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

Глава IV

АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТЕЙ КОЛЛЕКТОРСКИХ СВОЙСТВ ОТ ЛИТОЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА

И ВТОРИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

В мезозойских отложениях Прикаспийской впадины, Южного Мангышлака и Восточного Предкавказья наибольший интерес с точки зрения коллекторских свойств представляют обломочные, песчано-алевритовые породы. Мел и мелоподобные известняки верхнемелового возраста, отличаясь низкими коллекторскими свойствами, не несут признаков нефтегазоносности. Верхнеюр­ ские известняки монолитного строения также имеют невысокие коллекторские параметры. Триасовые (баскунчакские) карбонат­ ные образования имеют ограниченное распространение, при этом они переслаиваются с терригенными породами, отличающимися более высокими коллекторскими свойствами, что неблагоприят­ но для образования скоплений углеводородов в известняках и доломитах.

В песчано-алевритовых породах диапазон колебаний коллек­ торских свойств весьма широк. Так, например, газопроницае­ мость колеблется от нуля до 7500 мД, а полная пористость от 2—5 до 42%. Такие резкие различия наблюдаются при сравне­ нии не только терригенных пород различного типа, но часто и пород примерно одинакового литологического состава. Эти несо­ ответствия в значительной мере определяются глубиной залега­ ния пород, интенсивностью вторичных изменений и особенностя­ ми геологического развития отдельных участков описываемых территорий.

Значения пористости и проницаемости, являясь одними из основных показателей коллекторских свойств пород, определя­ ются многими факторами, главнейшие из которых можно объе­ динить в две группы: а) обусловленные специфическими усло­ виями формирования осадков (гранулометрический и минераль­ ный состав обломочной части, степень окатанности обломочных частиц, тип, содержание и минеральный сбсФай цемента) и

б) связанные с особенностями уплотнения пород и их постседиментационными преобразованиями.

Рассмотрим влияние этих факторов на формирование и изменение коллекторских свойств терригенных пород Прикас­ пийской впадины.

ПОРИСТОСТЬ ПОРОД

Выделяют два вида пористости — полную (общую, абсолют­ ную или физическую) и открытую. Полная пористость опреде­ лялась известным методом Мельчера в комплексе с пикномет­ рическим, открытая — методом Преображенского с помощью насыщения керосином.

Наивысшей пористостью при прочих равных условиях обла­ дают обломочные породы, состоящие из шарообразных частиц одинакового размера при отсутствии цементирующего материа­ ла. При этом большое значение имеют способы укладки обло­ мочных частиц. Пористость идеальной породы, состоящей из шаров одинакового размера при кубической упаковке, как известно, составляет 47,6%, а при плотнейшей, ромбической — 25,96%. В естественных условиях идеальные типы упаковок практически не встречаются в связи с тем, что частицы имеют различный размер, неправильную форму и при осаждении стре­ мятся занять наиболее устойчивое положение. Однако в процессе уплотнения все же происходит упорядочение расположения частиц и в целом пористость обломочных пород, не содержащих цемента, постепенно снижается. В Прикаспийской впадине максимальная полная пористость мезозойских песчано-алеври­ товых пород близ поверхности достигает 42%. К глубине 1200— 1300 м она снижается за счет перегруппировки частиц на 4—5%. В дальнейшем понижение пористости происходит в ускоренном темпе в результате растворения зерен кварца на контакте друг с другом.

Примечательно, что на небольших глубинах наблюдается до­ вольно значительное колебание величины полной пористости даже в породах с равным содержанием обломочного материала. Это объясняется неодинаковой степенью отсортированности об­ ломочных частиц. Для выяснения влияния степени отсортирован­ ности на величину пористости вычислялся коэффициент сорти­ ровки: So= Q3/Q1, где Q3 — третья квартиль с кумулятивной кривой; Q, — первая квартиль с кумулятивной кривой.

Материалы лабораторных исследований осадочных пород показывают, что чем лучше отсортированность, тем выше пори­ стость (это относится и к полной и к открытой пористости). По мере уплотнения пород, изменения укладки обломочных частиц, отклонения величины пористости отдельных образцов от средних значений уменьшаются.

