Карбонатные коллекторы

Размещено на http://allbest.ru

Введение

карбонатный коллектор трешинный

Проблема карбонатных коллекторов нефти и газа в последние годы приобрела крайне- важное значение как у нас в стране, так и за рубежом. Возрастает число месторождений с карбонатными коллекторами, увеличивается и добыча нефти и газа из подобных залежей.

В нашей стране имеются потенциальные резервы нефтяных и газовых залежей, приуроченные к карбонатным коллекторам, как в новых районах, так и в старых, где ранее недооценивали перспективы нефтеносности карбонатных пород.

Карбонатные трещиноватые породы-коллекторы ввиду резкой неоднородности и сложности строения являются далеко не благодарным объектом для моделирования. За последние 20--25 лет известны многие примеры просчетов при определении их параметров к подсчету запасов нефти (газа). Эти примеры свидетельствуют о том, что мы, по существу, находимся еще на пути к решению этой проблемы, хотя многое в этом направлении уже сделано.

1. Карбонатные коллекторы

Карбонатные породы как коллекторы нефти и газа уверенно конкурируют с терригенными образованиями. По различным данным, от 50 до 60% современных мировых запасов УВ приурочено к карбонатным образованиям. Среди них выделяются наилучшие по качеству коллекторы - карбонатные породы рифовых сооружений. Добыча нефти и газа, большая по объему, производится из известняков и доломитов, в том числе из палеозоя и докембрия; наиболее крупные месторождения открыты в мезозойских и палеозойских породах, прежде всего в странах Ближнего Востока. Крупные скопления в рифовых сооружениях мезозойского возраста открыты в бассейне Мексиканского залива (Золотой пояс, Кампече и др.). Из рифовых известняков были получены и рекордные дебиты (десятки тысяч тонн в сутки). Можно отметить некоторую связь между развитием карбонатных коллекторов и усилением карбонатонакопления в геологической истории, что связано с общей цикличностью геотектонического развития и периодичностью осадкообразования.

Карбонатные коллекторы характеризуются специфическими особенностями: крайней невыдержанностью, значительной изменчивостью свойств, что затрудняет их сопоставление. В них относительно легко происходят разнообразные диагенетические и катагенетические изменения. Фациальный облик известняков в большей мере, чем в обломочных породах, влияет на формирование коллекторских свойств. В минеральном отношении карбонатные породы менее разнообразны, чем обломочные, но по структурно-текстурным характеристикам имеют гораздо больше разновидностей. В процессе изучения коллекторских свойств карбонатных толщ многими авторами неоднократно подчеркивалась решающая роль генезиса отложений, гидродинамики среды для формирования структуры пустотного пространства, которая может быть более или менее благоприятна для формирования коллекторов и определяет характер последующих преобразований.

В целом карбонатные породы легко подвергаются вторичным изменениям. "Это связано с их повышенной растворимостью. Особенно велико влияние вторичных преобразований в породах с первично неоднородной структурой порового пространства (органогенно-обломочные разности). По характеру постседиментационных преобразований карбонатные породы отличаются от терригенных, прежде всего это касается уплотнения. Остатки биогермов с самого начала представляют практически твердые образования, и далее уплотнение идет уже медленно. Карбонатный ил также может быстро литифицироваться, при этом в нем возникают своеобразные фенестровые пустоты за счет выделения пузырьков газа. Мелкообломочные, комковато-водорослевые карбонатные осадки также быстро литифицируются. Пористость несколько сокращается, но вместе с тем значительный объем порового пространства «консервируется».

В карбонатных породах отмечаются все виды пустот. В зависимости от времени возникновения они могут быть первичными (седиментационными и диагенетическими) и вторичными (пост- диагенетическими). В органогенных карбонатных породах к первичным относятся пустоты внутрираковинные, в том числе внутри рифовых построек (в широком смысле -- внутриформенные), а также межраковинные. Некоторые карбонатные породы могут быть хемогенного или биохемогенного происхождения, они образуют резервуары пластового типа. К ним относятся прежде всего оолитовые, а также известняки с меж- или внутриоолитовой пустотностью. Слоистым или массивным известнякам свойственны пелитоморфные или скрытокристаллические, а также кристаллические структуры. В кристаллических, особенно в доломитизированных, породах развита межкристаллическая (межзерновая) пористость.

Карбонатные породы в большей мере, чем другие, подвержены вторичным преобразованиям (перекристаллизация, выщелачивание, стилолитообразование и др.), которые полностью меняют их физические свойства, а иногда и состав (процессы доломитизации и раздоломичивания). В этом состоит сложность выделения природных резервуаров, так как одна и та же порода в одних условиях может рассматриваться как коллектор с очень высокими свойствами, а в других, если нет трешин, может являться покрышкой. Созданию вторичных пустот способствуют процессы растворения (выщелачивания), перекристаллизации, в основном доломитизации и раздоломичивания или стилолитизации. Те или иные процессы сказываются по-разному в зависимости от генетического типа породы.

Перерывы в осадконакоплении, имеющие региональное значение, играют большую роль при формировании зон высокоемких коллекторов. Под поверхностью размывов и несогласий в массивах карбонатных пород можно встретить закарстованные зоны, связанные с выветриванием и выщелачиванием. В пределах нефтяных месторождений к этим зонам приурочены высокопродуктивные горизонты. Вдоль трещиноватых зон растворение происходит до больших глубин, в Камском Приуралье оно отмечается на глубинах до 1 км.

В рифах выделяются «ситчатые» обычно выщелоченные известняки с пористостью до 60%, сложенные кораллами, мшанками, «губчатые» крупнодетритовые известняки (с пористостью 40-45%), часто кавернозные и малопористые известняки с отдельными порами и кавернами, чаще всего выщелачивания. Все разновидности известняков выделяются внутри рифового массива. Ситчатые и губчатые разности группируются в зоны повышенной пористости. Образование ее в этих зонах часто связано с выведением пород на поверхность и выветриванием. Дебиты скважин в разных частях рифов резко различаются.

