вторичная пористость горных пород

Ε. Μ. Смехов,
Т. В. Дорофеева
ВТОРИЧНАЯ
ПОРИСТОСТЬ
ГОРНЫХ
ПОРОДКОЛЛЕКТОРОВ
НЕФТИ
И ГАЗА
Л Е Н Й Н Г Р А Д «НЕДРА»
Л Е Н И Н Г Р А Д С К О Е О Т Д Е Л Е Н И Е 1987
У Д К 553.98.061.43
Смехов Ε. M., Дорофеева Т. В. В т о р и ч н а я пористость горных пород-коллекторов иефти
и г а з а , — Л . : Н е д р а , 1987.— 96 с.
О с в е щ е н а проблема вторичной пористости с л о ж н ы х типов коллекторов, я в л я ю щ е й с я
о с н о в н ы м компонентом общей э ф ф е к т и в н о й пористости. Рассмотрены различные аспекты
э т о й проблемы: происхождение и з а к о н о м е р н о с т и р а з в и т и я вторичной пористости в горной породе, д а н н ы е о функциональной з а в и с и м о с т и м е ж д у структурой перового пространства
и ф и л ь т р а ц и о н н ы м и свойствами, а т а к ж е вопросы прогнозирования вторичной пористости
и ее роли д л я оценки з а п а с о в нефти и г а з а в с л о ж н ы х коллекторах.
Д л я научных работников — геологов, геологов-нефтяннков, литологов, занятых поисками,
п р о г н о з и р о в а н и е м и изучением нефтиных и г а з о в ы х месторождений.
Т а б л . 7, ил. 20, список лит. 50 назв.
Р е ц е н з е н т — д - р геол.-минерал, иаук, проф. В. Н. Шванов
1904050000—306
043(01)-87
(ЛГУ)
,03_87
©
Издательство «Недра», 1987
ПРЕДИСЛОВИЕ
Современное состояние изученности проблемы сложных коллекторов характеризуется возрастающим интересом к познанию структуры
порового пространства и особенностей фильтрации в них нефти и газа.
Именно эти вопросы, имеющие прямое отношение к оценке емкости подобных
коллекторов, являются в последние годы предметом многих исследований.
Как правило, объектами этих работ служат карбонатные породы, сложные типы коллекторов в которых имеют наибольшее развитие. В таких
коллекторах процессы фильтрации флюидов осуществляются одновременно
в разнородных средах (блоковая и межблоковая); коллекторы характеризуются различными емкостными и фильтрационными параметрами.
Карбонатные породы, в которых доминирующее значение в аккумуляции
углеводородов принадлежит вторичной пористости, а фильтрация обусловлена трещиноватостью, в недалеком прошлом рассматривались как неколлекторы. Основанием для такой оценки этих горных пород служили данные
о их малой пористости и низкой проницаемости. Однако случайные вскрытия
этих горизонтов в буровых скважинах и их испытание на приток показали
неожиданные результаты (Русская платформа, Северный К а в к а з ) . Оказалось, что, несмотря на низкие значения межзерновой пористости и проницаемости, благодаря факторам выщелачивания (вторичная пористость)
и трещииоватости такие горные породы могут оказаться коллекторами
нефти и газа весьма высокой производительности.
В нашей стране существует много резервов подобных залежей углеводородов не только в новых перспективных районах, но и в старых районах
нефтедобычи, где ранее недооценивались перспективы сложных типов
коллекторов. Д л я правильной оценки запасов и выбора рациональной
схемы разработки залежей нефти в сложных типах коллекторов с преобладанием вторичной пористости необходимо располагать данными о
строении залежи и типе коллектора.
Структура нефтяной залежи как гидродинамической систем:' устанавливается по данным промысловых исследований, проводимых в масштабе
всего месторождения. Весьма сложной и далеко еще не решенной проблемой является определение эффективного объема пласта-коллектора, особенно для условий его сложного типа. Большинство исследователей приходят
к заключению о настоятельной необходимости изучения и учета параметра
вторичной пористости.
Предлагаемая книга посвящена исследованиям и оценке параметров
вторичной пористости, данные о которых представляют широкий практический интерес при выделении в разрезах сложных типов коллекторов
нефти и газа наиболее эффективных в промышленном отношении горизонтов. Авторы книги в течение многих лет работы во В Н И Г Р И принимали
активное участие в разработке проблемы трещинных коллекторов. В этих
исследованиях первостепенное значение было отведено разработкам модели
сложных типов коллекторов и принципиальной схемы их классификации,
основанным на современных представлениях об их фильтрации и емкости.
3
Дальнейшие исследования по рассматриваемой проблем^ разбиваются
в направлении усовершенствования методических работ и поисков новых
путей и решения задач по познанию структуры порового пространства
сложных типов коллекторов.
Вторичная пористость является основным компонентом эффективной
пористости подобных коллекторов, но, к сожалению, пока представляет
собой малоизученный параметр. В предлагаемой книге рассмотрены различные аспекты проблемы вторичной пористости: некоторые стороны ее происхождения, закономерности ее распределения в горной породе, данные о
функциональной зависимости между структурой порового пространства
и фильтрационными свойствами, а также вопросы прогнозирования вторичной пористости и ее роли для оценки запасов нефти и газа в сложных коллекторах.
Авторы стремились обобщить доступные им данные по рассматриваемой
проблеме; они сделали попытку показать важность и практическую необходимость качественной и количественной оценки параметра вторичной
пористости при разведочных работах и разработке залежей нефти и газа,
а также при оценке их запасов.
В книге особый акцент придается рассмотрению сложности и многообразия связей между пористостью и проницаемостью и другими физическими параметрами горных пород-коллекторов. В ней приведены также
практические рекомендации по учету факторов трещиноватости и вторичной
пористости, открывающие новые перспективы в оценке нефтегазоносности
различных регионов.
Сведения, почерпнутые из ряда работ, указанных в списке литературы
и приведенных в тексте, значительно пополнили наши представления о
современном состоянии изученности проблемы вторичной пористости горных пород-коллекторов нефти и газа.
Авторы выражают признательность доктору геолого-минералогических
наук, профессору В. Н. Шванову, рецензировавшему рукопись, за ряд весьма
полезных замечаний, способствовавших ее улучшению.
Глава I
ПОНЯТИЯ ОБЩЕЙ И В Т О Р И Ч Н О Й ПОРИСТОСТИ
ГОРНЫХ ПОРОД и
С О С Т А В Л Я Ю Щ И Х ИХ К О М П О Н Е Н Т О В
(СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ)
Терминология и вопросы классификации, применяемые при
исследованиях коллекторов и их сложных типов, и в первую очередь при
определении их эффективной емкости, имеют большое научное и практическое значение. Существующая до сих пор неопределенность в терминологии при оценке роли различных пустот в горной породе-коллекторе вызвана
в основном разноречивостью представлений о типах коллекторов и их
строении.
В современной принципиальной классификации коллекторов нефти и
газа по условиям их аккумуляции и фильтрации, являющимся основными
их критериями подразделения, коллекторы делятся на две большие группы:
простые и сложные. К первой группе относятся как собственно поровые
коллекторы, так и чисто трещинные, так как те и другие обладают одной
единственной системой фильтрационных каналов [37]. Вторую группу
составляют сложные типы коллекторов, подразделяемые в основном по
признаку их емкости. Объединяют все типы коллекторов этой группы общие
условия их фильтрации — наличие двух сред: блоки горных пород (матрицы)
и трещины, ограничивающие блоки пород.
Двухфазная фильтрация для всех типов группы сложных коллекторов
характеризуется обменом фазами между поровой и трещинной средами
коллектора.
Д л я распознавания того или иного типа коллектора в разрезе, и главным
образом представителей группы сложных коллекторов, необходимо располагать количественными характеристиками их основных параметров.
Главным образом это межзерновая пористость, поровая проницаемость,
трещинная пористость и трещинная проницаемость. Определение значений указанных параметров производится лабораторными, промысловогеофизнческими, литолого-петрографическими и гидродинамическими исследованиями.
При изучении различных типов группы сложных коллекторов часто
употребляется термин «вторичная пористость». В настоящее время этому
термину придается широкое значение, в содержание его некоторыми исследователями вкладываются различные понятия.
Так, отдельные исследователи «вторичной пористостью» именуют открытую пористость, определяемую промыслово-геофизическими метсц^ами,
и трещинную пористость, получаемую методом шлифов, а также пористость,
определяемую методом анализа индикаторных кривых. Все полученные
данные эти исследователи рассматривают как значения «вторичной пористости» и сопоставляют их между собой.
Из указанного выше видно, что сравниваемые значения различных
параметров (трещинная пористость, открытая пористость, вторичная по5
Рис. 1. Идеализированный срез породы [24].
П о к а з ы в а е т , к а к трещины способствуют повышению проницаемости породы. Проходящие по трещинам
р а с т в о р ы расширяют их, растворяя стеики. Т р е щ и н ы соединяют ранее изолированные пустоты и поры.
I — п у с т о т ы ; 2 — трещины; 3 — поверхности напластования.
р и с т о с т ь ) , по с у щ е с т в у , несопоставимы м е ж д у собой. Доверительными в
ч а с т и о п р е д е л е н и я емкости вторичной пористости, видимо, будут значения, полученные методом а н а л и з а индикаторных кривых. О д н а к о по-прежнему п р о д о л ж а е т все ж е о с т а в а т ь с я дискуссионным понятие «вторичная
пористость», хотя из с а м о г о н а и м е н о в а н и я этого термина следует, что все
пустоты в горной породе, и м е ю щ и е вторичное происхождение, в том числе
и е м к о с т ь т р е щ и н ( т р е щ и н н а я п о р и с т о с т ь ) , п о д п а д а ю т под понятие «вторичн а я пористость». В т о р и ч н а я пористость ч а с т о р а з в и в а е т с я и в межблоковом п р о с т р а н с т в е (по т р е щ и н а м ) и непосредственно в блоках ( м а т р и ц е ) ,
о с о б е н н о в к а р б о н а т н ы х породах, н а ц е л о з а м е щ а я первичную пористость,
т. е. р а з в и в а я с ь по ней (рис. 1).
Н а г л я д н ы м примером неупорядоченности термина «вторичная пористость» м о ж е т т а к ж е с л у ж и т ь и с с л е д о в а н и е В. М. В а с и л ь е в а [1965 г.].
И м и з у ч а л а с ь емкость продуктивных и з в е с т н я к о в верхнего мела Грозненского района. С р а в н и в а л и с ь з н а ч е н и я р а з л и ч н ы х п а р а м е т р о в ( т р е щ и н н а я
пористость, о т к р ы т а я пористость, в т о р и ч н а я пористость), которые именовал и с ь «вторичной пористостью». Р а з у м е е т с я , и в этом с л у ч а е проведенное
с о п о с т а в л е н и е о с т а в а л о с ь н е п р а в о м о ч н ы м , т а к как с о п о с т а в л я л и с ь значения р а з л и ч н ы х п а р а м е т р о в .
П о промыслово-геофизическим д а н н ы м « т р е щ и н н а я » пористость (по
В. М. В а с и л ь е в у ) д л я р а с с м а т р и в а е м ы х продуктивных известняков о к а з а л а с ь
р а в н о й 1,5—2,0%, что с в и д е т е л ь с т в о в а л о о значении открытой пористости,
но о т н ю д ь не о трещинной пористости. Е м к о с т ь ж е трещин ( т р е щ и н н а я
пористость) б ы л а определена методом ш л и ф о в и о к а з а л а с ь равной 0,05%
( К а р а б у л а к - А ч а л у к с к о е м е с т о р о ж д е н и е ) . А н а л и з индикаторных кривых
п о к а з а л з н а ч е н и я , р а в н ы е 0 , 2 5 — 0 , 2 6 % , что, по существу, определило вторичную пористость верхиемеловых и з в е с т н я к о в , составленную не только емкостью с а м и х т р е щ и н ( 0 , 0 5 % ) , но и е м к о с т ь ю расширений последних и
вторичной пористостью м а т р и ц ы ( м е ж з е р н о в о й с р е д ы ) .
6
Как известно, трещинная пористость представляет собой величину,
измеряемую отношением объема открытых трещии, секущих горную породу,
к объему последней. Трещинная пористость обычно колеблется в пределах
0,01-0,1%.
Наименования «первичная» и «вторичная» пористость требуют своего
уточнения.
Некоторые исследователи первичной пористостью именуют пустоты
в горной породе, образующиеся между частицами твердой фазы в процессе
осадконакопления, а вторичной — пористость, развивающуюся в последующей стадии литогенеза (диагенез, эпигенез). Однако поскольку термин
«пористость» употребляется относительно горных пород в их современном
состоянии, первичной пористостью, может быть, целесообразно именовать
пустоты, которые образуются в осадках до их превращения в горную породу.
На стадии седиментагенеза это будет седиментационная пористость, а на
стадии диагенеза — диагенетическая пористость.
При разделении пористости карбонатных пород на первичную и вторичную наиболее часто используются генетические и морфологические характеристики пустотного пространства, предложенные Л . П. Гмид, С. Ш. Леви
[7]. К первичной пористости отнесены поры седиментации и поры, образовавшиеся в процессе перекристаллизации, доломитизации и выщелачивания, появившиеся на стадии диагенеза осадка. Такие поры в горной
породе могут быть представлены или межграиулярными, или межформенными пустотами.
Межгранулярные поры имеют неправильные, угловатые очертания,
определяемые конфигурацией зерен вмещающих пород; соединяются они
микроканалами, радиус которых не превышает размеров пор. Распределяются такие поры в горной породе сравнительно равномерно. Обычно
т а к а я структура порового пространства свойственна хемогенным разностям
карбонатных пород и описана, например, в тонкозернистых известняках
и доломитах рифея и кембрия Сибирской платформы, среднего карбона
Русской платформы и в других районах.
Межформенные поры, как известно, представляют собой полые участки
между форменными образованиями (органическими остатками, их обломками и обломками карбонатных пород, оолитами, сгустками, комками и д р . ) .
Они определяют структуру порового пространства в зависимости от характера упаковки. Размер пор обусловливается размером форменных
элементов и обычно варьирует в пределах от 0,02 до 0,35 мм. В горной
породе такие поры чаще всего распределяются равномерно.
Поры диагенетич,еской перекристаллизации или доломитизации по своим
размерам и морфологии соответствуют конфигурации зереи. Р а з м е р их
от 0,01 до 0,05 мм; микротрещины, их соединяющие, имеют раскрытие
в пределах от 2 до 20 мкм и протяженность от 0,3 до 5—10 мм. Форма пор
диагенетического выщелачивания разнообразна (округло-изометрнческая,
неправильная, лапчатая и др.)· Р а з м е р этих пор не превышает р а з м е р а
зерен или форменных образований, стенки пор неровные.
Первичная пористость имеет малое значение в формировании полезной
емкости коллектора. Она сохраняется лишь при определенных гидрогеологических условиях, отсутствии или слабого проявления в породах вторичных
7
процессов аутигенного минералообразования, а т а к ж е при незначительном
с о д е р ж а н и и в осадках глинистого, глинисто-органогенного и другого мат е р и а л а , з а п е ч а т ы в а ю щ е г о поры.
Вторичная пористость п о я в л я е т с я в горных породах иа ранних стадиях
эпигенеза, р а з в и в а я с ь по первичным порам. В позднем эпигенезе вторичная
пористость в породах возникает как результат постседимеитационного
преобразования пород, в котором участвуют и тектонические трещины.
Среди вторичных пустот в горных породах выделяют:
— поры эпигенетической перекристаллизации;
— поры доломитизации;
— поры растворения ( в ы щ е л а ч и в а н и я ) .
Р а з м е р пор эпигенетической перекристаллизации равен или больше
величины карбонатных зерен (чаще всего < 0,05 м м ) . Поры эпигенетической
перекристаллизации и доломитизации обычно распределяются в горной
породе неравномерно.
Наиболее широко в карбонатных породах распространены поры выщелачивания. Форма пустот этого типа различная, размер пор равен или прев ы ш а е т величину кристаллов породы или ее форменных образований и
изменяется в пределах 0,05—1 мм. В некоторых случаях развиваются
каверны с радиусом от 1 д о 10 мм. Поры выщелачивания сообщаются
микротрещинами с раскрытием от 2 до 25 мкм, р е ж е — вытянутыми трещиноподобиыми образованиями с раскрытием в пределах 50—250 мкм. Поры
в ы щ е л а ч и в а н и я в такой породе распределяются неравномерно.
Несмотря на приведенные выше характеристики первичной и вторичной пористости, следует признать, что д а ж е при детальных литологопетрографических
исследованиях затруднительно четко разграничить
пустоты первичного и вторичного происхождения, особенно для карбонатных разностей пород (рис. 2, 3 ) . Однако есть морфологические признаки,
позволяющие сравнительно уверенно определять генезис пустот в различных разностях горных пород.
В органогенных породах первичными являются:
— поры между органогенным материалом (раковинами и их обломками, остатками скелетов организмов, водорослями);
— поры в оолитовых известняках, в которых оолиты имитируют форму
зерен, а их распределение образует определенный тип упаковки зереноолитов;
— поры внутри органогенного материала (полости структурных элементов скелета организмов);
— пустоты, образованные при соприкосновении различных кристаллов
карбонатов и п о я в л я ю щ и е с я в кристаллах по их плоскостям спайности;
— пустоты, возникающие по поверхностям напластования, обусловленные изменением режима седиментации;
— пустоты (часто в виде т р е щ и н ) , образующиеся в процессе седиментации при уплотнении и усыхании осадка.
В осадочном чехле сохраняется лишь небольшая часть горных пород,
в которых по различным причинам стадия литификации осадка проходит
без заметного изменения минералогической составляющей, и тем более
без изменения первичной структуры порового пространства. В большинстве
8
Рис. 2. Схематическое изображение шлифов карбонатных пород-коллекторов, импрегнированных пластмассой, заполнившей поры (зачернены) [24].
а — рифовый
пористость.
тип
пористости;
б — первичная
пористость;
в — точечная
пористость;
г — трещинная
Рис. 3. Структура порового пространства сложного типа коллектора (пелитовые породы, баженовская свита,
Западная Сибирь). Схематическое изображение пустот получено с фотографий, сделанных со сканирующего
электронного микроскопа.
а — с т р у к т у р а малоизмененного п о р о в о г о пространства (геометрия и морфология пор б л и з к а
первичной), 6 — /ι
структура норового пространства, измененная: б — процессами
выщелачивания, β — интенсивным уплотнением породы.
пород первичная пористость с л у ж и т и з н а ч а л ь н ы м фоном, на котором п р о и с ходит ф о р м и р о в а н и е вторичной емкости к о л л е к т о р а .
С момента седиментации и д о времени о б р а з о в а н и я п о р о д ы - к о л л е к т о р а
процессы уплотнения, ц е м е н т а ц и и , р а с т в о р е н и я и п е р е к р и с т а л л и з а ц и и
проходят как на стадии д и а г е н е з а , т а к и на стадии эпигенеза, н а к л а д ы 9
в а я с ь друг на друга, изменяя физические свойства пород во времени и в
пространстве.
Таким образом, пористость современных коллекторов, строго говоря,
нельзя называть в любом случае первичной. Первичные поры в горной
породе сохраняются, вероятнее всего, в том случае, если между ними отсутствует сообщаемость. Они представляют собой редкие изолированные
поры, заполненные седиментационными водами.
П о качественным характеристикам вторичная пористость может быть
подразделена на унаследованную и вновь образованную. Унаследованная
вторичная пористость сохраняет геометрию первичного порового пространства и характеризуется в основном изменением диаметра и морфологии
пор под воздействием процессов уплотнения пор под давлением, перекристаллизации и др. Вновь о б р а з о в а н н а я пористость возникает преимущественно з а счет процессов растворения и выщелачивания породообразующих минералов или участков цемента с выносом материала растворения
в иные зоны. П р е о б р а з о в а н и е структуры порового пространства может
происходить внутри зоны выноса в результате цементации продуктами
растворения существующих здесь пустот.
Так как постседиментационные процессы в большинстве горных пород
происходят в несколько этапов, то геометрия и морфология порового
пространства изменяются неоднократно. Отсюда вторичная пористость
может оказаться залеченной или открытой.
З а л е ч е н н а я пористость, естественно, коллектор не характеризует.
О д н а к о по ее данным можно судить, на каком этапе рассматриваемые
породы могли быть коллектором, а по материалу преобразованного вещества — какие вторичные процессы здесь происходили. Изучение залеченной пористости в а ж н о д л я воссоздания картины изменения фильтрационноемкостных свойств коллектора во времени.
О т к р ы т а я пористость является фактором количественной оценки емкости
коллектора. В подавляющем большинстве случаев в формировании вторичной пористости карбонатных и нередко терригенных пород участвуют
трещины. В этих случаях коллектор представлен двумя средами: трещинной (трещины, рассекающие породу на блоки) и поровой (пористость
внутри блоков, в матрице). Такое соотношение пустот в породах отмечается
на всех этапах существования подобного типа коллекторов (соотношение различных генераций трещин в породе, заполнителей пор).
Д л я большинства горных пород установлено, что трещины во многих
случаях предопределяют развитие вторичной пористости в матрице, так как
они я в л я ю т с я основными путями д в и ж е н и я циркулирующих в породах
растворов, изменяющих структуру порового пространства. Трещины,
участвующие в формировании коллектора, по природе своей тектонические,
п о я в л я ю щ и е с я в момент изменения напряженного состояния породы.
Вторичная пористость матрицы возникает и преобразуется в результате
смены гидрохимической обстановки района на различных стадиях диагенеза и эпигенеза, чему в значительной степени способствует распространение тектонической трещиноватости в горной породе.
Вторичная пористость матрицы может быть рассмотрена по генетическим признакам, морфологическим особенностям и геометрии порового
10
пространства. Эти качественные характеристики л е ж а т в основе количественной оценки вторичной емкости.
При характеристике отдельных типов пустот (или их совокупности)
в горной породе некоторые исследователи, в частности промысловые геофизики, широко пользуются термином «вторичная пористость». Они обычно
этим термином именуют межблоковое пространство, представленное совокупностью трещин, разделяющих блоки (матрицы) горной породы, и развитые по ним вторичные пустоты (каверны, стилолитовые полости).
Согласно представлениям других исследователей, еще более переоценивающих роль трещиноватости в формировании сложных типов коллекторов,
блоки горных пород ( м а т р и ц а ) , будучи «заселены» обильными микротрещинами, отделены друг от друга макротрещинами, по которым р а з в и т ы
каверны и другие вторичные пустоты разных размеров. В такой модели
сложного типа коллектора роль поровой среды в блоках (матрице) как
параметра емкости нацело отрицается, что, естественно, не может о т в е ч а т ь
реальным условиям.
Попытки непосредственного выделения вторичной пористости (исключая,
разумеется, трещинную пористость) из общей открытой пористости стандартными лабораторными методами, а т а к ж е методами промысловой
геофизики пока не дали уверенных результатов. Перспективным в этом
отношении методом определения параметра вторичной пористости в количественном его выражении является литолого-петрографический метод
(метод больших шлифов). Опыт применения этого метода в различных
районах Советского Союза и за рубежом на примере карбонатных породколлекторов показал положительные результаты.
Исследователи [7, 18, 27, 38], впервые предложившие эту методику
изучения вторичной пористости, различают, как у к а з а н о выше, унаследованную и вновь образованную (по трещинам) вторичную пористость. П о з д н е е
К. И. Багринцева [2] при изучении кавернозности карбонатных пород
успешно применила эту терминологию. Д а л ь н е й ш и е перспективы р а з в и т и я
этой методики определения вторичной пористости будут связаны с привлечением геофизических методов исследования.
В тех случаях, когда первичная пористость горных пород-коллекторов
почти нацело преобразована постседиментациониыми процессами, о т к р ы т а я
пористость этих пород (преимущественно карбонатных), определяемая
стандартными лабораторными и промысловыми методами, может соответствовать значению вторичной пористости.
В литературе возможно встретить термины «каверновый» коллектор,
«карстовый» коллектор. В свое время к проблеме выделения «карстовых»
коллекторов было привлечено внимание многих геологов, искавших объяснение несоответствию между низкими показаниями коллекторских свойств
горных пород, определяемых стандартными методами, и сравнительно
высокими дебитами скважин.
Предполагалось, что в толщах продуктивных карбонатных пород имеются
пустоты карстового происхождения значительных размеров или крупные
каверны, развивающиеся по системе разломов, и что в этих пустотах сосредоточены основные промышленные з а п а с ы углеводородов. По существу,
эти представления возрождают бытовавшие некогда примитивные в з г л я д ы
11
о существовании в недрах нашей пл'анеты каких-то мифических озер и
пещер, заполненных нефтью (отсюда и термин «пещерный» коллектор).
В настоящее время нет нужды доказывать, что основными вместилищами
нефти и газа в любых горных породах являются бесчисленные поры как
первичного, так и вторичного происхождения.
Такие термины, как «карстовый», «каверновый», «пещерный» коллекторы,
может, были бы правомочными, если бы подобные крупные пустоты в горной
породе обладали преимущественным развитием и фильтрация углеводородов в них осуществлялась бы без участия трещин. На самом деле такие
вторичные пустоты, как карстовые н каверновые полости, являются лишь
компонентами общей совокупности пустот в горной породе, причем связанных между собой системами трещин, обусловливающих фильтрацию
нефти (газа).
Резюмируя сказанное выше, можно заключить, что неопределенность
в терминологии различных видов пористости горных пород и классификации
коллекторов обусловлена разноречивостью представлений о типах коллекторов и их строении.
В настоящее время в соответствии с общепризнанной принципиальной
схемой классификации коллекторы нефти и газа в основном подразделяются
на две группы: простые (поровые и чисто трещинные) — с одной единой
системой фильтрационных каналов и сложные (наиболее распространенные) — с двумя сложными взаимосвязанными фильтрационными системами.
По современным представлениям термином «вторичная пористость»
обозначают все эффективные пустоты в горной породе, образованные
в результате воздействия постседиментационных процессов и развивающиеся как в межблоковом пространстве, так и в блоках (матрице). Трещинная пористость представляет собой один из компонентов (подчиненный)
общей вторичной пористости.
В отдельных случаях, учитывая малые значения первичной пористости
и частую ее преобразованность вторичными процессами, открытую пористость сложных коллекторов, определяемую традиционными лабораторными и промыслово-геофизическими методами, можно рассматривать как
вторичную.
Глава II
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
ВТОРИЧНОЙ
ПОРИСТОСТИ
И З А К О Н О М Е Р Н О С Т И ЕЕ Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Я
В ГОРНЫХ П О Р О Д А Х
Вторичная пористость имеет существенное, нередко определяющее значение в формировании эффективной емкости любого типа коллектора
(порового, чисто трещинного, сложного). Это обусловливается прежде всего
тем, что современные з а л е ж и нефти и газа преимущественно молодого
12
возраста; они формировались в отложениях, претерпевших неоднократные
изменения структурных и текстурных характеристик (изменение геометрии
и морфологии порового пространства) и в различной степени вещественного состава пород. Первичная пористость пласта-коллектора ч а щ е всего
характерна для з а л е ж е й древнего возраста, составляющих небольшую
часть современных месторождений углеводородов.
При рассмотрении фактического материала нефтегазоносных бассейнов
можно видеть, что формирование пустотного пространства коллекторов
определяется литологическими особенностями пород и тектоническими
условиями их залегания и обусловливается геологической историей развития того или иного региона. Ф а к т о р а м и формирования пустот я в л я ю т с я
термодинамические и геохимические процессы, способствующие постседиментационному изменению минералогического состава горных пород.
Тектонические условия з а л е г а н и я пород в различные этапы геологической истории определяют ф а к т о р ы (трансгрессивные и регрессивные
циклы, вертикальные, горизонтальные подвижки и др.), которые способствуют развитию дислокационного и гидрохимического эпигенеза, возникновению трещииоватости, а т а к ж е факторы, обусловливающие направленность и интенсивность постседиментационных преобразований горных пород.
Литологический состав отложений и ф а ц и а л ь н ы е условия их накопления
определяют минералогический состав пород, размер и отсортированность
терригенного материала, вещественный состав цемента, химический с о с т а в
карбонатных образований, структурные и текстурные особенности горных
пород.
В терригенных породах вторичная пористость образуется в основном
за счет изменения структуры и в меньшей степени вещественного с о с т а в а
цемента породы. Причем в некоторых регионах и в поровом коллекторе
(песчано-алевритовые породы) вторичная пористость имеет определяющее
значение (нижний карбон Волго-Уральской области, нижнекаменноугольные отложения Днепрово-Донецкой впадины).
Формирование вторичной пористости норовых коллекторов происходит
под воздействием динамической нагрузки и за счет растворения цемента
и коррозии обломочного материала.
Так, динамическая нагрузка (давление вмещающих толщ на пластколлектор, не деформированный складчатостью) в значительной степени
может влиять на изменение морфологии и геометрии пустотного пространства.
По данным О. П. Луниной и А. В. Шустова [1965 г.] в Таджикской депрессии нижнемеловые песчаные отложения были погружены на глубину
7—9 км. В настоящее время в этих породах наблюдается регенерационный
и базальный поровый цемент, контакты между зернами конформные, часто
между зернами имеются сутурные швы. Пористость пород-коллекторов
этих отложений достигает 5 % , проницаемость изменяется в п р е д е л а х
1,0—0,001 м Д .
В породах верхнего мела южного склона Гиссарского хребта, до складкообразования залегавших на глубине до 3 км, цемент преимущественно
поровый, регенерациоииый, конформные и сутурные контакты между з е р н а м и
отсутствуют, пористость же в о з р а с т а е т д о 15—22%, проницаемость — д о
340 мД.
13
В песчано-алевритовых породах среди вторичных процессов наибольшее
р а з в и т и е имеют уплотнение и с в я з а н н а я с ним деформация обломочного
м а т е р и а л а , хлоритизация н гидрослюдизация. В большинстве случаев
наличие этих процессов ведет к уменьшению размеров пор, усложнению
геометрии пустотного пространства, что значительно снижает емкость
коллектора. Например, в процессе гидрослюдизации 100 г монтмориллонита
или смешанослойных минералов гидрослюдисто-монтмориллонитового типа
в ы с в о б о ж д а е т с я соответственно 3 или 1 г кремнезема, который поступает
в поровое пространство породы. Все эти процессы, видимо, являются
причиной того, что при погружении на значительные глубины в песчаноалевритовых породах отмечается закономерное ухудшение характеристик
пустотного пространства.
Н а и б о л ь ш и е изменения качественных и количественных характеристик
пустотного пространства пород происходят в процессе взаимодействия
отложений и циркулирующих в них флюидов. Минеральные компоненты
растворов, минералогический состав пород, термодинамические условия
их развития и другие факторы [наличие органического вещества (OB),
с о с т а в образующихся газов, тектоническая активность региона] обусловлив а ю т интенсивность и направленность гидродинамических процессов.
Так как большинство из перечисленных факторов меняется во времени,
то и направленность и интенсивность процессов изменения пород также
имеют переменный характер.
Фактические данные свидетельствуют о том, что гидрохимические
процессы идут обычно с изменением структуры порового пространства
(особенно характерным д л я карбонатных разностей пород), что приводит
к изменению качественных характеристик емкости коллектора.
Многими исследователями отмечается, что в развитии гидрохимических
процессов существует определенная вертикальная зональность. Так, наилучшие условия выщелачивания пород характерны д л я осадочной толщи,
н а х о д я щ е й с я в зоне активного водообмена. По данным М. С. Кавеева
[1965 г.], в современных физико-географических условиях в областях
гидродинамической разгрузки мощность такой зоны не превышает 75—100 м,
в областях питания — 200 м. М а с ш т а б ы выщелачивания нередко весьма
внушительны: например, в центральной части Волго-Камского района с 1 км 2
выносится ежегодно около 3,5 τ растворимых солей.
Выщелачивание главным образом карбонатных пород наблюдается
в зонах интенсивной трещиноватости, находящихся в условиях свободного
водообмена. Распределение зон трещиноватости нередко обусловливает
«избирательный» характер распределения участков выщелачивания пород.
И н а я картина наблюдается в зонах затрудненного водообмена. Верхние
части этих зон подвержены, как правило, процессам кальцитизации, нижние — доломитизации и огипсования.
В разрезе осадочной толщи различных регионов чередование зон выщелачивания и кольматацни пород может повторяться несколько раз. Формирование зональности гидрохимических процессов происходит в периоды региональных перерывов в осадконакоплении.
Так, в верхнемеловых и верхнеюрских карбонатных отложениях Таджикской депрессии отмечается приуроченность высоких коллекторских
14
характеристик к регрессивным частям разрезов, в которых существуют
зоны выщелачивания с образованием вторичных пустот различной конфигурации.
С древними континентальными перерывами в осадконакоплении связывают формирование коллекторов нефти и газа за счет выщелачивания в
Тимано-Печорской провинции. П р о с л е ж и в а ю щ и е с я на значительное расстояние горизонты коллекторов приурочены к верхнему ордовику, нижнему
силуру и нижнему девону. Наилучшими коллекторскими свойствами обладают породы нижнего силура, з а л е г а ю щ и е вблизи поверхности преддевонского перерыва.
С континентальным этапом развития в герцинский орогенез ВолгоКамского района связаны перерывы в конце франского и фамеиского
веков, между турнейским и визейским веками, в поздненамюрское и раннебашкирское время, в конце раннепермской и позднепермской эпох. Всем этим
перерывам соответствуют зоны развития пород-коллекторов с вторичной
пористостью.
В галогенно-карбонатном комплексе кембрия юга Сибирской платформы
описаны процессы поверхностного гипергенеза и выщелачивания, обусловившие развитие пород-коллекторов в регрессивных частях седиментационных
циклов. Так, например, породы-коллекторы, пористость которых обусловлена
процессами выщелачивания, характерны преимущественно для карбонатных
пород среднемотской подсвиты (включая Преображенский горизонт).
П л о щ а д н а я зональность развития пород-коллекторов в нижнем и верхнем
(соленосном) подкомплексах кембрия этого региона связана с палеоподнятиями Ангаро-Анабарской антеклизы. Так, например, на Непском палеосводе
отмечаются повышенные значения вторичной пористости в Преображенском, усть-кутском и осинском горизонтах.
Следует отметить, что глубина погружения пород (т. е. возрастание
температуры и гидростатического давления) с а м а по себе не является
основной причиной вторичных преобразований пород, а следовательно,
этот фактор нельзя рассматривать и как определяющий вторичную емкость.
С. В. Максимова [25] п о к а з а л а на примере верхнефаменско-турнейских
известняков западного склона Среднего Урала и известняков турнейской
карбонатной толщи Кузнецкой впадины, что при глубине погружения
известняков Кузбасса, в 3 р а з а большей, чем известняков Среднего Урала,
последние в значительной мере наиболее преобразованы, что обусловлено
главным образом постседиментационными процессами, связанными с перерывами в осадконакоплении.
Судя по распределению в разрезе осадочной толщи пород-коллекторов,
зональное расположение их определяют перерывы (несогласия), как региональные, так и локальные, что может с л у ж и т ь одним из поисковых
признаков зон развития коллекторов, емкость которых обусловлена постседиментационными преобразованиями пород (формирование органогенных
построек, проявление процессов палеокарста, образование каверн, стнлолитов, вторичных пор и т. д . ) .
Постседиментационные преобразования пород с формированием вторичной пористости, как показывают некоторые исследователи [5], свойственны
преимущественно карбонатным толщам. Авторы объясняют это тем, что
15
процесс карбонатонакопления происходит в таких тектонических условиях,
когда наблюдается уменьшение скоростей и амплитуд колебательных
движений.
Седиментационные перерывы любой продолжительности регистрируются
признаками денудации (рифовые, хемогенные и биохемогенные карбонатные
о б р а з о в а н и я над уровнем осадконакопления характеризуются зонами
в ы щ е л а ч и в а н и я ) , по которым устанавливается, с одной стороны, периодичность эпох карбонатонакопления, а с другой — связь с регрессивными
циклами, способствующими постседиментационному преобразованию пород.
Поверхности несогласия осадочных отложений представляют собой
«поверхности субаэральных перерывов седиментации», являющихся зонами
выветривания и эрозии. Они образуют участки повышенной вторичной пористости, образовавшейся за счет процессов растворения и выветривания.
В карбонатных формациях д л я регионов с хорошо изученной геологической
историей зоны вблизи поверхностей несогласия могут быть рассмотрены
с целью рекомендаций д л я поисков в них пород-коллекторов.
