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

Отсутствие зависимости между величиной пористости и ко­ личеством кальцита в глинистых породах на глубине свыше 1500—2000 м позволяет считать, что степень их уплотнения в такой обстановке определяется главным образом физическими причинами. При этом наряду с уплотнением под давлением и упорядочением расположения глинистых частиц происходит из­ менение структуры глинистых минералов, их решетка приобре­ тает более плотную упаковку. Рентгеновский анализ глин пока­ зывает, что на небольших глубинах глины мезо-кайнозоя Прикаспия слагаются минералами группы каолинита, гидрослюд и, реже, монтмориллонита. На глубинах свыше 1500—2000 м по­ степенно возрастает роль гидрослюд, а к 3500 м глинистые породы представлены исключительно хлорит-гидрослюдистыми образованиями, отличающимися более плотной кристаллической решеткой.

.Отмеченная обратная зависимость пористости и карбонатности глинистых пород на небольших глубинах наблюдается толь­ ко в том случае, если данный осадочный комплекс не претерпевал больших нисходящих, а затем восходящих движений. Породы, находившиеся на большой глубине, сохраняют черты, приобре­ тенные в процессе глубинного катагенеза даже после выхода их на поверхность, поэтому их пористость и плотность будут близки приобретенным на соответствующей глубине (лишь несколько возрастет пористость и понизится плотность за счет упругих деформаций). На явления необратимого уплотнения горных

пород Северного Предкавказья и другие исследователи. Отмечая отрицательное влияние цементирующего материала

на пористость обломочных пород, следует подчеркнуть, что при­ сутствие различного по составу цемента вызывает неодинаковые последствия. Сравнение в этом аспекте роли глинистого и кар­ бонатного цемента показало, что на глубинах до 1000 м (при постоянной карбонатности менее 5%) изменение количества глинистого материала от 1,5 до 40% сопровождается понижени­ ем полной пористости от 30—40 до 15—20%. Такое же пониже­ ние пористости (при более или менее постоянном — до 5% — содержании глинистого материала) происходит при увеличении содержания кальцита от 1—2 до 20—25%. Таким образом, при равных увеличениях количества глины и кальцита пористость интенсивнее снижается за счет последнего.

К подобному выводу пришел и С. П. Корсаков (1965) при изучении меловых коллекторов Бухарского нефтегазоносного района. Отмеченная закономерность, однако, распространяется лишь на породы ограниченного интервала глубин. С увеличе­ нием глубины залегания различие во влиянии этих цементов снижается и к 2500—3000 м их роль становится примерно равно­ ценной. Такое явление можно объяснить следующим образом:

101

на небольших глубинах глина, заполняющая поры в песчано­ алевритовых породах, сама является пористым материалом. На глубинах до 1000 м ее пористость составляет 25—40%, а плот­ ность 1,6—1,9 г/см3. Кальцит как продукт хемогенный, образо­ вавшийся в стадию седиментогенеза или позже, не участвует в строении каркаса породы. Он может заполнять имеющиеся поры и, таким образом, резко, пропорционально его количеству, сни­ жать пористость осадочных образований. Породы, содержащие хемогенный кальцит, с глубиной уплотняются слабее, поскольку они ужэ уплотнены, низкопористы, а спаянный кальцитом кар­ кас менее подвержен деформации. С увеличением глубины залерания бескарбонатной породы (бессульфатной и вообще не содержащей хемогенного цемента) сокращение порового прост­ ранства происходит за счет деформации ее каркаса; при этом существенно снижается пористость глинистого цемента как за счет упорядочения расположения глинистых частиц, так и за счет изменения структуры глинистых минералов, а плотность глин на глубине 2500—3000 м повышается до 2,3—2,5 г/см3, приближаясь к плотности кальцита. (6 = 2,72 г/см3). Эти обстоя­ тельства и определяют выравнивание влияний глинистого и кадьцитового цемента на пористость пород на глубинах свыше

2500—3000 м.

Как следует из изложенного, величины пористости и плотно­ сти в значительной мере определяются глубиной залегания пород. Они в определенной степени отражают интенсивность давления, которому подвергались осадочные образования. Есте­ ственно, что тектонические процессы, неоднократные восходящие и нисходящие движения затрудняют оценку роли глубины в процессе уплотнения пород и изменения их пористости. Известно много примеров чрезвычайно сильного уплотнения пород, зале­ гающих на небольших глубинах, особенно в геосинклинальных областях. Например, неогеновые и палеогеновые песчаники из Даниловской опорной скважины (Предкарпатский прогиб) с глубины 500—600 м имеют плотность 2,41—2,58 г/см3 и общую

для исследования. Здесь в течение длительного времени, начи­ ная с триаса, происходили в основном нисходящие движения, поэтому в межкупольных зонах скважины вскрывают породы в условиях их максимального погружения. Именно настоящее глубинное положение и определяет существующие значения по­ ристости и плотности пород.

