pdf.php@id=6161.pdf

NO

Рис. 6.15. Внутрислойные деформации в зоне разуплотне­ ния в палеогеновых породах Западной Камчатки

видны сорванные чешуи, толщина которых достигает 150-200 м. В данном разрезе сдвиги с образованием чешуи связаны с глини­ стыми и угленосными толщами. Масштабы перемещения чешуй составляют десятки метров, амплитуды складок достигают 100 м. Можно предположить, что в момент перенапряжения разрядка произошла таким образом, что вызвала перемещение массы ве­ щества по латерали в область меньших давлений. Подобное яв­ ление — один из видов дилатансии. Можно предположить, что газовые и жидкие флюиды, находящиеся в породах, заполняют трещины, образовавшиеся при смещении, и таким образом веро­ ятно формирование скоплений углеводородов в особом природ­ ном резервуаре дилатантного типа. Этот природный резервуар следует рассматривать как геологическое тело особого способа образования со своими специфическими физическими и други­ ми параметрами. Подобные смещения и возникновение дилатантных резервуаров наиболее активно происходит на границах толщ различного состава с различными прочностными, пласти­ ческими, термическими свойствами и др.

К этому же ряду явлений, по-видимому, относятся процессы милонитизации. После разрядки напряжений в период релакса­ ции объем трещинной пустотности может уменьшиться, что вы­ зовет частичный переток флюидов на другие уровни, выше по разрезу, если такое перемещение будет возможно. Латеральное послойное смещение чешуй вызывает и побочные явления в геоэнергетическом поле: повышение содержания флюидов (воды) снижает электрическое сопротивление, возникают волноводы, по которым сейсмическая энергия может распространяться широко

271

и выйти на поверхность. Процессы разуплотнения оказывают существенное влияние на возникновение аномалий в тепловом поле. Основываясь на формуле Фурье, можно предположить, что при постоянном значении величины теплового потока разуплот­ нение и снижение удельной теплопроводности пород вызовут рост величины температурного градиента. Расчеты показывают, что в 1 0 0 -метровой толще глинистых пород это может создать аномалию и температура превысит фоновую на 20—30 °С.

С увеличением глубин более отчетливо видны результаты тех процессов, которые в верхних частях разреза часто почти неза­ метны. Представляет интерес химическое уплотнение. Петро­ графические исследования кремнистого (кварцевого) цемента в юрских преимущественно кварцевых песчаниках в Северомор­ ском бассейне и на шельфе Норвегии показали, что основная его масса образовалась за счет растворения кварца на контакте со слюдами и чешуйками глинистых минералов группы иллитов, которые в виде корочек покрывают поверхности стилолитовых швов в песчаниках. Кварц растворяется на контактах со слюдой и иллитом благодаря процессам химического катализа. Проник­ новение и внедрение пластичной слюды в кварцевые зерна без заметной физической деформации свидетельствуют о том, что именно слюда способствует растворению кварца.

Главным фактором, контролирующим степень и распределе­ ние химически образованного цемента, является температурно­ временная история данной песчаной свиты. Давление, повидимому, создает маленький эффект, но оно нужно для тесного контакта зерен. Рассматривая энергетическую сторону хими­ ческого уплотнения, авторы обращают внимание на некоторое количество энергии, которое освобождается при уплотнении. По расчетам получается, что при растворении и переосаждении 1 моля кварца выделяется 159 кал на глубине 2,5 км и 286 кал на глубине 4,5 км. Эти величины могут быть завышенные, но принципиальное соображение о выделении энергии является, по-видимому, верным, что важно для всех сторон литогенеза.