В настоящее время з а л е ж и в коллекторах таких зон эксплуатируются
во многих регионах мира.
Назовем некоторые из них. П р е ж д е всего это высокопродуктивная зона доломитнзированных и оолитовых известняков Араб Саудовской Аравии.
По данным А. Леворсена | 2 4 ] , з а л е ж ь нефти Апко (округ Пекос, Техас) в продуктивных
известняках Элленбергер (ордовик) расположеив в пределах пересечения двух поверхностей несогласия (рис. 4). Коллектор представлен трещиноватой ячеистой породой, вторичная пористость которого обусловлена процессами выветривания, соотносимого с предпермской эрозией.
В зоне пересечения поверхностей несогласия выявлен коллектор месторождения СантаМария, Калифорния (рнс. 5). Вторичная пористость здесь сформировалась за счет интенсивной трещиноватости в хрупких вргиллитах и алевролитах отложеинй миоценв (формация
Монтерей).
Вторичная пористость, о б р а з о в а в ш а я с я в процессе растворения, наблюдается в доломитах
при замещении нмн известняков (рнс. 6 ) . Высокопродуктивные залежи в таких же коллекторах отмечаются в доломитнзированных зонах известняков Треитон (ордовик) иа большом
протяжении в районах сводов Цинциииати и Финдлн (штаты Огайо и Индиана, месторождение Лима-Индиана и др.).
В а ж н ы м фактором, влияющим иа формирование вторичных пустот,
я в л я ю т с я пути д в и ж е н и я флюидов, главным образом трещины. Минералогический состав флюидов в т р е щ и н а х свидетельствует о том, что в осадочном комплексе пород происходит интенсивный перенос больших масс
минерального вещества в вертикальном направлении. Причем площадное
распределение таких зон интенсивной вертикальной миграции флюидов
определяется активностью тектонического развития бассейна (зоны интенсивной трещиноватости на элементах структур различного порядка, разломная тектоника). Вторичные поры в таких зонах могут быть образованы
на нескольких этапах геологического развития региона. В этих случаях
отмечается неоднократное п р е о б р а з о в а н и е пустотиости пород, что обусловлено многократным изменением минерализации и компонентного состава
фильтрационных растворов.
Таким образом, на формирование вторичной пористости пород-коллекторов влияют следующие ф а к т о р ы .
1. Тектонически активное развитие региона (количество регрессивных
16
<54^*.
+
+
+
+
U
+
ο
+
+
+
+
A' + + +
•
+
+
4.+
+ +
+
Ε. +
+
+
Γ^11
Α
BOm CS
0δ
г
FVfIJ
· «
o j
Λ75
Андрее
* Докембрии
Элленбереер (ордовик)
Рис. 4. Палеогеологическая карта предпермских отложений на месторождении Апко
в округе Пекос, Техас (в), н разрез (6) залежи Апко по линии A - A 1 [24].
Нефть в карбонатной толще Элленбергер приурочена к зоне, где эта толща срезана и т р а н с г р е с с и в н о
перекрыта пермскими глинистыми породами и известняками.
ί — глинистые сланцы Снмпсон; 2— доломиты Элленбергер; 3— докембрийские изверженные и метвыорфическне породы; 4 — нефть; 5 — вода.
CB
Рис. 5. Разрез нефтяного месторождения Саита-Марня в округе Санта-Барбара,
Калифорния [24].
Глинистые и кремнистые сланцы и песчаники Монтерей несогласно перекрывают францисканскую фор.
мацию (юра? нли фундамент) и в свою очередь вверх по восстанию срезаются вышележащими песчанистыми сланцами С и с к у о к . Внутри продуктивной зоны Монтерей установлено шесть несогласий (волнистые л и н и и ) . Т о ч к а м и п о к а з а н нефтеносный песчаник.
-J70
-420*
Рис. 6. Схематический разрез нефтяного месторождения Белчер в Онтарио, Канада
[24].
Л о в у ш к а образована развитыми на отдельных участках пористыми доломитами, окруженными слабопроницаемыми известняками. П р о д у к т и в н о й толщей At является формация Салайна (силур). Стрелками
п о к а з а н ы доломиты, содержащие нефть.
ц и к л о в , их п р о д о л ж и т е л ь н о с т ь , д и з ъ ю н к т и в н а я тектоника, наличие «долгоживущих» разломов и др.).
2. П а л е о г и д р о г е о л о г и ч е с к и е п о к а з а т е л и региона (наличие агрессивных
р а с т в о р о в на р а з л и ч н ы х э т а п а х геологического р а з в и т и я , распределение
зои с в о б о д н о г о и з а т р у д н е н н о г о в о д о о б м е н а , наличие минеральных и темпер а т у р н ы х к а т а л и з а т о р о в в р а с т в о р а х и т. д . ) .
3. В е щ е с т в е н н ы й с о с т а в пород ( р а с п р е д е л е н и е в р а з р е з е карбонатных
ф о р м а ц и й по м о щ н о с т и и п р о т я ж е н н о с т и ) .
Т е к т о н и ч е с к а я а к т и в н о с т ь и ф а ц и а л ь н ы е условия в развитии вторичной
пористости могут б ы т ь р а с с м о т р е н ы в к а ч е с т в е регионального п о к а з а т е л я ,
т о г д а к а к гидрохимические процессы о б у с л о в л и в а ю т з о н а л ь н о е распределение п о р о д - к о л л е к т о р о в с вторичной емкостью (рис. 7 ) .
18
1.
E=.
ft-ΔΖΓ^Τ-Α
_ f
S-^zVr
2
$
«*>
I
I
ι
I
C=
I
Рис. 7. Схема постепенного перехода между
кремнистой породой в первичном залегании,
выветрелой кремнистой породой и переотложениым кремнем [24].
К а ж д а я из этих пород или все породы
о к а з а т ь с я коллекторами нефти и газа.
вместе
могут
I — глинистая порода; 2 — переотложенный кремень; 3 —
выветрелая кремнистая порода; 4 — к р е м н и с т ы й
известияк.
I < 4
Н а и б о л е е б л и з к о о т в е ч а ю т у к а з а н н ы м условиям
нефтегазоносные
бассейны краевых зон п л а т ф о р м , г р а н и ч а щ и х с горио-складчатыми с о о р у ж е н и я м и (бывшими г е о с и н к л и н а л я м и или иными п о д в и ж н ы м и з о н а м и
земной к о р ы ) . Так, наиболее ч а с т о в т о р и ч н а я пористость п о р о д - к о л л е к т о р о в
регистрируется в о т л о ж е н и я х В о л г о - У р а л ь с к о г о , В о с т о ч н о - П р е д к а в к а з с к о г о ,
П р е д к а р п а т с к о г о , П р и к а с п и й с к о г о , Л е н о - В и л ю й с к о г о и других б а с с е й н о в .
В т о р и ч н а я пористость с в о й с т в е н н а п е с ч а н и к а м л ю б о г о
минерального
состава и структуры, р а с п р о с т р а н е н а во всем возрастном д и а п а з о н е о с а д о ч ного чехла и может с ф о р м и р о в а т ь с я на л ю б о й глубине, п р е и м у щ е с т в е н н о
в породах, не п о д в е р г а в ш и х с я м е т а м о р ф и з м у .
П е р в и ч н а я м е ж з е р н о в а я п о р и с т о с т ь песков п р е т е р п е в а е т з н а ч и т е л ь н ы е
н а ч а л ь н ы е изменения на ранних с т а д и я х д и а г е н е з а при у п л о т н е н и и и
цементации о с а д к а . На более поздних с т а д и я х д и а г е н е з а ф о р м и р о в а н и ю
вторичной пористости способствуют процессы в ы с в о б о ж д е н и я к р е м н е з е м а ,
к а р б о н а т о в н других окислов под воздействием главным о б р а з о м вод,
о т ж и м а ю щ и х с я при о б е з в о ж и в а н и и глинистых осадков, обычно р а с п о л о ж е н ных внутри песчаных комплексов или по соседству с ними.
Д р у г и м ф а к т о р о м ф о р м и р о в а н и я вторичной пористости в п е с ч а н ы х
породах с л у ж и т о б р а з о в а н и е пустот з а счет в ы щ е л а ч и в а н и я к а р б о н а т н о г о
м а т е р и а л а в присутствии у г л е к и с л о т ы , в ы д е л я ю щ е й с я при этих п р о ц е с с а х
в O B глинистых осадков.
Диагенетические процессы в п е с ч а н и к а х предопределяют генетическую,
геометрическую и количественную х а р а к т е р и с т и к и пор, р а с п р е д е л е н и е их
в породе.
В процессе эпигенеза тип вторичной пористости и ф о р м а пор м о г у т
меняться, но почти всегда з н а ч е н и е вторичной пористости или р а в н о з н а ч е нию первичной пористости или ч а щ е всего п р е в ы ш а е т его, что о т м е ч а е т с я
по многим нефтегазоносным б а с с е й н а м мира [49].
Н а и б о л е е часто в породах п е с ч а н ы х о т л о ж е н и й вторичная п о р и с т о с т ь
представлена следующими т и п а м и :
1) м е ж г р а н у л я р н о й пористостью;
2) пустотами и з б и р а т е л ь н о г о р а с т в о р е н и я ( в ы щ е л а ч и в а н и я ) н е к о т о р ы х
компонентов породы;
3) микропорами глинистой с о с т а в л я ю щ е й песчаных пород, г л а в н ы м о б р а зом с л а г а ю щ и м и цемент;
4) пустотами, о б р а з о в а в ш и м и с я з а счет трещин.
19
Очень редко порода-коллектор характеризуется одним типом пор, обычно
н а б л ю д а е т с я определенное соотношение различных видов пустот. При
преобладании межгранулярной вторичной пористости полиостью отображ а ю т с я морфология и геометрия первичной пористости. В иных случаях
м о ж н о наблюдать как породы, где отмечается общее сходство первичной
и вторичной пористости (отличия фиксируются лишь в д е т а л я х ) , так и
породы, в которых структура вторичной пористости резко отличается от
структуры первичной пористости. Песчаники с межгранулярной вторичной
пористостью обычно хорошо проницаемы и высоконефтенасыщеины.
П р и селективном выщелачивании минералов (растворение карбонатного, сульфатного, полимиктового и других материалов) коллекторские
свойства породы могут быть изменены как в сторону улучшения, так и в сторону ухудшения в зависимости от распределения пор выщелачивания в породе и их взаимосвязанности. В случае преобладания микропористости
в песчаниках, что свойственно их глинистым разностям, коллекторы облад а ю т низкой проницаемостью. Вторичная пористость за счет трещин практически не увеличивается, но з а т о трещины в любом типе пористости ведут
к значительному возрастанию проницаемости. В карбонатных породах
интенсивность и направленность вторичных процессов кроме геотектонических условий осадконакоплении определяются
фациально-литологическими особенностями пород. Так, например, среди известняков по генетическим характеристикам м о ж н о выделить две большие группы: известняки
мелководных фаций и известняки глубоководных фаций.
Мелководные известняки о т л а г а ю т с я в сложных условиях седиментации, в результате чего уже на стадии осадка в их состав входит значительное количество таких нестабильных минералов, как арагонит, высокомагнитный кальцит и др. Присутствие в составе карбонатных отложений этих
м и н е р а л о в способствует повышенной интенсивности постседиментационных
п р е о б р а з о в а н и й пород.
Пелагические известняки о т л а г а ю т с я в более спокойных условиях
седиментации. Представлены они преимущественно стабильными минерал а м и , поэтому и постседиментационные преобразования их менее значительны.
Замечено, что максимальные значения вторичной пористости наблюд а ю т с я в мелководных ф а ц и я х известняков, а минимальные характерны д л я
глубоководных фаций. Эти д а н н ы е хорошо иллюстрируются результатами
исследований коллекторских свойств известковых пород основных нефтегазоносных регионов США и Европы, д л я которых установлены устойчивые
корреляционные связи м е ж д у глубиной отложения породы и пористостью
глубоководных известняков [50]. Р а з л и ч и я коллекторских и физических
с в о й с т в как глубоководных, т а к и мелководных известняков прежде всего
о п р е д е л я ю т с я их структурными особенностями.
В общем случае в с л о ж н ы х коллекторах преобладающее значение
п р и о б р е т а е т вторичная пористость, образование которой происходит в
т в е р д о й литифицированной породе. Р а з в и т и е вторичной пористости в основном обусловлено количеством и характером распределения в породе первичных пор, а на более поздних э т а п а х литогенеза — интенсивностью постседи20
ментациониых процессов и активностью новейших тектонических деформаций (в том числе и появлением трещин) горных пород.
Как было выше отмечено, по своему происхождению различают унаследованную и вновь образованную вторичную пористость. В практике часто
трудно раздельно выделить эти типы вторичной пористости, так как они
во многих случаях являются сложным сочетанием элементов общей структуры вторичной пористости горных пород.
Вторнчная пористость д а л е к о не исчерпывается, как это ранее полагали,
только емкостью трещин и развитыми по иим расширениями (кавериы,
карстовые полости). Вторичная пористость широко развита в блоках горной
породы любого литологического состава, в том числе в метаморфических
и изверженных породах. Вторичная пористость, представленная емкостью
трещин и развитыми по трещинам кавернами и любыми иными пустотами,
является лишь одним из составляющих компонентов (подчиненным) общей
вторичной пористости.
Сложившееся в настоящее время представление о строении с л о ж н о г о
коллектора и его типах, о б л а д а ю щ и х «двойной» пористостью, я в л я е т с я
общепризнанным. Такое представление вместе с тем н у ж д а е т с я в известном
разъяснении. «Двойная» пористость предполагает наличие двух емкостных
сред. Одна из них — пористость межзериовой среды блоков горной породы
(матрица), вторая — трещинная пористость, т. е. емкость самих трещин.
Законы фильтрации в этой «двойной» среде будут, очевидно, справедливы
в том случае, если проницаемость трещины (вернее, трещинная проницаемость)
будет намного выше межзерновой проницаемости. Наличие же пустот вторичного
происхождения как в самой матрице, так и по ходу трещин может значительно
изменить соотношение проницаемости сред, что обусловит иные ф и л ь т р а ционные характеристики коллектора. Эти вопросы д о л ж н ы с л у ж и т ь предметом специальных исследований гидродинамиков.
Заметим также, что поры сложных коллекторов, представленные совокупностью пустот вторичного происхождения, я в л я ю т с я благоприятными
объектами для применения к ним различных видов гидравлического р а з р ы в а
и кислотной обработки пласта-коллектора при интенсификации добычи
нефти и газа.
- Структура порового пространства горных пород, как известно, формируется в результате сложного сочетания различных факторов, по-разному
влияющих на пористость нефтяного коллектора. Д л я сложных коллекторов
эта структура определяется размерами пор, их формой, путями связи м е ж д у
порами, свойствами стеиок пор, распределением пор и их соотношением,
а т а к ж е влиянием постседиментационных преобразований и тектонических
деформаций последних стадий (развитие систем неотектонической т р е щ и н о ватое™).
В целом формирование порового пространства сложных коллекторов
возможно представить себе как функцию ряда химических, литологомииералогических и тектонических факторов, из которых тектонический,
разумеется, является ведущим. К этим факторам относятся:
— основа — объем минералов, их распределение, минеральный и химический состав, морфология зерен;
21
— цемент — состав, количество и распределение относительно зереи и
основы;
— постседиментационные изменения — позитивные и негативные процессы и их влияние на формирование вторичной пористости;
— тектонические деформации — их роль при образовании вторичной
емкости.
Следует т а к ж е учесть, что удельная поверхность пористой породы резко
в о з р а с т а е т с уменьшением размера частиц. Это обстоятельство очень
в а ж н о д л я понимания таких физических явлений в пласте-коллекторе,
к а к смачивание, адсорбция, капиллярные эффекты, растворимость и др.
Почти во всех нефтегазоносных бассейнах возникновение емкости в продуктивных карбонатных т о л щ а х генетически связывается с агрессивными
растворами, мигрировавшими по трещинам.
Современные данные о более позднем происхождении заполненных
нефтью трещин и связанной с ними межзерновой среды (матрицы) в карбонатных породах (исследования В Н И Г Р И и др.) свидетельствуют о том,
что образование в них вторичной пористости, как показали фундамент а л ь н ы е исследования В. Н. Озябкина, о б я з а н о воздействию глубинных
р а с т в о р о в (реакция горных пород с глубинной углекислотой) [31].
Невозможность полного учета природных факторов при моделировании процессов в ы щ е л а ч и в а н и я горной породы является основной причиной
условности предлагаемых эмпирических и теоретических формул для расчета
интенсивности в ы щ е л а ч и в а н и я и растворения горной породы. Так, например,
с о г л а с н о этим расчетным данным насыщение подземных вод растворимыми
солями происходит довольно быстро и на относительно коротком пути
фильтрации, а вынос солей расширяет трещины. Между тем в природных
условиях наблюдается д а л е к о не полное насыщение подземных вод растворимыми солями и процесс расширения трещин в горных породах протекает
крайне медленно.
Д о сих пор недостаточно изучен вопрос о воздействии нефти на вмещающие ее горные породы. Так, А. В. Копелиович [1958 г.] указывал, что присутствие в горных породах д а ж е небольших количеств нефти значительно
з а м е д л я е т (или д а ж е п р е к р а щ а е т ) процессы растворения и переноса веществ.
С иных позиций эту проблему рассматривает Л . М. Бирина [1963 г.].
С о г л а с н о ее данным по изучению карбонатных пород разреза карбона
Волго-Уральской области, одновременно с формированием залежей нефти
здесь происходит динамическое воздействие нефтяных флюидов на вмещающие их горные породы, в результате которого возникают так называемые
т р е щ и н ы нефтеразрыва. Б о л ь ш а я пористость насыщенных нефтью пород
обусловлена не первичными особенностями их строения, а выщелачиванием их под воздействием нефтяных флюидов, именуемым «нефтяной коррозией». Несмотря на некоторую дискуссионность ряда положений Л . М. Бириной, в указанных исследованиях з а с л у ж и в а ю т пристального внимания
д а н н ы е о роли процесса «выщелачивания нефтью» в формировании вторичной пористости.
Следует отметить, что в последнее время появились новые публикации,
в которых обсуждается роль нефтяных флюидов в формировании емкости
22
пласта-коллектора. Так, ряд исследователей с различных позиций рассматривают возникновение пустот в сложном типе коллектора бажеиовской свиты
(сапропелево-кремнисто-глинистые о б р а з о в а н и я , верхняя юра — волжский
ярус, З а п а д н а я Сибирь) под воздействием с о д е р ж а щ и х с я в ней углеводородов.
Одни исследователи [Добрынин В. M., М а р т ы н о в В. Г., 1979 г.] считают,
что коллектор баженовской свиты с ф о р м и р о в а л с я в основном з а счет
иефтеразрыва пласта в условиях аномально повышенных пластовых д а в л е ний. Другие [Дорофеева Т. В. и др., 1983 г.] рассматривают р а з л и ч н ы е
аспекты гипотезы формирования эффективной емкости б а ж е н о в с к о г о
коллектора в процессе нефтегенерации (одновременное формирование
з а л е ж и и эффективной емкости коллектора в результате постседиментационного преобразования минеральной с о с т а в л я ю щ е й породы и катагенетического преобразования O B ) .
Хотя проблема формирования емкости коллектора в породах баженовской
свиты пока не получила однозначного толкования, факт участия нефтяных
флюидов в формировании эффективной пористости в этом коллекторе
признается подавляющим большинством исследователей.
Современные представления о п р е о б л а д а ю щ е м значении сложных типов
коллекторов, характеризующихся т а к называемой двойной пористостью
(и двойной проницаемостью), в н а с т о я щ е е время получили широкое признание. К подобным типам коллекторов в основном приурочено большинство
залежей газа в карбонатных породах. Ф а к т о р а м и , определяющими формирование таких коллекторов, я в л я ю т с я тектоническая трещиноватость,
с о з д а ю щ а я пути фильтрации в плотных породах, и вторичная пористость,
обусловленная процессами перекристаллизации, доломитизации и в ы щ е л а чивания. Д л я вторичной пористости х а р а к т е р н а т а к ж е неоднородность
пустот, обычно связанных между собой системами микротрещин (рис: 8 ) .
Изучение вторичной пористости начато сравнительно недавно. Выявлено,
что вторичные пустоты развиты широко не только в карбонатных, но и в
терригенных и эффузивных породах. Среди карбонатных пород относительно
широкое развитие вторичной пористости (до 14% и более) отмечается
в их первично-неоднородных разностях, например в органогенных (ордовик
Прибалтики), биогермных (нижний кембрий Иркутского а м ф и т е а т р а )
и рифогенных ( н и ж н я я пермь Волго-Уральской области).
Исследованиями т а к ж е установлено, что вторичные пустоты как в карбонатных, так и в терригеиных породах наблюдаются на значительных глубинах. Так, например, в доломитах и доломитовых известняках осинского
горизонта нижнего кембрия Иркутского а м ф и т е а т р а на глубине 2500—2800 м
вторичная пористость достигает 10%. П о ряду скважин в этом районе
вторичные поры выщелачивания ( 2 — 5 % ) в карбонатных породах отмечались иа глубине до 3 км и более. Такие ж е данные известны по буровым
скважинам в Терско-Сунженской области на глубинах свыше 4 км в карбонатных породах верхнего мела, в а л а н ж и н а и верхней юры.
В исследованиях коллекторов нефти и г а з а в последние годы значительное место отводится изучению вторичной пористости, роль которой
в формировании емкости коллекторов до сих пор недооценивалась (рис. 9 ) .
23
а
[1972 г.].
а — вторичные поры выщелачивания,' заполненные ангидритом и темно-коричневым битумом,
с о е д и н я ю щ и е с я открытыми микротрещннамн в тонкозернистом доломите ( ¢ , ннжнеангарская
подсвита, Бохан, скв. K - 3 I , схематическое изображение шлифа, увел. 4 0 ) ; б — п у с т о т ы , образ о в а в ш и е с я в местах пересечения открытых трещин в оргаиогенно-шламовом известняке ( P i ,
с а к м а р о - а р т и н с к н е отложения, Грачевка, скв. 583, схематическое изображение шлифа, увел. 3 0 ) ;
β — поры выщелачивания, пересекающиеся о т к р ы т ы м и микротрещинами в сгустково-комковатом доломите ( ¢ , верхнемотская подсвита, Бохан, с к в . Р - 2 , схематическое изображение
шлифа, увел. 30).
В целом интенсивность проявления вторичной пористости в горных
п о р о д а х обусловлена:
— исходным вещественным составом горной породы и ее структурой;
— постседиментациоиными процессами (перекристаллизацией, доломит и з а ц и е й , выщелачиванием);
— степенью трещиноватости горных пород.
В формировании вторичной пористости горных пород-коллекторов
нефти и газа существенное значение имеют минералогические преобраз о в а н и я , которым подвергается осадок-порода. Этими преобразованиями
обусловлены в основном изменения пористости, проницаемости и другие
п а р а м е т р ы физических и коллекторских свойств горной породы.
И з всех постседимеитацнонных процессов наиболее негативная роль
п р и н а д л е ж и т цементации; она приводит к сокращению размеров пор и
с н и ж а е т их проницаемость. О д н а к о роль постседимеитациоиных процессов
24
Рис. 9. Распределение нефти в пустотах органогенного известняка в первичных порах (черная заливка), на стенках вторичных
пор (черный контур) и в
соединяющих их мнкроapi
трещинах ( Р ь сакмароартинские отложения, Гр
Грачевка, скв. 585, схематическое изображение шлифа, увел. 70).
ие всегда постоянна, что ч а с т о з а т р у д н я е т количественную о ц е н к у т о г о
или иного процесса и его в л и я н и я на коллекторские свойства горной п о р о д ы .
Кроме того, видоизменения п о р о в о г о п р о с т р а н с т в а в осадке под в о з д е й с т в и е м
диагенетических процессов н а с т о л ь к о з н а ч и т е л ь н ы , что о г р а н и ч и в а ю т
возможности и с п о л ь з о в а н и я с е д и м е н т а ц и о н н ы х х а р а к т е р и с т и к с т р у к т у р ы
порового пространства д л я о п р е д е л е н и я геометрии емкости породы.
Так, К. И. Б а г р и н ц е в а у к а з ы в а е т [ 2 ] , что «очень ч а с т о н е в о з м о ж н о
р а з д е л и т ь стадии с е д и м е н т а ц и и и д и а г е н е з а , а т а к ж е выделить с т а д и ю ,
при которой ф о р м и р у е т с я в т о р и ч н а я пористость...».
Многие исследователи с ч и т а л и , что р а з в и т и е относительно в ы с о к о й
первичной пористости в хемогенных породах, к а к правило, з а т р у д н е н о .
О б ъ я с н я л о с ь это условиями с е д и м е н т а ц и и . Некоторые и с с л е д о в а т е л и о т м е чали э т о обстоятельство к а к д и а г н о с т и ч е с к и й признак. С о г л а с н о д а н н ы м
К. И. Багринцевой, д л я п о н и м а н и я специфичности процесса о б р а з о в а н и я
вторичной пористости в к а р б о н а т н ы х п о р о д а х в а ж н о учитывать т о т ф а к т ,
что эти «вторичные пустоты п р а к т и ч е с к и не о б р а з у ю т с я з а счет ф и л ь т р а ц и и
флюидов по первичным порам...».
Обычно вновь о б р а з о в а н н а я п о р и с т о с т ь р а з в и в а е т с я за счет р а с ш и р е н и я
трещин или избирательного р а с т в о р е н и я ( в ы щ е л а ч и в а н и я ) м и н е р а л о в .
В органогенных, органогенно-обломочных и обломочных п о р о д а х с в я з ь
м е ж д у первичной и вторичной п о р и с т о с т ь ю в ы р а ж а е т с я в том, что п р о ц е с с
в ы щ е л а ч и в а н и я наиболее и н т е н с и в н о происходит в породах с о т н о с и т е л ь н о
высокой первичной пористостью. В подобных породах п р е о б л а д а е т у н а с л е д о в а н н а я вторичная пористость; она широко р а з в и в а е т с я пд с и с т е м а м
хорошо с о о б щ а ю щ и х с я поровых к а н а л о в с высокой п р о н и ц а е м о с т ь ю .
В плотных плохо п р о н и ц а е м ы х к а р б о н а т н ы х породах в т о р и ч н а я пористость имеет вновь о б р а з о в а н н у ю структуру, р а з в и в а я с ь в о с н о в н о м по
т р е щ и н а м . Исключением я в л я ю т с я к а р б о н а т н ы е породы из зоны м е ж ф о р м а 25
Рис. 10. Распределение пустот выщелачивания в карбонатных породах.
а — вторичные поры и каверны выщелачввания, заполненные галитом, соединенные микроканалами с
г в л и т о м (доломит тонкозернистый, € усольская свита. Оса, скв. P - I 1 схематическое изображение шлифа,
увел. 30, ннколь 1 ) ; б — г о р и з о н т а л ь н ы й стилолит в тонкозернистом
ι>1 омите. заполненный смесью
метаморфизоваииого O B н глины, пересекающийся открытой микротрс;ш1мой с пустотами пыщелачивания вдоль нее ( 6 , осииский горизонт, Оса, скв. Р-9, схематическое изображение шлифа, увел. 30,
ннколь ! ) ; в — вертикальный стилолит в тонкозернистом известняке, заполненный волокнистым кальцитом
с п у с т о т а м и выщелачивания внутри заполнителя ( К г , д а т с к и й ярус, Караб>лак-Ачалукское, ска. 39,
схематическое изображение шлифа, увел. 40, ннколь 1).
ц и о н н ы х и в н у т р и ф о р м а ц и о н н ы х п е р е р ы в о в в осадконакоплении, в которых
в т о р и ч н а я пористость п о л у ч а е т широкое р а з в и т и е в м а т р и ц е коллектора.
В целом емкость с л о ж н ы х типов к о л л е к т о р о в с о с т а в л е н а из совокупности первичных м е ж з е р н о в ы х пор, имеющих подчиненное значение, и
п р е о б л а д а ю щ и х пустот в т о р и ч н о г о п р о и с х о ж д е н и я (трещины, каверны,
к а р с т о в ы е и с т и л о л н т о в ы е полости) (рнс. 10).
В а ж н е й ш и м и ф а к т о р а м и в о б р а з о в а н и и вторичной пористости в горных
породах являются давление и температура. Давление, обусловливающее
26
—1
1
Ь 1,57о
1
1
в
г
4,0%
6,5%
Рис. П . Связь открытой
пористости т 0 и пластовой
температуры t (бажеиовская свита, Западная Сибирь).
С к в а ж и н ы : / — не давшие притока, 2 — малодебитные, 3 — средяедебнтиые, 4 — высокодебитные.
130
ъ,°с
о 1 ·2 · ί
·«
н а п р я ж е н н о е состояние горной породы, к а к известно, я в л я е т с я с л е д с т в и е м
суммарного воздействия на п л а с т - к о л л е к т о р геостатического ( ρ η = γ „ Λ )
и горного ( / J r = Y r . п Л ) д а в л е н и я . Горное д а в л е н и е п е р е д а е т с я п о р о д а м и ,
а внутри породы — з е р н а м и ( с к е л е т о м ) , с л а г а ю щ и м и п л а с т - к о л л е к т о р .
Ему противодействует пластовое д а в л е н и е ж и д к о с т и .
Геостатическое д а в л е н и е о к а з ы в а е т с о о т в е т с т в у ю щ е е влияние не т о л ь к о
на формирование вторичной пористости, но и на степень с о в е р ш е н с т в а
гидродинамической
связи нефтеиасыщенной
части
пласта-коллектора
с зонами р а з г р у з к и и питания. А т а к к а к г е о с т а т и ч е с к о е д а в л е н и е о б у с л о в л и вается п р е ж д е всего тектоническим ф а к т о р о м , в п о з н а н и и условий р а з в и тия вторичной пористости в горных п о р о д а х - к о л л е к т о р а х в а ж е н геотектонический фактор. Его влияние с к а з ы в а е т с я в н а р у ш е н и и р а в н о в е с н о г о с о с т о я ния установившихся д а в л е н и й в современную эпоху.
Недостаточно изучена р о л ь т е м п е р а т у р н о г о ф а к т о р а в ф о р м и р о в а н и и
емкости коллекторов, и тем более их с л о ж н ы х типов. П р е д п о л а г а е т с я , что
и з н а ч а л ь н о в ы с о к а я т е м п е р а т у р а в п л а с т е (или п о с л е д у ю щ е е ее п о в ы ш е ние) д о л ж н а в ы з в а т ь повышенное д а в л е н и е в п л а с т е - к о л л е к т о р е . И з в е с т н ы
"некоторые д а н н ы е о прямой з а в и с и м о с т и м е ж д у т е м п е р а т у р о й п л а с т а и
открытой пористостью горных пород (рис. I I ) .
27
В сложном типе коллектора баженовской свиты температурный фактор,
видимо, опосредованно с в я з а н с формированием вторичной пористости
коллектора. В рассматриваемых условиях (пелитовые сапропелево-кремнисто-глиннстые породы, отсутствие пластовых вод) развитие постседиментационных процессов стимулируют л и ш ь аномально повышенные температуры.
Нефтегенерация и гидрослюдизация проходят здесь в определенных
температурных режимах; температура, как известно, является катализатором и при вторичных изменениях минеральной составляющей пород.
Р о л ь температурного ф а к т о р а в образовании вторичной пористости
наряду с постседиментационными процессами особенно возрастает в сочетании с геостатическим давлением. Например, в Западном Техасе продуктивные
пласты-коллекторы обладают вторичной пористостью на глубине до 8 км.
Об этом свидетельствуют д а н н ы е о потерях циркуляции в процессе бурения скважин на глубину свыше 4 км.
При рассмотрении закономерностей распределения вторичной пористости
в горных породах-коллекторах некоторые исследователи указывают, что
наиболее эффективными пустотами в ряде случаев являются именно вторичные поры, происхождение которых в ы з в а н о в основном процессами выщелачивания.
Активными растворителями минералов являются воды, обогащенные
углекислотой и органическими кислотами. Растворы, содержащие органические кислоты, формируются главным образом в зонах выветривания
(как правило, обладающих высокой химической и биохимической активностью) при разложении OB. Эти растворы циркулируют первоначально
в горных породах по пустотам в седиментационной структуре, представленной первичными порами, поверхностями напластования, плоскостями отдельности, межкристаллическимн полостями, различного порядка разрывами,
в том числе трещинами.
П е р е м е щ а я с ь в толще пород, кислые воды растворяют и переносят с собой
различного рода карбонатные соединения (преимущественно соединения
кальция, магния), соли натрия, калия. Это соответственно приводит к увеличению раскрытия имеющихся пустот и к образованию новых путей фильтрации в породах. Процесс растворения присущ той или иной толще до тех пор,
пока в рассматриваемом объекте циркулируют воды-растворители.
На протяжении взаимодействия таких растворов и пород неоднократно
меняются количественные характеристики параметров пласта-коллектора
в связи с изменением структуры порового пространства пород на определенном этапе геологической истории региона.
Обычно значение пористости в породе изменяется пропорционально
скорости растворения минералов, с одной стороны, и интенсивности осаждения вещества из раствора — с другой.
К а к правило, наибольшее количество растворенного вещества переносится на различные расстояния в зависимости от физических и механических условий миграции, с у щ е с т в у ю щ и х в пласте. При благоприятных
обстоятельствах выпадая в осадок в имеющиеся на данном участке пустоты,
вещество цементирует породу, с о к р а щ а я ее поровое пространство. Некоторая часть растворенного вещества мигрирует на значительные расстоя28
Ю
с
Рнс. 12. Разрез нефтяного месторождения Крафт-Пруса в округе Бартои, Канзас
[24].
Неравномерное распределение пористости в кембрийско-ордовикских
предпенсильванского выветривания.
1 — нефть; 2 — вода.
доломитах обусловлено
процессами
ния и при соответствующих у с л о в и я х ( н а п р и м е р , в е р т и к а л ь н а я сообщ а е м о с т ь р а з р е з а по т р е щ и н а м в п р е д е л а х з н а ч и т е л ь н о й части о с а д о ч н о г о
чехла) выносится на дневную поверхность, где п о п а д а е т в речные потоки
и переносится на обширные р а с с т о я н и я .
Сравнительно легкая растворимость карбонатных минералов приводит
к тому, что наиболее с у щ е с т в е н н о процесс р а с т в о р е н и я и ф о р м и р о в а н и я
вторичной пористости происходит в к а р б о н а т н ы х ф о р м а ц и я х . Тем не менее
этот процесс в различной степени п р о т е к а е т и в других п о р о д а х - к о л л е к т о рах, т а к к а к в большинстве с л у ч а е в в цементе песчаных пород почти в с е г д а
есть определенная д о л я к а р б о н а т н о г о м а т е р и а л а , к о т о р а я н я в л я е т с я основой
о б р а з о в а н и я вторичных пустот в процессе р а с т в о р е н и я .
Отмечено в природных условиях, а т а к ж е э к с п е р и м е н т а л ь н о д о к а з а н о ,
что среди к а р б о н а т н ы х минералов н а и б о л ь ш е й р а с т в о р и м о с т ь ю о б л а д а е т
арагонит, наименьшей — магнезит. Хорошей р а с т в о р и м о с т ь ю т а к ж е о б л а д а е т и кальцит. З а м е ч е н о , что в р а в н о з е р н и с т ы х породах, п р е д с т а в л е н н ы х
в равных д о л я х м и н е р а л а м и к а л ь ц и т а и д о л о м и т а , растворимость к а л ь ц и т а
в 24 р а з а выше растворимости д о л о м и т а [ Л е в о р с е н А., 1978 г.]. При неоднороднозернистой структуре породы и н е р а в н о м е р н о м распределении з е р е н
к а л ь ц и т а и доломита соотношение р а с т в о р и м о с т е й этих м и н е р а л о в з а в и с и т
от р а з м е р а зерен, их морфологии и р а с п р е д е л е н и я в породе.
В общем случае доломит по с р а в н е н и ю с к а л ь ц и т о м я в л я е т с я и б о л е е
устойчивым.
