по падению. Песчаные фации средней части фэна могут соединяться с песками питающей долины верхней части и обра­ зовать единый достаточно мощный песчаный резервуар сложной разветвленной формы.

251

Нижний конус

Абиссаль - нам рабни■ на

Рис. 6.9. Строение средней части (супрафэна) глубоководного конуса выноса. Показаны перекрывающие друг друга в плане лопасти и их рас­ положение в разрезе

Нижняя часть глубоководного конуса обычно бывает самая большая по площади развития. Вместе с супрафэном она образу­ ет подножие континентального склона в океанах и глубоковод­ ных морях. Поверхность дна здесь пологоволнистая, рассечена слабоврезанными мелкими руслами. Здесь господствуют уже чи­ сто пелагические условия осадкообразования и может отлагаться повышенное количество ОВ. В периоды усиления поступления материала с верхних этажей сюда проникают турбидитовые те­ чения, они растекаются из русел и в периферийной части кону­ са текут уже широким фронтом. Среди турбидитов преобладают тонкослоистые разности глинистого и алевритового материала, много растительного детрита. В периоды сильных импульсов об­ разуются плащеобразные покровы мелкопесчаного материала, в котором может быть видна градационная слоистость. Фации нижнего конуса постепенно переходят в фации абиссальных рав­ нин. В процессе роста и продвижения глубоководных конусов от берега в океан (море) отложения средней, а затем и верхней части накладываются на нижний конус и образуется стратифицирован­ ный разрез с общим укрупнением материала кверху. Процессы перемещения и накопления осадочного материала в глубоковод­ ных конусах чутко реагируют на колебания уровня океанического (морского) бассейна, а также изменение объема твердого стока, поступающего из источника питания. При низком уровне стоя-

252

Рис. 6.10. Система склоно­ во-потоковых образований (глубоководных конусов вы­ носа) на калифорнийском борделенде: 1 — современные врезы, 2 — песчаные тела, 3 — глинисто-алевритовые от­ ложения, 4 — погребенные

долины неогенового возраста

ния в русла с континента приносится более грубый материал. Повышение уровня в океане отражается в заполнении русел ко­ нусов глинистыми илами. Ранее сформированное песчаное тело перекрывается ими. Если материала поступает много, то конусы расширяются, сливаются между собой и могут образовать почти непрерывную полосу на континентальном склоне. Подобную си­ туацию можно видеть на крутом континентальном склоне (бордерленде) штата Калифорния в США (рис. 6.10).

В различных нефтегазоносных комплексах могут преобладать те или иные разновидности природных резервуаров. Например, на широких шельфах эпиконтинентальных морей будут образо­ вываться в основном пластовые резервуары, а для озерно-речных равнин характерны резервуары линзовидной формы и другие ограниченные по распространению разновидности. В мощных песчаных свитах возникают условия существования массивных резервуаров. Последние больше характерны для карбонатных по­ род, нефтегазоносность которых широко известна. В них находят­ ся очень крупные и даже уникальные скопления углеводородов (особенно в районе Прикаспия, Персидского и Мексиканского заливов). Наиболее распространены рифогенные известняки, об­ разующие выпуклые тела, которые имеют общее название био­ гермы. Состав рифостроителей, т.е. организмов, скелеты которых образуют биогермы, разнообразен: коралловые полипы, мшанки, различные двустворки. Биогермы пластовой формы образованы карбонатами, замещающими водоросли в местах их массового расселения. Такие тела называются строматолитами.

Среди карбонатных комплексов наиболее крупные скопления углеводородов приурочены к тем из них, которые содержат ри-

253

фогенные тела. Внутреннее строение рифовых массивов слож­ ное. Сами рифовые тела резко выделяются в рельефе поверх­ ности комплекса. Относительное превышение вершин массивов может достигать 1-2 км. В целом риф является резервуаром мас­ сивного типа, но внутри него зоны отличаются друг от друга. Это прежде всего ядро рифового массива, его склоны, сложенные скелетными остатками разных организмов. Кроме того, выделя­ ется так называемый обломочный шлейф в нижней части склона, образованный при разрушении рифа абразией, а между рифовых массивов — депрессионные фации, сложенные тонкозернистым глинисто-карбонатным материалом. Породы во всех этих частях имеют различную структуру и свойства. Внутри ядра породы, сложенные скелетами разных организмов, также различаются по своей структуре. В рифах формируются субгоризонтальные про­ тяженные зоны или горизонты, в которых породы были выще­ лочены и промыты в зонах наиболее активного воздействия раз­ личных агентов, например при выходе рифа выше уровня моря. Это горизонты развития так называемых «ситчатых» известняков с очень высокой пустотностыо. Из этих зон получают особенно высокие объемы нефти — тысячи тонн в сутки (ряд месторож­ дений Ближнего Востока и Мексики). По форме рифы бывают более или менее изометрические куполовидные или с несколь­ кими куполами на одном основании, вытянутые или кольцевые (типа атоллов).

