Лекция 3. Основные факторы, влияющие на формирование коллекторов: литологические, тектонические, гидрогеохимические

Литологические факторы в формировании коллекторских свойств горных пород являются определяющими. Образование пустотного пространства в коллекторах тесно связано с генезисом самих пород и происходит на разных этапах литогенеза — в седиментогенезе, диагенеза, эпигенезе. В седиментогенезе осуществляется заложение первичной, седиментационной пористости, обусловленной условиями и процессом осадконакопления и первичной структурой осадка как следствия условий седиментации.

На стадии диагенеза и эпигенеза образование полезной емкости определяется диагенетическими и эпигенетическими преобразования-ми, происходящими соответственно в осадке и породе и приводящие к образованию постседиментационной, вторичной пористости.

В процессе диагенеза происходит дегидратация осадка, его уплотнение, перекристаллизация, образование трещин диагенетического происхождения. В результате взаимодействия составных компонентов осадка с иловыми (поровыми) водами и ОВ, находящегося в нем, идут процессы аутигенного минералообразования, проявляющиеся в доломитизации, кальцитизации, сульфатизации, окремнении, засолонении и т. п.

При воздействии СО2, образующегося в результате разложения ОВ на составные компоненты осадка, идет их частичное растворение. При этом большое значение имеет концентрация водородных ионов и окислительновосстановительный потенциал в осадке.

В стадию эпигенеза имеют место те же процессы, что и в диагенезе, но происходят они уже в литифицированной породе под влиянием подземных вод и УВ при соответствующих термобарических условиях. Под влиянием тектоники образуются трещины тектонического происхождения, вдоль которых при благоприятных условиях формируются вторичные поры выщелачивания.

Влияние диагенетических и эпигенетических преобразований на формирование полезной емкости не является однозначным. Ниже приводится характеристика постседиментационных процессов, принимающих участие в формировании пустотного пространства.

Перекристаллизация — частичное растворение, осаждение, перераспределение вещества, приводящее к изменению структурно-текстурных особенностей породы. Причиной перекристаллизации является стремление вещества к уменьшению поверхностной энергии, что достигается при возрастании величины зерен (Григорьев Д.П., 1956). Быстрее растворяются более мелкие зерна карбоната с малыми поверхностями контактов, направленных перпендикулярно давлению.

На перекристаллизацию в растворимость карбонатных пород большое влияние оказывают примеси глинистого, кремнистого, органического вещества, которые создают вокруг карбонатных зерен непроницаемую коллоидальную пленку и тем самым не только замедляют процессы растворения и перекристаллизации, но и запечатывают на ранних стадиях литогенеза имеющиеся в породах пустоты и трещины.

На более поздних стадиях литогенеза, когда осадок литифицируется и превращается в породу, некоторые примеси придают ей хрупкость и, если на такую породу оказывают воздействие тектонические напряжения, она растрескивается. По трещинам и ослабленным зонам образуются вторичные поры выщелачивания, порода становится относительно более пористой и проницаемой.

Г. А. Каледа (1958), Е. А. Калистова (1970) выделяют четыре основных факта перекристаллизации:

• 1. степень чистоты породы от примеси
• 2. структурно-текстурные особенности породы
• 3. агрессивность подземных вод к вмещающим породам
• 4. температура и давление.

Перекристаллизация в различных структурно-генетических типах пород проявляется по-разному. Например, первичные тонкозернистые известняки оказываются менее перекристаллизованными, чем тонкозернистые доломиты, последние поэтому являются часто и наиболее пористыми. Это объясняется тем, что кристаллы кальцита в известняке под влиянием давления обладают тенденцией ориентировать свои оси «С» параллельно напластованию. В доломитах кристаллы и их оси ориентированы беспорядочно, что приводит к более рыхлой упаковке зерен. Полезная емкость первичных известняков, обязанная процессу перекристаллизации, не превышает 3−5%, в то время как в перекристаллизованных (изначально первичных, седиментационных) доломитах она может достигать 10−15% и более.

Доломитизация — широко развитый в природе процесс постседиментационного образования доломита в результате метасоматического замещения известкового, кремнисто-известкового ила различной генетической природы. Формирование пористости в таких породах определяется главным образом тем, что развитие процесса доломитизации сопровождается явлениями растворения. В этом, по мнению Д. С. Соколова (1962) и заключается, главным образом, причина образования повышенной пористости во вторичных диагенетических доломитах. Однако такие породы могут характеризоваться и совершенной ничтожной пористостью в тех случаях, когда доломитизация протекает под воздействием резко пересыщенных растворов, и процессы растворения твердой фазы как бы подавляются кристаллизацией доломита. В этих условиях образуются слабопористые доломитизированные породы.

Образование пористости во вторичных диагенетических доломитах зависит не только от состава и концентрации поровых магнезиальных растворов, но также и от растворимости известкового ила и наличия в нем примесей глинистого и органического вещества, песчано-алевритового материала. Эти примеси отрицательно влияют на сам процесс доломитизации и образование пустотного пространства.

На пористость диагенетическо-метасоматических (первично мелкозернистых доломитов) положительное влияние может оказывать дальнейший процесс их перекристаллизации (в стадии позднего диагенеза и эпигенеза).

В породах-коллекторах, сложенных диагенетическо-метасоматическими доломитами, пористость диагенетической доломитизации-перекристаллизации может быть значительной — до 15−25%.