К а к отмечалось ранее, н а и б о л ь ш и м и количественными х а р а к т е р и с т и к а м и
вторичная пористость карбонатных пород о б л а д а е т в отложениях в б л и з и
поверхностей перерывов в о с а д к о н а к о п л е и и и , где в з а и м о д е й с т в у ю т д в а
ф а к т о р а ф о р м и р о в а н и я пустот: р а с т в о р е н и е и в ы в е т р и в а н и е (рис. 1 2 ) .
Ф о р м и р о в а н и е порового п р о с т р а н с т в а с л о ж н ы х типов к о л л е к т о р о в предс т а в л я е т собой функцию р я д а химических, л и т о л о г о - п е т р о г р а ф и ч е с к и х
и тектонических процессов.
П о современным данным возникновение емкости (вторичной п о р и с т о с т и )
в продуктивных карбонатных п о р о д а х с в я з ы в а е т с я с воздействием р а с т в о ров, м и г р и р о в а в ш и х по т р е щ и н а м .
З а с л у ж и в а ю т внимания д а н н ы е о роли п р о ц е с с а в ы щ е л а ч и в а н и я к а р б о натных пород в формировании в них вторичной пористости при в о з д е й с т в и и
нефтяных флюидов.
29
V Основными факторами, определяющими формирование сложных типов
коллекторов, являются тектоническая трещиноватость, обусловливающая
условия фильтрации, и вторичная пористость, составляющая основную
емкость этих типов коллекторов.
Большое влияние на образование вторичной пористости имеют геостатическое и горное давление. Р о л ь геостатического давления оказывается
в гидродинамической связи пласта-коллектора с зонами разгрузки и питания, а горное давление обусловливает изменение структурных и текстурных характеристик породы.
В сочетании с геостатическим давлением возрастает и температурный
фактор, что способствует образованию вторичной пористости на больших
глубинах.
Глава III
РОЛЬ ПОСТСЕДИМЕНТАЦИОННЫХ
ПРЕОБРАЗОВАНИЙ
МИНЕРАЛЬНОГО ВЕЩЕСТВА
В ФОРМИРОВАНИИ
ВТОРИЧНОЙ ПОРИСТОСТИ
Изучение постседиментационных преобразований горных пород,
как известно, ведется с давних пор многими исследователями. Основные
положения, в частности современной теории эпигенеза, в этой проблеме
разработаны Н. Б. Вассоевичем, А. В. Копелиовичем, А. К- Коссовской,
Н. В. Логвииенко, Б. К. Прошляковым, Л. В. Пустоваловым, Η. М. Страховым, В. Н. Швановым и другими и отражены в их публикациях. Многие
положения имеют непосредственное отношение к вопросам формирования
вторичной пористости; они в значительной степени способствуют определению роли постседиментационных преобразований в формировании вторичной пористости в горных породах-коллекторах нефти и газа, конкретное
обсуждение которых приведено ниже.
В теории эпигенеза до сих пор не нашли однозначного толкования
основные термины, определяющие характер и направление самого процесса. Так, в одних случаях эпигенетический процесс понимается в чисто
временном смысле, а в других — в пространственном смысле (обязателен
привнос вещества из внешнего источника). Конкретизация термина «эпигенез» в любом случае не может д а т ь четкой характеристики стадиальным
или наложенным изменениям осадочных пород.
В постседиментационных преобразованиях, в сущйости, большое значение имеют условия, в которых они происходят. Важна роль их в преобразовании текстурно-структурных особенностей пород, приводящих к изменению качественных и количественных характеристик порового пространства.
Здесь существенно выявить процессы, происходящие в породах данного
30
вещественного состава, так как они и определяют изменение емкостных
свойств пород-коллекторов.
Постседиментационные процессы, р а з в и в а ю щ и е с я в осадках — горных
породах, по условиям своего р а з в и т и я целиком связаны с геологической
историей рассматриваемого региона. В общем случае последовательность
этих процессов такова. Вначале проявляются процессы уплотнения осадков,
а затем и пород, сопровождаемые местами процессами стилолитизации.
Д а л е е следуют процессы перекристаллизации, доломитизации, к а л ь ц и т и з а ции, сульфатизации, окремнения и в последующем под влиянием тектонических деформаций — процессы трещиноватости, стилолитизации и в ы щ е л а чивания (процессы выщелачивания, впрочем, развиваются и ранее, и без
участия тектонического ф а к т о р а ) .
Постседиментационные процессы, происходящие в горных породах, часто
нацело изменяют их первичный состав и морфологический облик. Изменяются т а к ж е структурно-текстурные особенности пород, появляются аутигенные новообразования.
На ранних этапах литогенеза постседиментационные процессы часто
приводят к «залечиванию» первоначально имевшихся в осадках — горных
породах различного рода пустот первичного, а затем и вторичного происхождения. На последующих э т а п а х литогенеза н под влиянием тектонических деформаций происходит переформирование пустот, ранее «залеченных» минеральными веществами, н образование новых открытых полостей.
Постседиментационные п р е о б р а з о в а н и я горных пород обычно обусловлены изменениями термодинамических условий, связанных с погружением
пород на глубину (или, наоборот, с их воздыманием). Температура и д а в л е ние являются наиболее существенными факторами постседиментационных
преобразований осадков — горных пород. С повышением температуры происходит активизация химических процессов в водных растворах, с в о з р а с т а нием давления — появление новых структурных и текстурных изменений
(уплотнение зерен, возникновение сложных контактов между ними и д р . ) .
Давление в свою очередь о к а з ы в а е т большое влияние на процессы растворения горных пород, и прежде всего карбонатных. Растворимость м и н е р а л о в
повышается в том случае, если минеральный скелет испытывает большее
давление, чем с о д е р ж а щ и е с я в т р е щ и н а х и порах водные растворы. Интенсивность влияния этого ф а к т о р а увеличивается в связи с анизотропией
проницаемости в породах, что соответственно с к а з ы в а е т с я на неравномерности распределения в них д а в л е н и я .
Роль растворения пород в количественных характеристиках их пористости
двоякая. В случае растворения и непосредственно следующего з а ним
процесса переотложения растворенных веществ (отложения из насыщенных
растворов) происходит уменьшение их пористости. Если ж е процесс растворения находится в постоянном развитии, а переотложение растворенных
веществ выражено слабо, происходит увеличение пористости.
В целом постседиментационные преобразования, влияющие на формирование коллекторских свойств горных пород, как было у к а з а н о выше, в ы з в а н ы
диагенетическими и эпигенетическими процессами.
Первые из них обусловливают превращение осадка в твердую породу.
Это в основном процессы уплотнения, обезвоживания осадка, ц е м е н т а ц и я ,
31
перекристаллизация,
диагенетическая
доломитизация,
сульфатизация
и окремнение. В этих диагенетических процессах важную роль играет
биологический фактор (бактерии).
Эпигенетические процессы сводятся к последующему уплотнению горной
породы, взаимодействию циркулирующих в ней растворов с твердой фазой
( м е т а с о м а т о з ) , раскристаллизации аморфных материалов и их перекристалл и з а ц и и , эпигенетической сульфатизации, доломитизации, кальцитизации,
окремнению и выщелачиванию. По своей природе все эти процессы физикохимические, роль биологического ф а к т о р а в них ограниченна.
Н а стадии эпигенеза различают ранний и поздний этапы. Ранний этап
протекает при давлении не более 1000 бар, и при температуре до 100° С.
•На этом этапе эпигенеза происходят образование аутигенных минералов,
растворение неустойчивых минералов и замещение их более устойчивыми.
Поздний этап эпигенеза осуществляется при давлении 1000—2000 бар
и температуре 100—200° С. Д л я терригенных обломочных пород граница
м е ж д у указанными этапами эпигенеза условно проводится по появлению
структур растворения и внедрения под давлением. В карбонатных породах
в позднем эпигенезе происходят увеличение поверхности соприкосновения зерен и форменных образований и усложнение контактов между ними
(конформные, инкрустационные и микростилолитовые структуры). Пористость пород в позднем эпигенезе з а м е т н о понижается (до 2 — 5 % ) .
Постседимеитационные процессы д а л е к о не однозначно влияют иа формир о в а н и е коллекторских свойств горных пород, то улучшая их, то ухудшая.
Э т о обстоятельство, разумеется, осложняет к а к выделение в разрезе породколлекторов, так и установление закономерностей их развития.
В образовании и формировании вторичной пористости горных пород
с у щ е с т в е н н о е значение имеет их растворимость.
О д н а из причин преобразования порового пространства заключается
в растворении минералов под воздействием давления. Условиями наилучшего
р а с т в о р е н и я в поровой жидкости песчаных зерен являются малые площади
к о н т а к т о в зерен, расположенные перпендикулярно к направлению давления.
Р а с т в о р е н н о е в поровой жидкости на одних участках вещество осаждается
на других участках этих ж е пород (часто вблизи поверхности растворен и я ) . Скорость перемещения вещества в поровом растворе прямо проп о р ц и о н а л ь н а растворимости минерала.
В общем случае растворение под давлением в песчаниках приводит
к з а п о л н е н и ю порового пространства продуктами растворения. В процессе
р а с т в о р е н и я под давлением увеличивается поверхность контакта зерен до
тех пор, пока поровое пространство нацело не заполнится материалом
р а с т в о р е н и я . П е с ч а н а я порода теряет пустотное пространство, и давление
р а с п р е д е л я е т с я внутри породы равномерно.
Песчаники, в которых наблюдается структура, образованная проц е с с а м и растворения, встречаются довольно часто (на контактах зерен —
с л е д ы растворения, в поровом пространстве — новообразованные минеральные а г р е г а т ы ) .
К а р б о н а т н ы е минералы (особенно кальций) сильнее реагируют на давление по сравнению с кварцем, вследствие того что они обладают лучшей
р а с т в о р и м о с т ь ю и более высокой скоростью растворения. Поэтому в песча32
никах, с о д е р ж а щ и х кальций, процессы растворения под давлением наблюдаются особенно четко. Как сообщает В. Энгельгардт [44], «растворимость при одностороннем давлении д л я одного молярного объема (37 см 3 )
кальцита примерно вдвое больше, чем у к в а р ц а » .
Растворение под давлением иногда приводит почти к полной перекристаллизации породы. Такое явление наблюдается, например, в карбонатных
песчаниках третичных моласс в предгорьях Альп. З д е с ь к тому ж е м о ж н о
наблюдать, что на одной и той ж е глубине з а л е г а н и я пород отмечаются
уменьшение пористости на фоне уменьшения р а з м е р а зерен кальцита и
увеличение пористости на участках, где примесь кальцитового м а т е р и а л а
преобладает над доломитовым. По этим данным м о ж н о сделать вывод о более
легкой перекристаллизации тонкозернистого кальцита по сравнению с доломитом такой ж е зернистости.
Нередко в породах встречается замещение кластического кварца или его
новообразований кальцитом. Происходит, видимо, растворение к в а р ц а при
повышенных пластовых температурах и давлениях пластовой воды, что,
вероятно, способствует повышению растворимости кварца и понижению
растворимости карбонатов. Этот вопрос достаточно подробно о б с у ж д а е т с я
в работах Б. К. Прошлякова, В. Н. Ш в а и о в а и других исследователей.
Процессы растворения и выщелачивания обусловили образование различного рода пустот в горных породах. Эти процессы, как правило, протекают в сложных физико-химических и термодинамических условиях. Влияние
процессов растворения в различных минеральных средах оказывается
неодинаковым, что соответственно обусловливает неоднородность коллекторских свойств, в том числе н пористость.
Процессы выщелачивания представляют собой явление избирательного
растворения и выноса каких-либо легкорастворимых минералов с образованием на их месте пустот выщелачивания. Эти процессы являются, пожалуй,
одним из важнейших постседимеитационных факторов в образовании
вторичной пористости. Р а з в и т и ю вторичных пустот выщелачивания во
многом способствует тектоническая трещиноватость. Каверны, карстовые
и стилолитовые полости обычно развиваются по трещинам в виде пустот
расширения последних (рис. 13). В карбонатных породах вторичная пористость часто является основной составляющей в общей емкости пластаколлектора.
Известно, что основным агентом выщелачивания горных пород является углекислота. Насыщенные углекислотой воды ведут себя весьма
агрессивно по отношению к карбонатным и силикатным породам. Формирование вторичной пористости в карбонатных породах и в песчаниках с карбонатным цементом происходит за счет их реакций с углекислыми водами.
Выщелачиванию подвергаются как карбонатные осадки (диагенетический процесс), т а к и карбонатные породы (эпигенетический процесс).
Диагенетическое выщелачивание карбонатных осадков в целом является
процессом ограниченным. Суммарный объем возникших пустот невелик и
практически мало о т р а ж а е т с я на изменении существующей пористости
осадка.
Эпигенетическое выщелачивание в противоположность диагенетическому
приводит к весьма существенным изменениям пористости карбонатных
33
Рис. 13. Форма кавери в
тонкозернистом доломите
(в) и галите (б), соединяющихся микротрещинами.
Схематическое изображение шлифов: а —
усольская
свнта,
Атовка, скв. P-1, увел. 30; б —
верхиебельская свнта, М а р кове, скв. P - I , увел. 60.
п о р о д и практически о к а з ы в а е т б о л ь ш о е влияние иа ф о р м и р о в а н и е их
к о л л е к т о р с к и х свойств. П р и э п и г е н е т и ч е с к о м в ы щ е л а ч и в а н и и растворению
п о д в е р г а е т с я и з е р н и с т а я к а р б о н а т н а я м а с с а , и р а з л и ч н ы е форменные
о б р а з о в а н и я . П о с л е д н и е могут б ы т ь в ы щ е л о ч е н ы как частично, т а к и полностью.
С е л е к т и в н ы й х а р а к т е р в ы щ е л а ч и в а н и я контролируется особенностями
с т р о е н и я горной породы. В этом процессе большую роль играют р а з м е р ы
и ф о р м а пор и поровых к а н а л о в , а т а к ж е трещины, которые контролируют
пути ц и р к у л я ц и и вод (рис. 14). В р е з у л ь т а т е эпигенетического в ы щ е л а ч и в а н и я в о з н и к а ю т пустоты р а з л и ч н ы х р а з м е р о в . Р а с п р е д е л е н и е вторичных
пустот в ы щ е л а ч и в а н и я в к а р б о н а т н ы х породах обычно неравномерное,
р а с с е я н н о е , ч а с т о вторичные пустоты р а з в и в а ю т с я по ходу открытых микрот р е щ и н и иногда внутри м и н е р а л ь н ы х т р е щ и и и стилолитов.
И н т е н с и в н о с т ь р а з в и т и я в т о р и ч н ы х пустот и геометрия обусловленного
ими порового п р о с т р а н с т в а в о многих с л у ч а я х о п р е д е л я ю т с я вещественным с о с т а в о м пород и их с т р у к т у р н ы м и и текстурными особенностями.
Т а к и е з а в и с и м о с т и м о ж н о п р о с л е д и т ь на примере вторичных изменений
к а р б о н а т н ы х пород г а з о к о н д е н с а т н о г о Оренбургского м е с т о р о ж д е н и я [17].
В этих п о р о д а х геометрия п о р о в о г о п р о с т р а н с т в а имеет свои особенности д л я
34
Рис. 14. Конфигурация вторичных пустот в карбонатных породах
образований Юго-Восточной Ферганы [Бацман В. Ф., 1965 г.].
кайнозойских
о — м е ж г р а н у л я р н ы е поры (черное) в доломите, увел. 72. Пористость открытая 11%. проницаемость
80 м Д ; 6 — поры растворения (черное) в известняке-ракушечнике, увел. 72. Пористость о т к р ы т а я 2 0 % ,
проницаемость 170 м Д ; β — остаточные поры (черное) по оолитовом) образованию, увел. 72. П о р и с т о с т ь
открытая 9 % , проницаемость 15 м Д .
к а ж д о й из групп генетически одноименных пород. Так, в хемогенных п о р о д а х
этого р а з р е з а возникновение вторичных пор о б я з а н о процессам в ы щ е л а чивания преимущественно вдоль т р е щ и н . Геометрию вторичных пустот
( о к р у г л а я и п р о д о л г о в а т а я ф о р м а пор) о п р е д е л и л и обломки о р г а н о г е н н о г о
ш л а м а и д е т р и т а . Н а и б о л е е ч а с т о в с т р е ч а ю т с я поры д и а м е т р о м менее 0,6 мм.
В биогенных р а з н о с т я х пород поры в ы щ е л а ч и в а н и я (обычно о к р у г л о й
формы) имеют более крупные р а з м е р ы (от 0,4 д о 2,8 м м ) . Геометрия п о р о в о г о
пространства биогенных известняков п р е д с т а в л е н а м е ж ф о р м е н н ы м и , в н у т р и форменными и каверновымн п у с т о т а м и . З д е с ь о т м е ч а ю т с я поры к а к в ы щ е л а ч и в а н и я , в большей степени, т а к и п е р е к р и с т а л л и з а ц и и , которые в совокупности с остаточными порами п р е д с т а в л я ю т с л о ж н у ю картину по геометрическим и морфологическим х а р а к т е р и с т и к а м . Р а з м е р ы пустот в биогенных
известняках варьируют в широких п р е д е л а х (от 0,4 д о 7,2 м м ) .
П о р о в о е п р о с т р а н с т в о механогенных о б р а з о в а н и й к а р б о н а т н ы х п о р о д
по своему рисунку п р и б л и ж а е т с я к геометрии м е ж г р а н у л я р н о й пористости.
З д е с ь наиболее ч а с т о встречаются м е ж ф о р м е н н ы е поры, но нередко и в н у т р и форменные, о б р а з о в а в ш и е с я к а к в р е з у л ь т а т е седиментации, т а к и в р е з у л ь т а т е в ы щ е л а ч и в а н и я и п е р е к р и с т а л л и з а ц и и . Р а з м е р ы пор с о с т а в л я ю т
0,6—5,2 мкм.
К о н ф и г у р а ц и ю пустот м е т а с о м а т и ч е с к о г о д о л о м и т а определяет в основном ф о р м а к р и с т а л л о в (контуры пор м н о г о г р а н н ы е , неправильные, и н о г д а
округлые), хотя генетически пустоты в с т р е ч а ю т с я двух типов, м е ж к р и с т а л л и ческие и кавернозные, иногда р а с п о л о ж е н н ы е вдоль трещин. Р а з м е р ы пор
колеблются в пределах 0,6—4,5 мкм. Г е о м е т р и я порового п р о с т р а н с т в а
тонкозернистых доломитов и и з в е с т н я к о в сходна, р а з м е р ы пор в ннх д о
1 мкм.
В карбонатных породах на интенсивность р а з в и т и я вторичной пористости
нередко влияет не столько в е щ е с т в е н н ы й с о с т а в , сколько с т р у к т у р н ы е
особенности породы. Примером м о ж е т с л у ж и т ь коллектор осинского горизонта Ботуобинской разведочной п л о щ а д и ( т а б л . 1). Сходные с т р у к т у р н ы е
характеристики пород (1 и 4; 2 и 6; 3 и 7) о б л а д а ю т сходными к о л и ч е с т венными з н а ч е н и я м и вторичной пористости.
Суммарный объем пор и к а в е р н в ы щ е л а ч и в а н и я м о ж е т быть з н а ч и тельным. О б у с л о в л е н н а я им в т о р и ч н а я пористость к а р б о н а т н ы х пород ч а с т о
35
ТАБЛИЦА
1
Вторичная эффективная пористость в различных карбонатных породах
Ботуобииской разведочной площади (14]
1
2
3
4
5
6
7
8
Известняк водорослевый, катаграф
Известняк сгустково-комковатой структуры
Известняк тонкозернистый, глинистый
Доломит водорослевый комковато-пятнистой структуры
Доломит неравиомернозерннстый (мелко-среднекрупнозернистый) с реликтами тонкозернистого
доломита
Доломит сгустково-комковатой структуры
Доломит тоико-мелкозернистый
Доломито-ангидрит
9,1
3,6
2,6
10,1
10,5
3,5
1,5
0,8
п р е в ы ш а е т м е ж з е р н о в у ю пористость и с л у ж и т основным видом емкости
к а р б о н а т н ы х пород. С т р у к т у р а порового п р о с т р а н с т в а карбонатных пород
в основном определяется химическими процессами растворения и осаждения.
Органогенные ж е известняки обычно имеют относительно высокую пористость.
П о с т с е д и м е н т а ц и о н н ы е и з м е н е н и я п о р о в о г о п р о с т р а н с т в а карбонатных
п о р о д , к а к п р а в и л о , п р и в о д я т к резкому уменьшению порового объема
и з в е с т к о в о г о о с а д к а . О д н а к о известны пористые «мягкие» известняки,
п р е д с т а в и т е л е м которых я в л я е т с я т а к н а з ы в а е м ы й писчий мел, состоящий
в основном из о с т а т к о в н а н о п л а н к т о н н ы х о р г а н и з м о в (кокколиты), форам и н и ф е р и другой ф а у н ы , в которых, н е с м о т р я на то что эти известняки
с о с т о я т из тонких ч а с т и ц (поры их к р а й н е м а л ы ) , о б щ а я пористость очень
в ы с о к а и на глубине 1,5—2 км д о с т и г а е т 3 0 % . Подобные породы-коллекторы
в о т л о ж е н и я х м е л о в о г о в о з р а с т а известны на европейском континенте
и в Северной Америке, где они с л у ж а т о б ъ е к т а м и промышленной р а з р а б о т к и .
В. Э н г е л ь г а р д т [44] высокую пористость писчего мела о б ъ я с н я е т диагенет и ч е с к и м и п р е о б р а з о в а н и я м и , в основном процессами растворения и перек р и с т а л л и з а ц и и . Он ж е с п р а в е д л и в о оценил роль трещиноватости в этих
к а р б о н а т н ы х к о л л е к т о р а х , у к а з а в , что «пустые п р о с т р а н с т в а трещин образ у ю т л и ш ь н е з н а ч и т е л ь н у ю д о л ю о б ъ е м а породы. О д н а к о д л я дрениров а н и я п л а с т а и т р а н с п о р т и р о в к и у г л е в о д о р о д о в к с к в а ж и н е трещины играют
б о л ь ш у ю роль...».
В познание в л и я н и я п о с т с е д и м е н т а ц и о н н ы х процессов на развитие
в т о р и ч н о й пористости с у щ е с т в е н н ы й в к л а д внесла В. Н. К а л а ч е в а [13].
И с с л е д о в а н и я п р о в о д и л и с ь ею на примере осинского горизонта нижнего
к е м б р и я в И р к у т с к о м а м ф и т е а т р е с привлечением различных методов
д л я оценки в л и я н и я п о с т с е д и м е н т а ц и о н н ы х процессов на коллекторскне
с в о й с т в а пород ( л и т о л о г о - п е т р о г р а ф и ч е с к о е изучение пород в шлифах,
ф а к т о р н ы й а н а л и з при установлении х а р а к т е р а и интенсивности различных
с о в о к у п н о с т е й п о с т с е д и м е н т а ц и о н н ы х изменений, а н а л и з л а б о р а т о р н ы х
о п р е д е л е н и й с и с п о л ь з о в а н и е м к о э ф ф и ц и е н т а корреляции и д р . ) .
В р е з у л ь т а т е б ы л о у с т а н о в л е н о , что на ф о р м и р о в а н и е вторичной пор и с т о с т и , я в л я ю щ е й с я основной емкостью в к а р б о н а т н ы х породах рассматри36
ваемого горизонта, большое влияние оказали постседиментационные процессы, происходившие на различных стадиях литогенеза, и преимущественно
в эпигенезе.
Степень влияния различных постседиментационных процессЬв на формирование емкости карбонатных пород определяется различно разными
исследователями. Одни, например, наибольшую роль в формировании
вторичной пористости отводят диагенетической доломитизации, другие —
эпигенетической доломитизации. Более вероятно, формированию вторичной
пористости в рассматриваемом осинском горизонте, в соответствии с данными В. Н. Калачевой, способствуют эпигенетическая перекристаллизация
и доломитизация (метасоматическое замещение известняков).
В целом приходится констатировать, что установление связи коллекторских свойств с одним каким-либо постседиментационные процессом
весьма затруднительно, так как на горную породу эти процессы о к а з ы в а ю т
совместное воздействие.
На наиболее поздних этапах постседиментационных изменений, с в я з а н ных с образованием новых минералов (процессы кальцнтизации, сульфатизации, засолонения), формирование и сохранение вторичной пористости,
как правило, затруднены. О д н а к о роль эпигенетической доломитизации
в образовании вторичной пористости усложняется. В одних случаях («запечатывание» пор выщелачивания и трещин) эпигенетическая доломитизация играет негативную, а в других (метасоматическое замещение кристаллов кальцита доломитом) — позитивную роль.
Наиболее спорным в вопросе о степени влияния на формирование вторичных пустот в процессе постседиментационных преобразований породы явл я е т с я перекристаллизация (рис. 15). Большинство исследователей (Т. И. Гурова, Л . П. Гмид, Μ. X. Булач и др.) считают, что процессы перекристаллизации ведут в конечном счете к увеличению порового пространства. Д р у г и е
исследователи утверждают, что этот процесс оказывается негативным
в формировании вторичной пористости [15].
Детальные
литолого-петрографические
исследования,
проведенные
в последние годы для р а з р е з о в различных регионов, свидетельствуют
о том, что перекристаллизация я в л я е т с я положительным фактором в формировании вторичной пористости, хотя роль ее д л я различных типов пород
неоднозначна.
Так, И. А. Буровой [3] д л я карбонатных пород нижнекембрийских
отложений Южной Якутии установлено следующее. В известняках и доломитах с неясно-комковато-пятнистой текстурой (осинский и юряхский
горизонты) поры выщелачивания развиты на предварительно перекристаллизованных участках. Зернистые доломиты этих отложений х а р а к т е р и зуются пористостью,- в основном обусловленной процессами перекристаллизации (межкристаллические полости); в некоторых случаях размеры таких
пор увеличены процессами в ы щ е л а ч и в а н и я .
Перекристаллизация на о б р а з о в а н и е вторичной пористости, несомненно,
влияет положительно (рис. 16). Это справедливо в том случае, если у д а е т с я
восстановить последовательность наложения более поздних процессов.
Поздние процессы в целом негативно влияют на образование вторичной
пористости (кальцитизация, с у л ь ф а т и з а ц и я , засолонение), однако их учет
37
Рис. 15. Поровое пространство различного генезиса.
α — шлиф ортокварцнта. в котором видны регене*
рация зерен и перекристаллизация, заметно изменившие первичную структуру порового пространства [ 2 4 ] : / — зерна кварца, 2 — регеиерационный кремнезем, 3 — доломит, 4 — пирит. 5 — поровое пространство: б — поры первичные (межформенные) и вторичные (постинкрустификационные
и выщелачивания) в оолитовом известняке (С·,
намюрский ярус, Кулешовка, скв. 69, схематическое изображение шлифа, увел. 5 0 ) : в — поры
угловатой и полигональной формы (зачернены)
в эпигенетически перекристал-иизоваином (белое)
доломите (Drj 1 задонско-елецкип l o i ' t u o H i . Осташковичи, скв. Р-8, схематическое изображение шлифа, увел. 50).
ч а с т о в а ж е н при определении условий ф о р м и р о в а н и я вторичной емкости.
Н а конкретных о б ъ е к т а х в з а в и с и м о с т и от тектонических и первичных
л и т о ф а ц и а л ь н ы х условий в ы я в л е н и е с в я з и о б р а з о в а н и я вторичной пор и с т о с т и с постседиментационными п р о ц е с с а м и часто о к а з ы в а е т с я сложным.
К о н с т а т и р у е т с я л и ш ь тот ф а к т , что более поздние постседиментационные
п р о ц е с с ы в основном к о н т р о л и р у ю т ф о р м и р о в а н и е вторичной емкости и их
с о х р а н н о с т ь в горных п о р о д а х .
Т а к , на месторождении М а л и н О р д о с с к о г о нефтегазоносного бассейна
в п е с ч а н и к а х юрского в о з р а с т а н а б л ю д а е т с я процесс постепенного преобраз о в а н и я первичной пористости во вторичную. Процесс этот, с одной стороны,
с л е д у е т з а счет о т л о ж е н и я в п о р а х к в а р ц е в ы х песчаников аутнгенных
м и н е р а л о в и уплотнения пород, в с л е д с т в и е чего происходит уменьшение
п о р и с т о с т и [49]. С другой стороны, н а б л ю д а е т с я о б р а з о в в н и е вторичных
п у с т о т в р е з у л ь т а т е р а с т в о р е н и я и к а о л и н и з а ц и и полевых ш п а т о в под
в о з д е й с т в и е м д е к а р б о к с и л и з а ц и и O B углистых прослоев и известковистых
с л а н ц е в под влиянием в о з р а с т а н и я т е м п е р а т у р ы в условиях погружения
о с а д к а [Oil a n d G a s Geol., 1982, v. 3, № 3, p. 195—203].
З н а ч и т е л ь н ы й интерес п р е д с т а в л я ю т палеогидрогеологические иссле-
п,%
а
1 0 0 Jjf
* *
* *
*
*
80
о
60
о
40
• 1
О 2
+ J
20
* 4
-L.
О
ГО
2
12 т0,%
δ
во
40
• /
о 2
20
о° °
•о
К 1ч°
О
q
2
ι
3
ι
4
ι
δ
ι ι ι £_
10 15 20 25
т0,%
Рис. 16. Зависимость открытой пористости т0 от степени перекристаллизации Π зернистых доломитов (а) и комковатых известняков (б). По И. А. Буровой [1982 г.].
а — доломиты: / — тонкозернистый, 2 — тоико-мелкозериистый, 3 — мелкозернистый, 4 — мелко-средиезериистый и крупно-среднезернистый; б — поры: / — перекристаллизации, 2 — выщелачивания по перекристаллизованным участкам.
д о в а н и я вторичной измеиенности горных пород подземными в о д а м и [ 3 1 ] .
На примере верхнеюрской к а р б о н а т н о й т о л щ и мощностью 3 0 0 — 5 0 0 м
( С р е д н я я А з и я ) , з а л е г а ю щ е й иа глубине более 1,5 км, в постседиментационной истории ф о р м и р о в а н и я к о л л е к т о р о в в ы д е л я е т с я четыре э т а п а ,
к а ж д о м у нз которых свойствен свой к о м п л е к с вторичных процессов.
Первый этап, наиболее ранний, соответствует стадии д и а г е н е з а и н а ч а л у
стадии эпигенеза. Он с о п р о в о ж д а е т с я п р о ц е с с а м и п е р е к р и с т а л л и з а ц и и
первичных и з в е с т н я к о в и з а в е р ш а е т с я п о я в л е н и е м тектонической т р е щ и н о ватости и стилолитизацией.
Н а втором э т а п е доминируют процессы с у л ь ф а т и з а ц и и и з в е с т н я к о в
и з а п о л н е н и е поровых полостей и т р е щ и н а н г и д р и т о м . О прежнем с у щ е с т в о вании этих н о в о о б р а з о в а н и й на втором э т а п е постседиментациоиной истории
ф о р м и р о в а н и я коллекторов с в и д е т е л ь с т в у ю т многочисленные псевдоморф о з ы по ангидриту позднее о б р а з о в а в ш и х с я м и н е р а л о в .
39
Т р е т и й этап — интенсивное повсеместное, но неравномерное растворение
а н г и д р и т а с о б р а з о в а н и е м пустот и его з а м е щ е н и е в основном кальцитом.
Ч е т в е р т ы й этап (неоген-четвертичный) — возобновление процесса сульф а т и з а ц и и к а р б о н а т н ы х пород.
Т а к и м о б р а з о м , В. Н. О з я б к и н п о к а з а л , что э в о л ю ц и я ф о р м и р о в а н и я
к о л л е к т о р о в и их коллекторских, с в о й с т в в истории р а с с м а т р и в а е м о й карбон а т н о й т о л щ и п р о и с х о д и л а на ф о н е смены гидрохимических режимов.
С о в р е м е н н ы й облик верхнеюрских пород-коллекторов с ф о р м и р о в а л с я на
з а к л ю ч и т е л ь н о м э т а п е , в з н а ч и т е л ь н о й степени обусловленном предыдущим
этапом палеогидрогеологического процесса.
.·
З н а ч и т е л ь н ы е и з м е н е н и я вторичной пористости (поры перекристаллизации и в ы щ е л а ч и в а н и я ) , к а к у к а з а н о ранее, происходят в зависимости от
в е щ е с т в е н н о г о с о с т а в а и с т р у к т у р ы к а р б о н а т н ы х пород. Так, исследов а н и я к а р б о н а т н ы х п о р о д - к о л л е к т о р о в венда — н и ж н е г о кембрия Ботуобинс к о г о р а й о н а п о к а з а л и , что наиболее интенсивное р а з в и т и е вторичная
п о р и с т о с т ь получает в основном в органогенных р а з н о с т я х карбонатных
п о р о д к а к в и з в е с т н я к а х , т а к и в д о л о м и т а х [14]. М е н ь ш е е развитие вторичной пористости отмечено в и з в е с т н я к а х и д о л о м и т а х со сгустково-комковатой структурой и хемогенных глинистых к а р б о н а т н ы х породах.
И с с л е д о в а н и я м и В Н И Г Р И на м а т е р и а л е различных отечественных и зар у б е ж н ы х регионов у с т а н о в л е н о , что к о л е б а н и е значений вторичной пор и с т о с т и з а в и с и т в основном от интенсивности постседиментационных изменений горных пород на к а ж д о м конкретном участке. Так, в хемогенных
п о р о д а х вторичная пористость и з м е н я е т с я в з а в и с и м о с т и от их глинистости
(чем в ы ш е глинистость, тем меньше в т о р и ч н а я пористость). Эти завис и м о с т и р а н е е были отмечены Г. А. К а л едой и другими исследователями.
П о р е з у л ь т а т а м и с с л е д о в а н и й у с т а н о в л е н а п р я м а я с в я з ь м е ж д у открытой
пористостью, о п р е д е л я е м о й с т а н д а р т н ы м и л а б о р а т о р н ы м и методами, и вторичной пористостью, получаемой методом микроскопического изучения.
З а м е ч е н о , что в горных п о р о д а х с высокой степенью глинистости (более
1 0 — 1 5 % ) большим з н а ч е н и я м открытой пористости соответствуют меньшие
з н а ч е н и я вторичной пористости.
М е ж д у вторичной пористостью и степенью п е р е к р и с т а л л и з а ц и и наб л ю д а е т с я п р я м а я с в я з ь , т о г д а к а к м е ж д у этими д в у м я п а р а м е т р а м и
и глинистостью устанавливается обратная связь.
П р и прочих р а в н ы х у с л о в и я х глинистость, к а к известно, о к а з ы в а е т
н е г а т и в н о е влияние на эпигенетическую п е р е к р и с т а л л и з а ц и ю и вторичную
пористость. Тем не менее к н а с т о я щ е м у времени н а к а п л и в а ю т с я данные,
с в и д е т е л ь с т в у ю щ и е о том, что и в с у щ е с т в е н н о глинистых породах в формир о в а н и и э ф ф е к т и в н о й емкости о п р е д е л я ю щ е е з н а ч е н и е имеют процессы
п о с т с е д и м е н т а ц и о н н ы х п р е о б р а з о в а н и й минеральных, как правило, аутигенных компонентов.
П р и м е р о м т а к и х п о р о д - к о л л е к т о р о в могут с л у ж и т ь сапропелево-кремнисто-глинистые породы б а ж е н о в с к о й свиты (верхний мел — волжский ярус,
З а п а д н а я С и б и р ь ) . В этих о т л о ж е н и я х , х а р а к т е р и з у ю щ и х с я повышенным
с о д е р ж а н и е м O B (C o p r д о 13% и б о л е е ) , под воздействием неординарных
т е р м о д и н а м и ч е с к и х условий ( а н о м а л ь н о повышенные п л а с т о в ы е д а в л е н и я
и т е м п е р а т у р ы ) в с р е д е п о р о в ы х вод ( п л а с т о в ы е воды отсутствуют) происхо40
дят многие вторичные изменения карбонатной и кремнистой составляющих пород с образованием на з а в е р ш а ю щ е й стадии вторичных пустот
(рис. 17).
Карбонатный материал в породах баженовской свиты участвует в процессе кальцнтизации, р а з в и в а ю щ е м с я по радиоляриям, и в процессе доломитизации, проявляющемся в появлении в породе ромбоэдрических новообразований доломита (на фоне отсутствия первичного тонкозернистого
доломита). Часто наблюдается процесс перекристаллизации карбонатного
материала — замещение тонкозернистого доломита мелко- или среднезернистым и преобразование кальцита, с л а г а ю щ е г о скелет макрофауны,
в среднезернистый. Небольшое и неравномерное присутствие карбонатного
материала в этих породах приводит к тому, что появившиеся при его преобразовании пустоты не столь значительно влияют на формирование коллектора
баженовской свиты по сравнению с изменениями кремнистого м а т е р и а л а .