Среди явлений выщелачивания следует отметить некоторые особые случаи, имеющие локальное значение, но проявляющиеся иногда в широких масштабах. Таким примером может служить химобиогенная коррозия, проявляющаяся при развитии микрофлоры на ВНК, которая создает кислую среду, повышает ее агрессивность и способствует растворению карбонатов. Другим примером является развитие карста под влиянием углекислоты, образующейся при разрушении нефтяной залежи. В обоих случаях переотложение растворенного карбоната кальция ниже подошвы залежи приводит к изоляции последней от остальной части пласта. Особую проблему представляет развитие глубинного карста (гипокарста), связанного с различными процессами, при которых в глубинных зонах осадочного чехла происходит хотя бы кратковременное раскрытие трещин, в результате чего увеличивается поступление СОд с глубин, и, как следствие, развивается глубинный карст с образованием коллекторов. На развитие гипокарста, очевидно, влияет и достижение состояния неустойчивости кальцита при погружении .

В пределах основных групп пород выделяются определенные структурные разности пород. Органогенно-обломочные известняки, как правило, всегда сцементированы и обладают меньшими емкостными возможностями по сравнению с биоморфными разностями. Пустоты (поры) органогенно-обломочных пород называются межагрегатными, так как внутренняя структура составных частей этих пород различна.

В хемогенных породах пустоты различаются по особенностям структуры. В оолитовых породах различается пористое межоолитовое пространство, трещины сокращения между и внутри концентров оолитов и, наконец, отрицательно-оолитовые пустоты, образующиеся при выщелачивании оолитов (рис. 1).

В кристаллических (зернистых) известняках структура порового пространства (в случае растворения) межзерновая и кавернозная. Пелитоморфные известняки обычно обладают повышенной трещиноватостыо по сравнению с другими типами карбонатных пород. В них же наиболее часто развиты стгоюлитовые швы. Обычно видно все переходы от самых ранних стадий - зародышей и сутурных швов к типичным стилолитам. Образование стилолитов связано с неравномерным растворением под давлением. Глинистая корочка на поверхности стилолитовых швов представляет нерастворимый остаток породы. Часто горизонты развития стилолитов являются наиболее продуктивными в разрезе. Они проницаемы, за счет вымывания глинистых корочек

Обломочные карбонатные породы в структурном отношении отличаются от перечисленных групп. В принципе они сходны с обычными кластическими породами, но по характеру преобразований тяготеют к известнякам

Рис. 1 Сульфатизированный доломит с выщелачивающимися оолитами. Нижний кембрий Восточной Сибири, Увел. 60 (по JI.C. Черновой): а -- основная масса, б -- новообразованный сульфат.

Из числа вторичных процессов в карбонатных породах важнейшее значение имеют цементация, выщелачивание, кальцитизация и сульфатизация. Кальцитовый цемент выкристаллизовывается за счет выпаривания морской воды, заливающей пляж, и частичного растворения нестойких минералов. Пляжный карбонатный песок может отвердевать за несколько дней. Подобная почти мгновенная литификапия происходила и в прошлые времена. Дальнейшая судьба оставшихся в каркасе такого «литификата» пустот может быть различна. При перекристаллизации происходит существенное изменение структуры и текстуры пород. В целом этот процесс направлен в сторону увеличения размера кристаллов. Если при перекристаллизации часть вещества выносится, пористость возрастает. Наибольшей вторичной пористостью обладают неравномерно перекристаллизованные породы. Рост крупных кристаллов способствует образованию микротрещин. Наиболее эффективное влияние на формирование вторичной пустотности оказывает выщелачивание и метасоматоз (в основном доломитизация).

Рис. 2 Развитие полостей выщелачиваний по сшлолитовому шву и каверны в известняке (увел. 64)

Растворение при выщелачивании проявляется по-разному в зависимости от большей или меньшей дисперсности слагающих породу частиц. Тонкодисперсные компонешы сильнее подвержены этому процессу. Растворимость также зависит от состава минералов и вод: арагонит растворяется лучше, чем кальцит, сульфатные воды более активно растворяют доломит и т.д. Анализ изменения фильтрационно-емкостных параметров, определяемых в том числе выщелачиванием, устанавливает их весьма отчетливую связь со структурно-генетическими типами пород. Примером этого является крупный рифовый массив раннепермского и каменноугольного возраста Карачаганакского месторождения, расположенного в северной бортовой части Прикаспийской впадины.

Иной тип карбонатных пород и пустоты в них можно наблюдать в древних толщах Восточной Сибири в Юрубчено-Тахомской зоне нефтенакопления. Здесь в разрезе продуктивных толщ преобладают вторично измененные перекристаллизованные водорослевые, строматолитовые доломиты. В породах широко развиты стилолитовые швы, часто заполненные глинисто-битуминозным веществом. Широко развиты процессы окремнения. Массивы карбонатных пород рифея при выведении на поверхность во время предвендского перерыва подвергались выветриванию и карстообразованию, что привело к развитию кавернозности. Карстовые воронки и другие ниши были заполнены делювиально-пролювиальными образованиями. Массивы нарушены разломами и трещиноватостью. Таким образом, коллекторы обладают сложной структурой пустотного пространства. Из зон повышенной пустотности получены высокие притоки нефти.

Доломитизация является одним из ведущих факторов при формировании коллекторов. На образование доломита влияет соотношение в воде магния и кальция и общая величина солености. При более высокой концентрации солей требуется и большее количество растворенного магния. В процессе диагенеза доломит возникает за счет своих предшественников -- таких как магнезиальный кальцит. Первичная диагенетическая доломитизация не имеет существенного значения для формирования коллекторских свойств. Метасоматическая доломитизация в катагенезе более важна для преобразования коллекторов. Для доломитообразования необходимо поступление магния. Источники его могут быть различны. При катагенетических процессах в условиях повышенных температур растворы теряют магний, обменивая его на кальций вмещающих пород. На примере Припятского прогиба видно, что между составом рассолов и интенсивностью вторичной доломитизации устанавливается отчетливая зависимость. В тех стратиграфических зонах, где девонские карбонатные породы наиболее сильно доломитизированы, содержание магния в рассолах резко падает, он используется для образования доломита. При метагенетической доломитизации особенно заметно увеличение пористости, так как процесс идет в породе с жестким скелетом, которая трудно поддается уплотнению. Общий объем породы сохраняется, пустотность в ней за счет доломитизации повышается. Заканчивая рассмотрение карбонатных коллекторов, необходимо еще раз подчеркнуть то, что по сравнению с обломочными породами структура их порового пространства чрезвычайно разнообразна, Ненарушенная матрица имеет характеристики, которые определяются прежде всего первичной структурой, кавернозность сильно изменяет эти характеристики, а трешиноватость создает как бы две наложенные друг на друга системы пустот. Все это и определяет необходимость особой классификации коллекторов. Такая оценочно-генетическая классификация коллекторов была предложена К.И. Багринцевой (табл.1).

