Группа обломочных пород коллекторов

Группа обломочных пород коллекторов 

     Кластические  или обломочные гранулярные коллекторы могут классифицироваться согласно типам пород, которые зависят  от состава материнских пород, расстояния транспортировки и условий отложения.

     Осадочные обломочные породы и, в частности, песчаники, алевролиты и разности промежуточного состава являются, как известно, одними из главнейших представителей коллекторов нефти и газа. На небольших и средних глубинах обломочные породы служат основными вместилищами УВ. В свое время (15-20 лет назад) из обломочных пород извлекалась основная часть (до 70—80 %) нефти и газа. По материалам бурения последних лет на глубинах свыше 4000—4500 м роль обломочных пород как коллекторов нефти и газа постепенно понижается, тем не менее песчаники и алевролиты на больших глубинах представляют и сейчас большой практический интерес. К ним приурочены нефтяные и газовые месторождения мезозоя Западной Сибири, продуктивной толщи Азербайджана, мезозоя—кайнозоя Северного Кавказа, фанерозоя Западного Казахстана, Украины и других районов СССР.

     В процессе геологического развития отдельных территорий при погружении первоначальные свойства терригенных пород существенно изменяются. Например, на малых глубинах платформенных областей песчаники и алевролиты являются породами-коллекторами порового типа, а глинистые образования — породами-экранами. На больших глубинах в условиях высоких температур и давлений обломочные породы могут превратиться в породы-экраны или породы-коллекторы трещинного и смешанного типов, а глинистые - стать коллекторами с трещинным типом порового пространств. В палеозойском разрезе установлены конгломераты, гравелиты, песчаники, алевролиты и промежуточные разности пород. Они слагают пласты мощностью 100 м и более. 

     Обзор материалов показывает, что чаще всего обломочные породы-коллекторы представлены мелкозернистыми песчаниками, крупнозернистыми алевролитами, реже другими разностями обломочных пород. Такое соотношение пород обусловлено прежде всего их распространенностью в осадочном покрове планеты. Основными коллекторами нефти и газа в глубокозалегающих подсолевых отложениях Прикаспийской впадины являются девонские, нижне-каменноугольные и нижнепермские песчаники, алевролиты и песчано-алевритовые породы. Среди песчаников и алевролитов преобладают серые и темно-серые разности полимиктового состава, в различной степени известковистые и глинистые. Обломочная часть представлена кварцем, полевыми шпатами, обломками кремнистых, глинистых, карбонатных и эффузивных пород, кроме того, в них встречаются чешуйки мусковита и биотита. Обломочные зерна обычно слабо отсортированы и в разной степени окатаны. Форма их варьирует от угловатой до окатанной. В отличие от неглубокозалегающих пород, обломки часто корродированы карбонатным цементом.

     Цемент  в основном карбонатного (кальцитового) и глинистого составов, часто смешанный из этих двух компонентов. Тип цемента поровый, сгустковый, контактовый, пленочный и смешанный. Среди песчаников и алевролитов в зависимости от содержания песчаной, алевритовой и глинистой фракций выделяются несколько видов пород: песчаники, песчаники глинисто-алевритовые, алевролиты, алевролиты песчано-глинистые и глинисто-песчаные. Все эти типы пород характеризуются различными емкостными и фильтрационными параметрами. По степени уплотнения обломочные породы относятся к уплотненным и сильно уплотненным {табл. 1). Величина k₆ для отдельных образцов пород изменяется от 0,75 до 0,95, составляя в среднем: для алевролитов песчано-глинистых 0,85; алевролитов и алевролитов глинисто-песчаных 0,89; песчаников "чистых" 0,91; песчаников глинисто-алевритовых 0,90;

Таблица 1

конгломератов и  гравелитов 0,92. Таким образом, по усредненным цифрам все обломочные породы относятся к сильно уплотненным разностям (табл. 2). Плотность песчано-алевритовых пород колеблется от 2,08 до 2,72 г/см3.

     Как уже отмечалось, в глубокозалегающих песчано-алевритовых породах преобладает точечный тип контактов, на долю которого приходится 50—60% всех контактов, встреченных в породах.

     Тип контактов полностью определяется составом и количеством цементирующего материала, интенсивностью постседиментационных преобразований, а также глубиной залегания пород. Как показали исследования, коллекторские свойства пород очень изменчивы . Открытая пористость грубообломочных пород колеблется от 2,40 до 12,60 %; песчаников - от 1,00 до 18,40 %, а алевролитов — от 1,40 до 21,80 %. Полная пористость грубообломочных пород достигает 14,30 %; песчаников 20,50 %; алевролитов 33,50 %.