Одним из наиболее характерных процессов преобразования кремнезема
в породе является его р а с к р и с т а л л и з а ц и я . Н а ч а л ь н а я стадия этого процесса
отражена в породе рассеянным кремнеземом и скоплениями неопределенной формы его тонкозернистых модификаций. Более поздняя с т а д и я характеризуется наличием мелкозернистого и мелкоагрегатного кремнезема,
представленного преимущественно скелетами радиолярий.
Д л я наблюдаемого в породах процесса окварцевания характерны метасоматоз и в меньшей степени выполнение кварцем пустот. Н а и б о л е е часто
процесс окварцевания в ы р а ж е н псевдоморфозами кварца по вторичному
доломиту и наличием вторичного к в а р ц а в пустотах выщелачивания. Сравнительно часто вторичный к в а р ц появляется в результате растворения и
осаждения в том ж е месте с образованием новых кварцевых зерен.
Наличие вторичных пустот в породах баженовской свиты обусловлено
преобразованием аутигенных минералов в основном процессами выщелачивания и перекристаллизации (табл. 2 ) . И з таблицы видно, что вторичная
пористость пород баженовской свиты в зонах ее развития изменяется
в пределах от 3 до 6 % . Минимальные ее значения связаны с преобразованием карбонатного м а т е р и а л а . Максимальные значения присущи зонам
выщелачивания по м а к р о ф а у н е (образование микрокаверн) или зонам
выщелачивания в существенно кремнистых разностях. Н а и б о л ь ш а я сообщаемость т а к ж е характерна д л я участков повышенной кремнистости и,
кроме того, д л я горизонтов с хорошо развитой трещиноватостью, в свою
очередь обусловливающей интенсивное выщелачивание по трещинам.
Значения вторичной пористости в зонах ее развития ( 4 — 6 % ) соответствуют преобладающим значениям эффективной пористости породколлекторов баженовской свиты [Дорофеева Т. В. и др., 1983 г.]. Эти данные
свидетельствуют об определяющей роли вторичной пористости в оценке
параметров коллекторов б а ж е н о в с к н х отложений.
Одним из наиболее распространенных процессов постседиментационного преобразования карбонатных пород является доломитизация известняков. Этот процесс в а ж е н н потому, что результатом его может явиться
формирование высокой пористости (например, характерной д л я пород на
месторождении Л и м а - И н д и а н а , рис. 18). Образование пустот в породе
в процессе доломитизации, вероятнее всего, здесь происходит тогда, когда
41
•
1
02
Рис. 17. Геометрия и морфология пустот выщелачивания в зонах вторичных преобразований пород баженовской свиты (Западная Сибирь, схематическое изображение
шлифа, Верхний Салым, скв. 17, увел. 150).
а — участок карбоиатнэированиой породы; б — радиолярит; в — участок зоны интенсивной трещ.иноватости.
/ — карбонатные образования; 2 -г- пустоты; 3 — трещины; 4 — сапропелево-кремнисто-глннистая порода
матрицы.
42
слоев край залежи совпадает с границей доломитизации. Н и ж е по падению коллектор заполнен
нзогипсы проведены через 50 м.
/ — газ; 2 — нефть.
водоя,
процесс идет в уплотненном о с а д к е ( н а п р и м е р , в позднем д и а г е н е з е , эпигенезе) и уменьшение о б ъ е м а породы м о ж е т к о м п е н с и р о в а т ь с я о б р а з о в а нием порового п р о с т р а н с т в а . О д н а к о р о л ь д о л о м и т и з а ц и и в о б р а з о в а нии вторичной пористости не всегда я в л я е т с я положительной, и з в е с т н ы
случаи и о т р и ц а т е л ь н о г о в л и я н и я этого п р о ц е с с а . О б ъ я с н е н и е у к а з а н н ы м
ф а к т а м пока не найдено.
ТАБЛИЦА 2
Генетические типы вторичных пустот и их соотношение с параметрами
коллекторов (бажеиовская свита, Западная Сибирь)
Преобладающий вторичный
процесс
Распределение
вторичных
пустот
Выщелачивание
ν
Частота
Вторичвстречае- ная помости.
ристость.
Плотность трещин Т, м
%
%
горизонтальных
Т,
вертикальных
Т,
суммарная
T,+Т.
По радиоляриям
По макрофауие
На участках преимущественного
развития
карбонатного материала
На участках преобладания кремнезема
Вдоль трещины
35
7
15
4,5
5,9
3,3
180
115
172
36
18
25
216
133
197
17
5,5
153
32
185
14
4,2
213
53
266
Перекристал- На участках преобладаиия кремнезема
лизация
12
4,2
100
54
154
1
43
В целом у с т а н а в л и в а е т с я , что независимо от возраста горных пород
и геологических условий на р а з в и т и е вторичной пористости положительное
влияние оказывают процессы перекристаллизации,
метасоматической
доломитизации и в ы щ е л а ч и в а н и я . Приведем некоторые примеры по геологически различным районам (краткие данные литолого-петрографического
описания шлифов).
1. ОРДОВИК (БАЛТИЙСКАЯ СИНЕКЛИЗА)
С е в е р о - Г у с е в с к а я площадь (Калининградская область). И з в е с т н я к слабоглнинстый,
пятнистый, с большим количеством о б л о м к о в фауны. В большинстве случаев обломки
ф а у н ы перекрнсталлнзованы н п р е д с т а в л е н ы средне-мелкозернистым кальцитом, внутри которого отмечаются пустоты. И з б и р а т е л ь н о перекрнсталлнзованиые участки окрашены битумом
в темио-коричиевый цвет. Б и т у м н о е п р о к р а ш и в а н и е наблюдается т а к ж е по контуру пятеи
( д е с я т ы е и сотые доли миллиметр,!). В т о р и ч н а я пористость в ы щ е л а ч и в а н и я достигает 2%.
ПлощадьШакяй (Литовская С С Р ) . И з в е с т н я к оолитово-оргаиогенный, слабодоломитиз и р о в а н н ы й . Обломки ф а у н ы о к а т а н н ы е , с о д е р ж а т значительную примесь глинистого
м а т е р и а л а . Цемент породы вторичный, представлен средне-крупнозернистым кальцитом.
HB отдельных у ч а с т к а * породы в цементе отмечается прокрвшиванне битумом кальцита
по плоскости спайности. Процесс п е р е к р и с т а л л и з а ц и и отчетливо отмечается в цементе,
в ц е м е н т е ж е наблюдаются и редкие поры в ы щ е л а ч и в а н и я (до 1 % ) .
К о н т а к т м е р г е л я и и з в е с т н я к а снльноглинистого, значительно пиритизированного
( о к р у г л ы е скопления пирита д и а м е т р о м до 0,1—0,2 мм). В породе наблюдаются поры
в ы щ е л а ч и в а н и я , р а с п о л о ж е н н ы е преимущественно вблизи контакта мергеля и известняка
в виде мнкрокарманов, с о е д и н я ю щ и х с я м е ж д у собой трещинами, заполненными т а к ж е
среднезериистым кальцитом (шириной от 0,2 мм до I сы). Н а б л ю д а ю т с я открытые поры
в ы щ е л а ч и в в н и я . Характерны процессы: в ы щ е л а ч и в а н и е -*• к а л ь ц и т и з а ц и я -*• выщелачивание.
Д о л о м и т неравнозериистый (от тонко- до крупнозернистого, р а з м е р зерен от 0,005 до
0,35 м м ) , неравномерно глинистый, у ч а с т к а м и хлоритизироваи. Ф о р м а зерен доломита
и з о м е т р н ч и а я , у г л о в а т а я , р о м б о э д р и ч е с к а я . Упаковка местами плотная, местами рыхлая,
где и о б р а з у ю т с я поры, з а л е ч е н н ы е ангидритом. Ангидрит спутанно-волокнистый, метасоматический, з а м е щ а е т т а к ж е на отдельных участках доломит. П е р е к р и с т а л л и з а ц и я доломитв
п р о х о д и л в быстро, т а к к а к внутри крупных кристаллов доломита наблюдается замутнениость, о б р а з о в а н н а я тонкозернистыми а г р е г а т а м и . К наиболее глинистым и тонкозернистым
у ч а с т к а м породы приурочены стнлолиты (растворение под д а в л е н и е м ) , бугорчатые, прерывистые, п а р а л л е л ь н ы е н а п л а с т о в а н и ю , часто перисто-всгвящиеся.
Площадь Л е д а й (Литовская С С Р ) . И з в е с т н я к органогенный, глинистый, пиритизир о в а и н ы й . Цемент представлен мелкозернистым кальцитом. Б о л ь ш и н с т в о обломков фауиы
п е р е к р и с т а л л и з о в а н ы на р а з л и ч н ы х с т а д и я х эпигенеза. В породе отмечаются стилолнты,
пустоты в ы щ е л а ч и в а н и я р а з л и ч н о й ф о р м ы и р а з м е р о в , открытые трещины. Последовательность вторичных процессов в породе: перекристаллизация преимущественно обломков
ф а у н ы — р в с т в о р е и и е под д а в л е н и е м ( с т и л о л и т и з а ц и я ) -*- пиритизация -*- перекристаллизация преимущественно цемента -»- о б р а з о в а н и е пустот в ы щ е л а ч и в а н и я .
И з в е с т н я к органогенный, глинистый, у ч а с т к а м и мелкозернистый, пиритнзироваииый.
В ш л и ф е отмечаются зоны эпигенетической перекристаллизации ( н о в о о б р а з о в а н и я среднез е р н и с т о г о к а л ь ц и т а ) и с у л ь ф а т и з а ц и и ( к р и с т а л л ы ангидрита), поры выщелачивания.
Н а б л ю д а ю т с я обрывкн стилолитоподобиых о б р а з о в а н и й (растворение под давлением) и
т р е щ и н о п о д о б и ы е о б р а з о в а н и я , з а п о л н е н н ы е глинистым веществом, внутри которых развиты
о т к р ы т ы е т р е щ и н ы ( с т и л о л и т и з а ц и я -»- с у л ь ф а т и з в ц и я
поры в ы щ е л а ч и в а н и я ) .
Известняк
сильиоглинистый, мелкозернистый. В нем широко развиты процессы
с у л ь ф а т н з а ц н и ( з а м е щ е н и е а н г и д р и т о м ) . Судя по распределению кристаллов внгидрита,
в п о р о д е происходило одновременно в ы щ е л а ч и в а н и е кальцита и выпадение из перенасыщенного р а с т в о р а сульфатов. В ш л и ф е отмечены открытые трещины более поздней генерации.
Площадь Лигумай (Литовская С С Р ) . И з в е с т н я к глинистый. В шлифе наблюдаются
п р е о б р а з о в а н и я вещественного с о с т а в а на различных стадиях эпигенеза, кристаллы новоо б р а з о в а н и й кальцита р а з л и ч н о г о р а з м е р а , от долей д о 1 — 1,5 мм. Эпигенетический кальцит
( с р е д и е з е р н и с т ы й ) з а п о л н я е т пустоты и преимущественно тупиковые трещины или развит
в т р е щ и н а х , заполненных на более ранних с т а д и я х эпигенеза. По н о в о о б р а з о в а н и я м кальцита
44
отмечаются поры выщелачивания, открытые трещины и, по спайности кристаллов, битумы.
Есть и редкие поры эпигенетической перекристаллизации карбонатов.
И з в е с т н я к мелкозернистый, глинистый, пиритизироваиный, с включениями средиеи крупнозернистых криствллов кальцита, образование которых, вероятно, происходило
в условиях быстрой перекристаллизации (замутиенность кристаллов, не успевший перекрнсталлнзоваться мелкозернистый материал). Новообразования кальцита, появившиеся,
видимо, на более поздних стадиях • эпигенеза за счет выпадения из рвствора, отмечаются
в тупиковых клиновидных трещинах (по обломкам фауны и в кавернах), заполняющих
существующие пустоты выщелачивания. В тектонических трещинах небольшого раскрытия
т а к ж е отмечается крупно-средиезернистый кальцит. В породе широко развиты парастилолнты.
Примечательно, что новообразования «мутных кристаллов» расположены в зонах развития
парастилолитов и, судя по их взаимоотношению, парастилолнты — более раииие по времени
образования. Отмечаются участки, где парастилолнты являются соединительными каналами
между «микробаиками» скоплений мутных среднезериистых кристаллов кальцита, что
свидетельствует о том, что эти образования служили путями фильтрации растворов, формировавших новообразования кальцита. В породе отмечаются открытые трещины. Последовательность процессов: растворение под давлением -»- перекристаллизация -»- выщелачивание.
И з в е с т н я к тонкозернистый, в нем отмечаются парастилолнты, заполненные глинистым,
ожелезнениым веществом, разветвленные диагенетнческие.трешнны (размером от 2 мм X 1 см)
с перекристаллнзоваииым заполнителем, представленным среднезериистым
кальцитом,
хорошо раскристаллизоваиным в стадию эпигенеза. Морфология трещин разнообразна, ч а ш е
трещины ветвящиеся, затухающие в пределах шлифа. Внутри заполнителя трещин отмечаются
пустоты выщелачивания и поры эпигенетической перекристаллизации. В породе наблюдаются
открытые трещины различной конфигурации, иногда звтухающие на небольшом рвсстояиии,
клинообразные, нередко ориентированные вдоль парастилолитов, но всегда вытянутые в одном
направлении. По плоскостям спайности отмечается битумное прокрашивание породы.
Процесс кальцитизацин породы происходил в позднем эпигенезе, что регистрируется наличием крупнокристаллического кальцита в порах выщелачивания.
Разрез скв. Реиава (Литовская С С Р ) . И з в е с т н я к сильноглииистый, слабодоломнтизированиый, тонкозернистый, с редкими обломками плохо сохранившейся фауны, с рассеянным пиритом и примесью тоико-мелкОзернистого алевритового матернвла (до 3 % ) . По
контуру обломков фауны проходят трещины, заполненные кристаллическим кальцитом.
Отмечаются многочисленные поры, размеры которых превышают размеры с л а г а ю щ и х
породу зереи — поры выщелачивания. В породе широко развиты диагеиетнческая доломитизация и перекристаллизация кальцита.
И з в е с т н я к неотчетливо сгустковый (до 70% сгустков размером 0,05—0,1 мм сложены
мелкозернистым кальцитом с размером зерен до 0,03 мм), с небольшой примесью алевритовых
зерен, с органогенным детритом (до 3 мм) и перекристаллнзоваииым шламом (до 0,1 м м ) ,
плохой сохранности. Цемент породы глинисто-карбонатиый, поровый, представлен тонкозернистым кальцитом, тонкозернистым доломитом и тоикодисперсным глинистым веществом.
В породе отмечается диагеиетнческая перекристаллизация главным образом органогенного
материала и днвгеиетическая доломитизация преимущественно цементирующего в е щ е с т в а .
Поры диагенетического преобразования породы заполнены коричневым битумом.
Разрез сив. Колка (Латвийская С С Р ) . И з в е с т н я к органогенный, состоящий из
обломков различной фвуиы, сцементированных тонко-мелкозернистым глинистым известняком,
заполняющим также скелеты фауиы. Цемент перекристаллизоваи на стадии эпигенеза
с образованием пор, заполненных коричневым битумом. Кристаллы среднезернистого
квльцита наблюдаются в трещинах неправильной формы, затухающих на небольшом протяжении (днагенетические трещины).
И з в е с т н я к органогенный, глинистый. Цемент представлен глинистым тонко-мелкозернистым известняком. Обломки фауиы и участками цемент часто перекрнсталлизоваиы
иа стадии эпигенеза. Поры перекристаллизации заполнены метаморфизоваиным битумом.
Новообразования кристаллического кальцита встречаются в пустотах выщелачивания н в
трещинах. Более поздние пустоты выщелачивания отмечаются иа участках к а л ь ц и т и з а ц и н
породы. Преимущественно вдоль напластования развиты открытые трещины.
И з в е с т н я к органогенно-обломочный, с поровым карбоиатно-глинистым цементом. Ilo
фауне отмечается эпигенетическая перекристаллизация с образованием крупнозернистого
кальцита, заполняющего полости раковин, в результате чего образуются поры перекристаллизации.
45
Поры днагеиетической перекристаллизации заполнены метаморфнзованиым битумом.
И з в е с т н я к органогенный, сильноглиинстый. В породе наблюдаются новообразовании
кальцита, приуроченные к пустотам выщелачивания — в цементе (в микрокаверивх), и к
трещинам. Отмеченный в шлифе стилолит, заполненный метаморфизоваиным битумом,
рассекается линзочкой средне-крупиозериистого кальцита. В шлифе встречаются трешииоподобные образования, выполненные кальцитом, ориентированные под разными углами
к стилолитовым образованиям. В открытых трещинах отмечается желтый битум.
Д о л о м и т разиозернистый, слабоглииистый, слабоожелезиениый. В породе заметна
интенсивная перекристаллизация с образованием крупнозернистых хорошо ограненных
кристаллов. Перекристаллизация происходила, вероятно, бурно, но в течение малого
времени, ибо внутри кристаллов наблюдается неперекристаллизованиый тонкозернистый
материал. В шлифе отмечаются редкие пустоты выщелачивания и открытые трешииы.
Доломит
глинистый, образовавшийся вследствие перекристаллизации кальцита,
слагающего обломки фауны. Перекристаллизация происходила на стадии эпигенеза неравномерно, с образованием криствллов различных размеров (мелко-среднезернистых), в результате
чего образовались поры перекристаллизации. В породе нвблюдаются и новообразования
кальцита, сформировавшиеся на поздних стадиях эпигенеза. Более поздние вторичные
процессы — выщелачивание — главным образом отмечаются на участках развития кальцита.
Поры выщелачивания имеют различные размеры (преимущественно сотые и десятые доли
миллиметра), нередко доходящие до размеров каверн. Пустоты соединяются трещинами.
Суммарная пористость за счет пустот перекристаллизации и выщелачивания в среднем
составляет 5—7%, на отдельных участках (зоны развития микрокавери) достигает 20%.
Д о л о м и т глинистый, состоящий из обломков перекристаллизоваииой фауны. Средний
размер кристаллов 0,1—0,2 мм и более. В результате перекристаллизации образованы поры,
которые позднее увеличились в процессе выщелачивания. Поры выщелачивания нередко
сообщаются открытыми трещинами.
Д о л о м и т слабоизвестковнстый, слабоглинистый. В ием отмечаются пустоты выщелачивания, по размеру близкие к кавернам. Стены кавериы оквймлены мелкозернистым хорошо
раскристаллизованиым доломитом. Кввериы распределены равномерно, сообщаются между
собой по мнкротрещинам.
II. В Е Р Х Н И Й М Е Л (Северо-Западное Предкавказье,
Новороссийский ирогиб)
Р а з р е з по р. Аша. М е р г е л ь неравномерно обогащенный органогенно-обломочным
материалом (крииоиден, форамиииферы), с примесью зерен глауконита, кварца, плагиоклазов.
Зерна плагиоклазов кальцитнзированы. По обломкам фауиы и плагиоклазу в результате
постседиментационных преобразований развиты пустоты выщелачивания, некоторые из них
позже заполнены мелкокристаллическим кальцитом. В породе наблюдаются тонкие, извилистые, участками прерывистые, кулисообразные трещины с размытыми стенами, заполненные карбоиатио-глинистым материалом. Перпендикулярно этим трещинам отмечается
открытая трещина, вдоль которой наблюдается пропитывание породы легким битумом.
В породе фиксируется также стилолнтоподобиая трещина, частично открытая, частично
заполненная вторичным хорошо раскристаллизоваиным квльцитом.
И з в е с т н я к глинистый, с остатками сильно перекристаллизованной фауны. Участки
перекристаллизации породы представлены мелко- н средиезернистым кальцитом, возможно
заполняющим пустоты выщелачивания. В породе встречено большое количество четких,
прямолинейных трешии, ориентированных перпендикулярно к напластованию, заполненных
мелкозернистым кальцитом. Есть стилолитовые образования, также заполненные кальцитом,
и тонкие трещины, заполненные частично гидроокислами железа, частично сильно окисленным битумом.
И з в е с т н я к глинистый, с прожилками неправильной формы, заполненными мелко- и
средиезернистым кальцитом. В шлифе отмечается значительное количество диагеиетнческнх трещии (типа трещин усыхания), участками заполненных квльцитом, участками —
смесью глинистого вещества и битума. Отдельные трещины имеют абрис стилолитов, в иих
развиты поры выщелачивания.
И з в е с т н я к глинистый, с мелкими остатками перекристаллизованной фауны, участками
ожелезиенный, с прожилками средне-крупнозернистого кальцита, иногда чешуйчатого,
с порами вторичного выщелачивания. В породе отмечаются взаимно пересекающиеся
46
стилолиты, частично заполненные к а р б о н а т н ы м материалом, частично открытые. Н а о т д е л ь н ы х
участках породы в н о в о о б р а з о в а н и я х к а л ь ц и т а по плоскости спайности н а б л ю д а е т с я коричневый битум. Такое ж е битумное о к р а ш и в а н и е отмечается в к а л ь ц и т е — звполиителе многочисленных трещии.
I I I . Б А Ж Е Н О В С К А Я С В И Т А (верхняя юра — волжский ярус,
Западная Сибирь)
Горшковская площадь. А р г и л л и т
лиизовидно-микрослоистый,
слабоалевритистый
(до 5 % ) , сапропелево-известковисто-доломитистый, с небольшим количеством ( д о 1 0 % )
органических остатков, представленных призматическими с р е з а м и двустворок, с л о ж е н н ы х
мелкозернистым кальцитом. В породе отмечаются идиоморфные зерна д о л о м и т а . Д о л о м и т
аутигениый, диагенетически-метасоматический. К а л ь ц и т седнмеитационный,
рассеянный,
в органических остатках п е р е к р и с т а л л и з о в а и и ы й . Ч а с т и ц ы глинистого вещества ( г и д р о с л ю д ы )
интенсивно пигментированы с поверхности Гемио-коричневым битумом, развитым по спайностям кристаллов" к а л ь ц и т а . В основной массе н а б л ю д а е т с я н е з н а ч и т е л ь н а я примесь
опаловидиого кремнезема, т а к ж е пигментированного битумом. О т м е ч а е т с я с л а б а я п и г м е н т а ц и я
и зереи каолинита, спорадически в с т р е ч а ю щ е г о с я в породе. Вторичные поры в ы щ е л а ч и вания развиты по органическим о с т а т к а м и отдельным з е р н а м доломита. Р а з м е р пор в
пределах 0,01—0,5 мм ( в т о р и ч н а я пористость достигает 5 % ) . В породе н а б л ю д а ю т с я и
седиментациоиные поры размером 0,5—1 мкм ( с у б к а п и л л я р н а я пористость). В б о л ь ш и н с т в е
случаев поры с в я з а н ы между собой р а з л и ч н о ориентированными мнкротрещииами.
А р г и л л и т известковистый ( д о 2 5 % ) , слабоалевритистый, битуминозный, с т о н к о л и и з о видно-слоистой микротекстурой, с редкими р а д и о л я р и я м и и с ф е р а м и , с н е з н а ч и т е л ь н о й
примесью изотропного кремнезема
( о п а л ) . О с н о в н а я м а с с а породы — гидрослюда —
интенсивно пигментирована темно-коричневым битумом. О р г а н и ч е с к и е остатки т р у д н о о п р е делимы, имеют удлиненную л и и з о в и д н у ю форму, сложены мелкозернистым к а л ь ц и т о м .
Скелеты радиолярий представлены м е л к о а г р е г а т н ы м кремнеземом, сферы — о п а л о в ы м кремнеземом. Кальцит органических о с т а т к о в пигментирован д о в о л ь н о подвижным битумом,
отмечающимся т а к ж е и по спайности к р и с т а л л о в к а л ь ц и т а . В породе н а б л ю д а ю т с я поры
выщелачивания, р а з в и т ы е в к а р б о н а т н о м заполнителе органических остатков. Ф о р м а пор
р а з н о о б р а з н а я : щелевидная, у г л о в а т а я , л а п ч а т а я . Р а з м е р пор в пределах 0 , 0 3 — 0 , 5 мм.
Участками отмечается линейное р а с п о л о ж е н и е пор вдоль открытых мнкротрещии, ориентированных параллельно и реже иаклоиио к н а п л а с т о в а н и ю .
Ем-Еговская площадь. Г л и и н с т о - к ρ е м и и с т о - б и т у м и и о з н а я п о р о д а интенсивно
пнритизироваиа, пигментирована сильно окисленным битумом. Кремнистость
породы
обусловлена реликтвми органических остатков, расположенных послойно (биогенная кремнистость). Кремнезем представлен мелкозернистым кварцем и опалом. Порода п о р и с т а я за
счет растворения в стадии д и а г е н е з а и, в о з м о ж н о , эпигенеза органических остатков (вероятно,
кислыми слабоминерализоваииыми в о д а м и ) . На отдельных у ч а с т к а х поры с о о б щ в ю т с я трещинами, иногда развиты по ходу т р е щ и н . Р а з м е р пор до 0,2—1 мм, кавери — до 1 —1,5 мм.
В части пор, вероятно возникших в эпигенезе, отмечается л е г к а я иефть.
Сосново-Мысская площадь. Р а д и о л я р и т слабонзвестковистый (до 5 % ) , алевритнстый
(до 5 % ) , пиритнзированный (до 1 5 % ) , битуминозный, глинистый, участками снльиоглинистый (аргиллит, с с о д е р ж а н и е м р а д и о л я р и й до 3 5 % ) . Скелеты радиолярий выполнены
опаловидиым кремнеземом, редко вторичным мелкозернистым к а л ь ц и т о м . Поры вторичного
выщелачивания развиты по ходу т р е щ и н и иа участках породы, где наблюдается в ы щ е л а ч и в а ние кальцитового м а т е р и а л а р а д и о л я р и й и цементирующего их в е щ е с т в а .
К р е м н и с т о - б и т у м и н о з н а я п о р о д а алевритистая ( 2 0 % ) , пиритиэированная ( 2 5 % ) ,
с содержанием (до 3 0 % ) р а д и о л я р и й , частично заполненных мелкозернистым к в а р ц е м и
опаловидиым кремнеземом, ио преимущественно выщелоченных. Форма пор соответствует
конфигурации радиолярий, на с т е и к а х пор отмечаются примазки маслянистого б и т у м а . Поры
соединяются микротрешииамн.
Салымская площадь. И з в е с т н я к
органогенный, слабоглнинстый,
битуминозный,
6 0 % породы представлено р а д и о л я р и я м и , выполненными мелкозернистым
кальцитом,
перекристаллнзоваииым, н е р а в н о м е р н о пигментированным битумом. Ц е м е н т и р у ю щ и м материалом является мелкозернистый к а л ь ц и т , седиментациоиные поры в котором з а п о л н я е т
коричневый битум, о б р а з у ю щ и й оторочки по контуру р а д и о л я р и й и местами в с т р е ч а ю щ и й с я
в породе в виде линзовидных керогенных прослоев. В породе н а б л ю д а ю т с я редкие открытые
47
прерывистые трещины (раскрытием до 15 мкм) и редкие вторичные пустоты выщелачивания
по органическим остаткам. Кроме того, для породы характерны тонкие (раскрытием до
200 мкм) субпараллельные, вероятно вертикальные или крутоиаклонные к напластованию,
трещины с различными контурами, заполненные веществом, близким по составу к вмещающей
породе («общие трещины» или трещины усыхания, образовавшиеся на раиией стадии диагенеза) .
Д л я пород баженовской свиты характерно развитие стнлолнтоподобиых образований,
фиксирующихся особенно отчетливо в шлифах, изготовленных параллельно напластованию.
Иногда эти образование заполнены материалом, близким к составу породы, иногда имеют
внутри пустоты выщелачивания, развитые по более поздним минеральным ибразонвиинм.
Этот вид стилолнтоподобных образоввннй трещин явлнется здесь следствием уплотнения
породы под давлением — образование пустот, обязанных растворению под давлением.
IV. С О Л Е Н О С Н А Я Т О Л Щ А (надсолевые и даиковолебедяиские слои, Б С С Р )
Первомайская площадь. К а м е н н а я с о л ь мелко-среднезернистая. Порода состоит нз
зерен галита размером от 1 до 8 мм. Форма зерен неправильная, по некоторым из них наблюдается первичное зональное строение. В породе много пор, расположенных по границам
галитовых зерен. Форма пор неправильная, удлиненная, иногда поры располагаются цепочкой,
иногда соединяются трещинами. Пустоты в прослоях несоленых пород развиты значительно
чаще, чем внутри солей. В породе отмечаются волнисто-изогиутые, иногда тупиковые
трещины, заполненные тонкозернистым глинистым ангидритом, окрашенным окисными
соединениями железа.
Раскрытие трещии варьирует от 0,05 до 0,3 мм. Трещины, как правило, ориентированы
вдоль плоскости напластования (проходят параллельно, субпараллельно и реже под небольшим углом к нему). Морфология трещин, их расположение в породе свидетельствуют об
их появлении в стадии диагенезе. Заполнению трещин, вероятно, способствовали процессы
ранней перекристаллизации породы, в результате чего тонко рассеянный аигидрнт из эереи
галита переместился в пустоты-трещины. В этих трещинах наблюдаются многочисленные
пустоты, образовавшиеся в процессе выщелачивания на более поздних этапах эпигенеза.
К а м е н н а я с о л ь мелкозернистая. Порода состоит из зереи галита размером от 0,4
до 3 мм. Форма зерен неправильная, контуры их довольно четкие, часто резко очерченные
каймой окненых соединений железа. Между зерен галита наблюдаются участки, сложенные
тонкозернистым глинисто-карбоиатным материалом, крупнозернистым кальцитом, аутигеиным
чалчелоном и д|> К трещинам, заполненным г.шнисто-аигнлритоиым веществом, нередко
приурочены мелкие (0,1—0,2 мм) поры. Поры отмечаются и в самой породе в местах соприкосновения эереи галита. В породе встречаются открытые трещины более поздней генерации
К а м е н н а я с о л ь среднезернистая. Зерна галнта (размером от 1 до 12 мм) имеют
неправильную форму, по их периферии, иногда внутри нх, отмечаются скопления игольчатых кристаллов ангидрита и мелкозернистого доломита. В породе фиксируются также
крупные кристаллы доломита и ангидрита, а также стяжения халцедона. Наблюдаются
трещины, заполненные глнинсто-ангидритовым веществом, окрвшениым окисными соединениями железа. В заполнителе трещин отмечаются пустоты выщелачивания (размером
от 0,1 до 0,2 мм) неправильной округлой формы. Между зернами галита н внутри залеченных
трещин расположены различно ориентированные открытые трещины.
Приведенные
примеры
краткого описания
постседиментационных
процессов, приводящих к о б р а з о в а н и ю вторичных пустот в породах, свидетельствуют о том, что осадочные породы любого возраста и в любой
тектонической зоне в общем виде характеризуются одной и той ж е последовательностью вторичных преобразований.
Н а ранних стадиях литификации осадка в формировании вторичных
пустот определяющими ф а к т о р а м и являются давление, температурный
ф а к т о р , обусловленный глубиной погружения, поровые воды (растворы).
На более поздних стадиях литификации вторичная пористость опреде48
ляется преимущественно составом пластовых растворов, который в свою
очередь обусловливается рядом причин (см. гл. I I ) .
Одним из ранних процессов, формирующих пустотность пород, является растворение| пород под давлением. Этот процесс в ы р а ж а е т с я в
появлении стилолитфв и стилолитоподобных образований, имеющих широкое
развитие во всех породах осадочного комплекса (см. выше — описание
шлифов). Образовавшиеся стилолитоподобные трещины в начале своего
существования имеют заполнитель, близкий к вещественному с о с т а в у
вмещающей их породы. В дальнейшем этот заполнитель является участком,
легкопреобразуемым под воздействием иных процессов, в результате чего
здесь в конкретных случаях появляются поры перекристаллизации, выщелачивания, микрокаверны, трещины.
Другим широко развитым процессом изменения породы как в с т а д и ю
диагенеза, так и в стадию эпигенеза является перекристаллизация, в
результате которой могут появиться пустоты и обязательно о б р а з у ю т с я
минералы иных групп. В первом случае эти пустоты в процессе в ы щ е л а чивания могут увеличивать свои размеры. Во втором случае в процессе
перекристаллизации может образоваться новый минерал, более способный
к выщелачиванию.
Таким образом, наиболее определяющим и более поздним процессом
формирования вторичной пористости я в л я ю т с я процессы в ы щ е л а ч и в а н и я ,
интенсивность и направленность которых в большинстве случаев определяется плотностью и ориентировкой развитых в породе трещин. Количество
ф а з вторичных процессов, как показывают исследования, в активных,
подвижных областях значительно больше, т а к как смена гидрохимической
обстановки здесь происходит значительно чаще.
На интенсивность проявления постседиментационных процессов влияет
в основном длительность погружения отложений, а не глубина их з а л е г а н и я .
Об указанной закономерности свидетельствуют данные по районам ТиманоПечорской провинции (средний карбои, В у к т ы л ) , Сибири (нижний кембрнй)
и Северо-Восточного К а в к а з а (верхний мел).
О роли вторичных процессов в формировании коллекторских свойств
сложных типов пород-коллекторов интересные данные содержатся в публикациях ряда авторов. Так, И. А. Бурова [3] п о к а з а л а , что перекристаллизация зернистых нижиекембрийских доломитов Южной Якутии приводит
к формированию вторичной пористости блоков горной породы, составляющих
ее основную емкость. Указывается, что процесс этот происходит с возникновением вторичных пор, образованных укрупненными кристаллами. По мнению
И. А. Буровой, процесс перекристаллизации в рассматриваемых сгустковокомковатых известняках и доломитах «подготавливает» структуру породы к
последующему процессу выщелачивания, увеличивая этим пористость
доломитов и известняков.
Однако известны примеры, когда ряд традиционных вторичных процессов не оказывает позитивного влияния на развитие коллекторских
свойств в карбонатных породах. Это, очевидно, имеет место в том случае,
когда условия осадконакоплеНия обусловили плотную упаковку зерен
горной породы. Полезная емкость в подобных доломитах и известняках
возникает л и ш ь в процессе их выщелачивания и трещинообразования.
49
Аналогичные примеры д л я нижнедевонских — верхнесилурийских карбонатных отложений р а з р е з о в Седьягинской и Варандейской площадей в
Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции приведены Л . Д . Неуйминой
[1982 г.].
В большинстве случаев роль вторичных постседиментационных процессов
в формировании коллекторских свойств горных пород, и прежде всего
карбонатных, в н а с т о я щ е е время достаточно обоснована. Многие исследователи, детально изучая постседиментационные преобразования пород,
успешно выделяют в изучаемых разрезах различные типы сложных коллекторов. Так, например, А. В. Стахеева и Т. Д . Шибина [1982 г.), изучая
карбонатные коллекторы нижиекембрийского осинского горизонта НепскоБотуобинского и Камовского сводов и Катангской седловины (Сибирская
п л а т ф о р м а ) , выделили в их р а з р е з а х шесть различных по составу и структуре
типов сложных коллекторов. Ими было т а к ж е установлено возрастание
пористости в известняках (сравнительно с доломитами), преимущественно
в сгустково-комковатых разностях.
Замечено, что д о л я вторичной пористости повышается с увеличением
возраста горных пород. В относительно молодых породах-коллекторах
(пермь, карбои) вторичная пористость по своему происхождению является
в основном пористостью выщелачивания. В кембрийских же отложениях
вторичная пористость обусловлена совокупностью процессов не только
выщелачивания, но и перекристаллизации и доломитизации.
С л о ж н ы е типы коллекторов (в основном карбонатные) существенно
отличаются по микрооднородности вещественного состава. Как известно,
в терригенных породах-коллекторах эти отличия обусловлены только размером с л а г а ю щ и х их частиц. В карбонатных (сложных) коллекторах продуктивные участки р а з р е з а представлены сложным сочетанием большого
количества структурно-генетических типов пород, каждому из которых
свойственны своя структура порового пространства и своя степень преобразования. Влияние этих факторов обусловливает значения пористости,
проницаемости, нефтенасыщенности и других параметров. Д л я сложных
коллекторов характерна многомерность кривых распределения физических
параметров.