Размеры массивов могут быть очень крупными. Так, рифовый массив каменноугольно-нижнепермского возраста месторожде­ ния газоконденсата Карачаганак в Прикаспийской впадине по протяженности превышает несколько километров и имеет высоту около 1,5 км. В нем выделяются коллекторы различных типов. Лучшие порово-трещинные коллекторы приурочены к зонам вы­ щелачивания, другие могут характеризоваться более скромно. Схематически это показано на рис. 6.11. Коллекторские свойства зависят и от того, скелеты каких организмов служат рифообразователями (кораллы, мшанки, брахиоподы и др.).

Крупный рифовый массив каменноугольно-пермского возрас­ та, достигающий в поперечнике 20 км, находится в Западном Ка­ захстане вблизи берега Каспия. С ним связано крупнейшее Тен­ гизское месторождение нефти. Другое подобное месторождение, Кашаган, находится под водами Каспийского моря. Рифовые тела нередко находятся по краям так называемых «карбонатных платформ» мощных пологозалегающих толщ. Вместе с рифами они могут образовывать единые крупные массивные резервуары. В составе этого же комплекса выделяются банково-рифовые фа­ ции, близкие по генезису к рифовым массивам. Эти фации ха-

254

Рис. 6.11. Карачаганакское нефтегазоконденсатное месторождение. Мо­ дель распространения различных типов коллекторов в разнофациальных карбонатных отложениях (по К.И. Багринцевой): 1 — каверно-поровые; 2 — поровые в биогермах; 3 — эвапоритовые породы: а — галит, б — сульфаты; 4 — внутрилагунные; 5 — склоновые; 6 — шлефовые; 7 —

скважины

растеризуются узкозональным полосовидным распространением, с которым связаны соответственно литологически ограниченные резервуары, развитые по бортам крупных впадин.

Пластовые резервуары в карбонатных толщах встречаются реже, но в некоторых случаях они обладают очень высокими качествами. Прежде всего это пласты оолитовых известняков, которые по структурно-текстурным особенностям сходны с об­ ломочными породами, однако по вторичным изменениям они различны.

Комплексы, сложенные массивными известняками, образуют природные резервуары преимущественно в зонах развития тек­ тонической или литологической трещиноватости или в участках развития кавернозности (чаще всего в доломитах и доломитизированных известняках). Свод крупной складки в массивных из­ вестняках, нарушенных трещинами, образует массивный резерву­ ар. Отдельные небольшие зоны трещиноватости и кавернозности обеспечивают возникновение литологически ограниченных ре­ зервуаров. Переходную роль играют терригенно-карбонатные или глинисто-карбонатные комплексы с резервуарами сложного вида. Вследствие общей системы трещиноватости в этих толщах образу­ ются массивные резервуары сложного литологического состава.

Тип природного резервуара — это только одна из характери­ стик нефтегазоносного комплекса. Нефтегазоносные комплексы в бассейнах древних и молодых платформ, подвижных поясов, активных и пассивных континентальных окраин различны. По

255

вертикали комплексы также различаются. Например, на более ранних этапах формирования бассейнов древних платформ в рифтогенах формируются комплексы, резко отличные от ком­ плексов более верхнего типично платформенного чехла. При­ меняя при их изучении методы фациального и формационного анализов, исследуя историю формирования пород, можно на на­ учной основе прогнозировать типы природных резервуаров.

6.2. КОЛЛЕКТОРЫ НЕФТИ И ГАЗА

Коллекторами нефти и газа, слагающими природные резер­ вуары, называются породы, способные вмещать подвижные ве­ щества (воду, нефть, газ) и отдавать их в естественном источнике или в горной выработке (колодце, шахте, скважине и др.). Основ­ ным свойством пород-коллекторов является наличие пустотного пространства, которое и заполняют флюиды.