Процессы уплотнения и перераспределения вещества иногда сочетаются с процессами разуплотнения на больших глубинах. В этом отношении интересный материал дало бурение сверх­ глубоких скважин. В Тюменской скважине в песчаниках триаса в интервале глубин 5,2—5,8 км была вскрыта зона с развитием вторичной пористости, которая превышает первичнореликтовую и достигает 10-12%. Эти породы были изучены О.В. Япаскуртом, который и дал свое объяснение феномену. В обломочной части кварцевых граувакк распространены литокласты аргилли­ тов, кремней, а также эффузивных, кварц-серицитовых и кварц-

272

Рис. 6.17. Схема основных процессов перемещения вещества в поро­ дах и уровни образования разуплотнения и вторичной пористости (по М. Махусу, Ю.К. Бурлину, Б.А. Соколову)

273

Все рассмотренные преобразования могут быть обобщены только на базе генетических представлений. Литогенетический (генетический) тип отложений является как бы главным управ­ ляющим фактором всех преобразований пород прежде всего на начальных стадиях литогенеза. Отражение генетических типов в петрофизических свойствах существенно сказывается на про­ дуктивности нефтегазоносных горизонтов. Наименьшая диф­ ференциация по свойствам отмечается в песчано-алевритовых осадках шельфов с высокой гидродинамической подвижностью. В дельтовых отложениях дифференциация велика, особенно на участках разветвления дельты. Отложения фаций подводной дельтовой платформы, образовавшиеся в низкоэнергетических обстановках, сложенные глинистыми мелкозернистыми песча­ никами и алевролитами, имеют низкую первичную пористость (преимущественно микропористость) и слабое развитие вторич­ ной пористости. Отложения врезанных каналов более грубозер­ нистые по составу и характеризуются значительно более высо­ кими емкостными свойствами, большим размером пор и более простой структурой порового пространства. Важно то, что гру­ бые песчаники содержат меньшее количество пластичных зерен. Баровые песчаники всегда отличаются высокими свойствами, если в дальнейшем они не были зацементированы продуктами преобразования из смежных лагунных отложений. Зерновые по­ токи на склонах бассейна осадконакопления, если они отлага­ лись в достаточно высокоскоростных гидродинамических усло­ виях, хорошо промыты и сохраняют свои первичные физические свойства при быстром погружении до глубин 5—6 км. Крупное газовое месторождение Фригг было открыто в нижнеэоценовом глубоководном конусе в грабене Викинг Северного моря. При­ родными резервуарами являются песчаники врезанных каналов конуса, сложенные мелко- и среднезернистыми хорошо отсорти­ рованными разностями с хорошими коллекторскими свойствами (пористость 25-32%, проницаемость 1200-1600 мД). Намечает­ ся связь распределения коллекторов и резервуаров по основным типам осадочных бассейнов. Русловые и дельтовые коллекторы попадают преимущественно в бассейны передовых предгорных прогибов и на склонах крупных сводовых структур. Пластовые песчаные тела коллекторов развиты на обширных пространствах бывших эпиконтинентальных морей. Глубоководные конусы (фэны) связаны с бассейнами, существовавшими и существую­ щими в тектонически дифференцированных условиях подвиж­ ных поясов и в бассейнах на континентальных склонах.

Обработанный материал показывает, что интенсивные вну­ тренние процессы преобразования в полной мере проявляются

274

на тех стадиях, когда интенсивно начинает действовать флюидо­ динамический фактор (по Б.А. Соколову). При возрастании на­ грузки с погружением и ростом температур состояние вещества пород становится нестабильным. Обычно нестабильное, неустой­ чивое состояние возникает прежде всего в пластичных породах. Благоприятными уровнями возникновения зон неустойчивости являются также разделы между различными литологическими комплексами (глинистые и песчаные толщи, известняки и соли, угленосные и вулканогенные толщи). Обычно на этих рубежах отмечаются резкие изменения основных физических свойств по­ род, особенно плотности и теплопроводности. Скачок градиен­ тов значений величин является толчком для создания неравно­ весия в системе. При усилении нагрузки породы на этих уровнях переходят в неустойчивое состояние и даже приобретают квазипластические свойства. Если на этих уровнях также повышается содержание флюидов в породах, неравновесие системы увеличи­ вается, возрастает пластичность пород. Резкое увеличение уровня энергии в пластовой системе может быть обусловлено массовой трансформацией разбухающих компонентов и выделением свя­ занной воды и (или) усиленной генерацией других жидких и га­ зовых флюидов, что способствует развитию вторичной пористо­ сти (см. рис. 6.17).