Трещины в сложных типах коллекторов, как ранее уже указывалось,
способствуют формированию вторичной пористости, связывая пустоты
между собой, образуя системы взаимосвязанных пустот большой протяженности (рис. 19).
При вскрытии такого пласта-коллектора, обладающего широко развитой
вторичной пористостью, депрессия может о к а з а т ь с я значительной и объемы
жидкости, фильтрующейся в пласт, соответственно увеличиваются, что сниж а е т его проницаемость (для нефти) на значительном удалении от забоя.
Опробование и освоение з а л е ж е й нефти ( г а з а ) , приуроченных к сложным
типам коллекторов, требуют специального подхода и более длительного
времени на вызов притока. Процессы освоения указанных залежей в значительной степени обусловлены хорошей растворимостью карбонатных
пород-коллекторов в соляной кислоте и глубоким проникновением последней
по трещинам и другим пустотам вторичного происхождения, что во многом
повышает продуктивность пластов-коллекторов. Исследования показали, что
50
Kt мД
IOOO r
Рис. 19. Зависимость между проницаемостью К и пористостью т в палеозойских породах-коллекторах западного
Техаса, представленных известняками
и доломитами [24].
K m a t — максимальная проницаемость пород в направлении, параллельном системе т р е щ и н ; /Cgo
проницаемость пород в направлении, п е р п е н д и к у лярном к системе трещин; поле м е ж д у л и н и я м и
Kmat и Лэгг (заштриховано) о т р а ж а е т объем н
распределение вторичной пористости, с в я з а н н о й
с трещинами и кавернами.
/ — трещиноватые
известняки;
2 — доломиты.
солянокислотные обработки к а р б о н а т н ы х коллекторов способствуют т а к ж е
снижению д е й с т в и я кольцевых с ж и м а ю щ и х н а п р я ж е н и й , в ы з ы в а ю щ и х
частичное с м ы к а н и е трещин в п р и з а б о й н о й зоне с к в а ж и н ы .
В существующих м о д е л я х п л а с т о в - к о л л е к т о р о в у ч и т ы в а ю т с я т о л ь к о
упругие (обратимые) д е ф о р м а ц и и горных пород, в о з н и к а ю щ и е при их
уплотнении. М е ж д у тем н е о б р а т и м ы е д е ф о р м а ц и и , происходящие в г о р н ы х
породах вследствие в л и я н и я д р у г и х процессов д и а г е н е з а , этими м о д е л я м и
ие учитываются.
В трещинно-пористых с р е д а х с у щ е с т в у е т несколько механизмов, о б у с л о в л и в а ю щ и х их неупругое д е ф о р м и р о в а н и е , в к л ю ч а я внутреннее р а з р у ш е н и е .
Это процессы о б р а з о в а н и и и роста т р е щ и н , необратимое « з а л е ч и в а н и е »
пустот, переупаковка зерен с р е д ы ( м а т р и ц ы ) и с к о л ь ж е н и е части м а т р и ц ы
[29].
Горные породы по д о с т и ж е н и и определенных глубин з а л е г а н и я при
высоких т е м п е р а т у р а х и д а в л е н и я х т е р я ю т п е р в о н а ч а л ь н ы е к а ч е с т в а и
приобретают новые ф и з и ч е с к и е с в о й с т в а , с у щ е с т в е н н о о т л и ч а ю щ и е с я от
первоначальных. Н а б о л ь ш и х г л у б и н а х горные п о р о д ы - к о л л е к т о р ы упл о т н я ю т с я настолько, что т е р я ю т свои коллекторские свойства и при отсутствии интенсивной т р е щ и н о в а т о с т и п р е в р а щ а ю т с я в ф л ю и д о у п о р ы .
И наоборот, п о р о д а - п о к р ы ш к а в р е з у л ь т а т е переуплотнения и д е г и д р а т а ции может при развитии т р е щ и н о в а т о с т и приобрести свойства к о л л е к т о р о в
иефти и г а з а .
В формировании емкости горных пород значительную р о л ь и г р а ю т
их кавернозность и о к а р с т о в а н н о с т ь . Р е з у л ь т а т ы исследований я в л е н и й
кавернозности и о к а р с т о в а н и о с т и горных пород, и п р е ж д е всего к а р б о н а т ных, показали, что они о б л а д а ю т с р а в н и т е л ь н о широким р а с п р о с т р а н е н и е м .
К а в е р н ы и к а р с т о в ы е полости ч а с т о с в я з а н ы взаимными п е р е х о д а м и , что
з а т р у д н я е т их р а з д е л ь н о е в ы д е л е н и е к а к по р а з р е з у , т а к и в п р о с т р а н с т в е .
В целом по морфологическим п р и з н а к а м у с л о в н о м о ж н о считать, что к а в е р н ы
х а р а к т е р и з у ю т с я относительно о к р у г л ы м и изометричными ф о р м а м и , близкими по конфигурации к крупным м е ж з е р н о в ы м поровым п у с т о т а м . К а р с т о 51
вым ж е пустотам свойственны преимущественно линейные (удлиненные)
ф о р м ы и самые различные размеры.
П р и изучении коллекторских свойств горных пород явления кавернозности и окарстованности приходится р а с с м а т р и в а т ь совместно, поскольку
возникновение каверн и карстовых полостей в горных породах связано
с одними и теми ж е процессами в ы щ е л а ч и в а н и я .
М е ж д у трещиноватостью горных пород и их окарстованностью и кавернозностью существуют определенные генетические связи. Установлено, что
к а р с т о в ы е полости развиваются избирательно, преимущественно по основным системам трещин. Наиболее широким распространением в карбонатных породах пользуются не собственно карстовые полости, а окарстованные
з о н ы — трещины, расширенные': за счет растворения. Можно считать, что
истоки процессов образования подземных карстовых полостей начинаются
с р а з в и т и я окарстованных трещин, преимущественно в зонах перерывов
седиментации.
Р о л ь трещиноватости в развитии карста столь велика, что без признания этого важнейшего фактора не может быть и речи об образовании карстовых форм.
В н а с т о я щ е е время уже определилась в а ж н а я закономерность в развитии
к а р с т а , з а к л ю ч а ю щ а я с я в том, что пространственное распространение его
в т о л щ а х карбонатных пород обусловлено геометрией и ориентировкой
основных систем трещин. Эта закономерность имеет важное практическое
з н а ч е н и е , поскольку она указывает вероятные направления развития карстовых полостей в карбонатных т о л щ а х на глубине и их распределение по
п л о щ а д и . Другой ие менее в а ж н о й закономерностью является то, что
к а р с т о в ы е полости находятся в состоянии сообщаемости по системам
микротрещин, связывающих эти полости не только друг с другом, но и с
прнзабойными зонами буровых с к в а ж и н .
Необходимо отметить, что геологические условия развития кавернозности горных пород отличны от таковых д л я карстовых пустог. Кавернозность в основном развивается в зонах перерывов седиментации. Условия
пространственного распространения этих зон весьма сложны, хотя по своим
р а з м е р а м они могут оказаться достаточно широкими.
Р е з ю м и р у я изложенное выше, можно заключить, что постседиментационные процессы часто нацело изменяют первоначальный состав и морфологический облик горных пород. На общем фоне развития геологической истории
р а с с м а т р и в а е м о г о района на различных э т а п а х литогенеза и тектонических событий происходит переформирование ранее «залеченных» пустот
и о б р а з о в а н и е новых открытых полостей.
Формирование физических и коллекторских свойств горных породк о л л е к т о р о в в целом обусловлено диагенетическнми и эпигенетическими
процессами. По своей природе это процессы физико-химические.
В формировании вторичной пористости горных пород важное значение имеет их растворимость. Процессы растворения и выщелачивания
я в л я ю т с я основными постседиментационными факторами в образовании
вторичной пористости. В карбонатных породах эти процессы происходят
з а счет реакций с углекислыми водами.
Д о м и н и р у ю щ а я роль в формировании коллекторских свойств горных
пород принадлежит эпигенетическому выщелачиванию. Этот процесс
52
имеет селективный характер, ои контролируется особенностями строения
горной породы. Суммарный объем всех пустот выщелачивания в горной
породе-коллекторе и обусловленная им вторичная пористость часто служат
основным видом емкости карбонатных пород.
Установлено, что формирование вторичной пористости в горных породах
контролируется в основном более поздними постседнментационными процессами. Существенное значение в эволюции формирования коллекторов
и их физических свойств имеет смена гидрохимических режимов в геологической истории региона и слагающих его карбонатных толщ. Исследованиями показано, что современный облик коллекторов формируется на
заключительном этапе палеогидрогеологнческого режима.
Истоки процессов образования подземных карстовых полостей начинаются с развития окарстованных трещин, часто приуроченных к зонам
перерывов седиментации. Пространственное распространение карстовых'
полостей в карбонатных породах указанных зон обусловлено геометрией
и ориентировкой основных систем трещин.
Глава IV
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ
ЗАВИСИМОСТИ
М Е Ж Д У СТРУКТУРОЙ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА
ГОРНОЙ ПОРОДЫ
И ЕЕ Ф И Л Ь Т Р А Ц И О Н Н Ы М И С В О Й С Т В А М И
Значительный интерес представляет установление функциональной зависимости между пористостью и проницаемостью горных пород.
Статистические данные о соотношении этих параметров, например, для
карбонатных пород показывают, что при радиусе межзерновых пор менее
4—5 мкм и проницаемости менее 10 мД корреляционная связь между
ними очень низкая, и, по существу, она не может быть использована д л я
практических целей.
Замечено, что две среды с одной и той же пористостью могут иметь совершенно различные значения проницаемости. Корреляционные связи между
пористостью и проницаемостью становятся тесными тогда, когда горная
порода-коллектор по своему структурному строению оказывается однородной. В том случае, если наблюдается частная корреляционная зависимость между этими двумя параметрами, она не может быть универсальной.
Так, например, значительный интерес представляют связи м е ж д у емкостными и фильтрационными характеристиками средне-верхнеордовикских
пород-коллекторов (известняки органогенные, детритовые, реже глинистые)
и покрышек (глинистые известняки, мергели ордовика, мергели и глина
среднего и нижнего лландовери) Лиепае-Салдусской тектонической зоны
Балтийской синеклизы. Здесь установлено, что улучшение коллекторских
свойств происходит за счет увеличения значений газопроницаемости и
вторичной пористости; повышение глинистости пород снижает их коллектор53
с к и е х а р а к т е р и с т и к и . М и н и м а л ь н ы е з н а ч е н и я открытой пористости глинистых к а р б о н а т н ы х пород п р и с у щ и н е ф т е н а с ы щ е н и о м у р а з р е з у , максим а л ь н ы е — ф л ю и д о у п о р а м , и н т е н с и в н а я т р е щ и н о в а т о с т ь свойственна глинам, пониженная — известнякам.
Э т о к а ж у щ е е с я п р о т и в о р е ч и е о б ъ я с н я е т с я тем, что о т к р ы т а я пористость
глинистых пород п р е д с т а в л е н а порами м а л ы х , к а п и л л я р н ы х размеров,
з н а ч и т е л ь н о с н и ж а ю щ и м и н е ф т е о т д а ч у п л а с т а , в этом с л у ч а е о т к р ы т а я
пористость не м о ж е т б ы т ь о т о ж д е с т в л е н а с эффективной емкостью. Кроме
того, в п о р о д а х - к о л л е к т о р а х р а с п р о с т р а н е н ы трещины, ориентированные
под р а з л и ч н ы м и у г л а м и к н а п л а с т о в а н и ю , в покрышках — трещины по
н а с л о е н и ю , отсюда к о л л е к т о р о п р е д е л я е т не столько интенсивность трещ и н о в а т о с т и , сколько о р и е н т и р о в к а т р е щ и н . В этом с л у ч а е флюидоупор
х а р а к т е р и з у е т с я отсутствием вторичных пор, каверн и секущих трещин.
Н а примере к а р б о н а т н ы х коллекторов, м е ж с о л е в ы х и подсолевых отлож е н и й д е в о н а П р и п я т с к о г о п р о г и б а , емкость которых п р е д с т а в л е н а в основном вторичными пустотами, м о ж н о р а з л и ч а т ь с л е д у ю щ и е парные связи
м е ж д у различными п а р а м е т р а м и .
П р я м а я зависимость:
— м е ж д у открытой и полной пористостью,
— м е ж д у полной пористостью и удельным весом породы,
— м е ж д у полной п о р и с т о с т ь ю и к а р б о н а т н о с т ь ю
непродуктивной
части разреза,
— м е ж д у остаточной в о д о н а с ы щ е н н о с т ь ю и пористостью.
Не наблюдается связей:
— м е ж д у пористостью и проницаемостью,
— м е ж д у н е р а с т в о р и м ы м о с т а т к о м и проницаемостью,
— м е ж д у пористостью и к а р б о н а т н о с т ь ю д л я пород продуктивной
части разреза,
— м е ж д у емкостными х а р а к т е р и с т и к а м и и степенью доломитизации.
Вместе с тем д л я у к а з а н н ы х пород н а м е ч а ю т с я связи м е ж д у геофизическими п о к а з а н и я м и и ф и з и ч е с к и м и свойствами. Т а к и е с в я з и устанавл и в а ю т с я м е ж д у полной п о р и с т о с т ь ю и д а н н ы м и Н Г К и AK, пористостью
н сопротивлением пород в о д о и а с ы щ е н и о й части р а з р е з а , нерастворимым
о с т а т к о м и п о к а з а н и я м и ГК*. П р и м е р ы у к а з а н н о м у известны, в частности,
и по Оренбургскому и В у к т ы л ь с к о м у месторождениям.
Следует заметить, что у н и в е р с а л ь н а я з а в и с и м о с т ь м е ж д у пористостью
и проницаемостью горных п о р о д пока не н а й д е н а . М о ж н о л и ш ь у т в е р ж д а т ь ,
что л ю б а я п р о н и ц а е м а я г о р н а я города пориста, тогда как не л ю б а я пористая
порода проницаема.
О д н а к о д л я к о л л е к т о р о в отдельных районов (месторождений или отд е л ь н ы х з а л е ж е й нефти и г а з а ) т а к а я з а в и с и м о с т ь иногда у с т а н а в л и в а е т с я .
В этих с л у ч а я х з а в и с и м о с т ь носит статистический, корреляционный х а р а к т е р .
П о д а н н ы м о з а к о н о м е р н о с т и пространственного р а с п р о с т р а н е н и я горных
п о р о д с различной пористостью и выявленным статистическим взаимос в я з я м п р е д с т а в л я е т с я в о з м о ж н ы м судить о проницаемости пород.
* Приняты следующие обозначения методов каротажа: AK — акустический, КС —
сопротивления (кажущегося), ПС — потенциалов собственной поляризации, БКЗ —
бокового зондирования, ГК — гамма-каротаж; НГК — нейтронный гамма-каротаж.
54
В недалеком прошлом бытовало представление о том, что нефть и газ
содержатся в земной коре в огромных п у с т о т а х — р е з е р в у а р а х . В н а ш е
время отражением подобных взглядов я в л я ю т с я представления, например,
пермских геологов, согласно которым в известняках на больших глубинах
существуют значительных размеров пустоты карстового происхождения,
содержащие большие запасы углеводородов. В классификации Г. А. М а к с и мовича и В. Н. Быкова [1973 г.] д а ж е выделен «пещерный» тип к а р б о н а т ного коллектора. В свете современных данных это аыглядит как курьез.
Горные породы-коллекторы нефти и г а з а можно рассматривать как
нефтяные (газовые) резервуары. Такие подземные резервуары о б л а д а ю т
тремя основными элементами, к а ж д ы й из которых в своем развитии м о ж е т
существенным образом изменяться.
Первый элемент — сама горная порода, в м е щ а ю щ а я нефть и газ. Л и т о логический состав породы-коллектора крайне разнообразен. Это могут быть
породы не только осадочного происхождения, но и эффузивные, и и з в е р ж е н ные. Т а к ж е весьма изменчивы условия развития подобного коллектора
по разрезу и особенно в пространстве, где этот коллектор часто представлен линзами разных масштабов.
Второй элемент — пористость и проницаемость горной породы. П о р о в о е
пространство составлено из совокупности всех эффективных ( н а х о д я щ и х с я
в гидродинамической связи между собой) пустот горной породы. Это поровое
пространство в основном соответствует объему коллектора, с о д е р ж а щ е г о
нефть и газы.
Пропускная способность горной
породы-коллектора,
заполненной
углеводородами, как известно, измеряется проницаемостью последней.
Это свойство обусловливается не только физическими параметрами нефти
или газа (плотность, вязкость, упругость, сжимаемость), с о д е р ж а щ и х с я
в горной породе, но и особенностями геометрии порового пространства
(размеры поперечного сечения и формы поровых каналов). Пористость
горной породы определяет только сумму всех эффективных (открытых)
взаимосвязанных поровых каналов, характеристика ж е проницаемости
особенно специфична; она часто меняется в пространстве и по р а з р е з у
(от образца к образцу). Именно по 'данным о проницаемости можно, по
существу, получить относительно дЬстоверное представление о структуре
порового пространства, а не по данным о пористости, как это часто принято
думать.
Пористость и проницаемость горных пород — это физические свойства,
постоянно зависящие от наличия в породе порового пространства. Эти
параметры находятся в непрерывной функциональной зависимости; по ним
определяют способность породы-коллектора аккумулировать и о т д а в а т ь
заключенную в ней нефть ( г а з ) .
Третий элемент — наличие ловушки, в которой нефть (газ) з а к л ю ч е н а ,
пока пласт-коллектор не вскрыт буровой скважиной. Л о в у ш к а о б р а з у е т с я
в результате сочетания различных структурных и стратиграфических
особенностей горных пород, а т а к ж е в меняющихся условиях д а в л е н и я
в пластовых жидкостях (нефть, в о д а ) .
Существует бесконечное количество нефтяных (газовых) коллекторов,
различающихся между собой в д е т а л я х . Однако, как известно, все они
55
о б л а д а ю т следующими основными показателями: достаточная мощность
пород-коллекторов, проницаемое поровое пространство, наличие непрон и ц а е м о й покрышки и, наконец, наличие ловушки.
Поскольку проницаемость горных пород более чувствительна к изменениям структуры порового пространства, чем пористость, то ее отклонение
от среднего значения будет намного больше. Влияние глубины залегания
пластов-коллекторов иа их проницаемость характеризуется большими
в а р и а ц и я м и . Так, с изменением глубины залегания проницаемость изм е н я е т с я в геометрической прогрессии: на к а ж д у ю 1000 м глубины прониц а е м о с т ь уменьшается в среднем в 2 р а з а .
П р е д п о л а г а е т с я , что зависимости пористости и проницаемости от давления б о л е е тесные и надежные, чем зависимости, построенные путем корреляции этих параметров по керну с глубиной его отбора. Следует учитывать, что
о б р а з е ц керна на поверхности о с в о б о ж д а е т с я от нагрузки толщн горных
пород и его пористость и проницаемость становятся намного выше, чем в
естественном залегании.
Исследованиями установлено, что, з а рядом доказанных исключений,
коллекторы смочены водой. Вода в них у д е р ж и в а е т с я в виде тонких пленок,
о б в о л а к и в а ю щ и х зерна, и в значительном объеме в виде каемок на контактах
зерен. Минимальная водонасыщенность коллекторов редко менее 10%
и обычно находится в диапазоне 15—40%. Небольшие примеси глин могут
значительно увеличить количество воды, с о д е р ж а щ е й с я в поровых пространствах. Так, например, при водонасыщенности коллекторов до 65% они
тем не менее дают чистую нефть. Уровень минимальной водонасыщенности коллекторов, обладающих в основном вторичной пористостью, вероятно, обусловлен типами неоднородной упаковки, что, видимо, является
здесь главным фактором.
Известно, что чем выше вторичная пористость и проницаемость горных
пород-коллекторов (меньшая степень цементации), тем ниже вероятность
того, что трещины в этих случаях будут с л у ж и т ь путями фильтрации флюидов. Т а к и е коллекторы характеризуются большой однородностью. В сложных
типах коллекторов, в условиях широко развитой вторичной пористости,
несмотря на низкую межзерновую проницаемость, трещины являются
причиной гидродинамической, сообщаемости буровых скважин, часто
удаленных друг от друга.
И с с л е д о в а н и я по оценке эффективности межзерновых пир и сложных
тнпах коллекторов показали, что необходимо учитывать весьма малые
з н а ч е н и я пористости и проницаемости. Установлено, что nyiu наличии
т р е щ и н горные породы с малой пористостью ( д а ж е вторичной) и ничтожной
межзерновой проницаемостью могут не только аккумулировать нефть и
газ, но и успешно отдавать их в трещины и по ним — в буровые скважины.
Н а г л я д н ы е примеры указанному д а в н о известны по ряду месторождений
в И р а н е , где высокопродуктивные известняки обладают пористостью (вторичной) 4% и газопроницаемостью 0,001 м Д .
В этой связи следует упомянуть о традиционных представлениях по
поводу большой остаточной водонасыщенности низкопористых и слабопроницаемых горных пород, согласно которым последние рассматриваются
как непродуктивные. Современные д а н н ы е об остаточной водонасыщен-
ности подобных непродуктивных пород приходят в противоречие с указанными представлениями. Так, например, в тех ж е иранских месторождениях количество остаточной воды в порах продуктивных известняков по
данным электрокаротажа и р е з у л ь т а т а м исследования керна не более 3 0 % .
Другой пример можно привести по Вуктыльскому месторождению.
Здесь карбонатные продуктивные породы с пористостью 1% и газопроницаемостью в тысячные доли миллндарси содержат остаточной воды 20%
от объема пор.
Примером получения промышленных притоков углеводородов из низкопористых и непроницаемых горных пород может т а к ж е служить Главный
Доломит цехштейна Западной Германии, содержащий мощную газовую
залежь. Пористость указанного Доломита 5 % , а газопроницаемость менее
1 мД. Однако в эксплуатационных с к в а ж и н а х здесь получают промышленный приток газа, что объясняется наличием интенсивной трещиноватости,
дренирующей газовый коллектор.
Приведенные данные достаточно убедительно доказывают необходимость понижения существующих предельных (кондиционных) значений
пористости (и особенно проницаемости), что, естественно, расширит диапазон горных пород, могущих быть отнесенными к категории промышленных коллекторов нефти и г а з а .
Так, при анализе вторичной пористости карбонатных коллекторов была
произведена оценка нижних пределов коллекторских свойств на основе
исследований
капиллярно-поверхностных
явлений,
характеризующих
поровое пространство и фильтрационные показатели пород [23]. Было
показано, что содержание с в я з а н н о й воды в карбонатных коллекторах
зависит от открытой пористости и изменяется от 100% (при открытой
пористости до<2—4%) до 10—15% (при открытой пористости 2 0 — 2 5 % ) .
Изучение неэффективной (закрытой) пористости показало, что значение последней изменяется от 0,5 до 1% (чаще 0 , 5 — 0 , 7 % ) , в среднем
составляет 0,6%. Среднее значение неэффективной (закрытой) пористости
дает нижний предел полной пористости, начиная с которого карбонатные
породы, например Оренбургской области, относят к коллекторам. В рассмотренном случае таким нижним пределом д л я отнесения пород к коллекторам является о б щ а я пористость 3 , 6 % . Недостатком такого способа определения нижнего предела коллекторов является то, что не учитываются фильтрационные характеристики пород и продуктивность коллектора.
Вопрос о предельных значениях проницаемости горных пород-коллекторов, при которых возможно извлечение нефти в промышленных количествах,
особо важное значение имеет при прогнозировании коллекторов, залегающих на больших глубинах. В настоящее время доказано, что с увеличением глубины залегания горных пород-коллекторов вследствие их с ж а т и я
горным давлением уменьшается их поровая (межзерновая) проницаемость,
трещинная ж е проницаемость либо убывает менее интенсивно, либо остается
постоянной.
Так, например, в песчаниках апта Терско-Сунженской области на глубине
2,5 км межзерновая проницаемость составляет 0,03 мД, а т р е щ и н н а я проницаемость 5—6 мД; на глубине 3,5 км — соответственно 0,006 мД (в 20 р а з
меньше) и 2—3 мД.
57
По измерениям раскрытия т р е щ и н на больших глубинах 85% ее значений находится в пределах IO—30 мкм, остальные 15% (обычно «залеченные»
т р е щ и н ы ) имеют раскрытие от 30 до 150 мкм и более [Громов В. К., 1970 г.].
К числу важных параметров трещиноватости горных пород относятся
р а с с т о я н и я между трещинами н их раскрытие. Многочисленные данные о
расстояниях между микротрещинами как д л я терригенных, т а к и д л я карбонатных пород свидетельствуют, что общефоновые значения между ними
обычно колеблются от 1,5—4,5 см до 10 см. Эти данные дают представление
о р а з м е р а х блоков горных пород, рассеченных трещинами.
Д р у г о й важный параметр — раскрытие трещии. Эта величина в совокупности с данными об интенсивности трещиноватости позволяет приближенно
оценить трещинную пористость (одна из составляющих вторичной пористости) и трещинную проницаемость горных пород-коллекторов нефти
и газа.
О раскрытиях трещин на глубине с давних пор в печати ведется оживленн а я полемика, т а к как этот вопрос весьма важен не только при поисковоразведочных работах, ио и в связи с рациональной разработкой залежей
углеводородов. И с с л е д о в а н и я показали, что раскрытия мнкротрещин
в породах-коллекторах, з а л е г а ю щ и х на больших глубинах, как правило,
и з м е р я ю т с я единицами и десятками микрометров. Верхним пределом раскрыт и я открытых микротрещин, как известно, принято считать 100 мкм.
Главной составляющей в общей проницаемости сложных типов коллекторов я в л я е т с я трещинная проницаемость. При наличии промысловых даииых
испытания буровых скважин проницаемость подобных коллекторов может
быть установлена по значению коэффициента продуктивности или по кривой
восстановления давления. При отсутствии этих данных, с чем часто приходится встречаться на первоначальном разведочном этапе поисковоразведочного бурения, т р е щ и н н а я проницаемость может быть определена
методом микроскопического исследования петрографических
шлифов,
который достаточно подробно описан в методическом пособии [27] и в
« А т л а с е карбонатных пород-коллекторов» [7].
Т р е щ и н н а я проницаемость обычно больше межзерновой проницаемости.
О д н а к о д л я ряда сложных типов коллекторов возможна сопоставимость
этих величии. Вместе с тем значения трещинной проницаемости большинства
подобных коллекторов, как карбонатных, т а к и терригенных, д а ж е в весьма
продуктивных з а л е ж а х невелики (20—70 м Д ) .
Установлено, что функциональные зависимости между пористостью и
проницаемостью горных пород сложны. В низкопористых и слабопроницаемых породах корреляционные связи между этими параметрами низкие
и практически их применение ограничено. Отклонения от этого правила
обусловлены частными зависимостями; в общем случае они не могут быть
универсальными. Эти данные, естественно, имеют важное значение при
прогнозировании перспектив нефтегазоносности на больших глубинах.
Глава V
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
ПОРИСТОСТИ ГОРНЫХ П О Р О Д
В практике нефтяной геологин принято различать общую и
открытую пористость. О б щ а я (полная, абсолютная или фактическая)
пористость, как известно, определяется разностью между общим объемом
горной породы и объемом составляющих его зерен. О б щ а я пористость включает в себя объемы всех пустот в горной породе (сверхкапиллярных, капиллярных и субкапиллярных, как связанных между собой, так и изолированных). Определения общей пористости производятся в лабораториях по
керну способом А. Ф. Мельчера [1920 г.], а т а к ж е при помощи порозиметров
(экспрессный метод).
Открытая пористость (пористость насыщения) —совокупность всех
сообщающихся между собой пор, в которые проникает данная жидкость
(газ) при данном давлении (в вакууме). Открытую пористость определяют
методом насыщения по И. А. Преображенскому [1932 г.]. Открытая пористость, естественно, меньше общей пористости на объем изолированных пор. Совпадение значений общей пористости с открытой пористостью
следует рассматривать как частный случай при отсутствии в горной породе
закрытых пор.
Существующее понятие об эффективной пористости характеризует
свободный объем систем взаимосвязанных пор за вычетом части порового
пространства, занятого связанной (остаточной) водой. По существу, этот
вид пористости представляет собой полезную емкость горных пород, содержащих нефть и газ, и отражает их газонефтенасыщенность.
Д л я относительно точного измерения пористости горных пород — сложных типов коллекторов применяют гелиевый порозиметр, принцип действия
которого основан на законе Бойля — Мариотта.
Известные методы количественной оценки параметров порового пространства горных пород-коллекторов основаны на наблюдении сечений
пористой среды под микроскопом. При этих петрографических методах
используются различные оптические системы и различные системы интеграторов. Количественная оценка порового пространства при использовании
петрографических методов исследования определялась по результатам
подсчетов в шлифах, основанных на применении теории вероятностей.
Наблюдения показали [43], что в случае с плотными породами сложных
типов коллекторов при определении их открытой пористости методом керосинонасыщения отмечается значительная погрешность. Открытая пористость, определенная указанным методом, может оказаться выше общей
пористости. Такое искажение результатов определения пористости низкопористых плотных пород можно объяснить малым израсходованием керосина, использованного для насыщения порового пространства последних.
Ввиду сложности определения существующими стандартными лабораторными методами полезной емкости сложных типов коллекторов предлагается
периодически пересчитывать промышленные запасы нефти и г а з а , со59
д е р ж а щ и х с я в подобных коллекторах, н в последующем по ним рассчитывать
эффективную пористость д л я дальнейшего использования этих данных
на аналогичных месторождениях.
Значительный интерес д л я познания структуры пустотного пространства
горных пород-коллекторов вызывают методы неразрушенного контроля,
предложенные К- И. Багринцевой [2]. И з широкой гаммы этих методов
наиболее рациональными были признаны ультразвуковой и метод люминесцентной пропитки.
Ультразвуковой метод позволяет на основании динамических характеристик упругих волн на о б р а з ц а х коренных пород и керна получить необходимую информацию о трещиноватости горных пород.
В основу метода люминесцентной пропитки положено капиллярное
проникновение люминесцирующей жидкости (люминофор) в открытые полости (поры, трещины) исследуемого о б р а з ц а горной породы или кериа,
взятого из буровой скважины. К. И. Багринцевой предлагается для исследования изготавливать о б р а з ц ы в виде кубиков, оптимальные размеры
которых 5 X 5 X 5 см. Н а с ы щ е н и е модели люминофором производится
в условиях вакуума. Изучение структуры порового пространства проводится
по фотоснимкам граней куба, сделанным в ультрафиолетовом свете. По
фотоснимкам устанавливаются ориентировка трещин, их генерация, морфологические характеристики пустотного пространства и качественные и
количественные соотношения пор и трещин.
Ультразвуковым методом и методом люминесцентной пропитки можно
определять:
— поверхностную плотность трещин (отношение суммарной длины
трещины в пределах к а ж д о й грани к ее п л о щ а д и ) ;
— поличество систем трещин и плотность трещин в них (по вертикальным
граням);
— раскрытие трещин (ширина светящейся полосы заполнителя —
люминофора).
Усредненные данные о раскрытии трещии вычисляются по измерениям,
проведенным под бинокулярной лупой по к а ж д о й из граней кубика; емкость
пустотного пространства трещин определяется как разность пористости
кубика, включающего трещины, и пористости участка породы, характеризующего матрицу.
Указанные методы в комплексе с литолого-петрографическнми исследов а н и я м и расширяют возможности достоверной оценки вторичной пористости
горных пород-коллекторов нефти и газа.
Традиционными и современными лабораторными методами, из-за сложного строения емкостного пространства коллекторов нефти и газа, представленного как первичной, т а к и вторичной (преобладающей) пористостью,
н е в о з м о ж н о получить относительно достоверные количественные данные
о б их пористости и проницаемости. Невозможно т а к ж е получить количественные характеристики д л я каждой состааляющей общей пористости
к а р б о н а т н ы х коллекторов (первичной и вторичной пористости). Полученные
з н а ч е н и я пористости нельзя дифференцировать на первичные и вторичные.
В лучшем случае некоторые лабораторные методы могут оценить емкость
т р е щ и н ы и емкость матрицы. Причем это справедливо лишь д л я пород, где
не наблюдается в ы щ е л а ч и в а н и я вдоль трещин.
60
Количественные соотношения значений трещинной пористости и вторичной пористости матрицы можно определять методом шлифов [7, 2 7 ] . Так как
лабораторные методы дают суммарную открытую пористость (первичную,
вторичную, трещинную), на основании количественных соотношений трещинной и вторичной пористости, определенных методом шлифов В Н И Г Р И ,
можно установить долю различного вида пористости в значении, полученном
стандартными лабораторными методами.
Вторичная пористость, определенная методом шлифов, характеризует
лишь интервалы скважин, имеющие керн, гидродинамическими ж е методами возможно выявить л и ш ь емкость трещин и емкость матрицы. Д л я
характеристики вторичной пористости горных пород по разрезу с к в а ж и н
используются результаты промыслово-геофизических исследований в некоторых регионах, привлекаемые д л я раздельной оценки емкости трещин,
вторичных пустот каверновой размерности и пор.
Как установлено многими исследователями, трещины, заполненные
хорошо проводящим флюидом, ощутимо снижают удельное электрическое
сопротивление пород, тогда как каверны, с о д е р ж а щ и е такой ж е заполнитель, не оказывают аналогичного воздействия на этот геофизический показатель.
Современные методы промысловой (скважинной) геофизики относительно удовлетворительно решают з а д а ч у определения эффективной пористости д л я пород-коллекторов с изотропной средой. В случае с л о ж н ы х
типов коллекторов со вторичной пористостью стандартные методы электрометрии (потенциал- и градиент-зонды) оказываются непригодными д а ж е д л я
получения качественной оценки коллекторских свойств. При интерпретации
промыслово-геофизических
показаний обычно применяется
моделирование, в основу которого з а л о ж е н о то или иное представление о реальной
среде породы-коллектора. Р е з у л ь т а т ы интерпретации зависят от степени
соответствия избранной модели реальному пласту-коллектору.
Однако д а ж е тогда, когда известен тип коллектора, не всегда у д а е т с я
п о д а н н ы м промыслово-геофизических (скважинных) измерений однозначно
оценить тот или иной вид его пористости. Объяснить это можно тем, что
реальная горная порода часто характеризуется случайным распределением пустот различного типа. М е ж д у тем модели, применяемые при интерпретации скважинных показаний, не позволяют учесть эту случайную
характеристику емкостных п а р а м е т р о в пласта-коллектора. Отсюда следует,
что используемые модели ввиду их значительной упрощенности часто
не отражают всей сложности строения реальных горных пород-коллекторов.
Д л я преодоления возникающих затруднений при интерпретации промыслово-геофизических данных, вызванных сложной изменчивостью структурных особенностей горных пород (преимущественно к а р б о н а т н ы х ) ,
предлагается применять стохастическое моделирование [9]. С у щ н о с т ь
такого моделирования сводится к установлению вероятностного з а к о н а ,
описывающего поведение свойств сложно организованной системы. Особенность такой системы состоит в том, то параметры ее не имеют а б с о л ю т н ы х
значений, а варьируют в определенных пределах.
К таким системам, по существу, относятся все типы сложных коллекторов,
обладающих вторичной пористостью. Сложные типы коллекторов ввиду
61
резкой неоднородности и сложности строения являются неблагодарным
объектом д л я моделирования. З а последние годы известны многие примеры
ошибок в определении параметров к подсчету запасов нефти и газа в подобных коллекторах. Такие коллекторы большие затруднения часто вызывают у промысловых геофизиков, которые при своих исследованиях прибегают к моделированию исследуемого коллектора.
В качестве примера у к а ж е м на исследования, проводившиеся в Припятской впадине. Здесь в н е д а л е к о е прошлом промысловые геофизики
при изучении продуктивных карбонатных коллекторов карбона руководствовались моделью эффективной емкости, представленной только трещинами
и к а в е р н а м и , развитыми по трещинам. В последующем оказалось, что
реальный коллектор в этом регионе характеризуется сложным строением,
основная емкость которого в ы р а ж е н а вторичной пористостью матрицы
(блоки).