Определяющим параметром предлагаемой классификации является проницаемость, предельные значения которой взяты из анализов коллекторских свойств пород различного генезиса и структурных особенностей. Минимальные и максимальные значения оценочных показателей (пористости, газонефтенасыщенности и др.) получены из корреляционных зависимостей между проницаемостью, пористостью и остаточной водой

Наиболее характерна связь остаточной водонасыщенности с абсолютной проницаемостью.

В породах по мере улучшения фильтрационных свойств количество остаточной воды уменьшается. Пористость может быть различной, при этом даже высокие (более 15%) значения открытой пористости бывают в породах с низкими фильтрационными свойствами. Между открытой пористостью и остаточной водонасыщенностью связь неопределенная.

Таблица 1: Оценочно - генетическая классификация карбонатных пород - коллекторов, содержащих газ и нефть

г p	К л а с с	Абсолютная проницаемость Д (яарси)	Открытая пористость	Остаточная воаонас	Потенциальный коэффициент газонасы- шенности	Тип коллектора	Полезная емкость и фильтрационные свойства	Текстур но-структурная характеристика
				пределы
				нижний	верхний
А	1	0,1-0,5	25-35	5	10	0,95-0,9	кавернопоровые	высокие	Биоморфные, органогенно-детритовые, комковатые, слабо сцементированные (цемента до 10%), рыхлая упаковка Фрагментов; пори седиментаиионные, увеличенные выщелачиванием до каверн
	II	0,5-0,3	16-30	10	20	0,95-0,8
Б	III	0,3-0,1	12-28	12	22	0.88-0,78	Поровый, трещино-поровый	средние	Оргвиогенно-детриговые, слабо перекристалл иэовакные,сцементированные (цемента 10-20%) поры седимитанционные и реликтовые
	IV	0,1-0,55	12-25	16	30	0,84-0,7
	V	0,05-0,01	12-25	20	38	0,08-0,62			Орпмогснно с густково-летркто вые, плотно сцементированные к сильно перекристалднэованные; упаковка фрагментов штатная; пустоты релнкто- во-седиментационныс, кышелачнванкя, перекристаллизация
В	VI	0,0-0,001	Матрицы	0,65-0645	Порово-трещинный	низкие	Пелитоморфн-микрозернистые, сгустково-дертитовые, сильно перекриссталтзованные с плохоразличимыми форменными элементами; пустоты выщелачивания (единичные), возможно реликтовые -седимитанционные
			6-10	30	55
			Параметры трещин	1,0	Преимущественно трещинный
	VII	0,300-0,02	1-3	-	-
			Параметры матриц
		0,001-0,0001	2-5	60	100	-
		0,300-0,02	Параметры трещин		Каверново-трещинный
			1,0-4,5	-	-	1,0

Низкопористые породы всегда отличаются большим содержанием воды, ном доломитизация) проницаемые заключают небольшое количество воды, а плохо проницаемые -- значительное (более 50%). В классификационной схеме все коллекторы подразделяются на три большие группы А, Б, В, внутри которых в свою очередь выделяются классы, характеризующиеся разными оценочными параметрами, литологическими и структурными особенностями. Группы А и Б представлены в основном коллекторами порового и каверново-порового типов, В -- трещинного и смешанного типов. В породах группы А преобладают первичные пустоты, размеры которых увеличены в процессах последующего выщелачивания.

В породах группы Б развиты седиментационные поровые каналы; меньшую роль играют пустоты выщелачивания. Строение пустотного пространства в породах группы А значительно проще, чем в группе Б, а наиболее сложно оно в группе В. Здесь преобладают мелкие извилистые, плохо сообщающиеся каналы. Коллекторы I и II классов в группе А обладают в основном унаследованными высокими фильтрационными и емкостными параметрами. В III, IV и V классы попадают породы обломочно-органогенные и биохемогенньте с низкими первичными коллекторскими свойствами. Вторичное минералообразование, перекристаллизация, доломитизация, раздоломичивание, особенно сопровождающиеся выщелачиванием и выносом материала, улучшают их свойства. В VI и VII классах выделены породы таких хемогенных и биохемогенных разностей, петрофизические характеристики которых никогда не достигают высоких значений. Но здесь в большей степени, чем в породах высших классов, проявляется другой фактор -- трещиноватость. Тип пустот поровый (для матрицы) и трещинный (в целом для коллектора). Поэтому отдельно даются параметры матрицы, которые в основном низкие, особенно проницаемость, и отдельно параметры трещин, по которым проницаемость значительно выше.

2. Трещинные карбонатные коллекторы

По формированию пустотного пространства трещинные коллекторы отличаются от других типов. Для определения трещинной пустотности и проницаемости существуют особые способы. Как уже упоминалось, существуют макро- и микро трешины с раскрытием соответственно более или менее ОД мм. Макротрещины обычно изучаются, описываются и измеряются в поле на обнажении, а микротрещины -- под микроскопом в шлифах часто увеличенного размера. Необходимым элементом при исследовании трещин является определение их ориентации как в пространстве (вертикальные, горизонтальные, наклонные), так и по отношению к пласту (по слоистости, поперек слоистости, диагональные) и к структурным формам (продольные, поперечные, радиальные и др.).

