Введение карбонатный коллектор трешинный
 Скачать 2.69 Mb.
|
|
4. Типы пустотного пространства карбонатных коллекторов Типы пустотного пространства карбонатных пород-коллекторов весьма разнообразны по происхождению, размерам и форме. Формирование пустот происходит на всех этапах - при образовании осадка, его преобразовании в породу, на стадии существования породы и ее поверхностном выветривании. При этом каждый этап не только имеет свои особенности и присущие ему процессы, дающие в результате ту или иную структуру пустотного пространства, но эти процессы по разному проявляются в различных по фациальной природе и первичной структуре карбонатных отложениях. При осаждении тонкозернистого карбонатного материала хемогенных пелитоморфных и микрозернистых известняков и доломитов, а также биогенных, но состоящих из чрезвычайно мелких органических остатков, например кокколитофорид, образующих в итоге мел и близкие к нему породы, формируются высокопористые (порядка 70-80 %) и относительно равномернопористые пластичные насыщенные водой илы с межзерновой или, при биогенной садке, межраковинной и внутрираковинной пористостью, но размеры пустот не более тысячных долей миллиметра. При формировании карбонатных осадков, состоящих из форменных элементов, в них образуются внутрискелетные и межформенные пустоты. Их размер определяется размером соответствующих форменных элементов, а их форма и сообщаемость -морфологией и отсортированностью фрагментов. В биогермных породах образуются внутрискелетные и межскелетные пустоты, причем наряду с относительно небольшими пустотами возникают и очень крупные, размерами в метры, пещеровидные пустоты. Существенные изменения пустотного пространства карбонатных пород происходят на стадиях диа-, ката- и гипергенеза. Важны в этом плане процессы уплотнения и цементации, перекристаллизации, доломитизации, выщелачивания, кальцитизации и сульфатизации, трещинообразования. Уплотнение карбонатных осадков и пород происходит иначе, чем в терригенных и глинистых. Биогермные и частично цельнораковинные мелководные образования уже на стадии седиментации формируются как практически твердые осадки. В многочисленных пустотах из морских и иловых вод уже на стадии седиментогенеза и особенно диагенеза выделяется хемогенный кальцит, который сокращает пористость, но одновременно за счет цементации создает жесткий каркас, поэтому породы при дальнейшем погружении практически не уплотняются и сокращения пористости за этот счет не происходит. Мелководные карбонатные осадки, состоящие из форменных элементов, литифицируются за счет раннедиагенетической цементации очень быстро. Это значительно сокращает пористость, но одновременно и «консервирует» структуру порового пространства, т. е. предохраняет от последующего сокращения пустот за счет уплотнения. Пелитоморфные и микрозернистые карбонатные илы мелководных обстановок также быстро литифицируются за счет цементации. Вместе с тем они сохраняют способность уплотняться в процессе прогрессивного катагенеза при возрастании давления.Иначе происходят процессы уплотнения и цементации в глубоководных карбонатных осадках, планктоногенных по своей природе, что установлено по материалам глубоководного бурения. На первой стадии (стадия илов), охватывающей около 10 млн. лет и мощность порядка 200-300 м, пористость уменьшается. Цифры у крестиков показывают средние значения kпc в среднем с 80 до 60 % преимущественно за счет гравитационного уплотнения; на следующих стадиях - мела и известняков, охватывающих несколько десятков миллионов лет и заканчивающихся на глубине около 800-825 м от дна океана, происходит дальнейшее снижение пористости с 60 до 40 %, но уже за счет цементации; цементирующий кальцит образуется за счет растворения раковинок планктонных фораминифер. Перекристаллизация - процесс укрупнения размеров кристаллов без изменения их минерального состава, ведет, как правило, к улучшению коллекторских свойств. Например, в нижне-кембрийских отложениях южной части Сибирской платформы 4,57%, микротонкозернистых -7,14%, а тонкозернистых - 9 , 3 5 % . Аналогично изменение и коэффициента проницаемости (рис. 3).  Рис. 3. Зависимость коэффициента открытой пористости разных типов известняков от глубины (по И. В. Безбородовой с дополнениями), а - известняки с форменными элементами, цементацией порового и контактного типа: б - известняки кристаллические с редкими форменными элементами среднее значение открытой пористости микрозернистых известняков и доломитов равно. Увеличение открытой пористости при перекристаллизации, видимо, обусловлено двумя причинами. Во-первых, не весь карбонатный материал, образующийся при растворении, затем вновь кристаллизуется. Часть его выносится пластовыми водами, что ведет к общему увеличению пустотности. Во-вторых, при образовании более крупных кристаллов формируются более крупные межкристаллические поры и, соответственно, межпоровые поровые каналы. Это увеличивает взаимосвязь пустот, повышает проницаемость и