ГЛАВА 2. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО ГЛУБОКОЗАЛЕГАЮЩИХ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ПОРОД

Коллекторские свойства осадочных горных пород, залегающих на больших глубинах, варьируют в широком диапазоне. Это обстоятельство существенно затрудняет прогнозирование коллекторов, оценку их качества и нефтегазоносности недр. В этой связи важно знать причины и условия, влияющие на изменение и сохранность коллекторских свойств пород.

В работе выделяется две группы факторов, обусловливающих коллекторские свойства пород: геологические и литологические.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

К группе геологических факторов относятся: геологический возраст пород, тектоническая активность (интенсивность, амплитуда, количество нисходящих и восходящих движений стратисферы, стресс), размер, мощность, однородность и глубина залегания геологического тела, температура недр, давление (литостатическое, пластовое, наличие АВПД) и структурное положение коллекторских пластов.

Геологический возраст играет определенную роль в формировании коллекторских свойств пород, хотя он и не всегда проявляется достаточно четко. Широко известны примеры малого изменения кембрийских синих глин в России (Ленинградская область) и относительно малая преобразованность протерозойских осадочных пород в КНР (северные районы), возраст которых оценивается в 740-1185млн. лет. Наряду с этим существуют сильно уплотненные, с низкими коллекторскими свойствами породы мезозойского и даже кайнозойского возраста на Большом Кавказе, в Карпатах [3]. Сравнение геологического строения таких регионов показывает, что в геосинклинальных областях породы бывают значительно уплотнены и изменены по сравнению с платформенными. Наряду с этой закономерностью существует и другая - в платформенных условиях в каждом конкретном пункте более древние отложения уплотнены значительнее и обладают худшими коллекторскими свойствами, чем молодые. Эта закономерность наглядно показана В.Д. Шутовым на примере Русской платформы.

Тектоническая активность также существенным образом влияет на преобразование пород и изменение их коллекторских свойств. Нисходящие движения приводят к уплотнению пород, снижению пористости и проницаемости. В ходе геологического развития такие движения сменяются восходящими. Чем больше амплитуда колебания и число циклов возвратно-поступательных движений, тем сильнее изменяются породы. У более древних пород число таких циклов больше, а глубина погружения ниже. Именно через этот механизм проявляет себя возраст пород. Подобным же образом влияет и стресс (боковое давление) - чем интенсивнее напряжения, длительнее их продолжительность и больше частота проявления, тем резче снижаются коллекторские свойства матрицы пород.

Параметры геологического тела - размер, мощность, однородность и глубина залегания также отражаются на коллекторских свойствах пород. Большие размеры пластов и однородность пород благоприятствуют сохранению коллекторских свойств, обратные соотношения способствуют их снижению. При погружении породы различного литологического состава уплотняются в разном темпе - интенсивнее всего хемогенные карбонатные и сульфатные породы, затем глинистые и еще медленнее песчаные и алевритовые породы. Вследствие этого из пород, уплотняющихся с большой интенсивностью, отжимается свободная вода и поступает она в менее уплотненные, более пористые (обычно песчаные или алевритовые), нередко с иной геохимической средой. Химическое взаимодействие в приконтактных зонах флюидов, находившихся в пласте-коллекторе и отжатых из соседних пластов, приводит к выпадению в осадок солей. С течением времени химические реакции сопровождаются закупоркой пор и потерей проницаемости пластом-коллектором в зонах, прилегающих к ограничивающим их пластам (в кровле и подошве) с повышенной способностью к уплотнению. При этом пласт мощностью более 5-10м изолируется от поступления флюидов извне и сохраняется как коллектор. При меньшей мощности пласта аутигенные минералы могут заполнить все поровое пространство - от кровли до подошвы и, таким образом, порода как коллектор перестает представлять интерес. В реальных геологических условиях основными аутигенными минералами, влияющими на изменение коллекторских свойств, являются кальцит, халцедон, ангидрит, хлорит, гидрослюда.

Размер геологического тела (в плане) также имеет немаловажное значение для сохранения коллекторских свойств пласта. Если коллекторское тело небольшого размера, например линза, то даже при значительной ее мощности поровое пространство породы может быть в значительной мере заполнено аутигенными минералами, возникшими при взаимодействии вод, отжатых из пород, окружающих линзу и содержавшихся в коллекторе [1].