В генетическом отношении выделяются литогенетические и тектонические трещины (табл. 2). Литогенетические трещины по приуроченности к определенным стадиям подразделяются на диагенетические, катагенетические гипергенетические. Тектонические трещины различаются по причинам, их вызывающим: колебательные движения, складчатые и разрывные дислокации. Одни виды трещин могут переходить в другие, но в принципе опытный геолог всегда отличит литологическую трещиноватоеть от тектонической. Как правило, литологическая трещиноватоеть приспосабливается к структурно-текстурным особенностям породы. Трещины ветвятся, огибают отдельные зерна, в целом расположение их хаотично. Поверхность стенок трещин неровная. Тектонические трещины более прямолинейны, они меньше считаются со структурно-текстурными особенностями пород, поверхность их стенок более гладкая и переходит иногда в зеркала скольжения.

Различные породы в разной степени подвержены трещиноватости. Наибольшей способностью к растрескиванию обладают мергели и пелитоморфные известняки, затем следуют кремнистые породы, сланцы, песчаники. Наименее трещиноваты соли. Подмечено, что существует определенная зависимость между толщиной пластов и интенсивностью трещиноватости -- при одном и том же составе в более мощных пластах расстояния между трещинами больше.

Наблюдения из космоса, материалы аэрофотосъемок, описания обнажений показывают, что существуют трещины и трещинные зоны разных масштабов. Выделяются элементы очень крупной планетарной системы трещиноватости, приуроченные, возможно, к сочленениям крупных тектонических блоков земной коры. Эти трещиноватые зоны являются основой так называемых линеаментов на поверхности Земли. Одна из крупных линеаментных зон прослеживается от Урала, через Среднюю Азию уходит в район Персидского залива и далее в Оман (Урало-Оманский линеамент). Другие меньшие по размерам линеаменты, отражающие зоны повышенной трещиноватости, известны в Восточном Предкавказье. Выделение и картирование таких зон является первостепенной задачей особенно в практическом отношении. Важным является вопрос о выполнении трещин. Они могут быть свободными и частично или полностью выполнены какими-либо веществами, высадившимися из циркулирующих в них растворов. Чаще всего трещины заполнены карбонатными минералами, кварцем, сульфатами, глинистым материалом (часто пропитанным битуминозным веществом) и остаточными продуктами преобразования углеводородов (черно-битумные трещины). На стенках трещин нередко встречается и капельно-жидкая нефть.

Основными элементами трещин при замерах являются их ориентировка (в пространстве, по отношению к пластам и др.), их протяженность и раскрытость. Кроме того, можно говорить о густоте и плотности трещин. При определении густоты учитывается количество трещин одной (!) системы на единицу длины по перпендикуляру к этой системе трещин. Для макротрещин за единицу длины берется 1 м, для микротрещин (определяется в шлифах) -- 1 мм. Под плотностью трещин принимается общее количество всех (!) систем в единице объема или на единице площади (поверхность обнажения, площадь шлифа). Пустотное пространство трещинных коллекторов подразделяется на две категории. С одной стороны, это поры и другие пустоты в матрице породы (в ненарушенных трещинами блоках), с фугой стороны -- объем самих трещин, связанных с ними каверн и т.д. Свойство пород блоков (матрицы) определяется обычным способом. Объем трещин обычно не велик, но вследствие сравнительной простоты структуры, преобладающей прямолинейности трещин фильтрация через них может быть весьма эффективна.

Трещинная пустотность -- это отношение объема трещин к объему породы:

ш_т - b-1/S,

где b -- раскрытоеть трешин (среднестатистическое расстояние между стенками трещин); 1 -- общая их протяженность в образце; S -- площадь изучения.

Зависимость проницаемости трещин от раскрытости и трещинной пустотности выражается соотношением:

К_т = 85 ООО b³m_T,

где b -- раскрытость трещин, мм; т_т -- трещинная пустотность, доли единицы; К_т -- трещинная проницаемость, мкм².

Приведенное соотношение справедливо для тех случаев, когда поверхности стенок трещин перпендикулярны к поверхности фильтрации. При наличии нескольких систем трещин и их различной ориентированности по отношению к потоку фильтрации следует применять различные числовые коэффициенты.

Кроме изучения в образцах (макротрещиноватость) и в шлифах (микротрещиноватость) трещиноватость изучают также геофизическими и гидродинамическими методами, фотографированием стенок скважин, но каждый из этих методов имеет свои погрешности.

Степень трещиноватости пород и, следовательно, выделение соответствующих зон в разрезе могут быть произведены на основе данных акустического каротажа (АК).

Карбонатные породы, в которых часто развиты трещины, представляют неоднородные среды, распространение волн в которых определяются структурой и текстурой породы, величиной и характером пустотного пространства, типом его заполнения. Существенное влияние оказывают трещины. По условному коэффициенту относительной трещиноватости, представляющему собой отношение скорости прохождения ультразвука в породе с трешинами к скорости волн в монолитной породе, можно подразделить карбонатный разрез, выделить интервалы максимальной трещиноватости там, где этот коэффициент меньше. Также существенное влияние оказывают различные заполнители. Установлено, что водонасыщенные трещиноватые породы характеризуются более высокими значениями скорости продольных волн и меньшей анизотропией, чем газосодержащие. Возрастание скорости продольных волн при насыщенности пород жидкостью объясняется меньшей разницей в объемной упругости твердой фазы породы и жидкости по сравнению с объемной упругостью твердой фазы и газа. Скорость ультразвуковых колебаний зависит от ориентировки систем трещин, различия могут быть в 1,5 раза и более. В трещиноватых доломитах девонского возраста в Белоруссии скорость по различным направлениям изменяется от 2,6 до 5,5 км/с. Плотные доломиты карбона на Вуктыпьском газоконденсатном месторождении характеризуются максимальным диапазоном изменения скорости -- от 6,8 в слабо нарушенных зонах до 2 км/с в зонах повышенной трещиноватости. Такое различие скоростей в породах одинакового литологического состава при сходной и в целом низкой пористости 1-3% обусловлено неодинаковой густотой трещин и значительными колебаниями их раскрытости.

