Вплив седиментаційних і постседиментаційних перетворень на колекторські властивості гірських порід

Проблема та її зв'язок з науковими і практичними завданнями. Поклади нафти і газу на малих та середніх глибинах, як в Україні в цілому, так і в Карпатській нафтогазоносній провінції зокрема, значною мірою уже розвідані та вироблені. Відповідно, подальше поповнення промислових запасів вуглеводнів здійснюватиметься за рахунок освоєння великих глибин. Важливу роль у цьому плані відіграють породи-колектори, оскільки навіть за найсприятливіших геологічних умов без наявності якісних порід-колекторів неможливе існування промислових скупчень вуглеводнів. У цьому аспекті вивчення вторинних змін продуктивних відкладів повинно бути невід'ємною частиною сучасних літологічних досліджень, оскільки дає змогу зрозуміти особливості та стадійність процесів формування нафтогазових покладів і характер постседиментаційного перетворення осадових гірських порід. Це має суттєве значення при прогнозуванні зон з покращеними колекторськими властивостями і в подальшому стане вагомою передумовою для проведення до- розвідки відкладів на великих глибинах у межах відомих нафтогазоносних провінцій. уламковий катагенетичний алевритова порода

Аналіз досліджень і публікацій. Відомо, що породи-колектори є мобільними геологічними утвореннями, у процесі їх занурення може змінюватись як склад, будова, так і їх фільтраційно-ємнісні параметри. Тому вивчення закономірностей зміни порід-колекторів, передбачення можливих аномалій їх властивостей, вміння їх спрогнозувати та, головне, передбачити глибину зон розвитку порід-колекторів в умовах великих глибин є дуже важливим завданням.

Звичайно, проблемі вторинних перетворень осадових порід присвячено значну кількість праць від статей і дисертацій до узагальнюючих монографій (Манюк та 2011a; 2011b; Бойко, 1989; Вялов, 1961; Доленко та Ярош, 1969; Дорофеева, 1986; Вялов и др., 1966).Тому вважаємо, що проводити їхній навіть побіжний огляд немає необхідності, а зупинимось тільки на основних висновкахі результатах, що з них випливають.

Так, аналізуючи результати проведених досліджень, на основі опрацювання численного лабораторного матеріалу по Дніпрово-Прип'ятській, Карпатській, Причорноморсько- Кримській і Лено-Вілюйській та інших нафтогазоносних провінціях, виявлено закономірне прогресуюче погіршення фільтраційно-ємнісних властивостей порід-колекторів при їх зануренні на великі глибини; встановлено критичні глибини природного існування порової ємності та фільтрації алев- рито-піщаних порід-колекторів; встановлено глибинну зональність катагенетичного перетворення теригенних порід і стадійності перетворення структури порового простору, як наслідок - зростання геостатичного тиску та палеотемператур надр тощо.

Виділення невирішених раніше частин загальної проблеми та формулювання цілей статті. Отже, узагальнюючи наукові праці фахівців та отримані ними результати, стає цілком очевидно, що стадійність перетворення осадових гірських порід впливає, перш за все, на властивості мінеральних компонентів породи, а через них - на фільтраційно-ємнісні властивості самих порід-колекторів. Тому і мета наших досліджень полягає у проведенні детальних літологічних вивчень продуктивних відкладів родовищ Внутрішньої зони Передкарпат- ського прогину, по яких накопичено численний фактичний матеріал з метою встановлення залежності фільтраційно-ємнісних властивостей порід як від первинних (седиментаційних), так і вторинних (постседиментаційних) факторів.

Виклад основного матеріалу дослідження. Нами проведено детальні літологічні дослідження продуктивних відкладів родовищ Внутрішньої зони Передкарпатського прогину та встановлено, що у межах досліджуваної території в осадовій товщі виділяється чотири літолого- стратиграфічні комплекси порід, які відповідають основним етапам геологічного розвитку даної території, а саме: рифейсько-нижньопалеозойський, мезозойський, крейдово-палеогеновий та неогеновий. Ці комплекси відрізняються за умовами осадконакопичення, тектонічним розвитком і, отже, характером порід-колекторів та порід-покришок, що їх перекривають.