     Проницаемость пород изменяется в пределах (0,001—1415,7) • 10^-15 м². Поровое пространство в обломочных породах представлено межзерновыми порами и трещинами. Размер пор варьирует в пределах 0,005—2 мм, а раскрытость трещин достигает 1—1,5 мм. Установлено, что основное влияние на коллекторские свойства обломочных пород подсолевого комплекса впадины оказывают отсортированность обломочной части, медианный размер зерен, состав, количество и тип цемента, процессы уплотнения, перекристаллизация, выщелачивание, аутигенное минералообразование и др. Для характеристики влияния S₀ и Md слагающих зерен на коллекторcкие свойства пород изучались песчаники и алевролиты, отобранные из нефти и водонасыщенной частей. Продуктивная часть разреза представлена мелко-, средне- и реже крупнозернистыми песчаниками, с медианным диаметром зерен от 0,15—0,17 до 0,88—0,93 мм и коэффициентом отсортированности от 1,08 до 3,71.

     Величина  к_n° в них варьирует в пределах 1,6—15,9 %, а к_пр, измеренный параллельно напластованию пород, (0,001—1415,7) • 10^-15 м². Была установлена прямая зависимость коллекторских параметров от литологических коэффициентов. Так же как на небольших и средних глубинах, в нашем случае с улучшением степени отсортированности и увеличением медианного диаметра обломочных зерен величины открытой пористости и проницаемости закономерно возрастают. В водоносных песчаниках и алевролитах наблюдается обратная зависимость: и произрастает лишь при уменьшении медианного диаметра и ухудшении степени отсортированности. Это обстоятельство лишний раз подтверждает, что нефть оказывает консервирующее влияние на коллекторские свойства пород. Там, где породы насыщены водой, вторичные процессы прежде всего способствуют снижению коллекторских свойств высоко-пористых хорошо проницаемых пород. В породах с низкими фильтрационными свойствами коллекторские свойства при погружении снижаются медленнее.

     Большое влияние цементирующего материала на формирование емкостных и фильтрационных свойств пород-коллекторов отмечалось многими исследователями. В обломочных породах цемент представлен в основном карбонатами и глиной. Карбонатный цемент обломочных пород сложен обычно микро-, тонко- и мелкозернистым кальцитом. Доломит встречается как исключение и на его долю приходится не более 5 % от общего количества карбонатного цемента. В песчано-алевритовых образованиях вообще и в глубокозалегающих породах подсолевого комплека в частности наблюдается обратная зависимость между содержаниями глинистого и карбонатного материала в цементе, т. е. чем больше в обломочных породах глин, тем меньше карбонатов.

     Глинистый и карбонатно-глинистый цементы обычно равномерно распределены по породе, образуя при этом пленочный, поровый, базальный и смешанные типы цементов. Глинисто-карбонатные и карбонатные цементы, если их количество в породах не превышает 20-25 %, образуют контактовые, сгустковые, поровые и смешанные типы. В случаях, если количество цемента в породе превышает эти цифры, он уже относится к поровому или базальному типам и распределяется в породах довольно равномерно. Содержание карбонатного цементирующего материала варьирует в пределах 5,9—49,7 %, при этом, как отмечено в чистых разностях пород, его содержание значительно выше.