в целом ведет к улучшению коллекторских свойств породы. Доломитизация. Теоретически было показано, что при доломитизации должно происходить уменьшение объема, занятого доломитом, по отношению к объему, занятому кальцитом на 12,2%; на эту величину и должен теоретически возрастать объем пустотного пространства. Фактические соотношения пористости и степени доломитности для разных районов и различных отложений зависят от структурно-генетического типа первичной породы, времени и химизма процессов доломитообразования. Первичные седиментационные и седиментационно-диагенетические доломиты однородные, имеют обычно микро- и тонко-зернистую структуру, и, как правило, характеризуются низкими значениями пористости и проницаемости. Диагенетическая доломитизация также практически не изменяет коллекторские свойства, поскольку диагенетическое уплотнение ликвидирует дефицит объема и увеличения пористости не происходит. При катагенетической метасоматической доломитизации, которая происходит в жесткой, практически не поддающейся дальнейшему уплотнению карбонатной толще, благодаря чему общий объем породы сохраняется, сокращение объема твердой фазы ведет к увеличению пустотного пространства. Механизм процесса доломитизации достаточно сложен. Кальцит вначале растворяется в относительно слабо минерализованных водах, часть карбоната кальция в образовавшемся растворе вступает в обменные реакции, что ведет к формированию доломита и его переходу в твердую фазу, а часть кальция остается в растворе и с ним выносится. Таким образом устанавливается влияние на коллекторские свойства не просто доломитности (абсолютного содержания доломита), а именно доломитизации-наложенного процесса, при чем наибольшее воздействие оказывает катагенетическая метасоматическая доломитизация. При этом значительной или сплошной катагенной доломитизации подвергаются обычно наиболее проницаемые породы, по которым возможна фильтрация пластовых вод, несущих магний и способных выносить образующиеся в процессе реакции продукты. Это чаще всего породы, состоящие из форменных элементов - органогенно-обломочные оолитовые и подобные типы известняков. . Выщелачивание Карбонатные минералы относятся к числу сравнительно легко растворимых соединений, особенно в присутствии в воде углекислоты. Изменение ее содержания в воде, которое определяется температурой, давлением, минерализацией воды, микробиологической деятельностью, процессами окисления органического вещества может достаточно быстро изменять величину рН, поэтому в катагенезе и гипергенезе происходит процесс выщелачивания, которое включает растворение вещества и удаление образовавшихся растворенных продуктов. Чрезвычайно важное условие выщелачивания - наличие проницаемых пород и фильтрация по ним, которая обеспечивает приток новых порций воды и вынос образовавшихся растворов. Именно поэтому выщелачиванию в наибольшей степени подвергаются первично пористые и проницаемые, а также трещиноватые породы; пелитоморфные и микрозернистые разности практически не содержат вторичных пустот выщелачивания (исключая выщелачивание по трещинам). Наличие равномерно рассеянного в породе глинистого, кремнистого и органического материала резко ослабляет процессы выщелачивания. В сульфатных водах более активно растворяется доломит, в гидрокарбонатных - карбонаты кальция, при чем арагонит растворяется легче, чем кальцит. Последним можно объяснить частое выщелачивание раковин, сложенных первоначально арагонитом, появление «отрицательнооолитовых» структур, т. е. структур, обусловленных выщелачиванием оолитов при сохранении цементирующей массы. В итоге ката- и гипергенетического выщелачивания формируются пустоты разной формы и различного размера: от долей миллиметров до грандиозных пещер с поперечником до десятков метров и протяженностью на многие десятки километров. Общие особенности пустотного пространства, образовавшегося при выщелачивании, следующие: неравномерность пустот по величине и форме; сравнительно большие размеры и ширина каналов и отверстий - они образуются при достаточно интенсивной фильтрации вод и проницаемость их поэтому достаточно высокая; неравномерность распределения пустотного пространства: первично пористые и проницаемые участки породы или пласты в комплексе отложений становятся еще более пористыми и проницаемыми, в то время как в смежных слабопроницаемых участках, в условиях меньшей подвижности воды карбонаты могут даже осаждаться. Все это ведет к увеличению анизотропии отложений по их коллекторским свойствам; связь с литолого-фациальным составом отложений, приуроченность к биоморфным, органогенно-обломочным и другимвидам первично проницаемых пород, а также зонам трещино- и стилолитообразования. . Кальцитизация и сульфатизация Кальцитизация начинается уже в диагенезе и прежде всего связана с инверсией арагонита в кальцит; при этом объем кальцита на 9 % превосходит объем арагонита, т. е. этот процесс ведет к сокращению пустотного пространства. Диагенетическая кальцитизация