§ 2. Карбонатные комплексы

Роль коллекторов нефти и газа в карбонатных породах расцени­вается в целом высоко. Одни авторы связывают с ними около полови­ны современных мировых запасов УВ, другие поднимают эту величину до 60%. Карбонатные породы при относительной однородности состава характеризуются громадным разнообразием структур. Кроме того, они сильнее, чем обломочные породы, подвержены вторичным измене­ниям. Карбонатные образования чутко реагируют на изменения фи-

зико-географических, гидрохимических, тектонических (и часто свя­занных с ними гидродинамических) условий. Это приводит к тому, что в разрезах мы видим большое разнсобразие толщ, относящихся к раз­личным формациям. Карбонатные формации палеозоя широко развиты на древних платформах, на молодых их роль ограничена. Карбонатные толщи формируют протяженные тела, вдающиеся в моря и океаны, относительно мелководные платформы, крупные массивы, в том числе биогермные, атолловые и одиночные кораллово-водорослевые рифы (банки). Особой по образованию толщей является формация писчего мела. И. К. Королюк, говоря о категориях карбонатных формаций, раз­личает их группы по преобладающему биоседиментологическому типу образований. Ею выделены три группы карбонатных формаций:

1. почти лишенные органогенных построек (ОП);

2. в которых ОП имеют незначительное развитие (или если они и развиты, то не преобладают);

3. содержащие большое количество (или объем) ОП и продукты их разрушения.

Первую группу, условно названную "кархем" (И.К. Королюк, 1980 г.), составляют формации, в парагенезе которых преобладают тонкозернистые, тонко- и микрослоистые хемогенные, биохемогенные и реже биогенные известняки и первичные доломиты, а органогенные постройки или отсутствуют, или представлены почти исключительно строматолитовыми биостромами. В эту же группу входят планктоно­генные формации - меловые и глобигериновых известняков.

Вторую группу - группу "карбио" - составляют формации, в парагенезе которых преобладают слоистые детритовые и биоморфные, иногда доломитизированные известняки и вторичные доломиты. Органогенные постройки редки и маломощны, представлены обычно мелкими биогермами. В эту же группу входят толщи оолитовых известняков и слоистых известняков с рассеянными ОП.

Третью группу карбонатных формаций биогермов составляют различные рифогенные формации, которые включают органические постройки разных типов и продукты их разрушения.

Особенно богаты углеводородами рифогенные формации окраин платформ и зон сочленения их со структурами подвижных поясов. Именно в такой зоне расположен уникальный Месопотамский бассейн.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается принцип соотношения нефтегазоносных комплексов и фор­маций осадочных пород?

2. Каковы отличия терригенных комплексов древних и молодых платформ?

3. Какие выделяются основные нефтегазоносные комплексы?

4. Каковы особенности переходных комплексов молодых платформ?

5. В чем особенности карбонатных комплексов?

Классификация коллекторов определяется их свойствами. Вопро­сы классификации очень важны и имеют большое практическое значе­ние при определении запасов полезных ископаемых и способов их раз­работки. Поскольку факторов, определяющих коллекторские свойст­ва, слишком много, создать вполне удовлетворительную классифика­цию сложно. Все существующие классификации, кроме самых общих, весьма условны и приблизительны. Кроме того, сам раздел коллек- тор-неколлектор также весьма условен. Часть пород в процессе своего развития могут превратиться из неколлектора в коллектор и наобо­рот. Некоторые породы ранее вообще не рассматривались как коллек­торы, а теперь их с успехом эксплуатируют, в том числе и потому, что современная технология позволяет вовлекать их в разработку.

В основе всякой научной классификации коллекторов, по-види­мому, должны лежать два основных взаимосвязанных критерия: способ образования (в том числе преобразования) пород и свойства слагающих их минералов. На базе этих критериев следует учитывать характер емкостных, фильтрационных способностей, особенности структуры порового (пустотного) пространства и т. д.