При дефлюидизации порода стремится увеличить свой объ­ ем, в ней возникает обилие микротрещин, по которым стремит­ ся двигаться вещество породы, приобретшее свойства текучести. В наиболее критический момент роста давления происходит ав­ тогидроразрыв. После снятия напряжения (релаксации) мине­ ральный скелет породы трансформируется в более уплотненное состояние, волна разуплотнения сменяется волной уплотнения.

Подводя итоги, следует подчеркнуть, что стадиальные изме­ нения основных физических свойств в породах осадочных бас­ сейнов не носят непрерывного характера, что в настоящее время отмечается многими исследователями. В ходе нелинейных преоб­ разований возникают зоны разуплотнения. Они образуются при перераспределении энергии и вещества, прежде всего флюидов, дополнительные объемы которых генерируются в самих поро­ дах, а также поступают извне из глубоких зон земной коры и литосферы. Наличие цикличности строения толщ способствует развитию этих периодических процессов. Цикличность опреде­ ляет характер преобразования пород в разрезе. Осадочные по­ роды подвергаются необратимым изменениям. Каждая стадия преобразования имеет свои предельные значения характерных параметров, после достижения которых постепенные линейные

275

изменения пород заканчиваются и они переходят в неустойчивое критическое состояние. На этих критических уровнях наиболее вероятным является перераспределение энергии и скачкообраз­ ное приобретение породами новых свойств. Коллекторы не ис­ чезают вплоть до метагенеза, они вновь и вновь появляются в новых видах, природные резервуары приобретают новые формы, и это одна из черт, которая характеризует осадочные бассейны как постоянно развивающиеся системы с высоким энергетиче­ ским уровнем.

6.5. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕРРИГЕННЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

Вопрос классификации коллекторов имеет большое практи­ ческое значение при разведке месторождений. Поскольку фак­ торов, определяющих коллекторские свойства, слишком много, создать удовлетворительную классификацию очень трудно. Поч­ ти все существующие классификации достаточно формальны. Группы и классы коллекторов выделяются в них в основном по величинам пористости и проницаемости. Но для оценки качества коллекторов пород совершенно необходимой является и литоло­ гическая характеристика.

В общем виде породы-коллекторы подразделяются на про­ мышленные нефтеносные, из которых возможно получение до­ статочных по величине притоков, и непромышленные, из которых получение таких притоков на данном этапе невозможно. Для газа в связи с его подвижностью категория промышленных коллекто­ ров расширяется.

Основная масса терригенных коллекторов характеризуется межзерновым (поровым) пространством — это межзерновые или гранулярные коллекторы. Однако среди терригенных пород встре­ чаются и коллекторы со смешанным характером пустотного про­ странства. Выделяются трещинно-поровые и даже кавернознопоровые разности (в том случае, если часть зерен сравнительно легко выщелачивается).

Одна из первых классификаций в нашей стране была создана П.П. Авдусиным и М.А. Цветковой. В качестве основного крите­ рия была предложена величина эффективной пористости. Всего было выделено пять классов: А — с эффективной пористостью более 20%; В - 15-20%; С - 10-15%; D - 5-10%; Е - менее 5%. Каждый из классов разделяется по степени сложности строения порового пространства, находящей отражение в гидравлической характеристике Ф. По своей величине эта характеристика равна