Пустоты могут быть первичными, образовавшимися при фор­ мировании самой породы (камеры в раковинах, поры между зер­ нами и кристаллами), и вторичными, возникшими в процессе дальнейшей жизни пород. Пустотами обладают все типы горных пород в той или иной степени, но отдавать флюиды могут не все. В существующих классификациях пустоты подразделяются по размерам и видам. По размерам наиболее простым является их деление на три категории: 1) субкапиллярные с сечением менее 0 ,0 0 2 —0 ,0 0 1 мм, вода в них находится в связанном виде, образует пленки на стенках пор и каналов и не движется; 2 ) капиллярные с сечением от 0 ,0 0 2 - 0 ,0 0 1 до 0 ,1 мм, в которых на перемеще­ ние действуют силы капиллярного давления; 3) сверхкапилляр­ ные — крупнее 0 ,1 мм, в которых возможно движение жидко­ сти под влиянием силы тяжести. По видам пустоты различаются более условно. Обычно выделяются поры, каверны, биопустоты и трещины. Если исключить трещины, то другие категории раз­ личаются не вполне четко. Порами принято называть пустоты в обломочных породах между зернами (гранулами), и пористость называется межзерновой (межгранулярной), а соответственно и коллекторы. Кавернами называются пустоты, возникшие в ре­ зультате растворения цемента, выщелачивания каких-либо ми­ нералов. Особенно они характерны для карбонатных пород. Раз­ меры каверн различны. Пещеры также являются разновидностью пустот выщелачивания. К своеобразным пустотам выщелачива­ ния относятся пустоты в оолитовых известняках, когда оолиты полностью или частично выщелачиваются и может остаться ске­ лет из скрепляющего их цемента. Такая структура коллектора на­ зывается отрицательно оолитовой.

256

Биопустоты бывают внутриформенные и межформенные. К первым относятся внутренние пустоты в раковинах (камеры аммонитов, фораминифер и др.), а также пустоты, разделенные перегородками, внутри коралловых скелетов. К межформенным относятся пустоты между раковинами в известняках-ракушняках.

Трещины — это пустоты совершенно другого происхождения, это разрыв сплошности пород. Выделяются две крупные груп­ пы: литогенетические и тектонические трещины, внутри кото­ рых есть разновидности. Среди литогенетических различаются трещины диагенетические, возникшие при уплотнении осадка, катагенетические, возникшие уже в горной породе при перекри­ сталлизации, и другие, есть трещины и более глубоких стадий преобразования пород. Тектонические трещины формируются под влиянием различных причин. Различают эпейроклазы, воз­ никающие при колебательных эпейрогенических движениях, диаклазы — при складкообразовательных движениях, вблизи тектонических разрывов, и др. Подразделяются трещины по про­ тяженности и раскрытию: менее 0 ,1 мм — микротрещины, бо­ лее 0,1 мм — макротрещины. Классификация пустот приведена

втабл. 6 .1.

Всоответствии с видами пустот коллекторы бывают поровые (в обломочных и некоторых породах они называются межграну­ лярными), кавернозные, трещинные, биопустотные. Есть и сме­ шанные типы — порово-трещинные и др.

Наиболее уникальными нетрадиционными коллекторами яв­ ляются битуминозные глинистые породы. Они известны в раз­ ных районах: в Ставропольском крае, в Техасе (США). Наиболь­ шую известность как коллекторы получили глинистые породы баженовской свиты позднеюрского возраста в Западной Сибири. Максимальный дебит из них на Салымском местрождении до­ стигал нескольких сотен тонн в сутки. Породы имеют пелито-

глинистые метаморфические

257

вую структуру, микрослоистость подчеркивается распределением ОВ, содержание которого достигает 25%, содержание свобод­ ного кремнезема повышенное — до 10—30%, общая пористость 5-8%, плотность 2,23-2,4 г/см3, что заметно ниже по сравнению

свыше- и нижележащими горизонтами.

6.3.СВОЙСТВА КОЛЛЕКТОРОВ НЕФТИ И ГАЗА

Характеристика коллекторов дается по их основным свой­ ствам: пористости, проницаемости, структуре порового про­ странства, остаточной водонасыщенности, физико-химическим свойствам поверхности пустот и др.

Пористость

В породах различают несколько видов пористости (пустотности): общую (или абсолютную), открытую (или насыщения), эффективную (или динамическую) и закрытую. Под общей по­ нимается объем всех видов пустот (трещины как пустоты со­ вершенно другого генезиса целесообразно не учитывать). От­ ношение объема всех пустот к объему породы, их содержащей, называется коэффициентом общей пористости. Сходное опреде­ ление имеет и коэффициент открытой пористости, только здесь учитывается объем сообщающихся между собою пор и каналов. Обычно за вычетом некоторого количества воды, содержащейся в порах в пределах залежи, коэффициент открытой пористости используется при подсчете общих геологических запасов углево­ дородов. Под эффективной пористостью понимается объем тех пор и соединяющих их каналов, по которым возможно реальное перемещение флюидов. Не учитываются тупиковые, застойные пустоты или поры очень мелкого размера, хотя в объем откры­ той пористости они входят. Этот вид пористости используется при подсчетах извлекаемых запасов. Под закрытой пористостью подразумевается объем изолированных пор, не имеющих связи с другими пустотами.