Р. С. Безбородовым и Ю. К. Бурлиным в 1976 г. была предложена схема общей классификации, где в качестве основных типов пород среди коллекторов рассматриваются обломочные и карбонатные разности. Магматические и метаморфические породы среди коллекто­ров упоминались как редкие, нетипичные. В данной схеме не упомя­нуты также глинистые и кремнистые разности, с которыми в послед­нее десятилетие оказались связаны довольно крупные скопления нефти (Западная Сибирь, Калифорния, некоторые другие районы). Таким образом, приведенная схема требует уточнения. В отношении происхождения пород можно сказать, что главными составными частями являются материалы кластогенного, биогенного, хемогенно- го (смешанного биогенно-хемогенного) и вулканогенного происхожде­ния. Если рассматривать две основные группы пород, образующих ос­новную массу коллекторов, то в обломочных будет преобладать в основной массе кластический материал, а в карбонатных - биоген­ный и в несколько меньшей степени - хемогенный. Для глинистых пород (как видно из разд. 2, вопрос об источнике основной массы материала сложен) можно предполагать, что в континентальном секторе стратисферы основу глинистых пород слагает кластогенный (терригенный) материал. Для кремнистых коллекторов первоначаль­но весьма существенна роль биогенного фактора, который отражается и в повышении содержания OB. Надо сказать, что и в глинистых породах без повышенного содержания OB вряд ли сформировались бы коллекторские свойства.

М. К. Калинко в 1958 г. предложил основные принципы, которые должны быть положены в основу общей классификации. К ним он отнес связь свободных пространств в породе со структурой и генези­сом, а также необходимость проведения дифференциации коллекто­ров внутри породно-пустотных групп по основным факторам, обуслов­ливающим изменение фильтрующих свойств породы. Таким образом, по генезису породы в основном определяется природа пустотного пространства, выделяются крупные группы (типы) коллекторов, а мелкие подразделения внутри типов производятся по факторам, обусловливающим изменение фильтрующих свойств пород и их ем­костные качества. В большинстве случаев выделяют три типа коллек­торов: поровые, трещинные, кавернозные, а также четвертый тип - смешанного характера. М. К. Калинко рассматривает поровые коллек­торы как группу межзерновых, все остальные он включает в большую группу межагрегатных (в том числе такие смешанные разности, как по- рово-кавернозные). Более логичным следовало бы считать иной под­ход. Если основную ненарушенную массу однородной породы рассмат­ривать как матрицу, то поровые межзерновые пустоты следует считать внутриматричными; все другие можно назвать межблоково-матричны- ми. Среди пустот, имеющих характер пор, есть одна категория, отли­чающаяся по своему генезису тем, что возникновение этих пустот в породах определяется биогенными факторами. Это кораллово-мшан- ковые рифовые известняки, диатомиты и некоторые другие породы. Пористость в них заложена изначально как в обломочных породах, но происхождение совершенно иное, т.к. это пустоты не между накопив­шимися зернами, а "построенные" организмами. Именно поэтому в схеме наряду с традиционными выделен тип биопустотных коллекто­ров.

В схеме отражены типы коллектора, пород, характер пустотного пространства и некоторые основные факторы, приводящие к образова­нию емкости в породах на разных стадиях литогенеза. Помимо поро- вых, биопустотных, трещинных и кавернозных коллекторов в схеме выделены и карстовые. Хотя по формам и размерам пустот они не всегда отличаются от кавернозных, своеобразие условий карстообра- зования позволяет рассматривать эту категорию отдельно.

Величины пористости и проницаемости коллекторов порового типа определяются размерами составляющих породу фракций, их отсорти- рованностью, формой обломочных частиц, степенью уплотнения породы, минералогическим составом, количеством, составом и типом цементирующего материала. Этот тип коллектора широко распростра­нен в земной коре. Для слабо литифицированных разностей характер­ны высокие открытая пористость и проницаемость и относительно ста­бильная продуктивность. К литологическим разновидностям пород- коллекторов данного типа относятся гравелиты, песчаники и пески, алевролиты и алевриты, а также смешанные их разности. _{2 0 7}

Трещинный тип коллекторов также имеет довольно широкое рас­пространение. Полезная емкость этого типа слагается в основном из трещин и стилолитов самых разнообразных форм и размеров, которые возникают при физико-химических процессах на стадиях диагенеза и катагенеза, колебательных движениях, образовании складок и раз­рывных нарушений, процессах выветривания. Емкостные и фильт­рационные свойства коллекторов данного типа обусловливаются не только структурой и составом породы, но также различным харак­тером протекающих в них тектонических процессов. Характерными особенностями этих коллекторов, широко распространенными в при­роде, являются небольшая емкость и различная проницаемость. Обычно они слагают локальные участки.

Наиболее распространенными литологическими разностями коллекторов трещинного типа являются сланцы, мергели, глинистые известняки, доломиты, сильно известковистые песчаники и алевроли­ты, а также разности кремнистых пород.