3. Нетрадиционные карбонатные коллекторы

К породам, роль которых в нефтегазоносности пока еще невелика по сравнению с вышеописанными, относятся толщи, сложенные глинистыми, кремнистыми, вулканогенными, интрузивными, метаморфическими породами и др. Их можно разделить на две группы. В одних нефгегазоносность обычно сингенетична, в других она связана с приходом углеводородов из соседних толщ.

В глинистых породах природные резервуары (участки с повышенной пористостью и проницаемостью разнообразной формы) возникают в них в процессе катагенеза. Само возникновение пустот связано с генерацией нефтяных и газовых углеводородов и перестройкой структурно-текстурных особенностей минеральной матрицы породы. Одним из характерных примеров является тол- ша глин баженовской свиты в Западной Сибири. От подстилающих и перекрывающих пород отложения баженовской свиты отличаются повышенным содержанием органического вещества (от 5 до 20% и более) и повышенным содержанием кремнезема. Породы обладают пониженной плотностью (2,23-2,4 г/см³) по сравнению с ниже- и вышележащими толщами. По мнению Т.Т. Клубовой, в седиментогенезе происходило образование микроблоков, покрытых пленкой сорбированного органического вещества. Колломорфный кремнезем, обволакивая агрегаты глинистых минералов, создает на их поверхности сложные комплексы с участием органического вещества и кремнезема (возникают так называемые кремнеорганические «рубашки»). Процессы трансформации глинистых минералов и выделения связанной воды приводят к образованию мелких послойных трещин. На определенной глубине зон возникают разуплотнения. Какие-то участки породы вследствие роста внутреннего давления пронизываются системой трещин вдоль поверхности «рубашек». При вскрытии пород баженовской свиты, как правило, отмечаются разуплотнение и аномально высокое пластовое давление.

Об уменьшении плотности пород баженовской свиты свидетельствует проведенный М.К. Калинко эксперимент, при котором образец из скважины на Чупальской площади в Западной Сибири подвергался нагреванию до180°С при давлении 25 МПа в течение 20 суток. До нагревания пористость породы составляла 1,88%, после нагревания увеличилась до 2,71%, доля крупных пор размером более 10 мкм возросла с 6 до 11%.

В результате возникают зоны с повышенными коллекторскими свойствами (природные резервуары), ограниченные со всех сторон менее измененными и проницаемыми породами. Зачастую эти участки никак не связаны со структурно-тектоническими особенностями региона. Так, видимо, образовались резервуары в баженовской карбонатно-кремнистоглинистой толще верхней юры в Западной Сибири (Салымское месторождение и др.). Сходным образом могли формироваться коллекторы в майкопской глинистой серии Ставрополья (Журавское месторождение и др.).

Можно сделать вывод о том, что в этих коллекторах совпадает во времени формирование коллекторских свойств и генерация нефтяных углеводородов. Повышению растресканности породы способствуют и некоторые тектонические процессы. При отборе нефти из таких пород трещины смыкаются, таким образом, бажениты и другие сходные породы являются коллекторами как бы «одноразового использования». В них нельзя закачать газ или нефть, как это делают при строительстве подземных хранилищ в других типах пород.

По-другому протекают процессы в кремнистых толщах биогенного происхождения. На первых этапах осадкообразования и начальных этапов диагенеза формируется «ажурная» органогенная структура из раковинок кремнестроящих организмов. В дальнейшем преобразование органогенной структуры тесно связано с преобразованием аморфных форм кремнезема (опал) в кристаллические формы. При переходе опала А в опал КТ появляется глобулярная микротекстура и формируется межглобулярный тип коллектора. При повышенном содержании сапропелевого ОВ и повышенной каталитической роли поверхностно-активного кремнезема начинаются процессы генерации углеводородов. Коллекторы для них уже подготовлены в этих же толщах, свойства их высоки (пористость достигает 40%). Нефти в биогенно-кремнистых толщах считаются нефтями раннего созревания. При дальнейшем усилении катагенеза происходят обезвоживание, переход кремнезема в другие минеральные формы -- халцедон, а затем кварц. В породах развивается трещиноватость, связанная система трещин способствует образованию резервуара пластового или массивного типа с коллектором трещинного типа. На шельфе Калифорнии находится несколько месторождений, где кремнистые породы формации Монтерей миоцена промышленно нефтеносны. Самым крупным является месторождение Пойнт-Аргуэльо. На Сахалине в таких толщах также открыто два месторождения. Сходным образом возникают резервуары в кремнисто-глинисто-карбонатных богатых ОВ так называемых доманикоидных толщах.

Коллекторы в породах магматического и метаморфического происхождения известны давно. В частности, нефть обнаружена в вулканитах, во вторично измененных пористых лавах и туфах в Мексике, Японии и в других местах. Нефть и газ в туфах, лавах и других разностях связаны с пустотами, которые образовались при выходе газа из лавового метериала или со вторичным выщелачиванием. Нефтеносность этих пород всегда вторична. В вулканических породах в Западном Азербайджане открыто месторождение Мурадханлы. Залежи нефти в породах вулканогенного комплекса эоценового возраста открыты в Восточной Грузии. Известны скопления нефти в метаморфизованных породах фундамента в Алжире, в измененных серпентинитах на Кубе и т.д. Притоки нефти получены из коры выветривания гранитно-метаморфических пород, залегающих в ядрах мезозойских поднятий в Шаимском районе Западной Сибири. На площади Оймаша на Южном Мангышлаке получена нефть из зоны вторично измененных гранитов.