     Литолого-петрографические и петрофизические данные показывают, что цемент различного минерального состава неодинаково влияет на коллекторские свойства обломочных пород. С увеличением содержания карбонатного цемента к° и к_пр песчаников и алевролитов существенно понижается. Например, увеличение содержания карбонатной составляющей на 5 % снижает емкость песчано-алевритовых пород в 1,5 раза, а фильтрационные способности — для песчаников в 2 и для алевролитов в 3 раза. Как уже отмечалось выше, глинистые минералы в глубокозалегающих отложениях в основном представлены гидрослюдой, хлоритом и реже мешаннослойными образованиями. Изредка и в небольших количествах (до 1 %) встречается каолинит. Изучение образцов пород с содержанием растворимой части до 25 % показало, что глинистый материал отрицательно влияет на к° и на к_пр. Например, для песчано-алевритовых пород с базальным и порово-базальным типами цементации и повышенным содержанием глинистых минералов открытая пористость составляет 4-5 %. В то же время для пород со сгустково-поровым, сгустковым и пленочным типами цемента и пониженным содержанием глинистой части характерны более высокие значения коллекторских параметров. Следует отметить, что влияние глинистой составляющей больше сказывается на фильтрационных свойствах пород чем на емкостных. Поскольку чисто глинистые цементы в обломочных породах довольно редки, то нами выделены три совокупности пород, характеризующиеся различными количественными соотношениями глинистой и карбонатной составляющих цемента. Первая совокупность пород с содержанием карбонатов до 25 %; вторая — от 25 до 35 %; третья — более 35 %. Описанная выше обратная зависимость открытой пористости от содержания глинистой фракции отмечается лишь в первой совокупности пород (содержание карбонатного материала до 25 %). Для пород второй и третьей совокупности подобная закономерность не наблюдается, так как их определяющим фактором емкостных свойств является уже не глинистый, а карбонатный материал. Величина проницаемости также зависит от содержания глинистой фракции. Интенсивность снижения проницаемости от увеличения глинистости для пород, содержащих более 25 % карбонатной части, в 2 раза больше, чем для пород с содержанием карбонатов менее 25 %. Между емкостными и фильтрационными свойствами под солевых песчано-алевритовых пород существует прямая зависимость— чем больше к°, тем выше к_пр. Это свидетельствует о том, что на рассматриваемых глубинах в обломочных породах коллекторские свойства определяются межзерновым поровым пространством, трещиноватость еще не имеет широкого развития. Среди песчаников и алевролитов выделены две совокупности пород по содержанию карбонатного материала. Первая совокупность с содержанием карбонатов до 25 %, вторая — больше 25 %. Породы, в которых содержание карбонатного материала не превышает 25 %, обычно мелкозернистой структуры — это или же мелкозернистые песчаники, или же алевролиты. Породы первой совокупности характеризуются более высокими суммарными значениями полезной емкости, которые изменя­ются от 5,7 до 14,0 %. Для пород второй совокупности характерны суммарные значения полезной емкости от 2,5 до 9,0 %. Повышенная емкость пород первой совокупности характерна для разностей с более тонким гранулометрическим составом, т. е. с более мелким размером пор и поровых каналов. Отличительной особенностью подсолевых песчано-алевритовых образований является то, что при одинаковой к° мелкозернистые породы имеют более высокую проницаемость по сравнению с более грубозернистыми. Так, например, при к° 8 % алевролиты первой совокупности имеют к_пр (0,16-0,2) • 10^-15 м², а песчаники (0,03—0,1) • 10^-15 м², т. е, в 2 раза меньше. Алевролиты второй совокупности обладают к_пр (6-6,5) • 10^-15, м², а песчаники (4-4,5) • 10^-15 м². Это положение объясняется тем, что в породах более мелкого гранулометрического состава, в частности в алевролитах, содержится, как правило, меньшее количество глинистого материала. Величины коллекторских параметров глубокозалегающих подсолевых палеозойских пород позволяют отнести песчаники и алевролиты, по А.А. Ханину, к коллекторам IV, V. Vl классов. Породы-коллекторы более высоких классов были встречены лишь на месторождении Кенкияк в скв. Г-104, интервал глубин 4165—4171 м, и представлены крупно-среднезернистыми, полимиктовыми, хорошо отсортированными песчаниками. Величина к° их составляет 16,3— Г6.5%,а к_пр (1197,8-1415.7) •10^-15 м². Таким образом, пористость и проницаемость обломочных пород, являясь одним из основных показателей коллекторских свойств, определяется медианным диаметром, степенью отсортированности, минеральным составом, количеством и типом цемента, а также постседиментационными процессами. Обращает на себя внимание тот факт, что для подсолевых песчано-алевритовых образований в целом наблюдается улучшение емкостных и фильтрационных свойств с уменьшением медианного размера зерен, ухудшением степени их отсортированности и увеличением в них глинистой составляющей в цементе. Исключение составляют лишь нижнепермские нефтенасыщенные песчаники, для которых существует прямая связь между литологическими коэффициентами и величинами пористости и проницаемости. Содержание карбонатного материала в них не превышает 20— 25 %. Такое положение объясняется тем, что в породах с низкими коллекторскими свойствами аутигенное минералообразование происходило в меньших масштабах, чем в породах с высокими фильтрационными свойствами — с лучшей отсортированностью, большим медианным диаметром обломочных зерен и более низким содержанием аллотигенного глинистого цемента. В нефтенасыщенных породах аутигенное минералообразование не происходило, а если и отмечалось, то в незначительном количестве.