книги из ГПНТБ / Прошляков, Б. К. Вторичные изменения терригенных пород-коллекторов нефти и газа

где Дршг — приращение пластового давления; Дрг — прираще­ ние горного давления; |3Ж — коэффициент объемной упругости воды; рп — коэффициент объемной упругости скелета пласта; рм — коэффициент объемной упругости минералов; т — пори­ стость пласта в долях единицы.

Приращение пластового давления за счет повышения темпе­ ратуры определяется по формуле:

Аржт= С ж ~ » м АТ,

онп

где Држт — приращение пластового давления; АТ — прираще­ ние температуры от приповерхностной до пластовой; Сж — ко­ эффициент температурного расширения жидкости; См — коэф­ фициент температурного расширения минералов.

Приращение горного давления с глубиной определяется по формуле:

где Н — глубина залегания пласта; у — средняя плотность по­ род, залегающих над пластом.

Коэффициенты объемной упругости и температурного рас­ ширения заимствованы из справочников, остальные параметры заданы согласно физическим свойствам пород в скважинах.

В случае, если ДрЖг+Аржт^Д/?г, может наступить самопро­ извольный гидроразрыв.

Расчеты, выполненные нами по материалам исследования керна из скважин междуречья Урал — Волга, показали, что естественный гидроразрыв может наступить на глубине 4400— 4500 м. Это положение полностью подтвердилось в Аралсорском разрезе.

Ширина трещинок обоих типов невелика — от сотых долей до 2, редко 5 мм. Под влиянием сильных напряжений и повы­ шенных температур на плоскостях скольжения возникли тон­ кие пленки гематита коричневато-серого и серого цвета с ме­ таллическим блеском. Источником гематита явились вмещаю­ щие породы, содержащие до 6% окислов железа. Наряду с этим трещинки обоих типов заполнены белым эпигенетичным кальцитом. Такая форма нахождения минерала свидетельству­ ет о том, что в свое время трещины были зияющими; они мог­ ли возникнуть только в хрупких, непластичных породах, иначе

в аргиллиты и становятся достаточно хрупкими, как уже отме­ чалось, лишь на глубине около3300 м. Ориентируясь на эту особенность, а также на мощность осадочных пород в цент­ ральной части Прикаспия (Арал-Сор, Порт-Артур и др.), мож­

63

но считать, что трещинки образовались не позже датского вре­ мени.

Макроскопическое и микроскопическое исследования 18 об­ разцов в интервале глубин 3922—6661 м показало, что ни в од­ ной из многочисленных трещин нет эпигенетических выделений кремнезема или сульфатов, но постоянно присутствует кальцит. Именно с ним связано довольно сильное увеличение содержа­ ния растворимой в 6%-ной НС1 части (р. ч.) в глинистых поро­ дах на глубинах свыше 4000—4500 м.

Для подтверждения выявленных закономерностей в распре­ делении карбонатов по разрезу и установлении масштаба этого процесса был построен график изменения растворимой (в 6%-ной НС1) частя в зависимости от глубины залегания оса­ дочных образований. (Как уже отмечалось, растворимая часть в описываемом комплексе отложений на 80% и более состоит из карбонатов кальцита и магния.)

Поскольку особенности распределения карбонатов в обло­ мочных и глинистых породах неодинаковы (что мы связываем с различием их фильтрационных свойств), при обработке ана­ литических данных были выделены две группы пород, в каж­ дую из которых объединены разности, близкие по литологичес­ ким признакам и физическим свойствам. В первую группу включены пески, песчаники, алевриты, алевролиты и переход­ ные между ними разности пород с содержанием обломочной части не менее 70%, во вторую — глины, аргиллиты, алеврито­ во-глинистые и песчано-глинистые образования. В дальнейшем первую группу будем именовать песчано-алевритовыми порода­ ми, а вторую — глинистыми. Перед построением с целью иск­ лючения искажающего влияния случайных анализов и получе­ ния осредненных данных для стратиграфических подразделе­ ний мощностью до 200—500 м были вычислены среднеарифме­ тические значения растворимой части для песчано-алевритовых и глинистых пород. В тех случаях, когда мощность стратигра­ фического комплекса превышала 500 м, вычисления производи­ лись для отдельных пачек мощностью по 200—300 м каждая, при этом использовалось не менее 5 анализов по каждому из типов пород (иногда до 20—25). Разрезы, охарактеризованные меньшим числом анализов, из дальнейшей обработки исключа­ лись. Для каждого из усредненных анализов определялась и средняя глубина залегания, для чего суммировались глубины залегания верхнего и нижнего образцов, а результат делился на 2. Естественно, что такие усреднения не исключили возмож­ ности погрешностей, тем не менее полученные цифры более объективно отражают особенности распределения растворимой части в породах разреза.