Однако подлинный бум вызвало открытие нефти в гранито- гнейсовых породах на шельфе Вьетнама (месторождение Белый Тигр и др.). Эти породы участвуют в строении месторождений,гранитные тела внедряются в осадочные породы. Возникновение коллекгорских свойств в них связано с метасоматозом и выщелачиванием в результате гидротермальной деятельности, с явлениями контракции (усадкой) при остывании, с дроблением по зонам тектонических нарушений. В результате действия растворов, цеолитизации, выщелачивания полевых шпатов в породах образуются крупные каверны. В результате воздействия перечисленных процессов возникли субгоризонтальная и субвертикальная зональности в распределении проницаемых участков и сложились три типа пустотности: трещинная, трешинно-каверновая и поровая. Основной объем пустот в магматическом коллекторе принадлежит микротрещинам и микрокавернам. Основное пустотное пространство тектонического происхождения связано с трещино- ватостью, катаклазированием и милонитизацией, в результате чего породы раздроблены в щебенку. Контраюшонная усадка при остывании привела к созданию контракционной пустотности. Пористость пород в большинстве случаев не превышает 10-11%. Проницаемость матрицы невысока, но в результате развития кавернозности и трещиноватости в целом проницаемость достигает сотен миллидарси. Зоны улучшенных коллекторов обеспечивают притоки нефти в сотни тонн. В качестве газосодержащих выделяются многолетнемерзлые породы. Пустоты разного генезиса, образовавшиеся в них, могут быть заполнены газом, льдом и незамерзшей водой. При определенных условиях (повышение давления) образуются соединения газа с водой -- газогидраты. Выбросы газа из этих толщ могут отличаться высокой интенсивностью и большими дебитами (в основном не столь длительными). Залежи в этих коллекторах располагаются на небольших глубинах, в некоторых случаях они могут быть использованы для местных нужд. Учитывая необходимость сопоставления основных параметров двух ведущих групп коллекторов -- обломочных (гранулярных) и карбонатных, -- авторы предлагают общую классификацию этих коллекторов (табл. 3). Она основана на сопоставлении исходных классификаций, в ней учтены как структурные признаки породы, так отчасти и их состав. Выделение классов производится в основном по величине открытой пористости, при этом ее границы, а также проницаемость в классах очень широкие (соответственно 10-20%, 100-1000 мД). Этот недостаток может быть ликвидирован введением подклассов в зависимости от развития конкретных разностей пород в том или ином районе со свойственными им вещественно-структурными характеристиками и параметрами. Например, в классе 2 можно выделять подкласс 2а с хорошо отсортированными малоцементными песчаниками и 26 - с песчаниками, содержащими повышенное количество цемента и соответственно со сниженной емкостью и особенно проницаемостью. В классе 4 слабо измененные пелитоморфные и мелкозернистые известняки имеют удовлетворительную емкость, но низкую проницаемость. Сюда же могут быть отнесены комковатые выщелоченные известняки или строматолитовые, обладающие повышенными свойствами. Укрупненные классы полезны для выявления общих тенденций изменения свойств на значительных площадях и частях разреза.

Таблица 3. Общая классификация коллекторов

Типы коллекторов	Классы по емкостным и фильтрационным свойствам
Гранулярные в хорошо отсортированных обломочных породах Кавернозные В карбонатных и выщелоченных магматических и метаморфических породах	1 класс Открытая пористость до 40% и выше, проницаемость до 1000 мД и выше
Гранулярные отсортированные с малым количеством цемента, оолитовые известняки Биопустотные рифовые и другие биогеные карбонатные породы	2 класс Открытая пористость более 20% , проницаемость 100 - 1000 мД
Гранулярные олигомиктового и аркозового состава Карбонатные органогенно -детритусовые	3 класс Открытая пористость 15- 20% , проницаемость 10- 100 мД
Гранулярные полимиктового состава Карбонатные Пелитоморфные, мелкозернистые, комковатые	4 класс Открытая пористость 10- 25% , проницаемость 1- 50 мД
Трещинные	тектоническая трещиноватость	5 класс трещинная пустотность 2- 3% проницаемость до 1000 мД
	Литогенетическая трещиноватость	6 класс трещинная пустотность 5- 10% проницаемость 10- 100 мД

4. Типы пустотного пространства карбонатных коллекторов

Типы пустотного пространства карбонатных пород-коллекторов весьма разнообразны по происхождению, размерам и форме. Формирование пустот происходит на всех этапах -- при образовании осадка, его преобразовании в породу, на стадии существования породы и ее поверхностном выветривании. При этом каждый этап не только имеет свои особенности и присущие ему процессы, дающие в результате ту или иную структуру пустотного пространства, но эти процессы по разному проявляются в различных по фациальной природе и первичной структуре карбонатных отложениях.

При осаждении тонкозернистого карбонатного материала хемогенных пелитоморфных и микрозернистых известняков и доломитов, а также биогенных, но состоящих из чрезвычайно мелких органических остатков, например кокколитофорид, образующих в итоге мел и близкие к нему породы, формируются высокопористые (порядка 70--80 %) и относительно равномернопористые пластичные насыщенные водой илы с межзерновой или, при биогенной садке, межраковинной и внутрираковинной пористостью, но размеры пустот не более тысячных долей миллиметра. При формировании карбонатных осадков, состоящих из форменных элементов, в них образуются внутрискелетные и межформенные пустоты. Их размер определяется размером соответствующих форменных элементов, а их форма и сообщаемость --морфологией и отсортированностью фрагментов. В биогермных породах образуются внутрискелетные и межскелетные пустоты, причем наряду с относительно небольшими пустотами возникают и очень крупные, размерами в метры, пещеровидные пустоты.

Существенные изменения пустотного пространства карбонатных пород происходят на стадиях диа-, ката- и гипергенеза. Важны в этом плане процессы уплотнения и цементации, перекристаллизации, доломитизации, выщелачивания, кальцитизации и сульфатизации, трещинообразования. Уплотнение карбонатных осадков и пород происходит иначе, чем в терригенных и глинистых. Биогермные и частично цельнораковинные мелководные образования уже на стадии седиментации формируются как практически твердые осадки. В многочисленных пустотах из морских и иловых вод уже на стадии седиментогенеза и особенно диагенеза выделяется хемогенный кальцит, который сокращает пористость, но одновременно за счет цементации создает жесткий каркас, поэтому породы при дальнейшем погружении практически не уплотняются и сокращения пористости за этот счет не происходит. Мелководные карбонатные осадки, состоящие из форменных элементов, литифицируются за счет раннедиагенетической цементации очень быстро. Это значительно сокращает пористость, но одновременно и «консервирует» структуру порового пространства, т. е. предохраняет от последующего сокращения пустот за счет уплотнения. Пелитоморфные и микрозернистые карбонатные илы мелководных обстановок также быстро литифицируются за счет цементации. Вместе с тем они сохраняют способность уплотняться в процессе прогрессивного катагенеза при возрастании давления.Иначе происходят процессы уплотнения и цементации в глубоководных карбонатных осадках, планктоногенных по своей природе, что установлено по материалам глубоководного бурения. На первой стадии (стадия илов), охватывающей около 10 млн. лет и мощность порядка 200--300 м, пористость уменьшается.