Кавернозный тип коллекторов в осадочных породах имеет значи­тельно меньшее распространение. Поровые пространства образуются главным образом за счет пустых каверн, встречающихся в ракови­нах и скелетах различных организмов, в местах разложившихся час­тей растений, заключенных в породах, и на участках перекристаллиза­ции различных минеральных ассоциаций. Пористость и проницаемость таких коллекторов зависят от обилия ископаемых фаунистических и растительных остатков. Этот тип коллекторов наиболее характерен для оолитовых известняков, известняков-ракушечников и обогащен­ных растительными остатками песчано-гравийных и алевролитовых пород.

Карстовый тип коллекторов также имеет ограниченное развитие. Открытая пористость и проницаемость их складываются преимущест­венно за счет растворения различных частей организмов, оолитов, цемента и отдельных менее устойчивых минеральных компонентов. Карстовые пустоты по своим размерам значительно превосходят по- ровые пространства ранее описанных типов и зависят от структур­но-текстурных особенностей, химического и минералогического состава и интенсивности процессов растворения карбонатных пород. Характерной особенностью таких коллекторов является большая продуктивность пласта в начале разработки залежи нефти и газа и резкое ее падение в течение короткого времени.

Примерно по такому же принципу была предложена классифика­ция коллекторов Е. М. Смеховым (табл. 13). Она основывалась, поми­мо литологического состава, на таких важных критериях, как условия аккумуляции и фильтрации флюидов. Выделяются коллекторы чисто поровые и чисто трещинные, простые по строению, а также коллекторы сложные (смешанные). В поровых коллекторах эта же система фильт-

Критерии классификации	Простые коллекторы		Сложные (смешанные) Коллекторы
	Поровый тип	Трещинный тип		Трещинно-поровый тип	Поровотрещинный тип
Литологический состав	Терригенные породы, реже карбонатных	Карбонатные породы, реже тер- ригенные, изверженные, мета-		Карбонатные породы, реже терригенные	Терригенные породы, реже карбонатные

морфические

Условия

аккумуляции

Нефть (газ) содержится в ос­новном в порах или в кавер­нах, сходных по строению с порами

Нефть (газ) содержится в основ­ном в трещинах и прнуроченых к ним пустотах

Нефть (газ) содержится в основном в пустотах (порах, кавернах) блоков породы

Условия

фильтрации

Фильтрация осуществляется в единой системе фильтрационных каналов (поры или трещины)

Фильтрация происходит в двух фильтрационных средах

Значения обоих видов проницаемости примерно одинаковые

Трещинная проницае­мость значительно превышают поровую

рации является и вместилищем, а в трещинных, кроме самих полостей трещин, основными емкостями должны служить прилегающие к трещинам пустоты. Наиболее распространенными в природе среди непоровых коллекторов являются смешанные. В них поровые и трещинные фильтрационные системы связаны между собой сложными гидродинамическими зависимостями. Обычно трещинная проницае­мость превышает поровую. Е. М. Смехов считает, что иногда они примерно равны. Обе принципиальные схемы страдают отсутствием численных величин.

При формировании физических свойств (пористость, проницае­мость и т. д.) решающую роль играют особенности слагающих коллек­торы минералов. Большое значение для величины проницаемости как основной характеристики коллектора имеют размер и конфигурация поровых каналов, равномерность их распределения в породе. По этим показателям обломочные породы отличаются от коллекторов других типов. Поэтому классификации с численными выражениями величин целесообразно создавать отдельно по группам коллекторов. При этом определится также важная для коллекторов роль взаимодействия флюидов разного состава с разным минеральным скелетом. С учетом состава и взаимодействия флюидов и вещества пород разрабатываются классификации коллекторов, основанные на величинах проницаемо­сти, открытой пористости, содержания остаточной воды, количества и состава цемента (в том числе аутигенного образования), составе и сте­пени зрелости, отсортированности основной массы (если это касается обломочных пород). Определение этих параметров по литологичес­ким группам пород для целей классификации должно сопровож­даться фациальным анализом. Это позволит исследователю предста­вить условия образования и последующие изменения осадков, кото­рые в совокупности и определяют коллекторские свойства.

Пористость, проницаемость, трещиноватость, кавернозность, способность содержать остаточную воду являются теми измеряемыми свойствами, которые отражают всю сложную многоэтапную историю образования различных фаций в меняющихся условиях литогенеза. Основные черты коллекторов, принадлежность их к крупным группам определяются типом породы. Каждая отдельно взятая порода рассмат­ривается в совокупности с окружающими как часть взаимосвязанно­го природного комплекса, в благоприятном случае являющегося нефтегазоносным. В большинстве случаев, как уже говорилось, ком­плексы представляют собой геологические формации, или являются их частью, или охватывают две-три смежные формации.

Контрольные вопросы