У палеогенових відкладах Внутрішньої зони Передкарпатського прогину виділяються два природні резервуари:олігоценовий і палеоцен-еоценовий. Роль

регіональної покришки для першого з них виконує товща міоценових молас поляницької і воротищенської світ, які повсюдно перекривають відклади палеогену та складені переважно м'якими, пластичними, щільними глинами і аргілітами з невитриманими по площі пропластками пісковиків та алевролітів. Ця товща, у свою чергу, створює сприятливі умови для формування та збереження покладів вуглеводнів у палеогенових відкладах в цілому і зокрема в олігоценових. Для еоцен-палеоценового резервуару роль регіональної покришки виконує низькоомна глиниста товща порід бистрицької світи.

Піщано-алевритові породи продуктивних відкладів палеогену Внутрішньої зони Передкарпатського прогину характеризуються однорідністю мінералогічного складу уламкової частини і належать до мономінеральних кварцових різновидів. Вміст кварцу у них не нижче 90-95 %. Крім зерен кварцу в складі уламкової частини порід присутні зерна польових шпатів 2-3 %, уламки кременистих і кварцитоподібних порід, іноді глинистих сланців, сумарний вміст яких не перевищує 5 %, рідше зустрічаються зерна акцесорних мінералів і лусочки слюди до 1 %. Уламковий матеріал зцементований, цемент переважно змішаного складу, де в різних співвідношеннях зустрічаються переважно глинистий матеріал, а також карбонати, глауконіт, кремениста речовина, рідше барит, пірит. При цьому 3-10 % глинистого матеріалу в цементі здебільшого характерно для порід-колекторів олігоцену, перевага карбонатів у складі цементу спостерігається у породах-колекторах еоцену та палеоцену. Глауконіт у складі цементу зустрічається досить часто, його вміст сягає 1-3 %. Вторинний регенераційний кварц поширений практично у всіх досліджуваних зразках. Сумарний вміст кількості цементного матеріалу в породах- колекторах становить від 1 до 20 %. Поряд з мінеральним цементом уламкові зерна скріплені за рахунок ущільнення. Характер фільтраційно-ємнісних властивостей алеврито-піщаних порід зумовлений їх структурними, текстурними та мінералогічними особливостями, які визначаються умовами осадконакопичення (первинні седиментологічні фактори) і характером постседимента- ційних процесів (вторинні зміни).

За умовами утворення породи-колектори нафти і газу Внутрішньої зони Передкарпатського прогину належать до осадових відкладів. За речовинним складом породи теригенного типу, колекторами яких є пісковики, алевроліти у вигляді верств та проверстків з товщинами від кількох сантиметрів до 15 м і більше, залягають серед аргілітів. Вони розділені по розрізу нерівномірно.

Пісковики олігоміктові (кварцу 75-85 %), рідше полі- міктові (кварцу 60-70 %), алевроліти кварцові щільні, тонкошаруваті.

Переважаючим типом є порові породи-колектори. Проте високий ступінь тріщинуватості часто зумовлює змішаний тріщинно-поровий тип.

За морфологією порового простору породи-колек- тори порового типу (міжзернові або гранулярні) з незначними проявами тріщинуватості.

За речовинним складом і фізичними властивостями пісковики та алевроліти подібні між собою, їх відкрита пористість змінюється у діапазоні 0,2-23 %, проникність (0,01-3)-10^-15 м² Порові породи-колектори часто мають пористість 8-18 % і проникність до 0,5-10^-15 м² Цемент у породах глинистий і карбонатний, розподілений нерівномірно. Органічна речовина представлена буро-червоними, а інколи темно-бурими прожилками, безформними видовженими включеннями химерної форми. Інколи у шліфах присутня нафта у вигляді бурих та бурувато-жовтих включень, які пропитують глинистий цемент, частково утворюючи плівки та примазки у порах.

Фіксуються міжзернові, інколи сполучені, а здебільшого напівізольовані, ізольовані пори ізометричної, трикутної форми розмірами 0,01-0,50 мм і у рідкісних випадках до 0,7-1,0 мм. Серед міжзернових контактів найчастіше переважають ізольовані та точкові, рідше лінійні, конформні та інкорпораційні.