Цифры у крестиков показывают средние значения kпc в среднем с 80 до 60 % преимущественно за счет гравитационного уплотнения; на следующих стадиях -- мела и известняков, охватывающих несколько десятков миллионов лет и заканчивающихся на глубине около 800--825 м от дна океана, происходит дальнейшее снижение пористости с 60 до 40 %, но уже за счет цементации; цементирующий кальцит образуется за счет растворения раковинок планктонных фораминифер.

Перекристаллизация -- процесс укрупнения размеров кристаллов без изменения их минерального состава, ведет, как правило, к улучшению коллекторских свойств. Например, в нижне-кембрийских отложениях южной части Сибирской платформы 4,57%, микротонкозернистых --7,14%, а тонкозернистых -- 9 , 3 5 % . Аналогично изменение и коэффициента проницаемости (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость коэффициента открытой пористости разных типов известняков от глубины (по И. В. Безбородовой с дополнениями),

а -- известняки с форменными элементами, цементацией порового и контактного типа:

б -- известняки кристаллические с редкими форменными элементами среднее значение открытой пористости микрозернистых известняков и доломитов равно.

Увеличение открытой пористости при перекристаллизации, видимо, обусловлено двумя причинами. Во-первых, не весь карбонатный материал, образующийся при растворении, затем вновь кристаллизуется. Часть его выносится пластовыми водами, что ведет к общему увеличению пустотности. Во-вторых, при образовании более крупных кристаллов формируются более крупные межкристаллические поры и, соответственно, межпоровые поровые каналы. Это увеличивает взаимосвязь пустот, повышает проницаемость и в целом ведет к улучшению коллекторских свойств породы. Доломитизация. Теоретически было показано, что при доломитизации должно происходить уменьшение объема, занятого доломитом, по отношению к объему, занятому кальцитом на 12,2%; на эту величину и должен теоретически возрастать объем пустотного пространства.

Фактические соотношения пористости и степени доломитности для разных районов и различных отложений зависят от структурно-генетического типа первичной породы, времени и химизма процессов доломитообразования.

Первичные седиментационные и седиментационно-диагенетические доломиты однородные, имеют обычно микро- и тонко-зернистую структуру, и, как правило, характеризуются низкими значениями пористости и проницаемости. Диагенетическая доломитизация также практически не изменяет коллекторские свойства, поскольку диагенетическое уплотнение ликвидирует дефицит объема и увеличения пористости не происходит.

При катагенетической метасоматической доломитизации, которая происходит в жесткой, практически не поддающейся дальнейшему уплотнению карбонатной толще, благодаря чему общий объем породы сохраняется, сокращение объема твердой фазы ведет к увеличению пустотного пространства. Механизм процесса доломитизации достаточно сложен. Кальцит вначале растворяется в относительно слабо минерализованных водах,

часть карбоната кальция в образовавшемся растворе вступает в обменные реакции, что ведет к формированию доломита и его переходу в твердую фазу, а часть кальция остается в растворе и с ним выносится.

Таким образом устанавливается влияние на коллекторские свойства не просто доломитности (абсолютного содержания доломита), а именно доломитизации--наложенного процесса, при чем наибольшее воздействие оказывает катагенетическая метасоматическая доломитизация. При этом значительной или сплошной катагенной доломитизации подвергаются обычно наиболее проницаемые породы, по которым возможна фильтрация пластовых вод, несущих магний и способных выносить образующиеся в процессе реакции продукты. Это чаще всего породы, состоящие из форменных элементов -- органогенно-обломочные оолитовые и подобные типы известняков.

5. Выщелачивание

Карбонатные минералы относятся к числу сравнительно легко растворимых соединений, особенно в присутствии в воде углекислоты. Изменение ее содержания в воде, которое определяется температурой, давлением, минерализацией воды, микробиологической деятельностью, процессами окисления органического вещества может достаточно быстро изменять величину рН, поэтому в катагенезе и гипергенезе происходит процесс выщелачивания, которое включает растворение вещества и удаление образовавшихся растворенных продуктов. Чрезвычайно важное условие выщелачивания -- наличие проницаемых пород и фильтрация по ним, которая обеспечивает приток новых порций воды и вынос образовавшихся растворов.

Именно поэтому выщелачиванию в наибольшей степени подвергаются первично пористые и проницаемые, а также трещиноватые породы; пелитоморфные и микрозернистые разности практически не содержат вторичных пустот выщелачивания (исключая выщелачивание по трещинам).

Наличие равномерно рассеянного в породе глинистого, кремнистого и органического материала резко ослабляет процессы выщелачивания. В сульфатных водах более активно растворяется доломит, в гидрокарбонатных - карбонаты кальция, при чем арагонит растворяется легче, чем кальцит. Последним можно объяснить частое выщелачивание раковин, сложенных первоначально арагонитом, появление «отрицательнооолитовых»

структур, т. е. структур, обусловленных выщелачиванием оолитов при сохранении цементирующей массы.

В итоге ката- и гипергенетического выщелачивания формируются пустоты разной формы и различного размера: от долей миллиметров до грандиозных пещер с поперечником до десятков метров и протяженностью на многие десятки километров.

Общие особенности пустотного пространства, образовавшегося при выщелачивании, следующие:

- неравномерность пустот по величине и форме; сравнительно большие размеры и ширина каналов и отверстий - они образуются при достаточно интенсивной фильтрации вод и проницаемость их поэтому достаточно высокая;

- неравномерность распределения пустотного пространства: первично пористые и проницаемые участки породы или пласты в комплексе отложений становятся еще более пористыми и проницаемыми, в то время как в смежных слабопроницаемых участках, в условиях меньшей подвижности воды карбонаты могут даже осаждаться. Все это ведет к увеличению анизотропии отложений по их коллекторским свойствам;

- связь с литолого-фациальным составом отложений, приуроченность к биоморфным, органогенно-обломочным и другимвидам первично проницаемых пород, а также зонам трещино- и стилолитообразования.