Результаты пересчета были изображены графически. Край­ ние линии па графике для песчано-алевритовых пород триасо­ вого возраста (рис. 24) ограничивают предельные вариации

64

р. ч., установленные статистическим путем, а средняя — меди­ анное ее изменение. До глубины 2000 м происходит вынос раст­ воримой части из песчано-алевритовых пород; по медианной

Рис. 24. Изменение содержания растворимой части в песчано­ алевритовых породах Прикаспийской впадины в зависимости от глубины залегания:

А — триасовые отложения; Б — юрские и меловые отложения: / — ли­ ния, ограничивающая крайние значения растворимой части; 2 — медиан­ ная кривая. Каждая точка на графике представляет среднеарифмети­ ческое значение, вычисленное по 5—20 анализам (всего 720 определений).

кривой он составляет 12,3%. В интервале 2000—2300 м количе­ ство растворимой части остается неизменным, а ниже, до глу­ бины 4500 м, в породы поступает 10,1% этого же компонента. Интенсивность перераспределения растворимой части относи­ тельно ее исходного содержания приводится в табл. 9.

Подтверждением эпигенетического растворения и перерас­ пределения карбонатов в породах является и распределение уг­ лекислоты. Результаты газометрических исследований бурового

Т а б л и ц а 9

Изменение содержания растворимой части в песчано­ алевритовых породах триасового возраста

раствора из 11 скважин показали (рис. 25), что максимальные

В этом же интервале зарегистрировано немало проб бурового раствора и с низким содержанием этих газов. Выборочное изу­ чение таких проб показало, что их глубинное положение со­ ответствует развитию в разрезах толщ глинистых пород, в ко­ торых перемещения карбонатов, по-видимому, почти не проис­ ходит.

Понижению содержаний кислых газов в пробах с глубины ниже 2000—2300 м соответствует повышение карбонатности песчано-алевритовых пород. Это позволяет считать, что часть углекислоты, 'находящейся в системе, расходуется на образова-

66

ние карбонатов. В Аралсорской скв. СГ-1 высокие содержания кислых газов установлены также в буровом растворе, посту­ павшем с глубины более 4500—5000 м. Это явление связано с разложением химических реагентов, являющихся составными

наиболее интенсивно в интер­ вале 2600—3600 м (см. рис. 24,

табл. 9). Глубже происходит довольно резкое снижение темпа выделения описываемых новообразований, а к 4500 м процесс почти прекращается.

Обращает на себя внимание сужение поля рассеяния сред­ них проб ниже 3000 м (см. рис. 24). Это явление можно объяс­ нить тем, что прирост растворимой части в породах зависит от сохранившегося объема порового пространства, регулируемо­ го, в свою очередь, количеством цементирующего (в том числе карбонатного) материала, оставшегося после выноса. Само вы­

деление определяется в основном термодинамической обстанов­

компенсируется новообразованным. Судя по медианной кривой, в интервале глубин 2300—4500 м выделяется около 81% веще­ ства от количества вынесенного в верхней (до 2300 м) части разреза. Кроме того, необходимо учесть, что за счет соля­ ных структур площадь развития терригенных надсолевых по­ род с глубиной существенно сокращается. Например, в цент­ ральных районах Прикаспийской впадины, по материалам В. Л. Соколова и Г. Н. Кричевского (1966), на глубине 3000 м пло­ щадь развития соляных тел составляет около половины всей территории. Соответственно вторую половину площади занима­ ют все остальные породы. Это позволяет считать, что более 50% растворенного вещества, содержавшегося в песчано-алев­ ритовых породах верхней половины разреза, вынесено подзем­ ными водами в область разгрузки.