Об отсутствии достоверных характеристик при определении модели
коллектора свидетельствуют данные и по Октябрьской площади в Восточном
П р е д к а в к а з ь е . Здесь при оценке емкости карбонатных пород-коллекторов
верхнего мела промыслово-геофизическими методами вначале руководствовались моделью коллектора, представленной только макро- и микротрещинами. В позднейших работах стали учитывать не только «трещинную»
емкость, но и блоковую (матричную) с ее первичной и вторичной пористостью.
Применяемый в настоящее время промыслово-геофизический комплекс
исследований (сочетания ПС, КС, Б К З , ГК, НГК) позволяет более или
менее уверенно выделять только коллекторы порового типа. Д л я выделения с л о ж н ы х типов коллекторов (низкопористых, неоднородных, трещинных)
в общем случае применяют промыслово-геофизические методы в комплексе
с методами геологическими и промысловыми (отбор керна, шлама и их
изучение, испытание пластов). Относительно перспективными являются
акустические, радиоактивные и электрические методы к а р о т а ж а , а т а к ж е
в р е м е н н о е измерения КС и Н Г К и метод двух растворов. Такой комплекс
промыслово-геофизическнх работ устанавливается д л я рассматриваемого
района обычно только после проведения необходимого объема опытных
исследований.
По мнению многих исследователей, ни один из современных промысловогеофизнческих методов, каждый в отдельности взятый, не в состоянии
повысить степень достоверности выделения в разрезе скважин, и в особенности п р о с л е ж и в а н и я по площади, подобных коллекторов нефти и газа,
т а к как глубина исследования обычно весьма ничтожна по сравнению
с расстояниями между с к в а ж и н а м и .
В большинстве своем пористость горных пород сложных типов коллекторов (в основном карбонатных) резко изменяется по горизонтали и вертикали.
Особенно заметны различия пористости пород-коллекторов при микроскопических исследованиях. Резкое и отчетливое изменение в пористости д а ж е
некоторых из наиболее, к а з а л о с ь бы, однородных пород можно наблюдать
при измерении пористости в к а ж д о м о б р а з ц е керна, отобранном послойно
при вскрытии пласта-коллектора.
В некоторых работах по результатам статистического анализа значений общей и межзерновой пористости (методика БКЗ, НГК) было показано,
62
что емкость трещин в совокупности с развитыми по ним расширениями
(кавернами) достигает в отдельных случаях 10—20% от общей пористости
карбонатной породы-коллектора, а это, разумеется, весьма существенно
при подсчете з а п а с о в углеводородов.
Попытка выделения из общей пористости пород-коллекторов п а р а м е т р а
вторичной пористости предпринималась в последние годы многими исследователями, преимущественно геофизиками. Так, по данным Б. Л . Александрова [1], определение вторичной, пористости с в о д и т с я ' к оценке общей
и блоковой (межзерновой) пористости. Предполагается, что «вторичная
пористость» будет составлять разницу м е ж д у указанными выше видами
пористости. Эти методические исследования проводились применительно к
верхнемеловым известнякам Восточного П р е д к а в к а з ь я . Д л я зтнх ж е целей
по тому же району Восточного П р е д к а в к а з ь я была предложена методика
комплексной интерпретации Б К З и Н Г К [Нечай A. M., 1960 г.]. По этой
методике общую пористость находят по д и а г р а м м е НГК, а πορικ ι ость
блоков горной породы — по удельному сопротивлению последней. Вторичную
пористость предлагается определять по формуле
Кп.
BT=Ka
—
КпЛ,
где Kn — полная пористость; Ku β — б л о к о в а я пористость.
Нетрудно видеть, что по этой формуле, т а к ж е как и у Б. Л . Александрова,
будет определена трещинная пористость, я в л я ю щ а я с я одним из компонентов
параметра вторичной пористости, причем в количественном отношении
малозначнмым. Кстати, здесь уместно напомнить, что термин «вторичная
пористость» обозначает совокупность всех пустот вторичного происхождения как в самих блоках горной породы, т а к и в межблоковом пространстве
(каверны расширения трещин и стилолитовых полостей). О неуверенности
в интерполяции полученных данных свидетельствует наименование, которое
дается искомому параметру; оно в одном случае именуется вторичной,
а в другом — трещинной пористостью.
Это подтверждают и данные, полученные при применении комплексной
методики к подсчету запасов углеводородов в нижнемеловых и верхнеюрских
отложениях Заманкульского месторождения ( Ч И А С С Р ) . Здесь средневзвешенное значение вторичной пористости о к а з а л о с ь на 30% выше вторичной
пористости, определенной по методике А. М. Н е ч а я .
Попытка выделить из общей пористости вторичную сделана Б. Ю. Вендельштейном и И. В. Манчевой [1970 г.] по результатам совместной интерпретации данных электро- и радиометрии, а т а к ж е В. В. Л а р и о н о в ы м и
Н. В. Фармановой [1966 г.] по данным Н Г К и исследований керна. О д н а к о
все эти попытки не позволяют выделить и определить (в количественном
выражении) вторичную пористость, развитую как в блоковой среде, т а к
и в трещинах (раздельно или с о в м е с т н о ) . .
Затруднения в интерпретации промыслово-геофизических данных при
определении всех видов эффективной пористости и их соотношений м е ж д у
собой обусловлены прежде всего, как мы иышс указывали, отсутствием
у исследователей относительно достоверной, отвечающей реал и ι ым условиям модели сложного типа пласта-коллектора. Значительным недостатком
является т а к ж е известная ограниченность того или иного метода. Т а к , применение метода А. М. Нечая возможно л и ш ь при условии наличия слабо63
ТАБЛИЦА
3
Пористость, % , карбонатных коллекторов триасовых отложений
Ставрополья (по данным М. С. Плотникова
[1978 г.])
Виды
исследований
По керну
По геофизическим данным
Обшая
Матрицы
Вторичная
Нефтекумская свита
2,7
1,2
1,5
4,7
3,2
1,5
Общая
Матрицы
Вторичная
Кизлярская свнта
2,8
1,6
1,2
4,4
3,1
1,3
глинистых плотных к а р б о н а т н ы х пород, их слабой анизотропности и малой
м и н е р а л и з а ц и и пластовой воды. К р о м е того, согласно модельным представл е н и я м а в т о р а этого м е т о д а , п р о д у к т и в н о с т ь пород-коллекторов с в я з ы в а е т с я
т о л ь к о с трещинной пористостью и вторичными р а с ш и р е н и я м и по ходу
т р е щ и н при отсутствии н е ф т и (и воды) в межзерновой среде матрицы.
В способе В. В. Л а р и о н о в а и Н. В. Ф а р м а н о в о й те ж е ограничения, исключ а ю щ и е из р а с с м о т р е н и я у ч а с т к и р а з р е з а с глинистыми р а з н о с т я м и .
С о в р е м е н н ы е методы р е г и с т р а ц и и физических свойств горных пород в
буровых скважинах доставляют многообразную информацию о разрезах
о с а д о ч н ы х т о л щ . П р и и н т е р п р е т а ц и и этих д а н н ы х используются р а з л и ч н ы е
способы, в основе которых п о л о ж е н о предположение о соответствии между
и з м е н е н и я м и геологических х а р а к т е р и с т и к горных пород и о т р а ж а ю щ и м и их
г е о ф и з и ч е с к и м и полями (детерминистический принцип).
В с л у ч а е с поровыми к о л л е к т о р а м и при изучении воздействия межзерновой пористости на э л е к т р и ч е с к и е п о к а з а т е л и вещественный состав скелета
горной породы п р и н и м а е т с я ( и д е а л и з и р о в а н н о ) электрически непровод я щ и м , а з а п о л н и т е л ь м е ж з е р н о в ы х пор — неизменным. З д е с ь переменной
х а р а к т е р и с т и к о й я в л я е т с я с о б с т в е н н о значение межзерновой пористости.
В таких случаях можно получить аналитические выражения, связывающие
м е ж з е р н о в у ю пористость с удельным электрическим
сопротивлением,
собственными потенциалами.
З а т р у д н и т е л ь н о обстоит д е л о со с л о ж н ы м и коллекторами, о б л а д а ю щ и м и несколькими в и д а м и пористости, и в частности вторичной пористостью.
Тем не менее некоторые и с с л е д о в а т е л и приводят д и ф ф е р е н ц и р о в а н н ы е
к о л и ч е с т в е н н ы е д а н н ы е пористости, полученные геофизическими методами,
х о р о ш о с о п о с т а в л я е м ы м и с л а б о р а т о р н ы м и определениями (табл. 3 ) .
С у с л о ж н е н и е м с т р у к т у р ы п о р о д ы - к о л л е к т о р а приходится у ч и т ы в а т ь у ж е
н е с к о л ь к о переменных, в о з д е й с т в у ю щ и х на исследуемый геофизический
показатель (геофизическое поле).
С п о м о щ ь ю применения э м п и р и ч е с к и х методов обычно у д а е т с я получить
у д о в л е т в о р и т е л ь н ы е р е з у л ь т а т ы , причем л и ш ь в том случае, если число
переменных, в ы з ы в а ю щ и х и з м е н е н и е геофизических показателей, невелико,
а и с к о м ы е з а в и с и м о с т и имеют ф у н к ц и о н а л ь н ы й х а р а к т е р .
В о з м о ж н о с т и и н т е р п р е т а ц и и промыслово-геофизических д а н н ы х часто
о г р а н и ч е н ы отсутствием н а и б о л е е приемлемой д л я р е ш е н и я практических
з а д а ч к л а с с и ф и к а ц и и к о л л е к т о р о в йефти и г а з а . В этой с в я з и С. С. Интеиб е р г о м и Г. А. Ш н у р м а н о м [1984 г.] с п р а в е д л и в о у к а з ы в а е т с я , что «в нас т о я щ е е время ни одна из п р е д л о ж е н н ы х советскими и з а р у б е ж н ы м и
64
исследователями классификация коллекторов нефти и газа не получила
всеобщего признания». Однако те ж е исследователи отмечают, что «наибольшее распространение в нефтепромысловой практике получили классификации, предложенные исследователями В Н И Г Р И , которые основаны на емкостных и фильтрационных свойствах горных пород-коллекторов».
Интерпретация геофизических показателей д л я сложных типов коллекторов осложняется т а к ж е тем, что эти показатели не в состоянии о т р а ж а т ь
отдельные геологические и физические характеристики
(особенности)
горных пород, в том числе изменение значений пористости, изменение
вещественного состава, физико-химические свойства флюидов, з а п о л н я ю щих поровые пространства.
Геофизические показатели о т р а ж а ю т общую совокупность изменения
всех характеристик, которые, кроме того, сложным образом связаны м е ж д у
собой. А если к тому ж е учесть, что все геологические и физические характеристики (и соответственно геофизические показатели) весьма изменчивы в пространстве, причем с ограниченным радиусом, станет понятным
сложность интерпретации промыслово-геофизических данных по подобным
типам коллекторов.
Д л я исследования изменчивости геолого-геофизических показателей
В. Н. Деч н Л. Д . Кноринг [9] предложили исходную изменчивость регистрируемых показателей (общую) р а с с м а т р и в а т ь как сумму изменчивости
систематической (закономерной) и изменчивости случайной (стохастической). Указанный подход не исключает применение общепринятых способов интерпретации геофизических показаний, а дополняет их.
В последнее время с учетом особенностей сложных типов коллекторов
предпринимаются усилия по усовершенствованию стандартного комплекса
методов промысловой геофизики. Усовершенствование в основном проводится в направлении изменения условий применения стандартных методов
и использовании новых методов. По мере развития этих исследований
методы будут использоваться совместно, комплексно. Перечень новых
направлений в разработке комплекса промыслово-геофизических исследований сложных типов коллекторов и меры по их применению подробно
приведены Б. Ю. Вендельштейном [1970 г.].
Несколько слов по поводу возможности привлечения сейсмических
методов изучения коллекторов нефти и г а з а . У некоторых исследователей
сложилось представление о том, что по данным сейсморазведки методом
отраженных волн возможно непосредственно судить о лнтологическом
составе пород разреза и о наличии в нем углеводородов.
Как известно, информация, полученная методом отраженных волн,
в большинстве случаев неоднозначна и т а к называемое установление литологии может означать лишь не более чем решение вопроса о том, какой
из двух геологически правдоподобных видов литологического строения
более приемлем. Д л я выделения типов горных пород обычно используются
только два свойства сейсмических аолн — скорость и затухание, а это
жестко ограничивает объем извлекаемой информации. И н т е р в а л ь н ы е
скорости характеризуются относительно невысокой точностью; уверенно
выделяются только толщи достаточной мощности, .характеризующиеся
постоянными скоростями.
65
Предполагается, что скорости д л я потенциальных пород-коллекторов
з а в и с я т больше от пористости, чем от литологнческого состава пород.
Использование ж е сейсмических методов д л я выделения сложных типов
коллекторов с их вторичной пористостью представляется пока малоэффективным.
Современными традиционными лабораторными методами получение
относительно достоверных количественных данных о вторичной пористости
сложных типов пород-коллекторов не представляется возможным из-за
сложного строения их емкостного пространства. Малопригодными для
этих целей я в л я ю т с я и стандартные методы электрометрии, хотя о предельной эффективной пористости д л я пород-коллекторов с изотропной
средой эта з а д а ч а р е ш а е т с я удовлетворительно.
Применяемое моделирование при интерпретации скважинных измерений часто не о т р а ж а е т сложности строения реальных пород-коллекторов.
В этой связи предлагается использование стохастического моделирования,
сущность которого сводится к установлению вероятностного закона, описывающего поведение свойств сложной системы пород-коллекторов со вторичной пористостью, о б л а д а ю щ и х разной изменчивостью и неоднородностью.
Попытки выделения промыслово-геофизическими методами из общей
пористости пород сложных типоа коллекторов параметра вторичной пористости, развитой как в блоковой среде, т а к и в трещинах (раздельно
или совместно), пока, к сожалению, не дали удовлетворительных результатов. Затруднения в этом направлении с в я з а н ы главным образом с тем, что
геофизические показатели о т р а ж а ю т общую совокупность изменений
всех характеристик, сложным образом связанных между собой.
В целом степень изученности горных пород-коллекторов, особенно
их сложных типов, промыслово-геофизическими методами пока невысока.
Основные причины з а к л ю ч а ю т с я в том, что на геофизические показания
(сигналы) влияет вся совокупность геологических и физических свойств
изучаемых горных пород. В раздельном выделении основных видов эффективной пористости (первичной, вторичной) и в соответствующих их
оценках пока сделаны л и ш ь первые шаги. В настоящее время получение
как качественных, т а к и количественных характеристик основных параметров
сложных типов коллекторов, и прежде всего вторичной пористости, возможно лишь только при комплексном их исследовании.
Методике изучения коллекторов нефти было посвящено множество
работ, опубликованных в различных изданиях или хранящихся в фондах
соответствующих геологических учреждений. Особенностью этих работ явл я е т с я их местное значение. И это неудивительно, т а к как разработка
той или иной методики производилась применительно к локальным геологическим условиям. Эффективность разработки методических исследований
часто ограничивается отсутствием должной лабораторной базы, низким
выносом керна и недостаточным применением современных комплексных
методов скважинной геофизики и литолого-петрографических исследований.
Глава VI
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ
ГОРНЫХ ПОРОД
ВТОРИЧНОЙ
ПОРИСТОСТИ
Прогнозирование физических свойств горных пород, н в частности их вторичной пористости, представляет собой экстраполяцию установленных закономерностей как во времени, т а к и в пространстве. Возможности предсказания вторичной пористости горных пород-коллекторов,
и тем более нх сложных типов, как для территорий, т а к и для больших
глубин, еще мало изученных д а ж е обычными геологическими методами,
представляется крайне сложной задачей.
Однако в общем случае выявление тенденций и перспектив качественного (а иногда и количественного) изменения рассматриваемого п а р а метра (вторичной пористости) становится возможным на основе информации
о закономерностях его изменения и геологической истории района исследования. Здесь имеются в виду наличие перерывов в осадконакоплении как
регионального плана, так и внутриформационных, а т а к ж е смена вещественного состава горных пород в пространстве и по разрезу.
Сложные типы коллекторов (с их вторичной пористостью) по особенностям строения принадлежат к неоднородным геологическим системам,
прогнозирование которых может быть осуществлено вероятностным (стохастическим) путем.
Изучение физических свойств (в том числе и пористости) горных пород
в атмосферных условиях сопровождается определенной погрешностью, т а к
как в естественном состоянии горные породы испытывают аоздействне
высоких давлений и температур, способных деформировать коллекторы
и изменять их физические свойства.
Как известно, одним из современных методов изучения природных
систем, в том числе и геологических, является, как было указано выше,
моделирование, т. е. построение моделей, имитирующих реальные явления
и процессы, происходящие в геологических системах. При исследованиях,
особенно при экспериментальном изучении свойств горных пород, широко
используется теория подобия о б р а з а (соответствия) объекта. Такой вид
физического моделирования оправдывает себя в случае с простыми системами, поскольку приходится оперировать с ограниченным числом параметров. В случае моделирования природных систем, к каковым п р и н а д л е ж а т
сложные типы коллекторов, построение физических моделей становится
крайне затруднительным.
Методы моделирования в геологии, как известно, заключаются в предсказании поведения всех геологических показателей (физических, коллекторских), однако без учета раздельного влияния тех или иных природных
факторов на исследуемый параметр (свойства). Последнее обстоятельство,
разумеется, снижает достоверность прогнозирования систем сложных
ТИПОЙ коллекторов.
При моделировании геологических явлений среди геологов возникают
разногласия, вызванные в основном не столько элементами субъективных
67
наблюдений, сколько неоднозначностью интерпретации фактических наблюдений. Примером указанному может с л у ж и т ь неоднозначность интерполяции
по ряду образцов горных пород, взятых из ограниченных участков разреза
буровых скважин. В этих случаях разные модели могут оказаться в одинаковой степени эффективными и никакая формализация здесь не будет
способствовать ограничению неоднозначности интерпретации.
При моделировании различных типов коллекторов приходится учитывать,
что в природе существуют постепенные переходы от одних объектов (типов
коллекторов) к другим. В ряде случаев эти переходы (границы) весьма
условны. Так, например, в принципиальной схеме классификации коллекторов [27, 38] типы трещинно-поровый и порово-трещннный, по существу,
могут рассматриваться как переходные (промежуточные) типы коллекторов
м е ж д у классами поровых и чисто трещинных коллекторов, несмотря на
о б щ н о с т ь условий их фильтрации.
Наиболее распространенной моделью коллектора нефти и газа являются
с л о ж н ы е их типы, выделенные в схеме классификации коллекторов исследов а т е л я м и В Н И Г Р И еще в 1962 г. Эта модель наиболее приближена к реальным условиям. Она имеет принципиальное значение, так как утвердила
ведущую роль межзерновой (блоковой) среды в емкости подобных типов
коллектора и, как показывают результаты последних лет исследований,
установила преобладающее значение параметра вторичной пористости.
Любопытно, что модель трещинного коллектора, предложенная в свое
в р е м я советскими йсследователямн [7, 18, 27, 38 и др.], повторяется в
з а р у б е ж н ы х изданиях, но, к сожалению, без каких-либо ссылок. Так, в качестве примера можно у к а з а т ь на статью Т. Кента [Kent Т. е. а, 1983 г.],
в которой авторы предлагают модель трещинного коллектора. Согласно
этой модели течение флюидов в трещинных коллекторах происходит в
основном «по трещинной системе с высокой проницаемостью и низкой
эффективной пористостью; трещинами разделены блоки матрицы, сос т а в л я ю щ е й основную часть объема воды». Нетрудно видеть, что эта модель
вполне соответствует той модели трещинного коллектора, которая была
п р е д л о ж е н а советскими исследователями более 20 лет назад.
Прогнозирование горных пород-коллекторов с широко развитой вторичной пористостью часто затруднено вследствие неравномерного преобразов а н и я пород на фоне первичной относительно однородной пористости.
Неоднородное распределение коллекторских свойств вызывает резкое
р а з л и ч и е дебнтов нефти ( г а з а ) в подобных коллекторах д а ж е по смежным
с к в а ж и н а м . Т а к а я з о н а л ь н а я неоднородность коллекторских свойств
обусловлена т а к ж е независимой динамикой пластового давления между
отдельными участками пласта-коллектора н их гидродинамической разобщенностью. Зональную неоднородность сложных типов коллекторов с
доминирующей вторичной пористостью обычно не представляется возможным выявить и учесть на стадии проектирования первоначальной
схемы разработки з а л е ж и . Д а ж е после разбуривания подобных залежей
равномерной сеткой скважин д л я составления карт зональной неоднородности требуется проведение специального комплекса дополнительных
исследований.
68
Прогнозирование коллекторов с преобладающей вторичной пористостью
(обычно карбонатных) часто затруднено тем, что их упруго-механические
свойства, так ж е как и емкостно-фильтрационные параметры, весьма р а з н о образны. Эти свойства строго индивидуальны д л я ограниченных участков
з а л е ж и и д а ж е независимы от их пористости. Естественно, что неоднородность вещественного состава пород д л я коллекторов подобного типа существенным образом влияет на р а з р а б о т к у з а л е ж е й .
Группа исследователей из У к р Н И Г Р И , Беларусьнефти и В Н И И О Э Н Г
проанализировала
перспективные способы прогнозирования
сложных
коллекторов (с преобладающей вторичной пористостью) и произвела оценку
их фильтрационно-емкостных свойств по промыслово-геофизическим п а р а метрам [28]. Изучение проводилось по Припятскому и Днепрово-Донецкому
регионам и в основном б а з и р о в а л о с ь на данных, полученных р а з л и ч н ы м и
методами скважинной геофизики.
Одним нз основных выводов этих исследований являлось з а к л ю ч е н и е
о том, что традиционные методы измерения наиболее вероятных з н а ч е ний нижних пределов фильтрационно-емкостных свойств сложных типов
коллекторов приводят к погрешностям подсчета з а п а с о в в них углеводородов.
Д л я определения степени р а з в и т и я вторичной пористости в подобных
коллекторах рекомендуется р а с с ч и т ы в а т ь взаимосвязи между коэффициентами межзерновой (по А. Ф. Мельчеру) и общей пористости (по промысловогеофизическим данным). В целом наиболее эффективным для в ы д е л е н и я
нефтегазоносных коллекторов с л о ж н о г о типа (с преобладанием вторичной пористости) признается комплексное использование керновой методики
и данных промыслово-геофизических измерений.
Д л я прогнозирования пород-коллекторов со вторичной пористостью
по данным литолого-фациальных палеогеографических и палеотектонических реконструкций исходными я в л я ю т с я следующие положения:
— характер литогенеза в стадии диагенеза и начальной с т а д и и эпигенеза осадка-породы в основном обусловлен сочетанием физико-географических обстановок осадконакопления и палеотектонического р е ж и м а ;
— коллекторские свойства горных пород ч а щ е всего ф о р м и р у ю т с я
в результате их эпигенетических преобразований (в том числе и т р е щ и н о ватости) и предопределяются условиями седиментогенеза и последующих
постседиментационных изменений осадка-породы;
— зоны пористости растворения — классический пример к а р б о н а т н ы х
пород-коллекторов нефти н г а з а с преобладающей вторичной пористостью,
они широко распространены на большинстве площадей с о с а д о ч н ы м и
отложениями в зонах несогласий (региональных и внутриформационных),
где эти зоны представлены с у б а э р а л ь н ы м и поверхностями, претерпевшими
выветривание и эрозию.
Положение зон пористости растворения как в разрезе, так и по п л о щ а д и
можно заранее предвидеть д л я территорий с хорошо изученной с т р а т и графией и тектоникой, д а ж е не п р и б е г а я к бурению разведочных с к в а ж и н .
При прогнозировании коллекторов, как известно, широко п р и м е н я ю т с я
промыслово-геофизические ( с к в а ж и н н ы е ) исследования. При этих исследованиях о б р а щ а ю т с я к моделированию искомого объекта-коллектора и его
физических свойств. Представление о модели коллектора с л а г а е т с я обычно
69
по геологической информации. Эти сведения, чаще всего косвенного порядка,
получены по аналогии со смежными относительно изученными районами
(или месторождениями), по которым з а л е ж и нефти или газа вступили в
р а з р а б о т к у ; они позволяют ориентировочно, в общей форме, предсказывать
строение коллектора, з а л е г а ю щ е г о на той или иной глубине.
Д л я терригенных ( р е ж е карбонатных) поровых коллекторов, обладающих сравнительно простым строением, моделирование нх не представляет
больших затруднений; оно в той или иной степени отвечает реальному коллектору и позволяет р а с с ч и т ы в а т ь все основные параметры последнего, и в
первую очередь, разумеется, его вероятную пористость (реже проницаемость).
При рассмотрении с л о ж н ы х типов коллекторов вследствие анизотропии
коллекторских свойств последних возможны отклонения реального коллектора от его первоначальной модели. В ы р а ж а е т с я это в том, что коллекторские свойства о к а з ы в а ю т с я различными в разных направлениях.
Д л я прогнозирования условий размещения сложных типов коллекторов в а ж н о учитывать д о л ю участия вторичной пористости в общей
емкости последних. Опыт количественной оценки степени влияния вторичных процессов на коллекторские свойства сложных коллекторов производился исследователями В Н И Г Р И [18]. Эти методические работы были
выполнены в больших ориентированных шлифах под микроскопом с целью
количественного подсчета изменений каждого вторичного процесса.
После применения р я д а методических приемов определялась доля
вторичных изменений горной породы раздельно д л я стадий диагенеза и
эпигенеза в тех случаях, когда это представлялось возможным. В последующем с целью пространственного картирования степени интенсивности
проявления в породе-коллекторе вторичных процессов составлялись соответствующие карты-макеты зональности постседиментационных изменений
д л я рассматриваемых пород-коллекторов.
Объектами — полигонами д л я этих исследований послужил ряд локальных структур (месторождений) как на Сибирской, так и на Русской
п л а т ф о р м а х . Сравнительный а н а л и з полученных данных показал, что,
несмотря на различие условий формирования исследованных пород-коллекторов, последовательность постседиментационных процессов изменения
последних о к а з а л а с ь сходной.
Степень интенсивности этих изменений была обусловлена в основном
к а к первичными фацнальными условиями осадконакопления и особенностями
литологического состава пород, т а к и тектонической активностью района
исследования.
В рассматриваемых районах вторичные преобразования сложных
пород-коллекторов происходили в основном в такой последовательности:
уплотнение — цементация — перекристаллизация — доломитизация — сульфатизация — кальцитизацня — окремненне — трещинообразование — выщелачивание.
Ввиду сложности строения пород-коллекторов, их неоднородности и смены гидрогеологических (и химических) условий в геологическом времени
у к а з а н н а я выше последовательность постседиментационных процессов не
всегда сохраняется как во времени, так и в пространстве.
70
Опыт проведенных методических исследований (карты-макеты постседиментационных изменений) был успешно использован при прогнозировании карбонатных (сложных) коллекторов в аналогичных условиях,
а т а к ж е при определении перспективных направлений поисков на территории
Сибирской и Русской платформ.
Полигонами д л я составления региональных прогнозных карт коллекторов являлись Иркутский амфитеатр, Тимано-Печорская провинция,
Балтийская синеклиза и Терско-Сунженская область на Северном К а в к а з е .
В этих регионах прогнозные карты коллекторов составлялись на б а з е
литофациальной зональности р а з в и т и я вторичных процессов и данных
о параметрах трещиноватости и коллекторских свойств с учетом изменений мощностей исследуемых горизонтов.
Д л я установления тесноты связей параметров сложного коллектора
при исследованиях применялся множественный корреляционный а н а л и з ,
а д л я определения связей коллекторских свойств с постседиментационными процессами — факторный анализ.
По результатам анализа составленных прогнозных карт сложных коллекторов д л я рассмотренных территорий был предложен ряд практических
рекомендаций. Так, в частности, д л я Тимано-Печорской провинции было
отмечено возрастание пористости карбонатных пород верхнего д е в о н а ,
нижнего и верхнего карбона в юго-западной части Печорской синеклизы.
По Сибирской платформе была установлена перспективность карбонатных
пород нижнекембрийского осинского горизонта на склонах конседнментационных структур и периклиналях локальных структур. В Балтийской
синеклизе в карбонатных породах силура благоприятными по коллекторским
свойствам оказались зона малоамплитудных дизъюнктивных дислокаций
значительной протяженности и переходные зоны с различной степенью
интенсивности вторичных преобразований горных пород.
Приведенные выше методические разработки и полученные результаты их
практического применения имеют, разумеется, большое значение д л я
определения более рационального направления поисково-разведочных работ.
Большой теоретический и практический интерес представляет проблема
глубокозалегающих з а л е ж е й углеводородов, и в частности наличие коллекторов на больших глубинах. Многие исследователи указывают, что д а ж е при
широком комплексном изучении коллекторов (со вторичной пористостью)
нельзя получить полного представления о перспективах объекта изучения.
Видимо, не следует подходить к решению проблемы разведки горизонтовколлекторов, залегающих иа больших глубинах, основываясь только на
моделях, построенных с учетом данных по о б н а ж е н и я м . Здесь одним из
сложных вопросов этой проблемы является невозможность получения необходимой. информации о глубинном строении в масштабе, соизмеримом
с размерами самой модели. При прогнозировании коллекторов с л о ж н ы х
типов со вторичной пористостью необходимо учитывать, что в геологическом
разрезе с течением времени они являются переменными п а р а м е т р а м и ,
изменяющимися
под воздействием
постседиментационных
процессов,
благодаря тектоническим и эрозионным факторам.
Таким образом, попытки моделирования первоначальной формы и размера горизонта-коллектора могут оказаться неприемлемыми д л я р е ш е н и я
71
Ч 8 12 16 20
Wo,%
2
•3
Рнс. 20. Изменение открытой пористости /п0 глинистых пород при увеличении
глубины максимального погружения Hmaz
в разных
нефтегазоносных отложениях. По Г. В. Лебедевой,
Б. М. Фролову, Б. к< Лебедеву и др. [1982 г.].
I — девой Тимано-Печорской провинции; 2 — н и ж н и й мел Западной Сибири; 3 — в е н д (подсолевые отложения) Восточной Сибири; 4 — карбон (подсолевые отл о ж е н и я ) Северного П р и к а с п и я .
в о п р о с о в р а з в е д к и . О д н а к о в тех редких с л у ч а я х , когда отмечается сохранность р а с с м а т р и в а е м о й т о л щ и в р а з р е з е , з н а н и е специфических условий
о с а д к о н а к о п л е н и я будет в е с ь м а полезным при определении роли факторов,
в л и я ю щ и х на к а ч е с т в о к о л л е к т о р а ( в н у т р е н н я я с т р а т и ф и к а ц и я , текстура,
пористость, п р о н и ц а е м о с т ь ) .
С в о з р а с т а н и е м глубины з а л е г а н и я горных пород р а з н и ц а в прониц а е м о с т и к о л л е к т о р а и его покрышки постепенно с н и ж а е т с я . О д н а к о в
э т а п ы тектонической а к т и в н о с т и при возникновении р а з р ы в о в сплошности
пород, с л у ж а щ и х путями м и г р а ц и и ф л ю и д о в в в ы ш е л е ж а щ и е слои, могут
с о х р а н и т ь с я у с л о в и я н о р м а л ь н о г о соотношения м е ж д у коллектором и
покрышкой.
И з в е с т н о , что чем б о л ь ш е р а з н и ц а в проницаемости пород коллектора
и покрышки, тем при прочих р а в н ы х у с л о в и я х б о л ь ш е вероятность заполнения к о л л е к т о р а у г л е в о д о р о д а м и и п о с л е д у ю щ е й сохранности их з а л е ж е й .
В п о з д н е й ш и е э т а п ы тектонических д е ф о р м а ц и й в о з р а с т а е т интенсивность
вторичных изменений к а р б о н а т н ы х пород. Н а этих э т а п а х из фундамента
или из н и ж е л е ж а щ и х г о р и з о н т о в о с а д о ч н о г о чехла поступают растворы,
о б о г а щ е н н ы е а г р е с с и в н ы м и компонентами, и в первую очередь углекислотой,
что приводит к р а с т в о р е н и ю и в ы щ е л а ч и в а н и ю к а р б о н а т н ы х пород и соответственно к увеличению емкости и у л у ч ш е н и ю проницаемости последних.
П р и п р о г н о з и р о в а н и и к о л л е к т о р о в нефти и г а з а на больших глубинах
п о л е з н ы м м о ж е т о к а з а т ь с я и с п о л ь з о в а н и е статистического подхода. К а к
п р а в и л о , пористость горных пород с глубиной их з а л е г а н и я уменьшается.
И с с л е д о в а н и я п о к а з а л и , что д л я пород одного геологического возраста
д л я с о о т в е т с т в у ю щ е г о р а й о н а эта з а в и с и м о с т ь имеет линейный х а р а к т е р
(рис. 2 0 ) .
В среднем у х у д ш е н и е пористости х а р а к т е р и з у е т с я градиентом 4,15% на
1 км. О д н а к о в з а в и с и м о с т и от в о з р а с т а горных пород и длительности
истории п р о г и б а н и я о с а д о ч н о г о б а с с е й н а градиент пористости колеблется
от 3,8 д о 9 , 8 % на 1 км.
72
ТАБЛИЦА 4
Изменение значений открытой пористости н плотности пород
Прнтбилнсского района с глубиной (по данным
Ш. К· Китованн, И. А. Спарснашвили, К· П. Каличавы,
Л . А. Чнхладзе [1977 г . ] )
Плотность, г / с м 3
Открытая пористость, %
Глубина,
KM
Число
анализов
0—0,5
0,5—1
1-1,5
1,5—2
2—2,5
2,5—3
3—3,5
3,5—4
4—4,5
4,5—5
52
88
100
97
84
92
41
26
66
1
пределы
изменения
среднее
значение
анализов
пределы
изменения
среднее
значение
1,0—19,6
1,0—18,0
0,8—16,0
0,4—10,0
0,3—7,5
0,2—7,0
0,1—7,0
0,1—5,2
0,5—1,5
0,7
10,9
8,6
6,1
4,0
3,1
1,9
1,6
1,5
1.0
0,7
26
43
47
49
42
48
21
14
32
2,20—2,72
2,15—2,75
2,35—2,75
2,19—2,79
2,35—2,74
2,34—2,83
2,52—2,73
2,46—2,80
2,67—2,69
2,48
2,50
2,54
2,57
2,64
2,65
2,66
2,67
2,68
—
—
—
Прогнозирование пористости карбонатных пород до глубины 5500 м
в Южной Флориде проводилось по результатам геофизических исследований в 15 скважинах [Schmoker J. W., H a l l e y R. В., 1982 г.]. По данным
гравикаротажа, акустического, нейтронного и плотностного к а р о т а ж а здесь
были получены средние значения пористости для интервалов мощности
от 1,5 до 21,3 м. По этим данным было установлено уменьшение пористости
известняков и доломитов с глубиной, определяемое экспоненциальной
кривой независимо от их ф а ц и а л ь н ы х особенностей и степени постседиментационных преобразований. Исследованиями показано, что через
каждые 1740 м емкостные свойства карбонатных пород ухудшаются в 2 р а з а .
Отмечено также, что пористость доломитов до глубины 1740 м ниже, чем
известняков, тогда как на больших глубинах доломиты сохраняют более
высокую пористость по сравнению с известняками, что объясняется более
интенсивным развитием процессов преобразования вещественного состава
последних. Уменьшение пористости контролируется заполнением пор солями
магния.
Влияние возраста пород на изменении пустотности коллектора не сказывается. Приведенными выше фактами, вероятно, можно объяснить преоблад а ю щ у ю долю доломитов (до 8 0 % ) среди карбонатных пород-коллекторов.
При анализе коллекторских характеристик подсолевых отложений
сверхглубокой Биикжальской с к в а ж и н ы СГ-2 Прикаспийской впадины,
представленных песчано-алевритовыми ( 3 6 % ) , глинистыми ( 4 1 % ) , глинисто-карбонатными ( 1 0 % ) и карбонатными ( 4 % ) породами, с глубиной
наблюдалось закономерное увеличение плотности пород, уменьшение открытой пористости, значимое увеличение трещинной проницаемости при одновременном уменьшении раскрытия трещин. Последнее объясняется тем, что
кроме увеличения плотности трещин появляются полости вторичного выщелачивания вдоль трещин [11].
