8.7. Коллекторы нефти и газа на больших глубинах

Как известно, на малых и умеренных глубинах залежи нефти и газа в значительной мере уже разведаны даже в труднодоступных районах. В свя-зи с этим интенсивно проводятся разведка и освоение недр на глубинах свыше 4–4,5 км. Скважины глубиной более 4 км называют глубокими, более 6 км – сверхглубокими. Успешное проведение работ и получение положи-тельного результата при поисках нефти и газа в таких условиях в значи-тельной степени предопределяются знанием и умением прогнозировать коллекторские свойства пород.

89

Таблица 9

Общая классификация коллекторов

Типы коллекторов

Классы по емкостным

и фильтрационным свойствам

Гранулярные

в хорошо отсортированных

обломочных породах

1 класс

Кавернозные

открытая пористость до 40 % и выше,

проницаемость до 1 000 мД и выше

в карбонатных и выщелоченных

магматических и метаморфических поро-

дах

Гранулярные

отсортированные с малым количеством

цемента,

2 класс

оолитовые известняки

Открытая пористость более 20 %,

Биопустотные

проницаемость 100–1 000 мД

рифовые и другие биогенные карбонатные

породы

Гранулярные

3 класс

олигомиктового и аркозового состава

открытая пористость 15–20 %,

Карбонатные

проницаемость 10–100 мД

органогенно-детритусовые

Гранулярные

полимиктового состава

4 класс

Карбонатные

открытая пористость 10–15 %,

пелитоморфные, мелкозернистые,

проницаемость 1–50 мД

комковатые

тектоническая

5 класс

трещинная пустотность 2–3 %,

трещиноватость

Трещинные

проницаемость до 1 000 мД

литогенетическая

6 класс

трещинная пустотность 5–10 %,

трещиноватость

проницаемость до 10–100 мД

Стоимость проводки глубоких, а тем более сверхглубоких скважин весь-ма высока. Для повышения эффективности работ необходима высокая сте-пень геологического обоснования перспектив территории и места заложения скважины. Одна из главных предпосылок для выбора места поисков залежей нефти и газа – знание коллекторских и экранирующих свойств пород.

Известно, что по мере увеличения глубины залегания осадочных горных пород изменяются их строение и физические (в том числе коллекторские) свойства. Изменение строения и коллекторских свойств пород с глубиной в различных регионах происходит неодинаково. Это определяется историей геологического развития, термобарическими и геохимическими условиями. Вместе с тем многочисленные исследования ученых и специалистов позво-

90

лили установить общую закономерность, заключающуюся в том, что по мере увеличения глубины залегания пород их пористость и проницаемость посте-пенно понижаются, а плотность и хрупкость возрастают.

В геологическом разрезе мощных осадочных толщ, не испытывавших существенных восходящих движений, не претерпевших перерывов в осад-конакоплении или размыва части осадочных толщ, снижение коллекторских свойств пород с глубиной происходит более или менее постепенно. Вместе с тем имеется немало аномалий, например, алевролиты из Аралсорской скважины СГ-1 с глубины 4 132–4 136 м имеют открытую пористость 9,7 %, проницаемость 40–10^-15 м², туфогенные песчаники из скважины Медведов-ская-2 (Северный Кавказ) обладают проницаемостью 280–10^-15 м³. В Азер-байджане, на площади Зыря-Море открытая пористость песчаников с глу-бины 4 688–4 690 м 19,4 %, проницаемость 147–10^-15 м². На площади Булла-Море с глубины более 6 000 м были подняты образцы песчаников с откры-той пористостью 12–15 %.

Высокие коллекторские параметры установлены и в карбонатных по-родах. Например, в Прикаспийской впадине на площади Карачаганак от-крытая пористость известняков, извлеченных из глубины 4 500–5 400 м, достигает 23 %, а проницаемость 140–10^-15 м². Подобные примеры широко известны и в других регионах. Они свидетельствуют о наличии на боль-ших глубинах коллекторов большой емкости, способных вмещать значи-тельные количества углеводородов.

Изучение керна из глубоких скважин и экспериментальные исследова-ния образцов горных пород в напряженных термобарических условиях по-зволили установить два возможных варианта существования высоких кол-лекторских свойств пород на больших глубинах: сохранение или незначи-тельное снижение первичных свойств; возникновение в породах вторичного порового пространства и путей миграции. Сохранение или незначительное изменение первоначальных коллекторских свойств пород помимо внешних факторов предопределяется: литолого-геологическими свойствами пласта; химическими свойствами флюидов; механическими влияниями флюидов.