276

отношению периметра Р эквивалентной (воображаемой) поры, равной по площади сумме площадей всех пор в данном сечении, к сумме периметров этих пор Ер. Тогда Ф = P/Ер. Периметр пор, заполненных окрашенной смолой (бакелитом), можно под­ считать на фотографии при помощи курвиметра, а планиметром (специальной сеточкой) — суммарную площадь пор. По таблице можно найти длину окружности (периметр Р) круга, по площади равного суммарной площади пор. По величинам Ф коллекторы подразделяются на три группы: 1 — Ф > 0,25, хорошо прони­ цаемые коллекторы, допускающие значительные скорости филь­ трации; 2 — Ф = 0,1—0,25, среднепроницаемые коллекторы со

277

средней скоростью фильтрации; 3 — Ф < 0,1, слабопроницаемые коллекторы с незначительной скоростью фильтрации. Чем более изометричные очертания у сечений поровых каналов, тем ближе значение гидравлической характеристики Ф приближается к 1. П.П. Авдусин и М.А. Цветкова выделили классы без указания типов пород; в классификации также не приводятся величины проницаемости.

В настоящее время наиболее широко применяется классифи­ кация А.А. Ханина (ВНИИГаз). Анализ большого фактического материала позволил А.А. Ханину установить зависимость между величинами полезной емкости и проницаемости для отдельных групп коллекторов, выделяемых по гранулометрическому соста­ ву (среднезернистые, мелкозернистые песчаники, алевролиты с преобладанием крупно- и мелкоалевритовой фракции).

На основе анализа построения кривых было выделено шесть классов коллекторов (I, II, III, IV, V, VI) с проницаемостью соот­ ветственно свыше 1000 мД, 1000-500, 500—100, 100—10, 10-1 мД

именее. Каждому типу печано-алевритовых пород в пределах того или иного класса соответствует своя величина эффективной пористости. Породы, относящиеся к VI классу с проницаемо­ стью менее 1 мД, в естественных условиях обычно содержат 90%

иболее остаточной воды и не являются коллекторами промыш­ ленного значения. С учетом гранулометрического состава по­ род классификация терригенных коллекторов, по А.А. Ханину, представлена в табл. 6.2. В рамках одной классификации трудно учесть все свойства. Можно идти по пути создания особых клас­ сификаций для отдельных типов пород.

6.6. КАРБОНАТНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ

Карбонатные породы как коллекторы нефти и газа уверен­ но конкурируют с терригенными образованиями. По различным данным, от 50 до 60% современных мировых запасов УВ при­ урочено к карбонатным образованиям. Среди них выделяются наилучшие по качеству коллекторы — карбонатные породы ри­ фовых сооружений. Добыча нефти и газа, большая по объему, производится из известняков и доломитов, в том числе из па­ леозоя и докембрия; наиболее крупные месторождения открыты в мезозойских и палеозойских породах, прежде всего в странах Ближнего Востока. Крупные скопления в рифовых сооружениях мезозойского возраста открыты в бассейне Мексиканского зали­ ва (Золотой пояс, Кампече и др.). Из рифовых известняков были получены и рекордные дебиты (десятки тысяч тонн в сутки).

278

Можно отметить некоторую связь между развитием карбонатных коллекторов и усилением карбонатонакопления в геологической истории, что связано с общей цикличностью геотектонического развития и периодичностью осадкообразования.

Карбонатные коллекторы характеризуются специфическими особенностями: крайней невыдержанностью, значительной из­ менчивостью свойств, что затрудняет их сопоставление. В них относительно легко происходят разнообразные диагенетические и катагенетические изменения. Фациальный облик известняков в большей мере, чем в обломочных породах, влияет на форми­ рование коллекторских свойств. В минеральном отношении кар­ бонатные породы менее разнообразны, чем обломочные, но по структурно-текстурным характеристикам имеют гораздо больше разновидностей. В процессе изучения коллекторских свойств карбонатных толщ многими авторами неоднократно подчеркива­ лась решающая роль генезиса отложений, гидродинамики среды для формирования структуры пустотного пространства, которая может быть более или менее благоприятна для формирования кол­ лекторов и определяет характер последующих преобразований.