Подобное распределение кальцита в связи с изменением глубины залегания песчано-алевритовых пород наблюдается и в более молодых — юрских и меловых отложениях Прикаспий­ ской впадины (см. рис. 24). Особое положение занимают верх­ непермские и отчасти мезозойские песчано-алевритовые породы Актюбинского Приуралья и Западного Примугоджарья. Сред­ нее содержание растворимой в 6 %-ной НС1 части (преимуще­ ственно кальцита) в обломочных породах на глубине 1 0 0 0 — 2000 м здесь значительно выше, чем в остальных районах При­ каспийской впадины и в большинстве интервалов составляет 10—30% (против 5—21%). Именно это обстоятельство, а не высокая степень метаморфизации (по Яншину, 1962 и др.) оп­ ределяет низкую пористость и высокую плотность пород. Мы разделяем точку зрения К. X. Бакирова, М. А. Чимбулатова и др. (1968) о том, что различная степень литификации пород (соседство рыхлых и очень плотных слоев) этого района опре­ деляется неодинаковой степенью их сингенетичной цементации. Однако нельзя недооценивать роли и последующих катагенетичных преобразований.

Исследование распределения растворимой части показало, что ее количество в значительной мере определяется геотерми­ ческими условиями. Оказалось, что медианное содержание ра­ створимой части постепенно понижается от зон приповерхност­ ных температур до 55—60°С. В интервале 60—75°С положение медианы стабилизируется, а затем ее значение начинает воз­ растать (рис. 26, А). Эта закономерность распространяется на все районы Прикаспийской впадины, в том числе на Актюбинское Приуралье и Западное Примугоджарье. Эти районы выде­ ляются очень низким геотермическим градиентом — 1 ,0 — 1,5°С/100 м, и на глубине 1000—2000 м температура здесь сос­ тавляет лишь 21—38° С. В других районах Северного Прикас-

68

пия такая тепловая характеристика типична для глубин 300— 700 м. Поскольку в песчано-алевритовых породах растворение р. ч. тесно связано с температурой, то вполне естественно, что'

Рис. 26. Изменение содержания компонентов с повышением тем­ пературы (Прикаспийская впадина):

на глубине 300—700 м в остальной части впадины тождествен­ ны.

Такая же закономерность в изменении растворимой части в связи с повышением температуры наблюдается в разрезах Ман­ гышлака (районы Жетыбая, Узеня и Кызана) и Северного Ус­

69

тюрта (Северо-Устюртская опорная скважина), где, наоборот, геотермический градиент (3,6—3,8°С/100 м) значительно выше, чем в Прикаспийской впадине. (Температура на глубине 2000 м на Мангышлаке достигает 92—97°С, а в Северо-Устюртской скважине 76°С). В соответствии с этим зона пониженной карбонатности песчано-алевритовых пород в разрезах Мангышла­ ка фиксируется на глубине 1300—1700 м (температура 60— 75°С) и несколько ниже на Устюрте.

В Восточном Предкавказье (Затеречная равнина) величина геотермического градиента сильно колеблется. На Расшеватской площади он составляет 3,3°С/100 м, в Озек-Суате — 3,7°С/100 м, в районах Чкаловской и Прасковейской структур— 4,5—5,0°С/100 м, а на севере, поблизости от Прикаспийской впа­ дины, в Олейниковской скв. 39 — лишь 2,45°С/100 м. В связи с этим температура на одинаковых глубинах сильно различа­

Рис. 27. Изменение содер­ жания компонентов с повы­ шением температуры (Вос­ точное и Центральное Пред­ кавказье) :

Содержание: А — растворимой части в нижнемеловых и юрских

ных частей разреза; точки соот­

ветствуют среднеарифметичес­ ким значениям растворимой час­ ти, вычисленным по 5—17 анали­ зам (около 500 определений); Б — кальция+магния в подзем­

ных водах.

Содерж ание Содерж ание растворимой ч а с т и , С о . * Mg, г/100г

СП' ССЗ2

70