Выщелачивание — процесс растворения, происходящий в породах преимущественно карбонатных, на протяжении всего геологического времени, пока в них циркулируют растворители, непрерывно меняющие при этом характер пустотного пространства, величину пористости и степень проницаемости. Процесс растворения сопровождается выносом вещества. Растворимость карбонатных пород протекает с различной интенсивностью в карбонатных отложениях разного генезиса.

Большое влияние на растворимость карбонатных пород оказывает парциальное давление СО2, содержащегося в поровых (иловых), подземных водах, и наличие в осадке органического вещества. На стадии эпигенеза выщелачивание определяется химическим составом, растворяющей способностью подземных вод, скоростью их движения, трещиноватостью и наличием в подземных водах углеводородов.

Как известно, наибольшей химической активностью в карбонатных породах обладают углекислые воды. Причем, по растворимости карбонатные минералы обычно размещаются в следующей последовательности: арагонит — кальцит — доломит — магнезит. Однако не исключена возможность и нарушения этой последовательности, обусловленная специфическим химизмом подземных вод.

Увеличение пористости происходит в тех участках породы, где скорость растворения превышает интенсивность вторичного выпадения вещества в осадок. Часть растворенного материала переотлагается в других участках породы, образуя цемент, уменьшая пористость, часть его выносится по трещинам и поровым каналам.

В связи с тем, что наиболее богатыми углекислотой (наиболее кислыми) являются приповерхностные воды, процессы растворения наиболее интенсивно протекают в зоне гипергенеза, поэтому при изучении коллекторских свойств пород, особенно карбонатных, пристальное внимание следует уделять участкам и зонам разреза, приуроченных к внутриформационным перерывам, так как здесь можно ожидать появления улучшенных коллекторов, образование которых обязано как процессам выщелачивания, так и выветривания.

Кальцитизация — процесс замещения доломита, ангидрита и др. минералов кальцитом, обрастание регенерационными каемками органических остатков, заполнение кальцитом пор, каверн и трещин разного генезиса в известняках, доломитах, сульфатно-галогенных породах под влиянием взаимодействия пород (осадков) с водами гидрокарбонатно-кальциевого состава. Кальцитизация может происходить метасоматическим путем, при котором один минерал замещается другим вследствие химической реакции твердого тела с раствором и путем заполнения пор, каверн и трещин кальцитом. Процесс кальцитизации не способствует образованию эффективной емкости пород, однако по кальцитизированным участкам могут впоследствии развиваться пустоты выщелачивания.

Сульфатизация — процесс метасоматического замещения кальцита, доломита и других минералов гипсом, ангидритом, целестином, а также выполнение ими пор, каверн и трещин. Сульфатизация может происходить на различных этапах литогенеза. Наиболее активно сульфатизация протекает при значительной минерализации пластовых вод сульфатно-кальциево-магниевого состава.

Многие исследователи считают, что сульфатизация, как правило, отрицательно влияет на формирование коллекторских свойств пород. Но известны случаи, когда интенсивно сульфатизированные трещиноватые доломиты становились пористо-проницаемыми за счет повышенной трещиноватости и связанными с нею вновь образованными порами выщелачивания, приуроченными к сульфатизированным участкам.

Окремнение — вторичный процесс замещения карбонатных и других минералов или их агрегатов кремнеземом в осадке и в породе и заполнение ими пор, каверн и трещин. Кремнистость характеризуется присутствием кремнезема, который может иметь биогенное и абиогенное происхождение. При воздействии на кремнистые и окремненные породы щелочных вод (рН 8) происходит частичное растворение кремнезема с образованием вторичных пор выщелачивания.

Кремнезем придает породам хрупкость и способствует их растрескиванию. Трещины обеспечивают сообщаемость первичных и вторичных пор.

Показатели диагенетической и эпигенетической преобразованности осадков разработаны пока недостаточно. С определенной долей условности ими могут быть размер зерен и степень их прозрачности. Принято считать, что тонкозернистый кальцит и доломит с размером зерен менее 0,01 мм являются первичными, седиментационными. В стадию диагенеза и эпигенеза происходит их перектисталлизация. Перекристаллизованные зерна имеют размер более 0,01 мм.

Зерна карбонатных минералов, перекристаллизованные в стадию диагенеза, обычно непрозрачные, что объясняется примесью в них тонкозернистого, не до конца ассимилированного карбоната и глинистых частиц. Зерна карбонатных минералов, перекристаллизованные в стадию эпигенеза, характеризуются более крупным размером и прозрачностью.

К эпигенетическим относятся процессы кальцитизации, доломитизации, сульфатизации, окремнения, засолонения, проявляющиеся в заполнении пор, каверн и трещин вышеотмеченными вторичными минералами или (и) окисленным битумом и нефтью. Парагенез аутигенных минералов с твердым битумом и пиритом относится к заведомо эпигенетическому процессу.

Из перечисленных процессов наиболее существенную роль в формировании полезной емкости пород играет выщелачивание. Влияние процессов перекристаллизации, доломитизации нужно рассматривать в конкретных геологических условиях, ибо их роль не всегда однозначна. Неблагоприятно влияют на формирование коллекторских свойств пород уплотнение, кальцитизация, сульфатизация, засолонение и в ряде случаев окремнение.