Вцелом карбонатные породы легко подвергаются вторичным изменениям. Это связано с их повышенной растворимостью. Особенно велико влияние вторичных преобразований в поро­ дах с первично-неоднородной структурой порового пространства (органогенно-обломочные разности). По характеру постседиментационных преобразований карбонатные породы отличаются от терригенных, прежде всего это касается уплотнения. Остатки биогермов с самого начала представляют практически твердые образования, и далее уплотнение идет уже медленно. Карбонат­ ный ил также может быстро литифицироваться, при этом в нем возникают своеобразные фенестровые пустоты за счет выделения пузырьков газа. Мелкообломочные, комковато-водорослевые карбонатные осадки также быстро литифицируются. Пористость несколько сокращается, но вместе с тем значительный объем по­ рового пространства «консервируется».

Вкарбонатных породах отмечаются все виды пустот. В за­ висимости от времени возникновения они могут быть первич­ ными (седиментационными и диагенетическими) и вторичными (постдиагенетическими). В органогенных карбонатных породах

кпервичным относятся пустоты внутрираковинные, в том числе внутри рифовых построек (в широком смысле — внутриформенные), а также межраковинные. Некоторые карбонатные породы могут быть хемогенного или биохемогенного происхождения, они образуют резервуары пластового типа. К ним относятся пре­

279

жде всего оолитовые, а также известняки с межили внутриоолитовой пустотностыо. Слоистым или массивным известня­ кам свойственны пелитоморфные или скрытокристаллические, а также кристаллические структуры. В кристаллических, особенно в доломитизированных, породах развита межкристаллическая (межзерновая) пористость.

Карбонатные породы в большей мере, чем другие, подвержены вторичным преобразованиям (перекристаллизация, выщелачива­ ние, стилолитообразование и др.), которые полностью меняют их физические свойства, а иногда и состав (процессы доломитиза­ ции и раздоломичивания). В этом состоит сложность выделения природных резервуаров, так как одна и та же порода в одних условиях может рассматриваться как коллектор с очень высоки­ ми свойствами, а в других, если нет трещин, может являться по­ крышкой. Созданию вторичных пустот способствуют процессы растворения (выщелачивания), перекристаллизации, в основном доломитизации и раздоломичивания или стилолитизации. Те или иные процессы сказываются по-разному в зависимости от гене­ тического типа породы.

Перерывы в осадконакоплении, имеющие региональное зна­ чение, играют большую роль при формировании зон высокоем­ ких коллекторов. Под поверхностью размывов и несогласий в массивах карбонатных пород можно встретить закарстованные зоны, связанные с выветриванием и выщелачиванием. В преде­ лах нефтяных месторождений к этим зонам приурочены высоко­ продуктивные горизонты. Вдоль трещиноватых зон растворение происходит до больших глубин, в Камском Приуралье оно отме­ чается на глубинах до 1 км.

В рифах выделяются «ситчатые» обычно выщелоченные из­ вестняки с пористостью (пустотностыо) до 60%, сложенные ко­ раллами, мшанками, «губчатые» крупнодетритовые известняки (с пористостью 40—45%), часто кавернозные и малопористые из­ вестняки с отдельными порами и кавернами, чаще всего выще­ лачивания. Все разновидности известняков выделяются внутри рифового массива. Ситчатые и губчатые разности группируются в зоны повышенной пористости. Образование ее в этих зонах ча­ сто связано с выведением пород на поверхность и выветривани­ ем. Дебиты скважин в разных частях рифов резко различаются.

Среди явлений выщелачивания следует отметить некоторые особые случаи, имеющие локальное значение, но проявляющие­ ся иногда в широких масштабах. Таким примером может служить хемобиогенная коррозия, проявляющаяся при развитии микро­ флоры на ВНК, которая создает кислую среду, повышает ее агрессивность и способствует растворению карбонатов. Другим

280