Вопросу изучения влияния горного давления на пористость пород посвящены многочисленные работы советских и зарубеж­ ных исследователей: Э. Э. Фотиади (1957), И. Фетта (1957), Д. Веле (1959), Б. К- Прошлякова (1960, 1964), В. М. Добрыни­ на (1963, 1965, 1970), В. Энгельгардта (1964), Д. Максвелла

102

(1964) и других. Общая тенденция изменения пористости с из­ менением глубины залегания для всех обломочных и глинистых осадочных горных пород одинакова — чем больше глубина зале­ гания, тем сильнее уплотнена порода, тем ниже ее пористость.

С увеличением глубины залегания пористость пород различ­ ного состава изменяется неодинаково. Глинистые породы вначале

пийской впадины до глубины 3300—3500 м. Ниже темп уплот­ нения песчано-алевритовых отложений понижается (рис. 38), при этом пористость сокращается на 3—5% на каждые 1000 м погружения. Например, на глубине около 4000 м (скважины Аралсорская СГ-1, Чувашская П-19 и др.) полная пористость

103

варьирует впределах 5—10% и лишь на немного ниже, чем на глубине 3000 м. Пористость песчаников и алевролитов с высо­ ким содержанием цемента изменяется по кривой, промежуточ­ ной между кривыми глин и чистых песчаников. Неодинаковое изменение пористости пород с глубиной определяется тем, что действие факторов уплотнения в осадочных породах различного состава проявляется по-разному.

В связи с вопросами оценки запасов нефти и газа, а также разработки месторождений этих полезных ископаемых на боль­ ших глубинах важное значение имеет установление соотношений между величинами полной и открытой пористости. На Всесоюз­ ном совещании по унификации методов определения коллектор­ ских свойств пород (труды ВНИГНИ, вып. XVII, 1966) по этому вопросу были высказаны различные мнения. Ю. С. Мельникова (1966) и К- Г. Оркин (1966) считают, что открытая пористость для обломочных пород в большинстве случаев совпадает с пол­ ной. А. А. Ханин (1966) отметил, что это наблюдается далеко не всегда.

Проведенные нами исследования на керновом материале из Прикаспийской впадины и Южного Мангышлака показали, что на небольших глубинах (примерно до 500—900 м) в песчано­ алевритовых породах с низким содержанием цемента полная и открытая пористость по величине, действительно, нередко сов­

4000—4200 м достигая 3,5—4% при общем снижении пористости. В результате полная пористость превышает открытую в 1,4—2

раза, при этом величина отношения к" /к" существенно умень­ шается (рис. 39).

Подобное превышение полной пористости над открытой типично как для песчано-алевритовых, так и для глинистых по­ род. Открытая пористость глинистых пород снижается с увеличе­ нием глубины вначале очень резко, примерно на 15% в интерва­ ле первой 1000 м. Постепенно темп снижения пористости убывает; в диапазоне от 3000 до 4000 м он составляет около 1,5%, и в дальнейшем стабилизируется (1,5% на 1000 м). От­ крытая пористость на глубине 4000 м по усредненным данным составляет 4,9% (колебания в пределах 3,55—6,30%), а в интервале глубин 6500—6661 м — 0,85—1,2%. Тенденция сниже­ ния описываемой величины такова, что к 7000—7100 м она должна стать близкой к нулю. Полная пористость при этом ожидается равной 3—4%.

Отношение к„ /к п в глинистых породах на глубине до 1000 м изменяется в пределах 0,80—0,95. Глубже эта величина посте­ пенно понижается и к 6800 м составляет 0,20—0,54, т. е. откры­ тая пористость становится в 2—5 раз меньше полной. В песчано­ алевритовых породах эта зависимость ниже 4400 м не исследова­

104

лась в связи с отсутствием подходящего каменного материала. Основываясь на общей тенденции изменения отношений порис­ тости этих пород, можно полагать, что на глубине около 7000 м полная пористость превышает открытую в 4—б раз.

Такие различия в изменении описанных видов пористости с глубиной происходят вследствие уменьшения сечения поровых каналов и изоляции значительной части пор друг от друга за счет уплотнения и вторичного перераспределения части вещества

генных пород: по три песчаных и алевритовых с содержанием цемента менее 10, 10—30 и 30—50% и две глинистых с содер­ жанием фракции мельче 0,01 мм более 80 и 60—80%. Количе­ ство растворимой части в цементе обломочных пород не пре­ вышало 30%, а в глинистых породах — 25% (таким образом, глинистые мергели не учитывались).

Для каждой из выделенных разностей пород была определе­ на медианная открытая пористость по всему вскрытому сква­ жинами интервалу глубин и среднеарифметическая поинтервально для каждых 500 м (табл. 11, 12, 13, 14). Результаты полно-

105