Файл: Прошляков, Б. К. Вторичные изменения терригенных пород-коллекторов нефти и газа.pdf

Б. К. ПРОШЛЯКОВ

ВТОРИЧНЫЕ

ИЗМЕНЕНИЯ

ТЕРРИГЕННЫХ ПОРОД-

КОЛЛЕКТОРОВ

НЕФТИ И ГАЗА

Москва

«НЕДРА»

1974

ВВЕДЕНИЕ

Обломочные — песчаные и алевритовые породы в Советском Союзе являются основными коллекторами нефти и газа. В на­ стоящее время из них добывается свыше 80% всех углеводоро­ дов. В связи с все возрастающей ролью этих полезных ископа­ емых в народном хозяйстве и ростом их добычи необходимо си­ стематическое пополнение их разведанных запасов. Поскольку месторождения, расположенные близ поверхности, уже открыты

ив значительной степени выработаны, уже сейчас поиски нефти

игаза осуществляются в отложениях, залегающих на глубинах 4—7 км. В ближайшие годы будет преодолен 10-км рубеж, и проектируется бурение на глубины до 15 км.

Впроцессе погружения на столь большие глубины сущест­ венно изменяются состав, строение и физические свойства осадочных пород. В связи с этим познание механизма и послед­ ствий катагенеза имеет чрезвычайно важное значение для пони­ мания широкого круга природных явлений, решения геологи­ ческих и технических задач. В газонефтяной геологии исполь­ зование знаний о процессах катагенеза и их последовательности несомненно окажет существенную помощь при решении вопро­ сов о миграции и аккумуляции нефти и газа, при оценке кол­ лекторских и экранирующих свойств пород, составлении карт развития коллекторов. Без учета влияния факторов катагенеза

на преобразование пород подчас невозможна однозначная кор­ реляция геологических разрезов и реконструкция геологического прошлого, особенно если в исследуемых пунктах одновозрастные отложения залегают на резко различных глубинах. Вторичные из­ менения накладывают свой отпечаток на физические свойства пород, что необходимо учитывать при интерпретации диаграмм промыслово-геофизических исследований. Использование знаний о катагенезе пород может принести большую пользу при выборе наиболее рациональной системы разработки нефтяных и га­ зовых месторождений, определении причин возникновения зон потери корреляции и введении соответствующих поправок при обработке материалов полевой геофизики и т. д.

Первые систематизированные сведения о вторичных измене­ ниях осадочных пород были изложены в работах А. Д. Архан­

3

гельского (1912), Г. Барроу (1912), А. Е. Ферсмана (1922) и других, однако достаточного внимания этим явлениям не уде­ лялось. Лишь в начале 50-х годов в связи с расширением и углублением литологических исследований появилась серия ра­ бот, в которых были отражены первые теоретические представ­ ления о вторичных процессах и их использовании для решения практических задач (Коссовская, Шутов, 1955, 1956; Пустовалов, 1956; Хилд, 1955, 1956; Вассоевич, 1957 и другие). В свя­ зи с расширением поисково-разведочных работ на нефть и газ литологи-нефтяники все чаще сталкиваются с явлениями постдиагенетического изменения пород. Появляются публикации, посвященные выяснению взаимосвязей нефтегазоносности со вторичными процессами и определению времени формирования нефтяных залежей (Орлова, 1958; Чепиков, Ермолова, Орло­ ва, 1960; Перозио, 1964 и др.), а также вопросам изменения коллекторских свойств пород в стадию катагенеза (Лаври, 1956; Фотиади, 1957; Прошляков, 1960; Энгельгардт, 1964; Максвелл, 1964 и др.).

В последние годы в Советском Союзе выполнен ряд исследо­ ваний, внесших существенный вклад в дело познания вторичных изменений осадочных пород. Среди них следует отметить ра­

П. А. Карпова, А. Г. Коссовской, В. Д. Шутова, В. И. Муравь­ ева и других.

В настоящей работе рассматривается комплекс вопросов, связанных со вторичными (катагенетичными) изменениями терригенных пород. Основное внимание уделено изложению резу­ льтатов исследования причин и последствий катагенетических изменений, происходящих с главнейшими компонентами осадоч­ ных пород, изучению влияния этих изменений на коллекторские и отчасти экранирующие свойства пород различного литологи­ ческого состава в широком диапазоне глубин. Выполненные ис­ следования базируются на материалах, полученных автором при -изучении терригенных мезозойских отложений Прикаспийской впадины (триас, юра, мел), Южного Мангышлака и Восточно­ го Предкавказья (юра, мел), вскрытых на глубинах до 5500— 7000 м.