Аналогичная тенденция изменения физических параметров отмечена и в
терригенно-вулкаиогеино-карбонатиом комплексе пород (верхний мел —
олигоцен, нижний миоцен) Прнтбилнсского района (табл. 4 ) . З д е с ь до
73
ТАБЛИЦА 5
Коллекторскне свойства пород в зоне глубинного катагенеза
(по данным В. А. Кривошеи, В. М. Тесле н ко-Π он ом арен ко [21])
Площадь.
Рыбальская
Тимофее вская
»
Гадячская
»
Артюховская
»
»
»
Харьковцевская
»
Николаевская
»
Номер
скважины
Интервал.
KM
45
3,904 - 3 , 9 6 8
3,405-- 3 , 9 1 4
4,073 - 4 , 1 3 1
4,612-- 4 , 8 2 4
4,992-- 5 , 0 9 4
4,005-- 4 , 1 4 1
4,056-- 4 , 2 6 1
4,121-- 4 , 1 4 9
4,274-- 4 , 2 8 2
4,499-- 4 , 5 1 5
4,807--5,031
3,603-- 3 , 6 1 8
4,404-- 4 , 4 9 3
3
I
I
2
12
9
4
8
3
5
22
23
Открытая
пористость, %
12,516,012,912,2-
18,4
18,4
25,7
16,5
1 0 , 6 - 14,5
11,6- 17,0
10,8— 18,6
11,2— 20,0
10,7— 16,1
9 , 1 - 14,7
8 , 8 - 11,3
9 , 0 - 11,6
8,9— 10,5
Проницаемость.
мД
12,8 - 2 0 2 , 5
35,3 - 2 3 6 , 0
173,Ο--1957,0
Ι 0,0--222,4
41,3 -280,7
18,7--1097,0
4,2--924,6
31,5--1999,5
22,8-- 3 7 7 , 3
14,3--121,2
7,3-- 2 5 , 5
16,9-- 9 2 , 3
2 , 6 -- 2 4 , 5
г л у б и н ы 5 км ф и к с и р у е т с я з н а ч и т е л ь н о е закономерное уменьшение пористости и увеличение плотности пород.
О д н а к о при низких з н а ч е н и я х о т к р ы т о й пористости по гидродинамическим д а и и ы м п р о н и ц а е м о с т ь м о ж е т д о с т и г а т ь 200 мД, о б у с л о в л и в а я
в ы с о к и е притоки ф л ю и д а . Высокие ф и л ь т р а ц и о н н ы е свойства здесь т а к ж е
в ы з в а н ы интенсивной т р е щ и н о в а т о с т ь ю горных пород.
Уменьшение открытой пористости и проницаемости в зоне глубинного
э п и г е н е з а хорошо п р о с л е ж е н о на примере иижнекаменноугольных отложений
ц е н т р а л ь н ы х районов Д н е п р о в о - Д о н е ц к о й впадины [21]. З д е с ь выявлены
п о р о д ы - к о л л е к т о р ы с высокими ф и л ь т р а ц и о н н о - е м к о с т н ы м и свойствами.
Н а тех ж е глубинах п е р в и ч н а я п о р и с т о с т ь становится минимальной (до
3 — 5 % ) , но з а т о широко р а з в и т а в т о р и ч н а я пористость, обусловленная
п е р е р а с п р е д е л е н и е м м и н е р а л ь н о г о в е щ е с т в а между породой и пластовой
водой ( т а б л . 5 ) .
И с п о л ь з о в а н и е средних з н а ч е н и й пористости статистически возможно,
п о с к о л ь к у у ч и т ы в а ю т с я все н а б л ю д е н и я . Некоторые геологи используют
з н а ч е н и я м а к с и м а л ь н о й пористости, но они, разумеется, статистически
н е о п р а в д а н н ы , особенно в тех у с л о в и я х , когда и н ф о р м а ц и я ограниченна.
К с о ж а л е н и ю , э т и з н а ч е н и я иногда н е п р а в о м о ч н о применяются при геологических и н т е р п р е т а ц и я х .
В целом следует заметить, что д и а п а з о н значений пористости, в том числе
и вторичной, д л я л ю б ы х глубин плотных горных пород значителен, и сравнит е л ь н о с о п о с т а в и м ы е з н а ч е н и я н а б л ю д а е м ы х градиентов пористости явл я ю т с я р е з у л ь т а т о м в з а и м о д е й с т в и я б о л ь ш о г о числа факторов. Многие
из этих ф а к т о р о в о б у с л о в л е н ы средой о с а д к о н а к о п л е н и я , первичной пор и с т о с т ь ю о с а д к о в и их механическими свойствами, химической стабильностью исходных компонентов, а т а к ж е природой и д а в л е н и е м поровых
флюидов.
Р а с п о л а г а я у к а з а н н ы м и п о к а з а т е л я м и , м о ж н о было бы т р а н с ф о р м и р о в а т ь к о л л е к т о р с к и е свойства горных пород д л я неразбурениых объектов,
у с т а н о в л е н н ы х , допустим, с п о м о щ ь ю с е й с м о р а з в е д к и .
74
В литературе время от времени обсуждается вопрос о степени сообщаемое™ и равномерности распространения физических и коллекторских
свойств горных пород-коллекторов. Вопрос этот весьма существен д л я
предсказания направлений поисков коллекторов в пространстве и на глубину.
Благоприятные свойства в этом отношении имел бы изотропный коллектор,
все поры которого, в том числе пустоты вторичного происхождения, обладают относительно одинаковыми размерами и общими формами по всем
направлениям.
Этот вопрос достаточно серьезен и имеет большое практическое значение. Д е л о в том, что в природных условиях с такими изотропными коллекторами редко приходится сталкиваться. Все типы коллекторов, и в первую
очередь сложные их представители, являются, по существу, анизотропными. Объясняется это тем, что в результате воздействия постседиментационных процессов в каждом слое — потенциальном коллекторе образуются частицы разных размеров, редко ориентированные.
Об указанном выше свидетельствуют данные об изменении проницаемости на границе между слоями. Несомненно, учет влияния неоднородности (анизотропии проницаемости пород-коллекторов) на процессы
разработки залежей углеводородов весьма важен.
Так, например, степень выдержанности проницаемости снижает вероятность того, что целнки нефти будут обходить продвинувшиеся краевые
(или подошвенные) аоды в процессе разработки з а л е ж и . Кроме того,
при разработке з а л е ж е й углеводородов в подобных коллекторах надо
учитывать, что скважины, расположенные вблизи водо-нефтяного контакта,
при высоких темпах отбора углеводородов могут о к а з а т ь с я в зоне конуса
обводнения.
Некоторыми исследователями изучались зависимости изменений значения фильтрации (в прискважинной зоне) от степени депрессии. Так, на
месторождении Бештентяк анализировались данные работы ряда эксплуатационных скважин (3, 13, 21), дренирующих продуктивный карбонатный
коллектор, обладающий двойной проницаемостью (поровой и трещинной).
Анализ полученных результатов исследования трещинного коллектора
указанного месторождения позволил предположить, что при депрессии
50 кгс/см 2 происходит смыкание межблоковых трещин. Было установлено,
что сжимаемость трещин отмечается лишь при их раскрытии более 15 мкм.
Следовательно, при меньших значениях раскрытия трещин смыкания их
(микротрещин) не происходит и они сохраняют свою ведущую роль в
фильтрации флюидов, что и свойственно сложным типам коллекторов.
Прогнозирование любого геологического явления, в том числе коллекторов нефти и газа, а т а к ж е их физических свойств, основано на нх моделировании. В практике моделирования предсказание вторичной пористости
в сложных системах пород-коллекторов крайне ограниченно. Основными
видами первичной информации, причем косвенного порядка, д л я них с л у ж а т
преимущественно геологические данные. Это данные, касающиеся истории
геологического развития района исследования, в которых о т р а ж е н а информация о смене в р а з р е з е литологического состава пород, сведения
о наличии перерывов в осадконакоплеиии и тектонических деформаций
(в том числе и об интенсивности трещиноватости).
75
В общем случае д л я прогнозирования размещения сложных типов
коллекторов с преобладающей вторичной пористостью эти данные способствуют установлению особенностей литогенеза, эпигенетических процессов и, в частности, роли пористости растворения.
П о современным данным принципиальной моделью д л я сложных типов
коллекторов с преобладающей вторичной пористостью является модель,
в которой ведущая роль в емкости коллектора принадлежит межзерновой
среде (блоки пород, рассеченные т р е щ и н а м и ) . Неоднородное распределение
коллекторских свойств в подобных коллекторах обусловливает их зональность в пространстве, часто з а т р у д н я я этим проектирование первоначальной схемы разработки з а л е ж и . Составление карт зональной неоднородности сложных типов коллекторов д о л ж н о являться предметом специальных исследований.
Опыт методического изучения степени влияния вторичных процессов на
коллекторские свойства с л о ж н ы х коллекторов показал возможность составл е н и я карт зональности постседиментационных изменений д л я рассматриваемых пород-коллекторов. Эти данные могут быть успешно использованы
д л я целей прогнозирования условий размещения коллекторов и изменения
их физических и коллекторских свойств.
При прогнозировании необходимо учитывать, что увеличение вторичной
пористости в горных породах-коллекторах происходит на позднейших
э т а п а х тектогенеза, вызывающих поступление нз фундамента или нижез а л е г а ю щ и х горизонтов агрессивных углекислых растворов.
И н ф о р м а ц и я об интенсивности и направленности постседиментационных
изменений пород осадочного чехла может быть получена при рассмотрении
л ю б о г о этапа геологического р а з в и т и я региона, откуда следует, что картину
ф о р м и р о в а н и я вторичной пористости можно воссоздать по ряду признаков
геологического строения как регионального, так и зонального и локального
плана.
Д л я прогноза ж е вторичной емкости на различных стадиях нефтепоисковых работ могут быть использованы факторы различного порядка
и направленности. Однигрт из предваряющих факторов, обусловливающих
изменение первоначального пустотного пространства горных пород явл я е т с я тектоническая активность региона на протяжении его геологической
истории.
К а к известно, именно тектоническая активность определяет:
— продолжительность трансгрессивных и регрессивных циклов;
— мощность и площадное распространение зон механического и химического выветривания ( в ы щ е л а ч и в а н и я ) ;
— скорость и глубину погружения осадка, характеризующие термодинамические условия его з а л е г а н и я ;
— интенсивность и направленность развития трещиноватости, обусловл и в а ю щ е й возможность сообщения отдельных частей разреза как по вертик а л и , т а к и по горизонтали циркулирующими в иих растворами и определ я ю щ е й дальность миграции флюида.
. А н а л и з вышеприведенных составляющих фактора тектонической актив 1
ности может послужить основой д л я выделения в осадочном чехле регионов
с преобладанием развития того или иного процесса постседиментационных
76
изменений пород на этапах диагенеза и эпигенеза, оценить гидродинамическую обстановку региона и дальность перемещения растворов.
Представления, полученные при а н а л и з е этих данных, могут быть использованы при региональном прогнозе распределения коллекторов с вторичной
емкостью на стадии поисковых работ (I з т а п ) .
Д л я более детального, зонального прогноза пород-коллекторов, имеющих
вторичную емкость, необходимо более подробно рассмотреть геологическое
строение региона (стратиграфические комплексы, тектонические особенности, палеогидрогеологические п о к а з а т е л и ) . Здесь в а ж н о установить место
в разрезе и продолжительность перерывов в осадконакопленин, д и а л о г и ческие и тектонические несогласия, гидрохимический режим на протяжении
геологической истории изучаемой территории (II э т а п ) .
Такое рассмотрение позволяет сузить рамки поисков коллекторов до
определенных стратиграфических горизонтов, установить площади поисков
коллекторов в пределах определенных крупных тектонических структур или
их элементов. Такие исследования характерны для стадии поисково-разведочных работ.
На этапе разведки месторождений а н а л и з строения локальной тектонической структуры (морфологическая форма структуры, интенсивность роста
отдельных элементов структуры, наличие фациальных замещений, генезис
структуры и др.) позволяет осуществить конкретный (локальный) прогноз
породы-коллектора с вторичной емкостью на определенных структурах илн
их участках (III э т а п ) .
Последовательно от этапа к э т а п у прогноза детализируются представления о постседиментационных преобразованиях пород, формирующих вторичную пористость. Так, например, о процессе выщелачивания на I э т а п е
прогноза можно высказать лишь общие соображения о возможности его
наличия на данной территории и теоретически обосновать размеры этого
явления.
На II этапе прогноза можно у ж е показать, д л я каких пород и частей
разреза процесс выщелачивания наиболее характерен при формировании
вторичной пористости.
На III этапе прогноза определяются участки локальных структур (или
сами структуры), характеризующиеся наиболее интенсивным р а з в и т и е м
пустот вторичного выщелачивания, что позволяет д а т ь практические рекомендации для разведки и р а з р а б о т к и з а л е ж и .
Параллельно с установлением качественных характеристик вторичной
пористости, обусловленных постседиментационными процессами на р а з л и ч ных стадиях литификации осадка, можно осуществить прогноз, направленный на количественную оценку параметров коллекторов с вторичной емкостью.
Интенсивность проявления того или иного процесса и формирование
вторичных пустот определенной морфологии и частоты встречаемости
д л я локальных зои в каждом конкретном случае определяют с л е д у ю щ и е
факторы.
1. Геометрия первичного порового пространства.
2. Структурные и текстурные особенности пород.
3. Вещественный состав пород.
4. Химический состав пластовых вод.
77
Анализ этих данных может лечь в основу количественной оценки доли
вторичных пустот в общей емкости коллектора, образовавшихся в результате
ряда процессов постседиментационных преобразований пород.
Если качественную оценку коллектора с вторичной пористостью на разных э т а п а х поисково-разведочных работ можно получить из анализа истории
геологического р а з в и т и я и современного геологического строения региона
(или его частей, или отдельных п л о щ а д е й ) , то д л я количественной характеристики этого коллектора необходимы главным образом литологопетрографические исследования, непосредственно изучающие вещественный
состав пород, их структурные и текстурные особенности, геометрию и морфологию пустот, и в пределах сравнительных данных значение фильтрационноемкостных свойств пород. Другие лабораторные методы дают прямое
определение значений емкости и проницаемости пород, но, как правило,
без дифференциации этих величин по типам пористости (ртутная порометрия,
определения лаборатории физики пласта, метод ядерно-магнитного резонанса и другие методы).
Как показано ранее, изменение структуры порового пространства породы,
обусловленное постседиментационными преобразованиями, идет на протяжении всей геологической истории того или иного района, но формирование
породы-коллектора определяется процессом, предшествующим формированию з а л е ж и нефти или г а з а . Так как современные з а л е ж и углеводородов
в подавляющем большинстве имеют молодой возраст, то и последние
постседиментационные
процессы
преобразования
пород
приобретают
р е ш а ю щ у ю роль в количественной оценке параметров пород-коллекторов.
Это положение свойственно как д л я платформенных областей, т а к и для
подвижных поясов земной коры.
Следует отметить, что литолого-петрографическое изучение пород для
определения истории формирования пород-коллекторов в совокупности с
другими данными дает обширный материал к познанию геологической
истории того или иного региона. Эти данные позволяют установить взаимос в я з ь вторичных минеральных компонентов, морфологию пор различного
генезиса и в з а и м о с в я з ь трещин различной генерации. Кроме того, они
в комплексе с гидрогеологическими данными дают представление о гидрохимическом режиме того или иного региона и помогают воссоздать картину
геологических явлений, имевших место в развитии рассматриваемой территории.
Таким образом, изучение происхождения и развития вторичных пустот,
с одной стороны, имеет сугубо практическую направленность — ведет
к оценке запасов углеводородов в том или ином регионе, с другой — является
ключом к познанию многих этапов геологической истории региона.
Глава VII
ВТОРИЧНАЯ ПОРИСТОСТЬ — ПАРАМЕТР
Д Л Я ОЦЕНКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗАПАСОВ
НЕФТИ И Г А З А
При подсчете запасов нефти (газа) самым затруднительным
в проблеме коллекторов нефти и газа, и в особенности их сложных типов,
является определение их полезной (эффективной) емкости. Если с поровыми
коллекторами, преимущественно с песчаниками, дело обстоит в этом отношении более или менее благополучно, то с карбонатными породами часто
возникают значительные осложнения.
Как правило, значения межзерновой пористости таких горных пород,
как, например, знаменитые асмарийские известняки, находятся в пределах
первого десятка процентоа, чаще 3 — 4 % . Примечательно, что и межзерновая
(поровая) проницаемость этих пород-коллекторов оказывается крайне
низкой (менее 0,1 м Д ) .
Согласно традиционным представлениям, к сожалению, кое-где бытующими и по сей день, т а к а я горная порода любого литологического состава,
судя по приведенным выше данным об ее межзерновой пористости и проницаемости, не может быть признана коллектором нефти и газа. Между тем
указанные выше асмарийские известняки и доломиты снискали мировую
славу как наилучшие коллекторы, содержащие богатейшие запасы нефти
и газа.
Другим примером указанному в нашей стране могут служить верхнемеловые известняки Чечено-Ингушетии, параметры коллекторских свойств
которых весьма низкие, что, однако, не помешало им оказаться высокопродуктивными.
Чем же объяснить такое парадоксальное положение, никак не согласующееся с традиционными представлениями о коллекторских свойствах горных пород?
Оказалось, что долгие годы не учитывались (а в некоторых районах
и поныне не учитываются) в подобных сложных породах-коллекторах
(как в карбонатных, так и в терригенных) два важных фактора. Первый из
них — фактор трещиноватости, обусловливающий фильтрацию флюидов.
Второй ф а к т о р — в т о р и ч н а я пористость, возникновение которой обязано в
основном процессам растворения и выщелачивания. Этот вид пористости
увеличивает общую полезную емкость коллектора, соответственно увеличивая этим извлекаемые запасы углеводородов, содержащиеся в нем.
Именно по причинам недоучета указанных факторов (параметров трещиноватости и вторичной пористости) в ряде районов разных нефтегазоносных бассейнов на многие годы были «заморожены» поиски и разведки
нефти и газа в карбонатных породах. Примеры этому хорошо известны как
в нашей стране, так и за рубежом.
По ряду месторождений нефти в Татарской А С С Р в последние годы
производились пересчеты запасов нефти в продуктивных толщах каменноугольных отложений. Пересчеты эти в основном были вызваны недооценкой
79
особенностей фильтрационно-емкостных свойств сложных типов карбонатных
коллекторов. Недооценивались главным образом пористость матрицы, в
которой основной составляющей я в л я л а с ь вторичная пористость, а т а к ж е
коэффициенты нефтегазонасыщенности и нефтеотдачи с раздельным учетом
их значений д л я матрицы и р а с с е к а ю щ и х их систем трещин.
В н а с т о я щ е е время в связи с ростом объемов глубокого бурения постепенно накапливаются новые д а н н ы е о возможности наличия на больших
глубинах з а л е ж е й нефти и г а з а , доступных для промышленного освоения.
Р а з у м е е т с я , подход к оценке таких з а л е ж е й должен существенным образом
о т л и ч а т ь с я от традиционных представлений, сложившихся за многие годы
при поисках и разведке, а затем и при разработке месторождений, залегающих на сравнительно небольших глубинах (первые тысячи метров).
В последние годы при глубоком бурении все больше вовлекаются в
промышленное освоение з а л е ж и нефти и г а з а , приуроченные к карбонатным
коллекторам, физические и коллекторские свойства которых никак не уклад ы в а ю т с я в бытующие схемы классификации, не учитывающие особенностей
фильтрации флюидов в подобных условиях и роли фактора трещиноватости
горных пород.
Подход к оценке таких з а л е ж е й д о л ж е н опираться не на косвенные
данные, как это часто практикуется, а на количественные характеристики
таких параметров, как т р е щ и н н а я проницаемость, трещинная пористость,
густота трещин (интенсивность трещиноватости), вторичная пористость
и другие, в том числе раздельное определение коэффициентов нефтегазонасыщенности и нефтегазоотдачи как д л я поровой среды (матрицы), так и
д л я рассекающих ее систем трещин.
Методика познания указанных параметров достаточно полно описана
в р а б о т а х [7, 18, 27, 38] и используется многими исследователями. Так,
руководствуясь указанными методическими приемами, Н. В. Танинская
и В. И. Слнвков [41] изучали карбонатные отложения силура на Вуктыльской структуре, где эти породы были вскрыты буровыми скважинами в
интервале 5850—6401 м. З д е с ь в достаточно мощной толще (больше 500 м)
установлены газопроявление и горизонты с повышенной трещинной проницаемостью.
Учет данных о трещинной проницаемости при различных значениях
геостатического и порового давлений при экспериментальном изучении
о б р а з ц о в керна из меловых пород Й о р к ш и р а (Англия) способствовал выбору
оптимальной схемы разработки этого месторождения в Северном море
[ E n e r g y Sources, 1982, v. 6, № 4, p. 321 334].
О б р а т и м с я к фактору вторичной πορικ шсти, являющемуся непосредственным объектом нашего исследования. В настоящее время как качественная, т а к и количественная оценка этого параметра, особенно для сложных
типов коллекторов, представляется пока е щ е проблемным вопросом, хотя
принципиальное решение его у ж е найдено.
Напомним, что при рассмотрении естественных пустот в горной породе
по генетическому признаку их можно подразделить на две основные группы — первичные и вторичные. Первичные пустоты обычно контролируются
условиями осадконакоплении и процессами начальной стадии литогенеза.
В таких породах-коллекторах, как песчаники, пески, оолитовые и зернистые
UA
известняки и доломиты, обладающие межзерновой пористостью, поры
хорошо связаны между собой, о б р а з у я единую непрерывную гидродинамическую систему. Пористость подобных пород-коллекторов, как правило,
удается сопоставить с их проницаемостью, поскольку оба этих параметра
зависят от размерности частиц-зерен, их формы и пространственного распределения.
Вторичная ж е пористость контролируется в основном процессами трещиноватости и растворения. Различного рода пустоты выщелачивания
в горной породе (часто карбонатной) с в я з а н ы между собой системами
рассекающих ее трещин. Пустоты выщелачивания, являющиеся основными
составляющими вторичной пористости, распределены в горной породе крайне
неравномерно. Их взаимная гидродинамическая с в я з ь обусловлена микротрещинами, которыми главным образом и определяется проницаемость
горной породы.
Типичным для сложных типов коллекторов является анизотропия фильтрационных свойств. Сопоставление проницаемости таких горных породколлекторов с их пористостью обычно затруднительно.
Заметим, что в карбонатных породах между различного рода пустотами
существуют корреляционные связи, аппроксимируемые линейными функциями. Исследованиями установлено, что эти связи обычно неоднозначны.
При подсчете запасов указанные зависимости оцениваются в каждом случае
отдельно.
К вторичной пористости, по существу, д о л ж н а быть отнесена и т р е щ и н н а я
пористость, поскольку она по своему происхождению обязана позднейшим
этапам тектонических деформаций. Но из-за несопоставимости значений трещинной пористости (0,01—0,1%) с первичной ( 2 — 4 % ) и вторичной (до
10%) пористостью значения трещинной пористости принято р а с с м а т р и в а т ь
как самостоятельный параметр.
Однако, несмотря на весьма малые значения трещинной пористости, в отдельных случаях извлекаемые з а п а с ы нефти в трещинах могут о к а з а т ь с я
соизмеримыми с извлекаемыми з а п а с а м и , содержащимися в порах (матрице). Так, например, в пермских карбонатных породах Башкирии извлекаемые запасы нефти, с о д е р ж а щ и е с я только в трещинах, составили до 3 0 %
от общих извлекаемых запасов (месторождение Малышевское). Т р е щ и н н а я
пористость равна здесь всего 0,05% (относительно объема пористости).
Т а к а я сравнительно высокая степень соизмеримости извлекаемых з а п а с о в
«трещинной» и «поровой» нефти обусловлена большими значениями (близкими к единице) коэффициентов нефтенасыщенности и нефтеотдачи, свойственными д л я запасов нефти, с о д е р ж а щ и х с я в трещинах сложных типов
коллекторов.
Подобный раздельный подсчет извлекаемых з а п а с о в нефти производился
и по ряду других месторождений, в том числе на Марковском месторождении в Иркутском амфитеатре, где н е ф т я н а я з а л е ж ь приурочена к к а р б о н а т ным породам сложного типа коллектора осинского горизонта н и ж н е г о
кембрия. Результаты этого подсчета показали, что запасы нефти в т р е щ и нах здесь составляют около 10% при трещинной пористости пород 0 , 0 3 % , что
т а к ж е оказалось соизмеримым с з а п а с а м и нефти, содержащимися в м е ж зерновых порах матрицы (блоки пород).
81
И з сказанного выше следует, что трещины в сложных типах коллекторов
(часто в карбонатных породах) с о д е р ж а т от 10 до 30% углеводородов
от общего количества извлекаемых з а п а с о в последних. З а п а с ы «трещинной»
нефти целесообразно учитывать, что соответственно увеличит общий объем
извлекаемых запасов нефти, с о д е р ж а щ е й с я в сложных типах коллекторов.
В практике подсчета з а п а с о в нефти и газа в сложных типах коллекторов
коэффициент нефтеиасыщенности трещин берется порядка 90%. Это несомненно высокий коэффициент, он свойствен нефтеиасыщенности только
трещин с их высокой трещинной проницаемостью. Коэффициент нефтеиасыщенности пород матрицы сложных типов коллекторов ниже ( 7 0 — 8 0 % ) .
Предпринимаемые некоторыми исследователями попытки определения
коэффициента нефтеиасыщенности в подобных типах коллекторов с вторичной пористостью по данным промыслово-геофизических методов дают пока
приближенные результаты.
Получение относительно надежной оценки коэффициента нефтеиасыщенности сложных типов коллекторов, т а к ж е как и параметра вторичной их
пористости, может быть успешным при комплексном анализе и дальнейшей
интерпретации всех геологических и скважинных данных.
При подсчете начальных з а п а с о в нефти в сложных типах коллекторов
у многих исследователей возникают затруднения с определением объема
з а л е ж е й . Традиционные методы определения пористости в таких коллекторах
о к а з а л и с ь неприемлемыми, т а к как фиксируемая стандартными лабораторными методами открытая ( м е ж з е р н о в а я ) пористость в большинстве случаев
была крайне малой. Суммарный объем межзерновых открытых пор, д а ж е
с учетом больших мощностей перспективных горизонтов (толщ), особенно
в карбонатных породах, в р я д е случаев не согласовался с объемами извлекаемой нефти ( г а з а ) , значительно превышающими первоначальные расчеты.
Это обстоятельство в ы н у ж д а л о производить пересчеты запасов углеводородов с введением повышенных коэффициентов пористости. Поиски путей
(методов) относительно достоверного определения параметра пористости в
с л о ж н ы х коллекторах велись в разных направлениях. По существу, эти
исследования и поныне п р о д о л ж а ю т с я .
В настоящее время общепризнанным следует считать ведущую роль
вторичной пористости в подобных коллекторах, о чем в свое время высказывались исследователи В Н И Г Р И [27]. Что касается термина «вторичная
пористость», то о нем достаточно подробно сказано выше (см. гл. I). Если
согласиться с данным в ы ш е определением, тогда выбор методов определения вторичной пористости (получение количественных характеристик)
будет в известной мере облегчен.
В качестве примера установления коэффициента вторичной пористости
при определении начальных з а п а с о в нефти в верхнемеловых з а л е ж а х Грозненских месторождений обратимся к монографии В. Н. Майдебора [26].
В этой работе указывается, что доля запасов нефти в матрице сложных
грозненских коллекторов значительно меньше, чем во вторичных пустотах.
К таковым относятся не только трещины, но и каверны, стилолитовые полости
и крупные поры. Р а с с м а т р и в а е м ы е результаты получены с применением д л я
условий Грозненских месторождений различных методов определения их
пористости.
82
По данным применения метода шлифов трещинная пористость изменяется в пределах 0,02—0,05% (пористость только микротрещин без какихлибо их расширений). Этим ж е методом можно оценить в количественном
выражении и вторичную пористость как расширений по ходу микротрещин,
так и всех остальных пустот вторичного происхождения в самой матрице.
По данным гидродинамических расчетов вторичная пористость была
оценена в пределах 1,37—1,8%. Коэффициент вторичной пористости по
данным совместной интерпретации Б К З и Н Г К изменяется в пределах
0,31—0,92%.
И наконец, метод использования упругих характеристик з а л е ж е й показал,
что эффективный объем пористости изменяется от 0,3 до 2,9%.
В. Н. Майдебор полагает, что все указанные методы определения вторичной пористости имеют ряд ограничений. Так, для применения метода гидродинамических исследований необходимо знать коэффициент нефтеотдачи,
для промыслово-геофизических исследований нужны данные о содержании
воды во вторичных пустотах.
Можно согласиться, что относительно приемлемыми методами определения вторичной пористости д л я рассматриваемых месторождений можно
считать геофизические методы и метод использования упругих характеристик, хотя точность их весьма невысокая. Сравнительные данные по
методу шлифов, естественно, не приводятся, поскольку раздельное его применение показывает только емкость микротрещин, о чем, кстати, и свидетельствуют их значения 0,02—0,05%.
Д л я оценки подсчета запасов углеводородов в сложных типах коллекторов, как мы указывали выше, в а ж н а относительная достоаерность определения емкости последних. Некоторые исследователи при подсчете з а п а с о в
предлагают определять и учитывать полную емкость пустот в горной породе.
Между тем, как известно, д л я этих целей учитывается только емкость
сообщающихся между собой пустот, что представляет собой открытую
(эффективную) пористость.
Напомним, что разность между полной и открытой пористостью может
оказаться значительной, особенно в карбонатных породах. В полную (или
общую) пористость входят т а к ж е изолированные пустоты в горных породах, которые, естественно, не могут быть отнесены к разряду полезной
емкости коллектора. Нетрудно видеть в этой связи, какое практическое
значение может иметь учет того или иного вида пористости.
Д л я сложных типов коллекторов различными исследователями предпринимались попытки разделения значений открытой пористости на емкость
межзерновых пор и емкость каверн и карстовых пустот. Однако пока они не
увенчались успехом, т а к как выделяемое значение емкости межзерновых пор
обычно оказывается сопоставимым с погрешностью метода ее определения.
Д л я оценки емкости карбонатных коллекторов привлекают порометрию,
ультразвуковой метод и метод люминесцентной пропитки [2]. Этн методы
перспективны, и они продолжают совершенствоваться.
Основным методом подсчета извлекаемых запасов углеводородов, как
известно, является объемный метод, который применяется для любых режимов работы з а л е ж е й и позволяет исследовать все параметры, характеризующие различные свойства коллектора.
83
В сложных (трещинных) типах коллекторов как карбонатного, так и
терригенного состава необходимо производить раздельное определение емкости пор (матрицы) и емкости трещин, поскольку условия фильтрации и
нефтеотдача и нефтенасыщенность тех и других резко различны. Учет данных о з а п а с а х нефти, с о д е р ж а щ и х с я в трещинах, должен сказаться на увеличении общего объема извлекаемых з а п а с о в . Выше было указано, что это
повышение может составить от 10 до 3 0 % от общей суммы извлекаемых
з а п а с о в , с о д е р ж а щ и х с я в межзерновых порах матрицы.
Коэффициент пористости в сложных коллекторах представляет собой
отношение суммы объема открытых (эффективных) трещин (трещинная
пористость) и с о о б щ а ю щ и х с я между собой пор как первичного, так и вторичного происхождения ( м е ж з е р н о в а я и вторичная пористость) к объему пород
в з а л е ж и . Здесь следует иметь в виду, что расширения по ходу трещии
необходимо т а к ж е учитывать, так как они являются дополнительным компонентом вторичной пористости. Методика определения указанных расширений трещин и количественная их оценка достаточно подробно описаны
в р а б о т а х [7, 18, 2 7 ] .
При оценке промышленных з а п а с о в нефти и газа в горных породахколлекторах, обладающих вторичной пористостью, обычно учитывают так
н а з ы в а е м у ю остаточную воду. Эта вода не извлекается на земную поверхность из пористой среды при движении в ней иефти и газа, так как она
у д е р ж и в а е т с я поверхностно-молекулярными и капиллярными силами. Сод е р ж а н и е остаточной воды, выраженное в процентах от суммарной емкости
пор как первичного, так и вторичного происхождения, может д о с т и г а т ь
7 0 % и более. В большинстве коллекторов сложного строения содержание
остаточной воды составляет 2 0 — 3 0 % . Именно этим значением и пользуются
при подсчете запасов углеводородов. Исследованиями показано, что остаточн а я водонасыщенность в пластовых условиях обычно меньше, чем в атмосферных: она колеблется от 3 до 2 0 % .
Остаточную водонасыщенность, как известно, в а ж н о знать для определения коэффициента нефтегазонасыщенности, а т а к ж е д л я решения ряда
з а д а ч по нефтеотдаче пласта-коллектора. С увеличением содержания остаточной воды в пласте-коллекторе значение эффективной пористости, в том
числе и вторичной, с н и ж а е т с я ; снижается и значение коэффициента нефтегазонасыщенности коллектора. В том случае, когда водонасыщенность пласта-коллектора превышает с о д е р ж а н и е остаточной воды, коллектор содержит и свободную воду, которая принимает участие в движении нефти и газа
к з а б о я м эксплуатационных скважин и извлекается на дневную поверхность. Пластовую воду в зависимости от ее положения по отношению к зал е ж и нефти или газа именуют краевой или подошвенной. Методы определения остаточной воды достаточно полно описаны в трудах А. А. Ханина
[1963 г.], М. К. Калинко [1963 г.], Л . А. Коцерубы [1970 г.], Г. В. Петровой [1982 г.] и других.
Заметим, что на динамику разработки з а л е ж е й нефти, заключенных
в сложных типах пород-коллекторов, существенное влияние оказывает
неоднородность (изменчивость) поверхностных свойств. Разнородность этого
фактора по смачиваемости пород-коллекторов давно отмечена исследователями; причина этого явления пока не установлена. Известнр, что гидро84
фильные участки (зоны) «бессистемно» чередуются с гидрофобными зонами
в продуктивном пласте-коллекторе. Попытки поисков каких-либо закономерностей в размещении этих зон пока должного результата не дали.
Метод удельного электрического сопротивления является пока единственным источником информации' о водонасыщенности горных пород с л о ж н о г о
типа коллекторов. Удельное электрическое сопротивление изменяется б л а г о д а р я резким изменениям пористости и д а ж е при 100%-ной водонасыщенности горных пород во многом зависит от геометрии порового пространства.
Д л я определения остаточной водонасыщенности в сложных типах коллекторов Г. В. Петровой [1982 г.] р а з р а б о т а н хлоридный метод, представляющий собой экспрессный способ, во много раз увеличивающий количество
определений остаточной водонасыщенности как по разрезу, так и по площади. Предлагаемый метод показал вполне удовлетворительные результаты.
Значительные препятствия д л я определения нефтегазонасыщенности
представляет проникновение глинистого раствора и его фильтрата в буровых скважинах. При современной технологии бурения скважин эти процессы происходят на значительных расстояниях. Проникновение ф и л ь т р а т а
отмечается настолько глубоко, что в объеме горной породы, доступном
исследованию современными скважинными методами с наибольшей глубинностью (большие градиент-зонды, индуктивный зонд), коллектор о к а з ы вается пропитанным фильтратом и имеет физические свойства, отличные от
свойств неизмененной части коллектора з а пределами зоны проникновения.
Дополнительные трудности в оценке пористости и определении т и п а
сложного коллектора создаются двух-, трех- и д а ж е многофазным ступенчатым проникновением фильтрата бурового раствора.
Приведенные данные ограничивают возможности экстраполяции физических и коллекторских свойств коллектора, особенно его сложных типов,
установленных д л я прискважинных зон, имеющих ничтожные объемы по
сравнению с размерами всего объема, на всю з а л е ж ь . Здесь Б. Ю. Вендельштейн [1970 г.] прав, когда он заключает, что «для коллектора со
смешанным характером пор критерии коллектора и способы определения продуктивности и коллекторских свойств требуют специального д л я
каждого данного типа коллектора решения».
Д л я получения н а д л е ж а щ е й оценки фильтрационно-емкостных с в о й с т в
пласта-коллектора и его параметров к подсчету запасов исследователями
предлагается составление «гипотетических» литолого-гидродинамических
моделей д л я каждого конкретного объекта, которые в процессе разведочного
бурения уточняются. В таких моделях фильтрация углеводородов при
разработке их залежей происходит в условиях сложного комплекса ф и з и к о химических процессов, существенно влияющих на степень извлечения з а пасов нефти и газа, а т а к ж е на технологию нефтегазодобычи.