Загалом породи-колектори менілітових, еоценових і палеоценових відкладів Внутрішньої зони Передкарпатського прогину вважаються складними, які мають різний мінералогічний склад породотвірних речовин, включаючи високий вміст глинистих мінералів; мають складну структуру порового простору та багатофазну насиченість у межах одного пласта (нафта і газ, нафта і вода, газ і вода).

У результаті проведених нами досліджень було встановлено, що в межах продуктивного розрізу прогину значення як пористості, так і проникності змінюються в дуже широких межах. Тому з метою встановлення причини нерівномірності їх розподілу за розрізом встановлювалась залежність цих властивостей як від первинних (седиментаційних), так і від вторинних (постседиментаційних) факторів.

До первинних факторів, які вивчались, віднесено зернистість (медіанний діаметр), відсортованість та зрілість гірських порід.

Так, нами встановлено позитивний кореляційний зв'язок між медіанним діаметром зерен та пористістю, коефіцієнт кореляції для якого - 0,56 (рис. 1). При цьому, як показали результати проведених досліджень, погано відсортовані пісковики на відміну від добре відсортованиххарактеризуються значно меншою пористістю та проникністю.

Відзначається пряма залежність пористості від вмісту уламкового кварцу, яка відображається у зростанні пористості зі зростанням вмісту останнього (R²= 0,55, рис. 2) за рахунок того, що цей мінерал створює так званий каркас, що позитивно впливає на колекторські властивості породи. З цього стає очевидно, що у більш зрілих пісковиках пористість значно вища, що також позитивно впливає на колекторські властивості порід. У той час як зі зростанням кількості польових шпатів та уламків порід пористість несуттєво знижується.

При достатньо великій кількості спостережень (n>50) коефіцієнт кореляції можна вважати достовірним, якщо він перевищує свою похибку в три і більше разів. У нашому випадку критерій Стьюдента (t-критерій) для першої залежності становить 12,05, для другої - 12,97. Зазначені вище розрахунки підтверджують достовірність коефіцієнта кореляції отриманих нами залежностей.

Також нами проведено вивчення вторинних перетворень піщаних порід родовищ Внутрішньої зони Передкар- патського прогину, під якими розуміється діагенетичні та катагенетичні процеси, що контролюються окисно-відновними і кислотно-лужними умовами. Встановлено, що для стадії діагенезу характерні зміни мінерального складу, які відбуваються головним чином через розкладання органічних речовин і появу відновлювального середовища. У той час як породи раннього катагенезу здебільшого є наслідком діагенетичних перетворень. Так, на етапі раннього катагенезу відбувається корозія та розчинення нестійких мінералів, суттєво зростає кількість пор розчинення польових шпатів та уламків порід, що позитивно відображається на колекторських властивостях порід.

Характерною ознакою стадії катагенезу є суттєве утворення порового мікрокристалічного каолініту, який, утворюючи мікропори, позитивно впливає на колектор- ські властивості пісковиків досліджуваних відкладів.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нами проведено вивчення характеру зміни колекторських властивостей порід-колекторів прогину з глибиною їх залягання та встановлено глибинну зональність катагенетичного перетворення теригенних порід, а також простежено стадійність перебудови структури їх порового простору.

Виходячи з того, що якісними показниками катагенетичного перетворення теригенних порід є їх фізичні властивості, було проведено лабораторне вивчення зразків керну із глибоких та надглибоких свердловин прогину та встановлено характер зміни фільтраційно-ємнісних параметрів (відкритої пористості, проникності та об'ємної густини) палеогенових піщано-алевролітових порід-колекторів у діапазоні глибин - від 200 м метрів до 6500 м.

