Трещинные 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 микротрещины с раскрытием соответственно более или менее 0,1 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. 6.4). 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 трещиноватость от тектонической. Как правило, литологическая трещиноватость 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 трещинова-тости. 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 линеамент-ных 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 учитыва-

ется 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 дру­гой 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:

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

Зависимость проницаемости трещин от раскрытости и тре­щинной пустотности выражается соотношением:

где b — раскрытость трещин, мм; m_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 со-

бой отношение скорости прохождения ультразвука в породе с трещинами 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 Вуктыльском газоконденсатном месторождении характеризуются максимальным диапазоном изме­нения скорости — от 6,8 в слабо нарушенных зонах до 2 км/с в зонах повышенной трешиноватости. 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.

Нетрадиционные 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 нефтегазоносность 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. Клу-бовой, в седиментогенезе происходило образование микробло­ков, покрытых пленкой сорбированного органического вещества. Колломорфный кремнезем, обволакивая агрегаты глинистых ми-

нералов, 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 до 180°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 коллекторски-ми 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-кремнисто-глинистой 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, баже-ниты 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 крем-

незема 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, массивы их облекаются третичными осадочными породами, гра­нитные тела внедряются в осадочные породы. Возникновение коллекторских 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, цео-литизации, 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 поро-вая. 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. Контракпионная 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 трешиноватости 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. 6.5). 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.