98

Анализ лабораторных данных, а также исследования ряда авторов (Ханин, 1951, 1965; Прошляков, 1958, 1960; Корсаков, 1965) показывают, что на пористость песчано-алевритовых пород существенно влияет цементирующая часть. В терригенных поро­ дах описываемой территории она представлена преимущественно глинистым и карбонатным материалом. В общем случае цемен­ тирующая часть, заполняя поровое пространство, снижает пористость обломочных пород. Исследование этого вопроса показало, что в образцах, отобранных с небольших глубин (до 500—800 м), минимальная полная пористость наблюдается при содержании глинистого цемента 40—45%, т. е. в количестве, примерно равном объему порового пространства идеальной по­ роды при кубической упаковке. В этом случае пористость всей породы определяется только пористостью глинистой части, за­ полняющей пространство между обломочными частичками, Проиллюстрируем это положение таким примером: допустим, что глина составляет 50% песчано-глинистой породы. При пористо­ сти самой глины 40% (что характерно для небольших глубин) средняя пористость породы будет равна 20%, поскольку обло­ мочный материал практически не порист. Дальнейшее увеличе­ ние доли глинистого материала в терригенных породах сопро­ вождается повышением их пористости. С. П. Корсаков (1965), исследовавший эту связь на материалах Газлинского района, отмечает, что минимальная пористость меловых песчано-алеврй-* товых пород (глубина 600—800 м—Б. П.) наблюдается при содержании глинистого материала в количестве 35—38%.

На средних и больших глубинах (свыше 1000 м) описанная закономерность не наблюдается. Здесь увеличение количества глинистого материала в песчано-алевритовых породах во всех случаях вызывает уменьшение пористости. В глинистых породах величина этого параметра на одинаковых глубинах очень мало зависит от содержания обломочной части. С глубины 800 м до 3250 м открытая пористость более «чистых» глин (содержаний пелитовой части >80% ) лишь немного ниже (на 0,2—2,5%), чем алевритовых глин (содержание пелитовой фракции 60—80%,

см. рис. 40).

Таким образом, влияние глинистого цемента на пористость пород, залегающих на различных глубинах, не одинаково, хотя общая картина во всех случаях близка.

Чрезвычайно большое влияние на величину пористости ока­ зывает растворимая часть породы, определяемая при грануло­ метрическом анализе песчано-алевритовых и глинистых пород. Как было показано, в мезозое Прикаспия, а также на Южном Мангышлаке и в Восточном Предкавказье эта часть обычно представлена карбонатом кальция, значительно реже другими соединениями. В мезо-кайнозойских и верхнепермских терригенных породах Прикаспийской впадины, например, на долю карбо* ната кальция обычно приходится свыше 90—95% растворимой

Части породы. Подобные соотношения наблюдаются и во многих других районах (меловые отложения Северного Предкавказья, девонские и каменноугольные отложения Харьковской, Черни­ говской, Горьковской, Пермской и других областей).

В ряде случаев между величиной пористости и содержанием кальцита в песчано-алевритовых породах существует отчетливая обратная зависимость. Она отмечалась в мезозойских отложе­ ниях некоторых районов Северного Предкавказья (Прошляков, 1958), Западной Вирджинии (Хилд с соавторами, 1962), в поро­ дах Купянской опорной скважины и других районах. Вместе с тем в каждом районе имеются и специфические особенности.

Нами подмечено, что суммарный объем пор и кальцита в песчано-алевритовых породах для определенных глубин и райо­ нов — величина более или менее постоянная. В пермских и триасовых отложениях Актюбинского Приуралья и Западного Примугоджарья на глубине до 2000 м этот объем составляет 37—44% объема породы (учитывалась полная пористость по восьми разрезам). В верхнетриасовых и юрских песчано-алеври­ товых образованиях междуречья Урал-—Волга суммарный объем составляет до 23—31%, в меловых, залегающих в интервале 1000—2000 м повышается до 33—41%. Еще выше, в неогеновых отложениях, суммарный объем достигает 50% (следует, однако, заметить, что в данном случае эта закономерность определяется и глубиной, и возрастом). В связи с этим четкая обратная зави­ симость между описываемыми величинами наблюдается для объектов, ограниченных как по площади, так и по глубине. Для центральных районов Северного Прикаспия уменьшение суммы объемов пор и кальцита с увеличением глубины происходит до 2500—3000 м. Ниже эта закономерность нарушается вследствие увеличения количества кальцита за счет эпигенетических про­ цессов, описанных выше. Таким образом, ниже 2500—3000 м количественная связь между величиной пористости и содержа­ нием кальцита нарушается. На Мангышлаке сумма объемов пор и кальцита в песчано-алевритовых породах понижается от 30— 45% на глубине 500 м до 14—21 % на глубине 2500 м.

2000 м. На больших глубинах, независимо от содержания каль­ цита, пористость глин становится очень низкой. Обратная зави­ симость между описываемыми величинами в таких случаях на­ рушается. Диапазон колебания величины пористости (для дан­ ного интервала глубин) с увеличением глубины в глинистых породах сужается. В мезозойских отложениях Прикаспийской впадины на глубине 400 м, например, он составляет 10% (от 24

до 34%), на глубине 2000 м — 7%, на 3000 м — 5%, ниже

5000 м — до 3%. Это происходит, по-видимому, вследствие все большего упорядочения расположения глинистых частиц и воз­ растающей с глубиной однородности их минерального состава.

100