Перший параметр, який нами вивчався, - відкрита пористість. Він розглядався в інтервалі глибин 2006500 м і дав уявлення про ємнісний потенціал палеогенових порід-колекторів Внутрішньої зони Передкарпат- ського прогину. Так, у результаті проведених досліджень було встановлено, що зі зростанням глибини порід відкрита пористість знижується від 32 до 0,6 %, максимальні значення зафіксовані в інтервалах 2001500 м (від 9 до 28 %), 2450-2900 м (до 13 %) та спостерігались численні зони розущільнення на глибинах понад 4000 м, де серед малоємних пісковиків із загальною пористістю 5-7 % та відкритою 3-5 %, зустрічаються горизонти зі значно вищою загальною пористістю, яка сягає 10-12 % та відкритою пористістю 8-11 %. Між цими інтервалами простежуються зони з низькими (від 0,2 до 6 %) значеннями відкритої пористості із суттєвим її зниження на глибині 4000 м. У загальному в інтервалі 2004000 м домінують породи з відкритою пористістю 7-13%, а в інтервалі 4000-6500 м - 0,3-4 %, з окремими горизонтами розущільнення з високими значеннями ємнісно- фільтраційних параметрів. Нами розраховано ємнісний градієнт для палеогенових порід-колекторів в інтервалі глибин 200-4000 м, який становить 0,65 % на 100 м, а в інтервалі глибин 4000-6500 - 0,12% на 100 м.

Наступний параметр, що вивчався, характеризує фільтраційні властивості порід - абсолютна проникність.

Дослідження були проведені зі зразками порід у тому ж глибинному діапазоні, що й відкрита пористість. Як показали результати проведених досліджень, проникність порід-колекторів з глибиною їхнього залягання, як і відкрита пористість піщано-алевритових порід, зменшується змінюючись від 81-10'¹⁵ м² до 0,01-10^-15 м² При цьому встановлено, що породи з максимальним значенням проникності фіксується в діапазоні глибин 200-1500 м та 24502900 м (до 81-10'¹⁵ м²), між цими інтервалами простежуються зони розвитку порід з низькими фільтраційними властивостями (від менше 0,01 до 8-10'¹⁵ м²), суттєве зменшення параметру відзначене на глибині 4000 м. Нами розраховано загальний фільтраційний градієнт для пі- щано-алевролітових порід прогину, який в інтервалі глибин 200-4000 м становить 0,5-10^-15 м² на 100 м, а в інтервалі глибин 4000-6500 м - 0,3-10^-15 м² на 100 м.

Враховуючи те, що гірський або літостатичний тиск визначається густиною порід, то відповідно наступний параметр, який нами досліджувався - об'ємна густина палеогенових порід. Вивчена вона в діапазоні глибин 200-6500 м і варіює у дуже широких межах. У результаті встановлено, що зі зростанням глибини залягання густинагірських порід закономірно зростає від 2320 кг/м³ на глибині 200 м і до максимальних її значень 2700 кг/м³ на глибині 6500 м. Найбільша кількість порід-колекторів з мінімальними значеннями об'ємної густини спостерігається у діапазоні глибин 200-1500 м, 2450-2900 м (до 2460 кг/м³). Градієнт густини гранулярних порід-колекторів в інтервалі 200-6500 м становить 19 кг/м³ на 100 м.

Також проведено вивчення піщано-алевролітових порід з метою оцінки ступеня розвитку перетворення уламкового матеріалу піщано-алевритових порід з глибиною та з'ясовано картину катагенетичних їх змін на різних глибинах.

Так, розглядаючи динаміку розвитку катагенетичних структур вниз по розрізу свердловин, зроблено висновок про порівняно поступове посилення ролі трьох видів структур: інкорпораційних, регенераційних (рис. 3), мікростилоліто- вих (рис. 4) та зниження ролі конформних структур (рис. 5) зі збільшенням глибини залягання порід.

Встановлено, що перетворення уламкового матеріалу досягає найбільшого розвитку в розрізі свердловин на глибинах більше 4000 м, в умовах високого тиску і температури, які впливають на зовнішній вигляд піщаних порід, додаючи йому кварцитоподібний характер (рис. 6).

При дослідженні шліфів встановлено, що до глибини 4000 м у структурі піщано-алевритових палеогенових порід переважають конформні структури і наявні одиничні горбкуваті мікростилоліти. Цю зону віднесено нами до зони середнього катагенезу. На глибинах понад 4000 м мікроскопічно спостерігаються уже численні горбкувато- зазублені мікростилолітові поверхні, які супроводжуються зміною уламкових зерен і цементу, що призводить до зниження міжгранулярної пористості порід та зумовлює низькі колекторські показники. Це, у свою чергу, свідчить про перехід до зони, яка відрізняється складнішими змінами структури порового простору - зони пізнього катагенезу.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

У зоні пізнього катагенезу в умовах великих глибин напружений стан катагенетично перетворених порід масивної, зливної текстури (рис. 7), сприяє утворенню численних мікротріщин при частковому порушенні цілісності матриці, що зумовлює формування зон розущільнення порід на глибинах понад 4000 м з високими параметрами колекторських властивостей.