Степень однородности пласта является важным показателем качества коллектора уже на небольших глубинах. С увеличением глубины залегания роль этого фактора возрастает. В коллекторских телах неоднородного литологического состава уплотнение и вторичные изменения происходят избирательно, вследствие этого отдельные слои, линзы, прослои перестают быть коллекторами, происходит разобщение отдельных участков пласта, а в целом и существенное снижение его коллекторских параметров. В этом плане мощные, однородные, широко распространенные по площади коллекторские тела благоприятны для сохранения первичных коллекторских свойств, особенно в обломочных породах-коллекторах порового типа. Влияние этих факторов на коллекторские свойства карбонатных и глинистых пород изучено значительно слабее.

Положение геологических тел на элементах геологической структуры (свод, крыло, периклиналь и т.д.) оказывает существенное влияние на коллекторские свойства пород. Природа такого влияния может быть седиментогенной и катагенной. Седиментогенная природа отмечается в случае накопления осадка во время роста структур. В этом случае на присводовых частях структур накапливается более крупный и однородный песчаный или алевритовый материал, при минимуме глинистой и органической частей. При региональном погружении осадочных толщ на большие глубины коллекторские свойства таких пород сохраняются лучше, чем в разнозернистых, более глинистых. В случае погружения дна бассейна осадконакопления на отдельных участках могут возникнуть условия, благоприятные для формирования рифов - осадочных образований, характеризующихся повышенной пористостью и проницаемостью. При погружении на глубину коллекторские параметры рифов также понижаются, но тем не менее остаются достаточно высокими. Примером является Карачаганакский риф в Прикаспийской впадине, где коллекторские свойства известняков достаточно вьюрки и на глубине свыше 5 км K_п 10-20 % и более, K_пр (100-500) •10^-15 м². Улучшение коллекторских свойств пород на положительных элементах структур в стадию катагенеза связано с растворением неустойчивых минеральных образований или растрескиванием пород.

Существенное влияние на коллекторские свойства пород, как известно, оказывает АВПД, особенно характерное для больших глубин (Прикаспийская впадина, Днепровско-Донецкая впадина, впадины Предкавказья, Азербайджана, Западной Туркмении, Таджикистана, Узбекистана и др.). АВПД может достигать значительных величин и превышать гидростатическое давление в 1,5-2 раза. АВПД характерны для пластов, залегающих под мощными надежными экранирующими толщами (каменная соль, ангидриты, глины), имеющими региональное распространение. В зонах АВПД флюиды не дают порам уменьшиться в размерах за счет механического уплотнения пород, а зияющим трещинам сомкнуться. В связи с этим в таких условиях породы часто отличаются повышенными коллекторскими свойствами. Медленное снижение коллекторских свойств пород с увеличением глубины их залегания в этом регионе объясняется наличием АВПД [1]. Наряду с этим представляется, что не во всех случаях АВПД должно сопровождаться высокими коллекторскими свойствами пород. В случае если АВПД возникнут в уже сильно уплотненных породах, могут повыситься проницаемость и лишь незначительно открытая пористость за счет возникновения трещиноватости при естественном гидроразрыве пород пласта. Межзерновая пористость при этом не повысится.

ЛИТОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Литологические факторы, определяющие коллекторские свойства пород, еще более многообразны. Среди них выделяются седиментогенные признаки (первичные) и катагенные (вторичные) изменения.

Седиментогенные признаки, определяющие коллекторские свойства пород различных литологических типов, неодинаковы. Для обломочных пород преимущественно песчаного и алевритового состава такими признаками являются размер, форма, отсортированность обломочных частиц, количественные соотношения между обломочной и цементирующей частями, состав, структура и тип цемента. Для карбонатных пород ведущими признаками, определяющими коллекторские свойства, служат минеральный состав, структура и текстура. Для глинистых пород рассматриваемые признаки определяются составом глинистых минералов, количественным соотношением глинистых минералов, пелитовых и песчано-алевритовых частиц, содержанием хемогенных образований (карбонатов, кремнезема и др.) и примесей органического материала. Катагенные или вторичные изменения, происходящие в результате физико-химических процессов, оказывают существенное влияние на коллекторские свойства пород. К этим процессам относятся механическое уплотнение, перекристаллизация, растворение неустойчивых соединений, аутигенное минералообразование, растрескивание пород, гидратация и дегидратация.

Литологический состав и структура являются одними из главнейших признаков, определяющих качество осадочных пород-коллекторов.