Нефтегазоносность карбонатных пород

1. Формирование емкости карбонатных пород во многом предопре-деляется условиями карбонатного осадкообразования. Диагенетические преобразования отдельных типов карбонатных осадков заметно различны.

2. В числе основных типов карбонатных осадков, возникающих при седиментогенезе, можно выделить: а) химически и биохимически осажде-нные пелитоморфные карбонатные илы; б) карбонатные осадки, в значи-тельной части или преимущественно ( 40 - 50 % и более ) сложенные раз-личными форменными образованиями ( скелетными остатками, оолитами, сгустками и комками и т. д. ); в) различные органогенные карбонатные постройки, возникшие за счет жизнедеятельности организмов при их жиз-ни, на местах обитания.

3. Различный характер этих трех основных типов карбонатных осад-ков и последующих диагенетических, главным образом раннедиагенети-ческих, их преобразований определяет различный характер их первичной пористости: а) пелитоморфные карбонатные илы уплотняются ( и литифициру-ются ) весьма быстро, при этом резко снижается пористость. Сохранив-шаяся ее доля незначительна и обусловлена почти исключительно межзер-новыми порами, по размерам очень небольшими; б) карбонатные осадки, существенно или преимущественно состоя-щие из форменных образований, имеют более жесткую каркасную основу и реагируют на уплотнение заметно слабее. Их пористость обусловлена меж- и внутриформенными пустотами, межзерновые поры играют подчи-ненную роль.
Сохранение первичной пористости таких карбонатных осадков во многом зависит от количества химически или биохимически осажденног опелитоморфного карбоната и интенсивности диагенетической цементации; в) прижизненно возникавшие органогенные карбонатные постройки уже на стадии седиментогенеза имели жесткий, устойчивый каркас, как правило, высокопористый. Уплотнению они почти не подвергаются. Сох-ранение в диагенезе их значительно высокой пористости ( главным образом внутриформенной, частично межформенной и межзерновой ) определяется в основном процессами диагенетической минерализации.

4. Окончательное оформление коллекторских свойств карбонатных пород присходит в эпигенезе в результате развития тектонической трещиноватости и процессов эпигенетического выщелачивания и минералообразования.

Трещиноватость и выщелачивание способствуют возрастанию проницаемости и пористости карбонатных пород. Процессы сульфатизации, окремнения и кальцитизации снижает пористость ( и проницаемость ) последних.
Эпигенетическая перекристаллизация и доломитизация могут оказывать на изменение этих параметров различное влияние, соответственно улучшая или ухудшая коллекторские свойства пород.

ГЛАВА II. Основные оценочные параметры карбонатных коллекторов.

Пористость относится к числу наиболее важных параметров, необхо-димых для подсчета запасов флюида, поэтому очень большое значение имеет ее точное определение. Открытая пористость карбонатных коллек-торов различного типа изменяется в широких пределах, от долей процента до 30 - 35 %. Вследствие многообразия форм пустотного пространства, характеризующего карбонатные породы - коллекторы, при изучении их требуется специальный подход. Особенно большие затруднения возника-ют при устанвлении емкости коллекторов трещинного и каверного типа.

Различают три вида пористости: общую ( физическую или абсолют-ную ), открытую ( насыщения ) и эффективную ( полезную или динамичес-кую). Под общей понимается пористость, характеризующая объем всех пустот породы, включая поры, каверны, трещины, сообщающиеся между собой и изолированные.
Открытой называют пористость, включающую объем только сообщающихся между собой пор. Открытая пористость меньше общей на объем изолированных пор.
Эффективная пористость характеризует ту часть объема, которая занята движущимися в порах флюидом ( нефтью, газом) при полном насыщения порового пространства этим флюидом.

Эффективная ( полезная ) пористость в понимании большинства ис- следователей определяется объемом поровой системы, способной вмес-тить нефть и газ, с учетом остаточной ( связанной ) водонасыщенности.

Понятие эффективной пористости, предложенное Л. С. Лейбензоном ( 1947
), характеризует свободный объем системы взаимосвязанных пор с учетом порового пространства, занятого связанной ( остаточной ) водой. Этот вид пористости по существу характеризует полезную емкость пород для нефти и газа и отражает газонефтенасыщенность. Ее определяют по разности объема от открытых пор и объема, занимаемого остаточной водой.

Общую пористость пород определяют методом А. Мелчера ( 1921 ). Для установления открытой пористости чаще всего используют метод И. А.
Преображенского, применяя для заполнения пустот очищенный керо-син и взвешивание предварительно экстрагированного и высушенного образца в воздухе и керосине. Аналогично определяется пористость по воде.