из иловых вод ведет к литификации, что также уменьшает пористость. Достаточно крупные кристаллы кальцита образуются в катагенезе из пластовых вод в порах, кавернах, трещинах либо сокращая их объем, либо изолируя их друг от друга, либо полностью выполняя эти пустоты. Катагенетнческие выделения сульфатов весьма разнообразны. Это, например, один из продуктов метасоматической доломитизации. Возможно выпадение сульфатов из пластовых вод при изменении термобарических условий и солевого состава этих вод. Нередко сульфаты кальция вносятся в проницаемые карбонатные породы из вышележащих соленосных толщ. При этом иногда отмечается даже выпадение галита, то есть засолонение карбонатных пород. Отмечено образование сульфатов в приконтурной части нефтяной залежи за счет микробиологического окисления серы в зоне водонефтяного контакта. Во всех случаях сульфаты прорастают карбонатную массу породы или чаще развиваются в межформенных порах, кавернах и трещинах, частично или полностью заполняя их, и тем самым снижают коллекторские свойства пород. Рассмотренные выше материалы показывают разнообразие процессов, ведущих к образованию и преобразованию пустотного пространства карбонатных пород, причем формирование пустот с той или иной интенсивностью при ведущей роли тех или иных процессов происходит на разных стадиях литогенеза - начиная с седиментогенеза и кончая гипергенезом. В связи с этим пустоты в карбонатных породах подразделяются на первичные, сформированные на стадиях седиментогенеза и диагенеза, и вторичные, образование которых связано с этапами ката- и гипергенеза. Последние в свою очередь делятся на унаследованные и новообразованные. Первые образуются за счет переработки первично существующих пустот путем увеличения и изменения формы при выщелачивании, доломитизации, литогенетической трещиноватости, либо путем их сокращения в результате уплотнения, кальцитизации, сульфатизации и т. д. Вторые развиваются в породах без видимой связи с первичной пористостью и определяются, главным образом, тектонической трещиноватостью и обусловленным ею выщелачиванием (табл. 4).Устанавливается весьма отчетливая связь коллекторских свойств, как по абсолютным значениям характеризующих их параметров, так по структуре и морфологии порового пространства с литологическими особенностями пород, с их структурногенетическими типами, фациальными условиями образования осадков. Наиболее благоприятными коллекторскими свойствами обладают биоморфные, органогенно-детритовые и обломочные слабо сцементированные известняки. Они характеризуются проницаемостью более 100∙10- 1 5 м2, высокими значениями открытой пористости (20-30 %) и низким содержанием остаточной воды (10-15 %). Последняя занимает небольшой объем порового пространства, поэтому эффективная пористость близка к открытой и имеет столь же высокие значения. Микрозернистые и пелитоморфные хемогенные известняки и доломиты, напротив, характеризуются высоким содержанием остаточной воды (в основном более 35 %, а часто 50-70 % и более) и низкой величиной проницаемости (<50∙ 10-15 м2, а чаще <1-10∙10- 1 5 м2). Весьма значительная остаточная водонасыщенность даже при наличии встречающихся высоких значений открытой пористости (15-20 %) определяет низкую эффективную пористость (до 5-7 % ). В целом карбонатные породы с первичной и унаследованной вторичной пористостью и кавернозностью представляют собой каверново-поровый тип коллектора с высокими емкостными и фильтрационными свойствами и низким содержанием остаточной воды. Породы же с вторичной новообразованной пустотностью за счет трещин и развивающихся по ним каверн представляют каверново-трещинный тип коллектора, где емкость матрицы невелика, а полезная емкость слагается из емкости каверн и трещин. Таблица. 4. Схема подразделения пустот карбонатных отложений по времени их образования
Коэффициент нефтегазонасыщенности последних близок к единице, так как в силу их значительной раскрытостисвойства таких коллекторов определяются практически только трещинами и могут изменяться в широких пределах. Учитывая выявленные соотношения между отдельными параметрами, характеризующими коллекторские свойства (проницаемость, пористость, остаточная водонасыщенность) и их зависимости от состава, структуры и происхождения карбонатных пород, К. И. Багринцева предложила вариант оценочно-генетической классификации карбонатных коллекторов , где различие емкостных и фильтрационных свойств увязано с литогенетическими типами пород, их текстурно-структурными особенностями и условиями формирования пустотного пространства. Список использованной литературы 1. Геология и геохимия нефти и газа. Учебник / О. К. Баженова, Ю. К. Бурлин, Б. А. Соколов, В. Е. Хаин - М.: Изд-во МГУ 2000 . Карбонатные породы - коллекторы нефти и газа. В. Н. Киркинская, Е. М. Смехов - Ленинград «Недра» Ленинградское отделение 1981 . Литология. Б. К. Прошляков, В. Г. Кузнецов Учебник для вузов - М.: «Недра» 1991 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||