6. Кальцитизация и сульфатизация

Кальцитизация начинается уже в диагенезе и прежде всего связана с инверсией арагонита в кальцит; при этом объем кальцита на 9 % превосходит объем арагонита, т. е. этот процесс ведет к сокращению пустотного пространства. Диагенетическая кальцитизация из иловых вод ведет к литификации, что также уменьшает пористость. Достаточно крупные кристаллы кальцита образуются в катагенезе из пластовых вод в порах, кавернах, трещинах либо сокращая их объем, либо изолируя их друг от друга, либо полностью выполняя эти пустоты. Катагенетнческие выделения сульфатов весьма разнообразны. Это, например, один из продуктов метасоматической доломитизации. Возможно выпадение сульфатов из пластовых вод при изменении термобарических условий и солевого состава этих вод. Нередко сульфаты кальция вносятся в проницаемые карбонатные породы из вышележащих соленосных толщ. При этом иногда отмечается даже выпадение галита, то есть засолонение карбонатных пород. Отмечено образование сульфатов в приконтурной части нефтяной залежи за счет микробиологического окисления серы в зоне водонефтяного контакта. Во всех случаях сульфаты прорастают карбонатную массу породы или чаще развиваются в межформенных порах, кавернах и трещинах, частично или полностью заполняя их, и тем самым снижают коллекторские свойства пород. Рассмотренные выше материалы показывают разнообразие процессов, ведущих к образованию и преобразованию пустотного пространства карбонатных пород, причем формирование пустот с той или иной интенсивностью при ведущей роли тех или иных процессов происходит на разных стадиях литогенеза - начиная с седиментогенеза и кончая гипергенезом. В связи с этим пустоты в карбонатных породах подразделяются на первичные, сформированные на стадиях седиментогенеза и диагенеза, и вторичные, образование которых связано с этапами ката- и гипергенеза. Последние в свою очередь делятся на унаследованные и новообразованные. Первые образуются за счет переработки первично существующих пустот путем увеличения и изменения формы при выщелачивании, доломитизации, литогенетической трещиноватости, либо путем их сокращения в результате уплотнения, кальцитизации, сульфатизации и т. д. Вторые развиваются в породах без видимой связи с первичной пористостью и определяются, главным образом, тектонической трещиноватостью и обусловленным ею выщелачиванием (табл. 4).Устанавливается весьма отчетливая связь коллекторских свойств, как по абсолютным значениям характеризующих их параметров, так по структуре и морфологии порового пространства с литологическими особенностями пород, с их структурногенетическими типами, фациальными условиями образования осадков.

Наиболее благоприятными коллекторскими свойствами обладают биоморфные, органогенно-детритовые и обломочные слабо сцементированные известняки. Они характеризуются проницаемостью более 100•10- 1 5 м2, высокими значениями открытой пористости (20--30 %) и низким содержанием остаточной воды (10--15 %). Последняя занимает небольшой объем порового пространства, поэтому эффективная пористость близка к открытой и имеет столь же высокие значения. Микрозернистые и пелитоморфные хемогенные известняки и доломиты, напротив, характеризуются высоким содержанием остаточной воды (в основном более 35 %, а часто 50--70 % и более) и низкой величиной проницаемости (<50• 10-15 м2, а чаще <1--10•10- 1 5 м2). Весьма значительная остаточная водонасыщенность даже при наличии встречающихся высоких значений открытой пористости (15-20 %) определяет низкую эффективную пористость (до 5--7 % ).

В целом карбонатные породы с первичной и унаследованной вторичной пористостью и кавернозностью представляют собой каверново-поровый тип коллектора с высокими емкостными и фильтрационными свойствами и низким содержанием остаточной воды. Породы же с вторичной новообразованной пустотностью за счет трещин и развивающихся по ним каверн представляют каверново-трещинный тип коллектора, где емкость матрицы невелика, а полезная емкость слагается из емкости каверн и трещин.

Таблица. 4. Схема подразделения пустот карбонатных отложений по времени их образования

Время образования	Примеры пустот
Первичные: Седиментационно-диагенетические	Внутрискелетные, межформенные, межкаркасные, межскелетные, рифовых пещер, диагенетической доломитизаци, литогенетических трещин (наслоения, усыхания)
Вторичные : ката - гипергенетические Вторичные: ката -	Унаследованные ( образуются за счет переработки первичных пустот)	Остаточные - объем первичных пустот сокращен за счет кальцитизации, сульфатизации и т.д. (редуцированные)	Внутрискелетные, межскелетные, межформенные, рифовых пещер, литогенетических трещин и т.д.
		Разработанные за счет:	Выщелачивания	Каверновые (внутриформенные, межформенные. карстовые), стилолитовые
			Перекристаллиз	Межкристаллические
			Доломитизации	Контракции, растворения при доломитизации
			Тектонической трещиноватости	Трещинные по первичным литогенетическим трещинам, в том числе напластования
	Новообразованные	Тектонических трещин, выщелачивания по трещинам, стилолитовые, карстовые по зонам тектонического дробления (?), перекристализэции и доломитизации: межкристаллические, контракции, растворения (?)

Коэффициент нефтегазонасыщенности последних близок к единице, так как в силу их значительной раскрытостисвойства таких коллекторов определяются практически только трещинами и могут изменяться в широких пределах. Учитывая выявленные соотношения между отдельными параметрами, характеризующими коллекторские свойства (проницаемость, пористость, остаточная водонасыщенность) и их зависимости от состава, структуры и происхождения карбонатных пород, К. И. Багринцева предложила вариант оценочно-генетической классификации карбонатных коллекторов , где различие емкостных и фильтрационных свойств увязано с литогенетическими типами пород, их текстурно-структурными особенностями и условиями формирования пустотного пространства.