Очень большое влияние на величину открытой пористости оказыва-ют различные способы снятия поверхностной пленки, так как в зависи-мости от преобладающего развития пор, каверен и трещин при обработке образцов теряется разное количество керосина или воды. Из крупных ка-верен происходит механическое вытекание жидкости, поэтому при взве-шивании регистрируется меньший объем, чем фактический объем жидкос-ти, вошедшей в образец при насышении под вакуумом.

Остаточная водонасыщенность.

Понятие об остаточной водонасыщенности.

Осадочные породы, которые являются коллекторами нефти и газа, накапливаются в основном в водных бассейнах, благодаря чему пустотное пространство их заполнено водой.

Большая часть воды, оказывающаяся в поровых пространствах све- жевыпавших осадков, отжимаетсяя и возвращается в гидросферу еще на ранних этапах диагенеза, но заметное ее количество сохраняется в осадо-чной толще даже при достаточно больших нагрузках вышележащих слоев. Одним из важнейших свойств воды, имеющих первостепенное значение для геологических процессов, является ее способность проникать через толщу пород. Повышение температуры и давления сопровождается разрывом водородных связей молекул воды и увеличением ее проникающих свойств. Водородные связи обуславливают необычайную силу сцепления воды, проявляющуюся в ее высоком поверхностном натяжении, а также необыкновенную способность воды смачивать различные вещества.

При дальнейшем погружении пород, сопровождающимся постепен-ным повышением температуры среды, поровые воды могут сильно изме-нить свою структуру, а соответственно и вязкость, поэтому они приобре-тают способность к циркуляции через толщи, ранее служившие для них водоупором.
Поток таких вод по известным законам пойдет в направлении зон пониженных давлений, где произойдет их разгрузка и перемещение в более высокие горизонты земной коры, вплоть до дневной поверхности.

Таким образом, за длительный период формирования осадочных толщ пространство между зернами, кристаллами, обломками полностью заполнится водой, связь которой с твердыми частицами пород будет различной. В дальнейшем в процессе образования нефтяных и газовых залежей происходит вытеснение воды из пористых сред вновь пришедшим флюидом. Вытеснение воды из пористых сред нефтью и газом происходит под давлением, но несмотря на это часть ее сохраняется, будучи удержана силами молекулярного взаимодействия. Количество и характер распределения остаточной воды различны и зависят от сложности строения пористой среды, величины удельной поверхности, а также от поверхностных свойстыв попрод. Эту сохранившуюся часть воды исследователи называют остаточной, погребенной, связанной, иногда реликтовой.

Очень удачным является термин " остаточная вода " , примененный в
1955 г. С. Л. Заксом, который считал, что остаточная вода - это вода, оставшаяся в поровом пространстве пласта при формировании залежей нефти и газа. Естественно, что различное строение пустотного простран-ства пласта в целом и определяет размещение остаточной воды в коллек-торе. Поскольку сохранение ее в породах обусловлено силами молеку-лярно - поверхностного притяжения, можно и нужно использовать как синоним термин " связанная ", определяя этим характер взаимосвязи воды с породами.

В нефтянных пластах часть воды может быть и в свободном состо-янии в виде водоносных пропластков за счет недостаточного давления или объема вытесняющего флюида - нефти или газа. Это же явление может наблюдаться и в приконтурной части месторождения. Но при полном за-полнении ловушки нефтью или газом количество оставшейся воды должно определяться прежде всего структурными особенностями порового прос-транства: размером, процентным соотношением мелких и крупных пор, извилистостью их стенок, т. е. величиной внутренней удельной поверх-ности каналов, поверхностными свойствами пород и пластовых жидкос-тей. Гидрофильные и олефильные свойства самих пород имеют при сохра-нении остаточной воды в поровых каналах огромное значение.
Увеличение содержания органических и глинистых смесей, облажающих высокой сорбционной способностью, приводит к повышенному содержанию остаточной воды в пласте - коллекторе. Различный минеральный состав горных пород определяет неодинаковые поверхностные свойства, в том числе и смачиваемость.
Смачиваемость пористой среды различными флюидами является одним из важнейших параметров, определяющих остаточную водонефтенасыщенность, скорость вытеснения, капиллярную пропитку и относительную проницаемость пород. Благодаря ей в породах с одинаковыми фильтрационными свойствами количество удержанной воды в поровых каналах будет различным. Сохраняясь в пористой среде за счет сил молекулярного сцепления, остаточная ( связанная
) вода имеет неодинаковый характер распределения: вв виде пленок различной толщины она располагается в крупных и мелких поровых каналах, заполняет углы и извилистые участки и почти полностью занимает мельчайшие поры размером менее 1 мкм.