При погружении пород на все большие глубины пористость в целом убывает, хотя и неравномерно. В разной степени уменьша­ ются и различные виды пористости. Например, открытая пори­ стость снижается в большей степени, так как каналы, соединяю­ щие отдельные поры, при увеличении давления могут сомкнуться, а поры — превратиться в закрытые. Величина закрытой пористо­ сти при погружении даже может относительно возрастать.

258

Определение пористости происходит как экспериментально

влаборатории, так и косвенно, по данным разных видов каро­ тажа. Общая пористость определяется по сопоставлениям вели­ чин средней минеральной плотности зерен и плотности породы

вобъеме (объемная плотность). Ясно, что они будут различаться тем больше, чем больше в породах пустотного пространства при одинаковом минеральном составе. Разность между плотностью породы и минеральной плотностью — это и есть коэффициент общей пористости. Открытая пористость определяется при по­ мощи керосинонасыщения. Определяется объем образца и объем вошедшего в сухой образец керосина, который заполнит только сообщающиеся поры. Соотношение объемов дает соответствен­ ный коэффициент. Эффективная пористость определяется более сложно: либо путем заполнения породы искусственной моделью нефти — смолы определенного состава, которая застывает в по­ рах, либо расчетным путем по сопоставлению пористости с про­ ницаемостью.

Пористость пород и размеры пустотных пространств изменя­ ются под влиянием различных факторов. Уменьшение размеров пор и снижение пористости происходит по мере роста давления. Но при повышении давления флюидов или в результате раство­ рения нередко наблюдается и возрастание пористости.

Вобломочных недоуплотненных породах величина пористо­ сти зависит от формы зерен (при одном и том же размере) и от их укладки. В неглубоко залегающих сеноманских песчаниках Уренгойского газового месторождения при свободной укладке угловатых зерен пористость достигает 40%. Большое влияние на величину пористости оказывает также степень отсортированности материала, при низкой отсортированности мелкие зерна за­ бивают поры между крупными частицами.

Способ образования, генетический тип обломочной породы часто имеют определяющее значение для пористости, заложен­ ные в момент образования породы качества могут сохраняться до больших глубин. Особенно хорошо это заметно в отложениях скоростных потоков на склонах бассейна осадконакопления, где материал хорошо сортируется, а глинистые фракции вымывают­ ся. По-видимому, поэтому на апшеронском шельфе на глубине 6 ,5 км пористость плиоценовых песчаников составляет 18%.

Цементация породы также снижает пористость. В карбонатных породах процессы выщелачивания, доломитизации вызывают уве­ личение пористости, а перекристаллизация часто ее уменьшает. Все процессы литогенеза так или иначе влияют на пористость, в том числе изменения в глинистом цементе, катаклаз, растворение зерен химически малостойких минералов и т.д.

259

Емкостные свойства породы-коллектора, слагающей природ­ ный резервуар, определяются таким важным параметром, как эффективная емкость (q), по формуле

Q Кп’Нэф,

где Кп — средняя пористость породы в пределах исследуемой ча­ сти пласта, Нэф — средняя эффективная толщина пласта.

Проницаемость

Проницаемость — это свойство какого-либо вещества пропу­ скать сквозь себя частицы другого вещества. Под проницаемо­ стью горных пород понимается их способность фильтровать жид­ кости и газы при перепаде давления. Различают проницаемость нескольких видов. Абсолютной называется проницаемость, из­ меренная при прохождении через породу какого-либо флюида (жидкость, газ) в условиях полного насыщения пор породы этим флюидом. Измерять ее лучше по какому-нибудь инертному газу (можно воздуху, так как он обычно достаточно инертен). Жид­ кости же могут существенно реагировать с породой. Фазовой или эффективной называется проницаемость, определенная по какому-либо флюиду в присутствии в породе другого флюида. Например, через водонасыщенную породу пропускают газ. Это отражает реальные природные условия, так как в пластах часто присутствуют два флюида (нефть—вода, газ—вода), а иногда и три (в залежи нефти, где также есть вода и может выделяться растворенный газ при снижении давления).

Отношение фазовой проницаемости, измеренной по какомулибо флюиду, к абсолютной, измеренной в условиях полного насыщения породы этим флюидом, называется относительной проницаемостью.

Абсолютную и фазовую проницаемость горных пород опреде­ ляют по закону Дарси, согласно которому скорость фильтрации (и объем прошедшего вещества) в пористой среде при струйном ламинарном потоке прямо пропорциональна перепаду давлений и обратно пропорциональна динамической вязкости:

V = Q/F = k (Р,-Р2)/ ML,

где V — скорость линейной фильтрации; Q — объем флюида, прошедшего через породу; F — площадь поверхности породы, через которую проходит фильтрация; к — коэффициент про­ порциональности, который и рассматривается как коэффициент проницаемости породы; Pj и Р2 — давление соответственно на

260