Во всех регионах, рассматриваемых в настоящей работе, мезозойские песчано-алевритовые отложения промышленно неф­ тегазоносны. Наряду с этим на большей (центральной и север­ ной) части Прикаспийской впадины крупные месторождения по­ ка не обнаружены. Такое положение объясняется недостаточ­ ной геологической изученностью территории и, в частности, отсутствием обобщенных сведений о развитии пород-коллекторов. В этой связи представляется, что приведенные по этому вопро­

4

Глава I

РОЛЬ СОСТАВА И СТРОЕНИЯ ТЕРРИГЕННЫХ ПОРОД В ФОРМИРОВАНИИ КОЛЛЕКТОРСКИХ СВОЙСТВ

также некоторого количества примесей. Несмотря на кажущую­ ся однородность пород и сходство условий залегания, коллек­ торские свойства их могут существенно различаться. Причина­ ми этого являются различие структур и вещественного состава как обломочного, так и цементирующего материала, а также ва­ риации количественных соотношений между ними, поскольку влияние каждой из составных частей в отдельности на каче­ ство коллектора неодинаково.

Обломочная часть является основой терригенных коллекто­ ров. Ее содержание в породе может колебаться в широких пре­ делах: от 100 до 50% и даже ниже. Размер частиц измеряется преимущественно в пределах 0,01—1,0 мм, что соответствует фракциям алеврита и песка. Наиболее распространены как кол­ лекторы мелкозернистые песчаные породы (основной размер ча­ стиц 0,1—0,25 мм) и смешанные песчано-алевритовые образова­ ния (преимущественный размер частиц 0,05—0,25 мм).

Основные породообразующие обломочные минералы пред­ ставлены кварцем (составляющим, как правило, свыше 50% об­ ломочной части), полевыми шпатами (преимущественно калие­ выми, реже кислыми плагиоклазами), халцедоном; иногда в значительном количестве присутствуют переотложенный глау­ конит, а также обломки магматических (главным образом эф­ фузивных), метаморфических и осадочных пород. Форма облом­ ков перечисленных выше образований преимущественно изометричная.

Цементирующая часть в терригенных породах-коллекторах присутствует в различных количествах — от долей процента до 50% и даже более. Наиболее характерные ее содержания до 20—25%. Минеральный состав цемента разнообразен. Наиболее распространен глинистый и кальцитовый, но встречаются доло­

6

митовый, гипсовый, ангидритовый, железистый и некоторые дру­ гие виды цемента, а также смеси нескольких веществ. Наиболее характерны ассоциации: глина — кальцит, кальцит — доломит, доломит — гипс (ангидрит).

Примечательно, что содержание глинистого цемента в алев­ ритовых породах обычно выше, чем в песчаных образованиях. Это обстоятельство определяется тем, что условия накопления алеврита более благоприятны для осаждения глин, чем обста­ новка, в которой отлагается песок. Карбонаты и сульфаты при­ мерно одинаково распространены как в песчаных, так и в алев­ ритовых отложениях.

По генезису цемент может быть первичным и вторичным, причем в состав как того, так и другого могут входить все от­ меченные выше компоненты. Первичный цемент приносится в виде тонкой взвеси (глинистый, железистый материал)' водой или атмосферой, а также образуется в результате химических реакций в среде осадконакопления (карбонаты, сульфаты). Накапливается такой цемент одновременно с отложением обло­ мочной части или несколько позднее, в процессе превращения осадка в осадочную породу (в стадию диагенеза). Вторичный це­ мент возникает в уже сформировавшейся породе (в стадию ка­ тагенеза) за счет выделения из минерализованных подземных вод, в результате их взаимодействия с веществом осадочной по­ роды, а также вследствие реакций между составными частями породы при изменении термодинамической обстановки.

Различить цементы первичного и вторичного генезиса очень сложно, а подчас и невозможно, поскольку структура каждого из них существенно меняется в стадию катагенеза. В этой свя­ зи следует напомнить, что по характеру расположения цементи­ рующей части и количественным соотношениям ее с обломоч­ ным материалом выделяют пять типов цемента: базальный, поровый, контактный, пленочный и сгустковый. Первый из них обычно является первичным, остальные могут быть как пер­ вичными, так и вторичными. Для пород-коллекторов наиболее характерны контактный, пленочный и сгустковый типы цемен­ та, при этом его количество, как правило, не превышает 20— 25%.

Второстепенной составной частью терригенных пород-кол­ лекторов является органическое вещество (имеется в виду ор­ ганика не нефтяного ряда). Его количество обычно невелико — от долей процента до 1—2, иногда до 5%. Распределяется эта часть в породах отдельными очагами (более или менее крупные растительные остатки) или равномерно (тонкодисперсный ма­ териал).

Коллекторские породы могут иметь различную окраску. Она определяется цветом основных составных компонентов и в зна­ чительной степени веществами — хромофорами, присутствующи­ ми в породе в небольших количествах (органическое вещество,

7