Породы - коллекторы, фильтрационные свойства которых обусло-влены трещинами, не могут содержать свободной воды, так как в связи с отсутствием крупных сообщающихся поровых каналов филтрация вод по ним невозможна.

Проницаемость.

Проницаемость - свойство породы, определяющее возможность про- хождения флюидов через сообщающиеся поры, трещины, каверны. Прони-цаемость является мерой фильтрационной проводимости породы и отно-сится к числу наиболее важных параметров коллектора. Установившаяся скорость течения и его направление связаны с различными физическими свойствами движущегося флюида, а также особенностями геометрии по-рового пространства ( размеры поперечного сечения и форм поровых ка-налов, их распределение в пором объеме, которые предопределяют пропускную способность пористой среды ).
Проницаемость тесно связана со структурой пустотного пространства, поэтому исследование различных видов ее дает возможность глубже понять характер пористой среды.

Проницаемость измеряется в дарси по имени Анри Дарси, предложившего в 1856 г. уравнение для определения фильтрации

где Q - объемный расход жидкости в единицу времени; k - постоянная проницаемости; s - площадь поперечного сечения; - вязкость жидкости;

- гидравлический градиент или разница в давлении в направлении течения x.

Это уравнение дана для ламинарного течения флюидов в пористых средах, при заданном значении k скорость фильтрации через породы прямо пропорциональна перепаду давления.

При исследовании проводимости пористой среды выделяют три ви-да проницаемости: абсолютную, эффективную и относительную.

Фильтрация флюидов через пористые среды подчиняется закону Дарси, в котором сделано допущение, что в пласте один флюид, полнос-тью насыщающий пустотное пространство пород. Эту проницаемоть на-зывают абсолютной. В природе пласт - коллектор содержит в различных количествах газ, нефть, воду, при чем в зависимости от степени насыще-ния один из флюидов обладает большей способностью перемещения.

Эффективная проницаемость - это способность породы пропускать флюид в присутствии других насыщающи пласт флюидов. Эффективная газо -, водо- и нефтепроницаемость различна для разных пород и опреде-ляется экспериментальным путем. Естественно, что при наличии двух или трех насыщающих пористую среду фаз эффективная проницаемость по сравнению с абсолютной снижается, при этом изменения ее зависят от ря-да факторов и прежде всего от сложности строения порового простран-ства. Разбухание глинистых частиц, наличие адсорбционных пленок, гидрофильность или олефильность поверхностей, морфология, размеры и извилистость поровых каналов - все это оказывает влияние на эффективную проницаемость.

Отношение эффективной для данного флюида проницаемости к абсолютной проницаемости называется относительной проницаемостью. Относительная проницаемость для газа, нефти, воды колеблется от нуля при низкой насыщенности до 1 при 100 % - ном насыщении. Относительная проницаемость породы для любого флюида возрастает с увеличением ее насыщенности этим флюидом и достигает максимального значения при полном насыщении.

Анализ опытнах данных изучения фильтрационных свойств свиде- тельствует о неодинаковом характере изменения проницаемости в кар-бонатных породах с различным типом пустотного пространства. Совер-шенно очевидно, что карбонатные коллекторы порового, трещинного и каверного типов отличаются как абсолютной величиной проницаемости, определенной в лабораторных условиях, так и характером изменения ее в трех изучаемых направлениях.

Карбонатным коллекторам порового типа не свойственна анизотро-пия проницаемости пористой среды, и в них не наблюдается резкого из-менения фильтрующих свойств в каком - то одном из трех направлений. Это существенное отличие фильтрационных свойств карбонатных кол-лекторов от терригенных, в которых также преобладают поровые каналы.

При наличии каверн или крупных пустот, т. е. в каверно - поровом типе коллектора, максимальными значениями проницаемости обладает направление с наибольшей интенсивностью их развития.Но даже в таких случаях мы не наблюдаем такой разницы по параллельному и перпендику-лярному направлениям, как в песначо - алевритовых породах. Поровый тип коллектора характеризуется проницаемостьюю практически одинако-вой во всех трех направлениях; трещинный тип карбонатных коллекторов, несмотря на незначительные абсолютные значения проницаемости, опре-деленные в лабораторнах условиях, отличается анизотропностью проница-емости, при этом пределы изменения достигают одного - двух порядков. Следует подчеркнуть, что фильтрационные свойства трещиноватых кар-бонатных пород в природных условиях значительно выше значений, получаемых в лаборатории, что обусловлено исследованием пород с наличием лишь микротрещин.