Большинство этих процессов в пористых средах связано с малоизученными поверхностными явлениями, происходящими на границах разделов ф а з
и скелета горной породы-коллектора. Естественно, что д л я успешного решения задачи более полного извлечения нефти и газа важно у ч и т ы в а т ь
закономерности проявления этих процессов. Проблема эта р а с с м о т р е н а
М. Л . Сургучевым и др. [40] в свете современного состояния ее изученности.
Данными о закономерностях проявления физико-химических процессов
в продуктивных пластах-коллекторах в основном служит исходная и н ф о р м а 85
ция по литологическим особенностям горных пород-коллекторов. Эта инф о р м а ц и я позволяет судить об условиях распределения коллекторов как
по мощности, т а к и по их простиранию, и главным образом о степени неоднородности фильтрационно-емкостных свойств.
Основным фактором, влияющим на механизм нефтеотдачи, следует
с ч и т а т ь литологическую неоднородность (литологический критерий). Дополнительными критериями некоторые исследователи рассматривают миним а л ь н у ю проницаемость пород-коллекторов, вещественный состав последних
и н и ж н ю ю границу разделения системы коллектор — неколлектор.
В терминологии и в самом понятии литологической неоднородности,
к сожалению, пока отсутствует д о с т а т о ч н а я ясность. Одни исследователи
этим термином именуют общую изменчивость литолого-физических свойств
горной породы-коллектора, другие — изменчивость только проницаемости
пласта-коллектора, третьи — изменчивость пористости и мощности продуктивного горизонта. Некоторые исследователи различают неоднородности
горных пород-коллектороа, обусловленные генетическими признаками — закономерностями осадконакоплении и вторичными
(эпигенетическими)
процессами.
В работе [40] предлагается термином неоднородности именовать изменчивость любого параметра продуктивного пласта-коллектора. Вместе
с тем при разработке з а л е ж е й и повышении нефтеотдачи рекомендуется
в основном учитывать т а к н а з ы в а е м у ю двухвидовую классификацию неоднородности, в которой выделяются собственно литологическая неоднородность и вариации изменения физических свойств. По существу, эти два
вида неоднородностей находятся в постоянной сложной взаимосвязи. Раздельный их учет, как это предлагают некоторые исследователи, едва ли
целесообразен.
Большие затруднения в площадном плане (от скважины к скважине)
в ы з ы в а е т частое отсутствие информационных данных по ряду параметров
неоднородностей, к числу которых относятся данные о мощности продуктивного объекта, его проницаемости и пористости. В этой связи специалистами
[8] предлагаются доступные ограниченные данные по указанным параметрам д л я отдельных з а л е ж е й (месторождений) рассматривать как независимые (или случайные) величины, что позволяет при изучении неоднородностей пластов-коллекторов использовать методы теории вероятностей
и математической статистики.
Многие исследователи при изучении повышения коэффициента конечной
нефтеотдачи и при планировании применения различных модификаций
поверхностно-активных веществ справедливо указывали на необходимость
учета неоднородности литологического фактора. Однако получение необходимой информации о лнтолого-петрографических особенностях горных
пород-коллекторов, и в особенности их сложных типов (со вторичной пористостью), крайне затруднительно. В подобных случаях (кстати, довольно
частых) приходится «довольствоваться» усредненными значениями таких,
например, параметров, как проницаемость и пористость, а т а к ж е параметров
трещиноватости (густота трещиноватости, трещинная пористость, трещинн а я проницаемость). Вариации изменчивости указанных параметров происходят в большом диапазоне как по разрезу, так и по площади.
86
Некоторые исследователи при описании тех или иных месторождений
приводят количественные данные по коллекторским свойствам продуктивных
пластов. Причем эти сведения в ряде случаев даны в невероятно широком
диапазоне. Так, И. С. Гутман и др. [32] д л я органогенно-обломочных
известняков башкирского яруса (Мишкинское месторождение) указывают,
что их пористость изменяется от 6 до 2 9 % , а проницаемость — от 5 до
1178 мД. Эти цифры, разумеется, свидетельствуют о резкой изменчивости
рассматриваемых параметров.
Однако сама по себе эта информация может только дискредитировать
месторождение, если не будут приведены данные о закономерностях изменения того или иного параметра (пористости, проницаемости) по площади
и по разрезу. Кроме того, из приведенного большого д и а п а з о н а пористости
и проницаемости необходимо исключить случайные, крайние значения, а
выделить лишь часто встречаемые, и по ним вычислить среднее значение
рассматриваемого параметра. Возможно, что приведенная исследователями
пористость 10% и является кондиционной.
Естественно, что в этих условиях необходимо повысить требования к
информативности и в первую очередь к достоверности ее показателей, что,
к сожалению, не всегда соблюдается.
В последние годы открыто и р а з р а б а т ы в а е т с я много з а л е ж е й нефти и г а з а
с осложненными физико-геологическими ситуациями, близкими к аномальным. К ним относятся аномальные термобарические условия, особенности
строения сложных типов коллекторов, своеобразный характер фильтрации
углеводородов в глубинных пластах, высокое с о д е р ж а н и е смол, парафинов
и асфальтенов в нефти, большая их вязкость и другие факторы.
В случаях аномально высоких пластовых давлений вскрытие продуктивного горизонта обычно вызывает нарушение равновесия пластовой системы.
Продуктивность скважины, как правило, обусловлена трещинной проницаемостью, значение которой неизмеримо больше проницаемости блоков
(матрицы) пласта-коллектора. Исследователями при разведке и р а з р а б о т к е
глубокозалегающих з а л е ж е й не всегда учитывается роль фактора трещиноватости, и главным образом его основного параметра — трещинной проницаемости.
Примеры указанному приведены в работе [40] по Левкинскому месторождению Краснодарского к р а я д л я первого этапа его разработки. В последующем для этого месторождения была р а з р а б о т а н а «гипотетическая»
гидродинамическая модель продуктивного пласта, в которой была определена ведущая роль матрицы (блоки горной породы) в механизме нефтеотдачи. Применение этой модели способствовало успешной реализации
ряда методических рекомендаций по гидродинамическим условиям вскрытия
продуктивного пласта-коллектора.
В настоящее время при разведке и разработке з а л е ж е й нефти и г а з а ,
приуроченных к сложным типам коллекторов с преобладающей вторичной
пористостью, исследователи часто ссылаются на фактор трещиноватости.
Учет этого фактора обычно производится по промыслово-геофизическим
показателям. Однако д л я принятия рациональных мероприятий по р а з р а ботке подобных з а л е ж е й необходимо знание параметров трещиноватости в их
количественном выражении. Это к а с а е т с я коэффициентов трещинной прони87
цаемости, трещинной пористости и интенсивности т р е щ и н о в а т о с т и (густота
т р е щ и н ) . П о д о б н у ю и н ф о р м а ц и ю п р е д с т а в л я е т с я в о з м о ж н ы м получить,
и с п о л ь з у я известную м е т о д и к у и с с л е д о в а н и я трещиноватости горных пород
и т р е щ и н н ы х к о л л е к т о р о в [ 2 7 ] , р е з у л ь т а т ы применения которой в комплексе
с п р о м ы с л о в о - г е о ф и з и ч е с к и м и д а н н ы м и д а л и положительный результат.
Известно, что е м к о с т н ы е и ф и л ь т р а ц и о н н ы е п а р а м е т р ы , характеризующ и е з а п а с ы у г л е в о д о р о д о в , и степень их достоверности обусловливаются
литологическими о с о б е н н о с т я м и и физическими свойствами пород-коллекторов и геологическими у с л о в и я м и з а л е г а н и я последних.
О п ы т и с с л е д о в а н и я к о л л е к т о р с к и х свойств пород, н а х о д я щ и х с я в различных геологических у с л о в и я х , п о к а з ы в а е т , что д л я оценки промышленной
продуктивности п л а с т а - к о л л е к т о р а необходимо установить кондиции группы
п а р а м е т р о в , х а р а к т е р и з у ю щ и х рентабельность месторождения. К таким
параметрам относятся:
1. М и н и м а л ь н ы е з н а ч е н и я пористости и ф а к т о р ы , их обусловливающие:
экстремальные
з н а ч е н и я глинистости, к а р б о н а т н о с т и и р я д других д и а логических п о к а з а т е л е й , в л и я ю щ и х на емкостные и фильтрационные свойства коллектора. К о р р е л я ц и о н н ы е с в я з и м е ж д у этими п а р а м е т р а м и и промыслово-геофизическими п о к а з а т е л я м и могут быть использованы д л я опред е л е н и я количественных х а р а к т е р и с т и к геофизических п а р а м е т р о в при выделении в р а з р е з е с к в а ж и н пород-коллекторов и определении их продуктивности.
2. М и н и м а л ь н а я н е ф т е г а з о н а с ы щ е н н о с т ь , о б у с л о в л и в а ю щ а я фазовую
п о д в и ж н о с т ь ф л ю и д а . О п р е д е л е н и е этой величины д о л ж н о быть сделано
д л я различных типов к о л л е к т о р о в с учетом м е х а н и з м а их нефтеотдачи.
3. М и н и м а л ь н а я г и д р о п р о в о д н о с т ь ( K h / β , где К — коэффициент проницаемости п л а с т а ; h — э ф ф е к т и в н а я м о щ н о с т ь п л а с т а ; β — вязкость нефти),
о б е с п е ч и в а ю щ а я р е н т а б е л ь н ы й дебит нефти ( г а з а ) , который в свою очередь,
к а к известно, р а с с ч и т ы в а е т с я с учетом м а к с и м а л ь н о допустимых депрессий
при р а з р а б о т к е з а л е ж е й .
4. К о э ф ф и ц и е н т в ы т е с н е н и я нефти и коэффициенты нефтеотдачи (с учетом всех ф а к т о р о в , у м е н ь ш а ю щ и х вытеснение) при естественном р е ж и м е
р а б о т ы з а л е ж и . Д л я о п р е д е л е н и я средних значений у к а з а н н ы х коэффициентов д о л ж н о быть п р о в е д е н о и с с л е д о в а н и е по вытестению нефти на достаточном количестве о б р а з ц о в керна с пластовой нефтенасыщенностью.
Численные з н а ч е н и я п р и в е д е н н ы х в ы ш е параметров, к а к известно, явл я ю т с я основой д л я п о д с ч е т а з а п а с о в и обеспечивают распределение з а п а с о в
по категориям. О т с ю д а д л я подсчета з а п а с о в углеводородов в любом типе
коллектора (поровом, т р е щ и н н о м и их р а з н о в и д н о с т я х ) необходимо распол а г а т ь кондициями приведенной в ы ш е группы п а р а м е т р о в . Тем не менее
единых кондиционных з н а ч е н и й этих п а р а м е т р о в не м о ж е т быть установлено
не только д л я к о л л е к т о р о в порового и т р е щ и н н о г о т и п а , но и д л я всех
разновидностей п о р о д - к о л л е к т о р о в трещинной группы.
Кондиции у к а з а н н ы х п а р а м е т р о в в этом с л у ч а е представляют собой
функцию многих п е р е м е н н ы х , в а р и а ц и и которых обусловлены разнообразием физического с о с т о я н и я пород-коллекторов, з а в и с я щ е г о при прочих
р а в н ы х условиях от т е к с т у р н о - с т р у к т у р н ы х особенностей претерпевших
постседиментационные п р е о б р а з о в а н и я пород, термобарических условий
88
залегания пласта-коллектора, а т а к ж е глубинными факторами изменения
химических и физических показателей флюидов, заполняющих этот пласт.
Факторами, затрудняющими определение кондиций параметров д л я
подсчета запасов в трещиноватой среде, я в л я ю т с я следующие непостоянные
показатели пласта-коллектора, резко меняющиеся иногда д а ж е в пределах
одного месторождения.
1. Объемные размеры блоков матрицы, определяемые плотностью трещин в породе-коллекторе и являющиеся одним из показателей интенсивности перетока флюида из матрицы в трещины, а следовательно, в л и я ю щ и е
как иа фильтрационные свойства внутри коллектора, так и иа пластовую
проницаемость и на нефтеотдачу пласта.
2. Сообщаемость и размер внутриматричных пор, обусловливающие
скорость и интенсивность подпитки трещины, ибо при равных з н а ч е н и я х
пористости матриц различных коллекторов проницаемость их может б ы т ь
неодинаковой, т а к как она зависит от сечений поровых каналов.
3. Пластовая энергия, о п р е д е л я ю щ а я скорость перемещения ф л ю и д о в
в породе-коллекторе.
4. Вязкость флюида в пластовых условиях, учитывающая как генетические свойства углеводородов, т а к и влияние термобарических условий
иа них.
5. И наконец, технология вскрытия, испытания коллекторов и э к с п л у а т а ции скважин, обусловливаемая геологическими условиями того или иного
региона, а иногда и причинами, не связанными с геологическими процессами.
Сочетание указанных основных факторов, определяющих продуктивность пласта и играющих непосредственное значение в выявлении кондиций
емкостных и фильтрационных свойств коллектора, может быть самым р а з н о образным. Отсюда разработка единых кондиций подсчета параметров д л я
всех типов и д а ж е группы пород-коллекторов не может быть выполнена,
ибо среди нефтегазоносных регионов в р я д ли можно найти два (а т е м
более несколько), в которых перечисленные выше условия наряду с геологическим строением и вещественным составом пород могли бы быть идентичными.
Так, из табл. 6 видно, что в одноименных литологических р а з н о с т я х
пород нет закономерных связей между основными параметрами п л а с т а коллектора: пористостью, проницаемостью и дебитами.
Отсутствует т а к а я связь и между пористостью и нефтенасыщенностью
(табл. 7). Нефтенасыщениость в трещинном пласте-коллекторе в ы с о к а я ,
прямой зависимости пористости и нефтенасыщенности не отмечается. Н а
примере групп месторождений Оренбургской, Куйбышевской областей и
Башкирии видно, что пористость коллекторов трещинной группы и з м е н я е т с я
в пределах 5—12%, нефтенасыщениость составляет 65—90% ( ч а щ е 80—
9 0 % ) , проницаемость 7—1000 мД. И здесь основные параметры не имеют
закономерных связей, что обусловлено, вероятнее всего, структурой порового пространства вторичной пористости.
Как пример невозможности разработки общих кондиций подсчетных
параметров следует привести Салымское месторождение нефтн ( З а п а д н а я
Сибирь, Тюменская область), где в сапропелево-кремиисто-глинистых о б р а зованиях верхнеюрских отложений дебит скважин достигает 100—800 т / с у т .
89
ТАБЛИЦА 6
Сравпенне параметров сложных коллекторов некоторых месторождений
Месторождения
Возраст
продуктивной толщи
Литология
Открытая
пористость, %
Проницаемость,
мД
Известняки
15
50—65
25—450
»
»
6
10—30
2,6-5
(до 1 2 - 1 5 )
1 — 10
136
6—600
Д о 0,01
2-55
Куигурский рифовый
массив (Прнуралье)
Прасковейское (Ставрополье)
Андижан (Фергана)
Карабулак-Ачалукское ( Ч И А С С Р )
Раниепермский, сакмарский
Позднемеловой
Позднемеловой
>
Д ж а р к а к , К а р а у л - Б а з а р , Сарыкамыш
(Средняя Азия)
Пирсон (Южиый Техас, США)
Позднеюрскнй
>
Раннемеловой
Фаэруей (Восточный Техас, США)
Блок-31 (Пермскнй бассейн, США)
Меловой (Джеллн)
Девонский, ордовикский
Известняки,
доломиты
Известняки
Агаджари (Иран)
Олигоценовый,
вый
Киркук (Ираи)
Долина (Восточные Карпаты)
эоцено-
»
Олигоценовый
Салымское (Западная Сибнрь)
Позднеюрскнй,
ский
Спраберрн (США)
Пермскнй
волж-
»
15
14
2-5
—
2,5—60
3
10
40—50
5-7
2—20
»
Д о 30
1-16
Д о 0,5
Д о десятков
4—8
1 — 10
(ср. 2,5)
6—20
—
1
Известняки
Аргиллиты,
алевролиты,
песчаники
Сапропелевокремннстоглнннстые
породы
Аргнллнты,
алевролиты
Дебит,
т/сут
0,01—10
Д о десятков
52
15-70
(до 100—500)
1400—7000
2300
Сотни
1—800
Сотни
ТАБЛИЦА 7
Сравнение открытой пористости н нефтеиасыщенности
в карбонатных коллекторах каменноугольных отложений
Район
Оренбургская обл.,
Куйбышевская обл.. Башкирекая АССР
Татарская АССР
Волгоградская обл., Саратовекая обл.
Пермская обл.
Украинская CCP
Открытая
1 Нефтенасыпористость, % 1 щенность, %
5—12
(редко 25)
11 — 12
3—20
8—15
24
65—90
(чаще
80—90)
50
60—90
(чаще
80—90)
70—80
87
Месторождения
Яблоневское, Покровское,
Заборовское,
Малышевское н др.
Бавлниское
Жирновско-Бахметьевское,
Коробковское
и др.
Осинское, Батырбайское
Леляковское
Пористость сапропелево-кремнисто-глииистых пород б а ж е н о в с к о й с в и т ы
(верхняя ю р а ) варьирует в п р е д е л а х 1—8% (без э к с т р а к ц и и ) и 5 — 1 6 %
(определение при э к с т р а к ц и и о р г а н и ч е с к и м и р а с т в о р и т е л я м и ) . Г а з о п р о н и цаемость преимущественно 0,001 м Д и з н а ч и т е л ь н о меньше, в единичных
случаях 0,2—1,5 м Д , о с т а т о ч н а я н е ф т е и а с ы щ е н н о с т ь п о р о д ы - к о л л е к т о р а
около 5 0 % . П р о н и ц а е м о с т ь , о п р е д е л е н н а я по промысловым д а н н ы м и по
методу ш л и ф о в В Н И Г Р И , д о с т и г а е т 10 м Д , ч а щ е 1—3 м Д .
У к а з а н н ы е примеры свидетельствуют об отсутствии о б щ и х условий,
которые м о ж н о б ы л о бы и с п о л ь з о в а т ь при р а з р а б о т к е кондиций подсчетных
параметров в п р е д е л а х с л о ж н ы х типов пород-коллекторов.
Р а с с м а т р и в а я в целом приведенные в ы ш е д а н н ы е , м о ж н о з а к л ю ч и т ь ,
что согласно т р а д и ц и о н н ы м п р е д с т а в л е н и я м низкопористые и с л а б о п р о иицаемые горные породы до сих пор в р я д е с л у ч а е в р а с с м а т р и в а ю т с я к а к
неперспективные о б ъ е к т ы - к о л л е к т о р ы нефти и г а з а . О д н а к о п р а к т и к о й
нефтедобычи последних д е с я т и л е т и й опровергнуто это положение. О к а з а лось, что подобные якобы «непродуктивные» породы (особенно к а р б о н а т н ы е )
при соответствующих и с п ы т а н и я х в буровых с к в а ж и н а х д а ю т п р о м ы ш л е н ные притоки углеводородов.
Таким образом, потенциально н е ф т е г а з о н о с н ы м и могут о к а з а т ь с я многие
толщи карбонатных пород, широко р а з в и т ы е в р а з р е з а х м е з о з о я и п а л е о з о я
во многих р а й о н а х Советского С о ю з а .
И с с л е д о в а н и я м и последних лет установлено, что при оценке п е р с п е к т и в
нефтеносности подобных т о л щ не у ч и т ы в а л и с ь ф а к т о р т р е щ и н о в а т о с т и
(его преимущественная р о л ь в ф и л ь т р а ц и и ф л ю и д о в ) и вторичная п о р и с т о с т ь
горных пород, з а н и м а ю щ а я з н а ч и т е л ь н о е место в о б щ е й емкости с л о ж н ы х
(карбонатных) коллекторов.
Одним из с о с т а в л я ю щ и х компонентов п а р а м е т р а вторичной пористости
я в л я е т с я т р е щ и н н а я пористость*. При подсчете з а п а с о в у г л е в о д о р о д о в
в с л о ж н ы х коллекторах т р е щ и н н у ю пористость принято р а с с м а т р и в а т ь к а к
самостоятельный п а р а м е т р вследствие несопоставимости ее з н а ч е н и й
(0,01—0,1%) со з н а ч е н и я м и первичной ( 2 — 4 % ) и вторичной (до 1 0 % )
пористости.
* Напоминаем, трещинная пористость обозначает величину, характеризующую удельный объем мнкротрещии в горной породе, без каких-либо расширений.
91
Р а з р а б о т а н а методика раздельного подсчета запасов нефти и газа
в порах блоков (матрица) и разделяющих их трещин. Раздельный подсчет
обусловлен существенными различиями коэффициентов нефтенасыщенности
и нефтегазоносности в порах и трещинах для условий сложных типов коллекторов.
Учет промышленных з а п а с о в нефти и газа, содержащихся в трещинах,
увеличивает общие запасы углеводородов от 10 до 30% при трещинной
пористости 0,03—0,05% (относительно объема породы). Практическое значение целесообразности учета «трещинной» нефти (газа) при подсчете
общих запасов совершенно очевидно.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Резюмируя приведенные выше данные, касающиеся проблемы
вторичной пористости сложных типов коллекторов нефти и газа, можно
сделать следующие выводы.
Термином «вторичная пористость» следует обозначать все эффективные
пустоты в горной породе, имеющие вторичное происхождение, развивающиеся как в межблоковом пространстве, так и непосредственно и в блоках
(матрице). Трещинная пористость представляет собой один из компонентов (подчиненный) общей вторичной пористости.
Образование вторичной пористости происходит в литифицированиой
горной породе и обусловлено первичной пористостью, а на более поздних
этапах литогенеза — постседиментационными процессами и новейшими
тектоническими деформациями.
Возникновение эффективной емкости в продуктивных карбонатных породах связывается с воздействием глубинных растворов, мигрировавших
по трещинам. В соответствующих условиях развития процесса выщелачивания карбонатных пород формирование в них вторичной пористости
происходит при воздействии нефтяных флюидов (по Л. М. Бириной [1963 г.]).
Процессы растворения и выщелачивания являются основными постседиментационными факторами в образовании вторичной пористости. В
карбонатных породах эти процессы происходят за счет реакций с углекислыми водами. Доминирующая роль в формировании коллекторских
свойств горных пород принадлежит эпигенетическому выщелачиванию. Этот
процесс имеет селективный характер; он контролируется особенностями
строения горной породы.
В низкопористых и слабопроницаемых горных породах сложных коллекторов корреляционные связи между пористостью и проницаемостью низкие; их применение практически ограниченно. Содержание остаточной воды
в подобных породах-коллекторах не более 20—30%, что не согласуется
с традиционными представлениями о большой их водонасыщенности. Получение промышленных притоков нефти и газа из таких коллекторов свидетельствует о целесообразности понижения принятых в настоящее время предельных значений пористости и проницаемости, что соответственно расширяет
перспективы нефтегазоносности ряда районов нашей страны.
92
Прогнознроваиие размещения сложных типов коллекторов с преобладающей вторичной пористостью основано на их моделировании. Принципиальной моделью в данном случае является т а к а я , в которой ведущая
роль в емкости коллектора принадлежит межзерновой среде (блоки пород,
рассеченные трещинами). Д л я целей прогнозирования условий распределения в пространстае коллекторов и их физических и коллекторских свойств
успешно используются карты зональности постседиментациоиных изменений.
Согласно традиционным представлениям, низкопористые и слабопроницаемые горные породы часто рассматриваются как неперспективные объекты. Однако практика нефтегазодобычи показала, что при соответствующих
испытаниях в буровых скважинах именно такие «непродуктивные» породы
дают промышленные притоки углеводородов. Успешным результатам подобных испытаний способствует учет факторов трещиноватости и вторичной
пористости.
В настоящее время разработана методика раздельного подсчета запасов
нефти и газа в порах блоков (матриц) и разделяющих их трещин; такой
подсчет обусловлен существенными различиями коэффициентов нефтегазонасыщенности и нефтегазоотдачи для пор и трещии.
Учет промышленных запасов нефти, содержащихся в трещинах, увеличивает общие запасы углеводородов на 10—30% при трещииной пористости (компонент вторичной пористости) 0,03—0,05%. Учет «трещинной»
иефти (газа) при подсчете общих запасов углеводородов имеет большое
практическое значение.
СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ
1. Александров
Б. Л. Изучение карбонатных коллекторов геофизическими методами. M., Недра, 1979. 200 с.
2. Багринцева
К. И. Карбонатные породы — коллекторы нефтн и газа. M., Недра,
1977. 231 с.
3. Бурова И. А. Роль перекристаллизации карбонатных пород в формировании порового пространства (на примере иижнекембрийских отложений Южной Якутии). — В
кн.: Влияние вторичных изменений пород осадочных комплексов иа их нефтегазоносность. Jl., 1982, с. 94—103 (Тр. В Н И Г Р И ) .
4. Буряковский
Л. А., Джафаров И. С.. Джеваншир
Р. Д. Прогнозирование физических свойств коллекторов и покрышек нефти и газа. M., Недра, 1982. 200 с.
5. Вылцан И. А. Карбонатные формации как индикатор геотектонического режима
в осадконакоплении. — В кн.: Карбонатные формации Сибири и связвиные с ними полезные
ископаемые. Новосибирск, Наука, 1982, с. 168—172.
6. Гмид Л. П., Стетюха С. К- Влияние вторичных процессов на формирование коллекторских свойств карбонатных пород башкирского яруса (пласт Аи) Кулешовского
месторождения. — Тр. В Н И Г Р И , 1978, с. 51—59.
7. Гмид Л. П., Леей С. Ш. Атлас карбонатных пород-коллекторов. Л., Недра, 1972.
176 с.
8. Дементьев Л. Ф„ Акбашев
Ф. С., Файнштейн В. М. Изучение свойств неоднородных терригенных нефтяных пластов. M., Недра, 1981. 240 с.
9. Деч В. H., Кнорине Л. Д. Нетрадиционные методы комплексной обработки и интерпретации геолого-геофизических наблюдений в разрезах скважин. Jl., Недра, 1978. 192 с.
10. Достижения в нефтяной геологии / П о д ред. Г. Д . Хобсона. M., Недра, 1980.
328 с.
11. Емкостные н фильтрационные свойства подсолевых отложений сверхглубокой
Биикжальской скв. СГ-2 / И . А. Пиичук, Л . П. Гмид, Г. В. Лебедева, Η. М. Кругликов. — В кн.: Изучение коллекторов нефти и газа, залегающих иа больших глубинах.
M., Недра, 1977, с. 51—53.
12. Изменение коллекторских свойств пород
Прнтбилисского
района
с глубиной
/ Ш . К. Китоваии, И. А. Спарсиашвили, К- П. Каличава, Л . А. Чихладзе. — Там же,
с. 53—55.
13. Калачева В. Н. О мере влияния постседиментационных процессов иа развитие
вторичной пористости в карбонатных породах. — Тр. ВНИГРИ, 1978, с. 41—50.
14. Калачева В. H., Паталов Μ. Н. Типы коллекторов в карбонатной газоносной толще венда — нижнего кембрия Ботуобннского поднятия. — В кн.: Критерии прогнозирования
трещинных коллекторов нефти и газа в различных геологических условиях. Л., 1978, с. 103—118
(Тр. В Н И Г Р И ) .
15. Каледа Г. А.. Калистова Е. А. Перекристаллизация карбонатных пород палеозоя
Русской платформы. — Литология и полези. ископ., 1970, № 6, с. 50—62.
16. Калмыков М. К. Методика исследования коллекторских свойств кернов. M., Гостоптехнздат, 1963. 224 с.
17. Кан В. Е. Вторичные изменения карбонатных пород Оренбургского газоконденсатиого месторождения и их влияние иа коллекторскне свойства. — Автореф. каид. дис.
M., 1979. 16 с.
18. Киркинская В. H., Смехов Ε. М. Карбонатные породы-коллекторы нефти и газа.
Л . , Недра, 1981. 255 с.
19. Коллекторы нефти баженовской свиты Западной Сибири /Т. В. Дорофеева, С. Г. Краснов, Б. А. Лебедев и др. Л . , Недра, 1983. 131 с.
20. Котяхов Ф. И. Физика нефтяных и газовых коллекторов. M., Недра, 1977. 287 с.
21. Кривошея
В. А., Тесленко-Пономаренко
В. М. Влияние постседиментационных
процессов иа коллекторскне свойства нижнекаменноугольных отложений центральных районов
Диепровско-Доиецкой впадины. — В кн.: Изучение коллекторов нефти и газа, залегающих
на больших глубинах. M., Недра, 1977, с. 169—172.
22. Коцеруба Л. А. Об определении содержания саязаиной воды косвенными методами (Методы исследования пород-коллекторов). — Тр. ВНИГРИ, 1970, вып. 90, с. 204—229.
23. Кузнецов И. А. К вопросу о нижних пределах коллекторских свойств карбонатных пород. — В кн.: Тезисы докл. Всесоюз. совещ. Оценка параметров карбонатных коллекторов и геометризацин залежей нефти в различных геотектонических условиях на территории
СССР. Пермь, Перм. кн. изд-во, 1978, с. 77—79.
94
24. Леворсен А. Геология иефти и г а з а . M., Мир, 1970. 638 с.
25. Максимова
С. В. Постседиментационные изменения палеозойских карбонатных
пород в разных тектоно-седиментационных условиях. — В кн.: Карбонатные формации
Сибири и связанные с ними полезные ископаемые. Новосибирск, Наука, 1982, с. 39—45.
26. Майдебор В. Н. Особенности разработки нефтяных месторождений с трещиноватыми коллекторами. M., Недра, 1980, 288 с.
27. Методика изучения трещиноватых горных пород и трещинных коллекторов нефти
и газа. Л·, Недра, 1969. 129 с. (Тр. В Н И Г Р И , новая сер., вып. 276).
28. Методические
приемы диагностики карбонатных коллекторов / А . А. Епифанов,
С. С. Златопольский, В. М. Лахиюк и др. M., 1983. 50 с. (Региональная разведка и промысловая геофизика. Обзор В Н И И Э М С ) .
29. Нефть в трещинных коллекторах / Б . А. Тхостов, А. Д . Везирова, Б. Ю. Веидельштейи, В. М. Добрынин. Л., Недра, 1970. 222 с.
30. Николаевский
В. Н. Механика пористых и трещиноватых сред. M., Недра, 1984.
232 с.
31. Озябкин В. Н. Опыт получения палеогидрогеологической информации о вторичной изменчивости карбонатных пород подземными водами. — Тр. В Н И Г Р И , 1978, с. 129—138.
32. Особенности геологического строения продуктивных отложений Мишкииского месторождения / И . С. Гутман, И. А. Тимофеев, В. Н. Копылова и др. — Нефтегазовая геология н геофизика, 1982, № 10, с. 24—26.
33. Пирсон С. Д. Учение о нефтяном пласте. 2-е изд. M., Гостоптехиздат, 1961. 570 с.
34. Плотников М. С., Полосин Г. А., Бурлаков
И. А. Петрографические свойства
карбонатных пород триаса и верхнего мела Ставрополья. — Тр. ПермНИПИиефть, 1978,
с. 3 3 - 3 5 .
35. Попов И. П. О влиянии депрессии на параметры трещинного коллектора месторождения Баштентяк. — Нефтегазовая геология и геофизика, 1982, № 9, с. 18—20.
36. Политыкина Μ. А., Травина Л. M., Кан В. Е. О неоднородности карбонатных
коллекторов в связи с подсчетом запасов (иа примере Оренбургского гвзокоиденсатного
месторождения). — В кн.: Тезисы докл. Всесоюз. совещ. Оценке параметров карбонатных
коллекторов и геометризация залежей иефти в различных геотектонических условиях на
территории СССР. Пермь, Перм. ки. изд-во, 1978, с. 80—86.
37. Ромм Е. С. Фильтрационные свойства трещиноватых горных пород. M., Н е д р а ,
1966. 283 с.
38. Смехов Ε. М. Теоретические и методические основы поисков трещинных коллекторов иефти н газа. Л., Недра, 1974. 200 с.
39. Соколов В. С. Основные условия развития карста. M., Госгеолтехиздат, 1962.
322 с.
40. Сургучев М. Л., Желтое Ю. В., Симкин Э. М. Физико-химические микропроцессы
в нефтегазоносных пластах. M., Недра, 1984. 215 с.
41. Танинская Н. В., Сливков В. И. Литолого-петрографические особенности и коллекторские свойства силурийских отложений Вуктыльской структуры Тимаио-Печорской
провинции. — В кн.: Влияние вторичных изменений пород осадочных комплексов иа их
иефтегазоиосиость. Л., 1982, с. 78—85 (Тр. В Н И Г Р И ) .
42. Ханин А. А. Остаточная вода в коллекторах нефти и газа. M., Гостоптехиздат,
1963. 206 с.
43. Ханин А. А. Основы учении о коллекторах иефти и газа. M., Недра, 1965. 360 с.
44. Энгельгардт В. Поровое пространство осадочных пород. M., Недра, 1964. 230 с.
45. Hayes J. В. S a n d s t o n e diagenesis — the hole t r u t h . — Soc. Econ. Paleontol and
Miner. Spec. Publ., 1979, № 26, p. 127—139.
46. Paraschiv D., Crislian M. Date preliminare si consideratii geologice a s u p r a u n o r
parametri fi z i c i intilniti Ia mare adincime. — Stud, si cerc., Geol., Geofiz., Geogr., 1978,
v. 16, p. 9 9 — i n .
47. Pittman E. D. Porosity, diagenesis and productive capability of s a n d s t o n e reservoirs. —
Soc. Econ. Paleontol. and Miner. Spec. Publ., 1979, № 26, p. 159—173.
48. Schmidt V., Mcdonald D. A. The role of secondary porosity in the course of s a n d s t o n e
diagenesis. _ Soc. Econ. Paleonlol. and Miner. Spec. Publ.. 1979, № 26, p. 175—207.
49. Schmidt
V., Mcdonald
D. A. Text ure and recognition of secondary porosity in
sandstones. — Soc. Econ. Paleontol. and Miner. Spec. Publ., 1979, № 26, p. 209—225.
50. Scholle P. A. Porosity prediction in shallow vs. deepwater limeslones. — J . P e t r o l .
Technol., 1981, v.33, № 11, p. 2236—2242.
95
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
3
Глава I. Понятия общей и вторичной пористости горных пород и составляющих их
компонентов (современные представления)
5
Глава II. Происхождение вторичной порнстостн н закономерности ее распределения
в горных породах
12
Глава
Глава
III. Роль постседиментационных преобразований минерального вещества в
формировании вторичной пористости
30
IV. Функциональные зависимости между структурой порового пространства
горной породы и ее фильтрационными свойствами
53
Глава V. Методы измерения параметров пористости горных пород
59
Глава VI. Прогнозирование вторичной пористости горных пород
67
Глава VII. Вторичная пористость — параметр для оценки промышленных запасов
иефтн и газа
79
Заключение
92
Список
94
литературы
НАУЧНОЕ
ИЗДАНИЕ
Евсей Максимович Смехов
Татьпиа Васильевна Дорофеева
ВТОРИЧНАЯ ПОРИСТОСТЬ
ГОРНЫХ ПОРОД-КОЛЛЕКТОРОВ
Н Е Ф Т И И ГАЗА
Р е д а к т о р и з д а т е л ь с т в а В. И . А л е к с а н д р о в а
О б л о ж к а х у д о ж н и к а А. А. В л а с о в а
Т е х н и ч е с к и й р е д а к т о р Н. П. С т а р о с т и н а
К о р р е к т о р И. Б . Б о г д а н о в а
И Б Ns 6100
С д а н о в набор 18.08.86. Подписано в печать 17,11,86. М - 2 8 7 2 6 . Формат 6 0 Х 9 0 ' / и - Бумага офсетнаи Μ» I .
Гарнитура литературная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 6,0. Усл. кр.-огт. 6,13. Уч.-нэд. л. 7,45.
Т и р а ж 1460 экз. З а к а з 1815/693. Цена I р. 10 к.
Ордена « З н а к Почета» издательство «Недра», Ленинградское отделение.
193171, Л е н и н г р а д , C - 1 7 I , ул. Фарфоровская, 18.
Типография № 2 Л е н у п р н з д а т а . 191104, Л е н и н г р а д , Литейный пр., 55.