Рис. 7. Пісковик. Мікротріщини пізньої генерації.

Свердловина 5-Новосхідниця.

Висновки

У статті вивчено та встановлено залежності фільтраційно-ємнісних властивостей порід, як від первинних (седиментаційних), так і від вторинних (пост- седиментаційних) факторів.

До первинних факторів, які нами вивчались, було віднесено зернистість (медіанний діаметр зерен), відсортова- ність та зрілість порід. У результаті встановлено позитивний кореляційний зв'язок між медіанним діаметром зерен гірських порід та їх пористістю (коефіцієнт кореляції 0,56). При цьому встановлено, що погано відсортовані пісковики на відміну від добре відсортованих характеризуються значно меншою пористістю та проникністю.

Виявлено пряму залежність пористості гірських порід від вмісту уламкового кварцу та з'ясовано, що у більш зрілихпісковиках пористість значно вища, що, у свою чергу, позитивно впливає на колекторські властивості порід.

Щодо вторинних перетворень піщаних порід, то у результаті проведених досліджень встановлено, що для стадії діагенезу характерні зміни мінерального складу, які зумовлені переважно розкладанням органічних речовин і появою відновлювального середовища. А утворення раннього катагенезу є наслідком діагенетичних перетворень, які породжують їх на якісно новому рівні (корозія та розчинення нестійких мінералів, зростання кількості пор розчинення польових шпатів та уламків порід), що позитивно відображається на колекторських властивостях порід.

Вивчено характер зміни колекторських властивостей порід-колекторів з глибиною їх залягання, встановлено глибинну зональність катагенетичного перетворення теригеннихпорід та простежено стадійність перебудови структури їх порового простору. Оцінено та встановлено ступінь розвитку структур перетворення уламкового матеріалу піщано-алевритових порід прогину з глибиною їх залягання та з'ясовано картину катагенетичних їх змін на різних глибинах. У результаті проведених досліджень зроблено висновок про порівняно поступове посилення ролі трьох видів

інкорпораційних, регенераційних, мікростилоліто- вих та зниження ролі конформних структур зі збільшенням глибини залягання порід. Виявлено, що у зоні пізнього катагенезу, в умовах великих глибин, напружений стан ката- генетично перетворених порід масивної текстури сприяє утворенню численних мікротріщин, що зумовлює формування зон розущільнення порід на глибинах понад 4 км, які характеризуються високими параметрами їх колекторських властивостей.

Список використаних джерел

1. Бойко, Г.Е. (1989). Тектоногенез и нефтегазоносность осадочных бассейнов. К.: Наукова думка.

2. Вялов, О.С. (1961). Палеогеновый флиш северного склона Карпат. К.: Изд-во АН УССР.

3. Вялов, О.С., Буров, В.С., Каретников, Л.Г. (1966). Некоторые вопросы геологии и перспектив нефтегазоносности Передкарпатского прогиба. Геология нефти и газа,6, 49-53.

4. Доленко, Г.Н., Бойчевская, Л.Т. (1984). Геологические формации нефтегазоносных провинций Украины. К.: Наукова думка.

5. Доленко, Г.Н., Ярош, Б.І. (1969). Закономірності нафтогазоносності Передкарпатського і Закарпатського прогинів. К.: Наукова думка.

6. Дорофеева, Т.В. (1986). Тектоническая трещиноватость горных пород и условия формирования трещинных коллекторов нефти и газа. Л.: Недра.

7. Манюк, М.І., Маєвський, Б.Й., Хомин, В.Р. (2011a). Прогнозування колекторських властивостей нижньокрейдових порід Скибової зони Карпат. Науковий вісник ІФНТУНГ, 1,5-8.

8. Манюк, М.І., Маєвський, Б.Й., Хомин, В.Р., Здерка, Т.В., Захарук, І.Л. (2011b). Вплив вторинних змін на колекторські властивості глибокозану- рених порід-колекторів Внутрішньої зони Передкарпатського прогину. Науковий вісник ІФНТУНГ, 2, 5-12.