Литолого-геологические свойства пласта-коллектора, включающие отсортированность и размер обломочных зерен, особенности структуры обломочных пород, наличие межформенной или внутриформенной порис-тости в известняках, наличие крупных гипергенных каверн и полостей в карбонатных породах, однородность и большую толщину пластов-коллекторов, благоприятствующие сохранению первичных коллекторских свойств, обычно формируются в стадию седиментогенеза, иногда позже. Среди терригенных, преимущественно песчаных и алевритовых пород, бо-лее всего предрасположены к сохранению первичных коллекторских свойств крупно- и среднезернистые разности песчаников без цемента или с низким его содержанием. В этих породах поры имеют более крупный раз-мер, благодаря чему в процессе механического уплотнения и образования структур растворения (конформенных, инкорпорационных) величина пор

91

хотя и уменьшается, но они остаются открытыми и способными к фильт-рации. В мелкозернистых разностях, особенно алевролитах, вследствие отмеченных процессов открытые поры исчезают на значительно меньших глубинах. В породах с однородными по размеру обломочными зернами первичная пористость лучше сохраняется, чем в разнозернистых.

Крупные межформенные и внутриформенные поры, каверны и полос-ти в карбонатных породах-известняках и доломитах на больших глубинах сохраняются больше, чем мелкое пустотное пространство.

Толщина пластов также отражается на сохранении коллекторских свойств пород. Как известно, при погружении глинистые породы уплотняют-ся быстрей, чем песчаные и алевритовые. Из-за этого пластовое давление в глинах становится более высоким, чем в обломочных породах. В результате перепада давлений свободная вода из глин поступает в песчаные и алеврито-вые породы. Если геохимические условия в контактирующих породах раз-личны, то между флюидами может произойти химическое взаимодействие с образованием солей в поровом пространстве обломочных пород. Со време-нем это приводит к заполнению пор вторичными продуктами и потере про-ницаемости в приконтактных зонах пласта-коллектора (в кровле и подошве) большой мощности. Вследствие этого пласт изолируется от поступления флюидов сверху и снизу и сохраняется как коллектор. В пласте небольшой мощности (первые метры) вторичные продукты могут заполнить поровое пространство полностью от кровли до подошвы и, таким образом, снизить качество пород-коллекторов до категории непромышленных.

Наличие в поровом пространстве нефти, не содержащей воды и дру-гих химически активных компонентов, способствует сохранению коллек-торских свойств породы. Это предопределяется тем, что исключается ау-тигенное минералообразование, а находящиеся под высоким давлением углеводороды препятствуют механическому уплотнению пород. Вместе с тем надо отметить, что в процессе миграции и формирования залежей, а также в зоне водонефтяного контакта нефть и минерализованная вода, со-прикасаясь, взаимодействуют между собой, что вызывает различные по-следствия, например, в результате окисления нефти образуется углекисло-та; снижается рН воды и повышается растворяющая способность воды по отношению к главнейшим породообразующим минералам; кварц, кальцит, доломит и др. Эти процессы способствуют сохранению и улучшению кол-лекторских свойств пород. Вместе с тем удаление углекислоты из таких систем может вызывать выделение карбонатов и кремнезема в твердую фа-зу и снижение коллекторских свойств пород.

Исходя из этих представлений можно ожидать, что на путях миграции водонефтяных систем и в самой ловушке в процессе ее заполнения возмож-но повышение коллекторских свойств пород. Примеры, подтверждающие это положение, известны в Предкарпатском прогибе, Днепровско-Донецкой впадине и других районах.

92

Механическое влияние флюидов на коллекторские свойства пород про-является в том случае, если пластовое давление существенно превышает гид-ростатическое. Такие пластовые давления называют аномально высокими (АВПД). Они могут превышать гидростатические в 1,5–2 раза и даже более.

этом случае флюиды, образно говоря, действуют как распорка, не позво-ляющая трещинам сомкнуться, а порам уменьшиться. Такие давления могут возникнуть благодаря гравитационному уплотнению, тектоническим напря-жениям, притокам высоконапорных глубинных флюидов и др.

АВПД характерны для коллекторских пород, залегающих на больших глубинах (обычно свыше 3,5–4 км), под мощными надежными экрани-рующими толщами, имеющими региональное распространение. Такие толщи чаще всего слагаются соляными и глинистыми породами. В зонах АВПД пористость и проницаемость пород выше, чем в отложениях, зале-гающих на тех же или даже меньших глубинах, вне зоны развития АВПД.