ГЛАВА III. Условия формирования пустотного пространства.

1. Растворимость карбонатных пород.

Развитие и формирование порового пространства карбонатных по-род тесно связано с процессом растворения и выщелачивания. Вынос этих соединений в растворенном состоянии является причиной образования пор, каверен и пустот, а также приячиной расширения трещин.

Установлено, что растворимость кристаллиических веществ зависит от их природы , растворяющей способности растворителя и находится в тесной связи с термодинамическими условиями. Неодинаковая раство-римость частиц кристаллического вещества определяется их размером. Ряд исследователей (
Бакли, 1954; Теодорович, 1950) показали, что рас-творимость частиц гипса размером 2 мм на 20 % меньше, чем частиц 0, 3 мм, и что тонкозернистые разности кальцита значительно быстрей растворяю-тся, чем крупные кристаллы.

Исследованиями Ф. Бирха, впервые приведенными в работе Миллера ( 1959
), было доказано, что расстворимость известняка заметно снижается, после того как его подвергают большому довлению ( табл. 19). Миллер связывает это снижение с перекристаллизацией вещества под большим давлением, которая вызывает увеличение размеров частиц. Оче-видно, этим можно объяснить почти полное отсутствие пор растворения у сильно метаморфизованных пород. На растворимость карбонатных минералов влияет и размер растворяемых частиц.
Чем более они тонкодис-персны, тем более растворимы. Неодинакова растворимость различных по размеру частиц способствуетт росту более крупных зерен за счет раство-рения мелких.

Сильное растворяющее действие подземных вод, богатых углекис-лотой, отмечалось В. И. Вернадским ( 1934 ), который писал, что такая вода приобретает свойства кислоты и способна разлагать силикаты и алюмосиликаты.
Поскольку проводимости пород неодинаковы, то процес-сы растворения не распространяются равномерно по всему горизонту. Вероятно, они приурочены к тем тектоническим участкам и струектурам, которые наиболее пористы и проницаемы. Возможно, что растворение связано с воздействием на породы нефтяных вод, которые, как известно, содержат большое количество углекислоты. А. И. Осипова ( 1964 ) считает, что нефтяные воды при проникновении в карбонатную породу - коллектор оказывали сильное агрессивное действие, расширяя и соединяя поры, существовавшие в известняках.

Большое значение в происходящих процессах растворения имеют нерастворимые минеральные примеся, содержащиеся в карбонатных породах. Роль этих примесей неодинакова: следует различать примеси, тормозящие процесс растворения, и наоборот, ускоряющие его. Наличие в карбонатных примеси глинистых, кремнистых или органических веществ тормозит процесс растворения. Именно поэтому в карбонатных породах с большим количеством рассеяного органического вещества незначительно развиты явления перекристаллизации ( Каледа, 1955, 1959; Гмид, 1965; Леви, 1964;Булач,
1964). Наоборот, даже небольшие количества примесей более растворимых соединений резко повышают растворимость карбонатных пород, что доказано экспирементами В. Н. Свешниковой
( 1952 ).

2. Соотношение растворимости доломита и кальция

Этот вопрос имеет очень большое значение для понимания сущнос-ти ряда геологических явлений, определяющих формирование пустотного пространства, однако представления о соотношении растворимости дан-ных сооединений противоречивы.

Большие экспериментальные исследования растворимости доломита и его смесей с другими минералами были проведены О. К. Янатьевой
( 1950, 1954, 1955, 1956, 1957, 1960 ). Полностью подтвердилось положе-ние об изменчивости соотношений расторимостей доломита и кальцита, были выявлены факторы, которые вызывают изменение этих соотноше-ний. Данные показывают, что в условиях высокого содержания СО2 рас-творимость кальцита при низких темпаратурах примерно в 1, 5 раза выше, чем доломита. С увеличением температуры эти различия исчезают, и при 550 С растворимости доломита и кальцита равны. При дальнейшеем повышении температуры растворимсоть доломита становится более высокой, чем кальцита. Таким образом, соотношение растворимости доломита и кальцита весьма непостоянно и меняется под влиянием ряда факторов, к числу которых относятся температура, давление, содержание в растворе углекислоты, сернокислого кальция.

Страницы: 1, 2, 3