Прикаспийской впадине полная пористость палеозойских песчаников в зоне АВПД с глубины 5 300–5 504 м из Биикжальской скважины СГ-2 со-ставляет 9,6–13,5 %, в то время как аналогичные по составу мезозойские породы в Аралсорской скважине СГ-1, из зоны отсутствия АВПД, с глуби-

ны 4 150–4 200 м, имеют пористость 8,7–11,5 %.

Замедляют снижение коллекторских свойств пород перекрывающие их мощные толщи пород с высокой теплопроводностью, например, камен-ные соли. Эти толщи отводят из недр тепло и тем самым тормозят течение химических реакций и выделение минеральных новообразований.

Вторичное поровое пространство возникает вследствие следующих процессов: растворение и вынос соединений, неустойчивых в конкретных геохимических и термобарических условиях; доломитизация известняков; растрескивание пород, сопровождаемое образованием зияющих трещин.

При прогнозировании вторичных пород-коллекторов на больших глуби-нах необходимо иметь в виду, что вторичные поры, каверны, каналы, а также трещины непостоянны как по времени, так и по величине. Под действием тех же факторов, что и в случае с первичной пористостью, они могут быть уве-личены или же, наоборот, залечены минеральными новообразованиями, а зияющие трещины, кроме того, могут механически сомкнуться. Следует так-же помнить, что нефтеносные породы обычно обладают лучшими коллек-торскими свойствами, чем сходные по литологическому составу водоносные, на которые мы ориентируемся при оценке качества коллекторов.

Материалы изучения реальных пород, экспериментальные исследова-ния и теоретические представления позволяют считать, что на глубинах свыше 4 км могут быть встречены следующие типы пород-коллекторов:

поровые (песчаники, алевролиты, вулканогенно-осадочные породы); порово-трещинные (песчаники, алевролиты, известняки, доломиты,

кора выветривания); трещинные (аргиллиты, мергели, ангидриты, магматические и мета-

морфические породы, кора выветривания); каверново-трещинные (известняки, доломиты).

93

Таким образом, к категории возможных коллекторов на больших глуби-нах отнесены и такие породы, которые на малых и умеренных глубинах бы-вают только экранами (глинистые, мергели, некоторые известняки и др.).

Серьезную проблему представляет и оценка экранирующих толщ. По-ка с уверенностью можно говорить о высоких экранирующих свойствах толщ каменной соли. Остальные породы, в зависимости от степени и ин-тенсивности их вторичных изменений, могут оказаться и коллекторами, и покрышками для скоплений нефти и газа. Такие породы, как аргиллиты, мергели, известняки, могут быть экранами на больших глубинах, по-видимому, относительно кратковременно, в отрезки времени между раз-рядками тектонических напряжений, после того, как трещины сомкнутся или будут заполнены минеральными новообразованиями.

Исходя из особенностей вторичных изменений пород на больших глу-бинах, вероятностей тектонических проявлений за короткий и продолжи-тельный отрезок времени, надо полагать, что в тектонически активных об-ластях ловушки нефти и газа на больших глубинах должны быть меньше по разрезу, чем на малых глубинах. Это следует из того, что глубокозале-гающие породы старше по возрасту, а за больший отрезок времени вероят-ность деформаций пластов, проявлений разрывных нарушений, естествен-но возрастает. В платформенных условиях, с более спокойным тектониче-ским развитием, существование крупных ловушек и залежей нефти и газа на больших глубинах вполне возможно.

Контрольные вопросы

Что такое пористость?

Какие виды пористости различают? Расскажите о каждом виде.

Что такое проницаемость?

Какие виды проницаемости различают?

Как определяют проницаемость?

Какие коллектора относят к терригенным?

Назовите классификации коллекторов.

Какие коллектора относят к карбонатным?

Как образуются карбонатные коллектора?

Как происходит формирование трещинных коллекторов?

Какие трещины выделяются по генетическому признаку?

Что такое трещинная пустотность?

Что такое нетрадиционные коллектора? Какими породами они сло-

жены?

Назовите основные разности обломочных пород, встречающиеся в качестве коллекторов нефти и газа.

Перечислите основные факторы, влияющие на коллекторские свойства пород.

Перечислите типы пород-коллекторов нефти и газа на больших глубинах.

Как изменяются коллекторские свойства пород с глубиной?

94