Цементация обломочных пород-коллекторов
Цементация обломочных пород-коллекторов
Некоторые песчаные коллекторы полностью или частично состоят из несвязанных, несцементированных песчаных зерен, которые временами в процессе эксплуатации скважин в большом количестве извлекаются вместе с нефтью. Однако в большинстве песчаных коллекторов обломочные зерна связаны между собой тем или иным цементирующим материалом, главным образом карбонатами, кремнеземом или глинистым материалом. Часть цементирующего вещества может быть первичной, отложенной вместе с песчаными зернами и затем в процессе диагенеза¹ перераспределенной химическим путем вокруг них и между ними. Песчаники, сцементированные сингенетичным кремнеземом, называются ортокварцитами в отличие от метакварцитов, или кварцитов метаморфического происхождения. Другая часть цемента может быть вторичным новообразованием, осажденным из водных растворов, которые проникли в осадочные породы после их отложения.
По мере увеличения относительного содержания цемента кластическая порода может постепенно переходить в хемогенную. Так, например, чистый кварцевый песчаник с возрастанием количества доломитового цемента может на протяжении нескольких миль или даже на еще более коротком расстоянии всего нескольких сотен футов преобразоваться сначала в доломитизированный песчаник, а затем и в песчаный доломит. Повышение содержания в породе кремнистого цемента может привести к переходу рыхлого песка в кварцитовый песчаник и, наконец, в песчаный кварцит.
Различные латеральные видоизменения одновозрастных эквивалентных осадочных пород связаны с понятием о фациях². Фации могут иметь локальное или региональное распространение. Различные литологические изменения называются литофациями, биологические ‑ биофациями. Наиболее значительные литофациальные изменения коллекторов наблюдаются при переходе проницаемых пород в менее проницаемые. Подобные явления имеют большое значение в связи с разработкой залежей нефти и газа, локализацией ловушек и региональным перемещением флюидов в коллекторах.
Обломочные известняки (иногда называемые еще калькаренитами) и доломиты состоят из зерен кальцита и доломита, подвергшихся, подобно зернам кварца, переносу и переотложению. Зерна обломочных карбонатов могут состоять из раковин, раковинного детритуса, обломков ракушняка и оолитов. Такие породы всегда более или менее сцементированы перекристаллизованным кальцитом, и в случае, если процесс цементации заходит далеко, они могут стать похожими на хемогенные известняки и доломиты. Однако на поверхностях выветрелых обломочных карбонатных пород часто можно наблюдать косую слоистость, а под микроскопом изредка различимы контуры обломочных зерен. Образованные таким путем карбонатные породы, очевидно, обладают значительной пористостью и потому являются хорошими коллекторами. Они, вероятно, слагают значительно большую часть коллекторов, чем это принято считать.
¹«Диагенез объединяет совокупность процессов, ведущих к литификации породы или преобразованию вновь отложившихся осадков в отвердевшую породу».
²В советской литературе термин «фация» понимается значительно шире.
Источник
Какие типы цемента характерны для песчаников коллектор
Типы цемента и влияние их на проницаемость песчаных пород
Нефтегазоносные песчаные горизонты часто обладают значительной изменчивостью коллекторских свойств вследствие различной степени цементации пород. При решении многих вопросов разведки и разработки месторождений нефти и газа важно знать закономерности такого изменения, что не представляется возможным без исследования цементирующей части пород — коллекторов.
Цемент обломочных пород рассматривается по различным признакам: составу, структуре, количеству, взаимоотношению с зернами, генезису и др. Наиболее полная сводка по цементации представлена в руководстве М.С. Швецова [2]. Она до настоящего времени служит основой при работе с пластическими породами.
В настоящей статье приводится детальное подразделение типов цемента (по признаку взаимоотношения его с зернами) и затрагивается вопрос о влиянии этих типов на проницаемость песчаных пород.
Типы цемента обломочных пород по признаку взаимоотношения зерен и цемента
Взаимоотношение цемента и зерен определяется: 1) формой выделения цементирующих минералов и 2) распределением их в породе.
Форма выделения минералов цемента бывает в виде пленок вокруг зерен, заполнения пор между зернами, образований в контактах зерен или в виде основной массы.
Распределение же цемента бывает равномерным и неравномерным. Соответственно этому и типы цемента по признаку взаимоотношения его с зернами можно разделить на две группы: равномерные и неравномерные.
I. Равномерные цементы
Группа равномерных цементов определяется одинаковыми взаимоотношениями зерен и цемента во всей породе, т. е. тем, что во всех участках шлифа цемент относится к одному типу.
Исходя из этого, к группе равномерных цементов относятся: плен очный, контактов ый, пор овый, неполный п оровый и базальный типы. Они показаны на рис. 1 и 2. Характеристика их приведена в таблице .
II. Неравномерные цементы
В породах чаще встречаются более сложные, чем приведенные выше, взаимоотношения между зернами и цементом, обусловленные неравномерным распределением цементирующих минералов. При этом следует различать два случая: 1) в разных участках шлифа наблюдаются разные из приведенных выше цементы (пленочный, контактовый, поровый, базальный, неполно-поровый); подобные случаи цементации удобно назвать смешанными; 2) в шлифе наблюдается сочетание участков с разными цементами (пленочный, поровый, базальный и т. д.) или с каким-то одним из них и участков без цемента. Для таких случаев удачным, по-видимому, является термин М.С. Швецова [2] сгустковые (пятнистые) цементы. В соответствии с указанными случаями в группе неравномерных цементов следует выделять две подгруппы: смешанных и сгустковых типов.
II -а. Смешанные типы
Смешанные типы цемента определяются таким образом тем, что цемент наблюдается во всех участках шлифа, но имеет в них разные формы выделения (пленочный, поровый, базальный). Присутствие цемента во всех участках шлифа является отличительным признаком от сгустковых типов, а разные формы цементации в этих участках отличают смешанные типы от равномерных.
При смешанной цементации могут быть разные типы в зависимости: а) от числа присутствующих в шлифе форм выделения цементирующих минералов (2-3 или все 5) и б) от объемных соотношений участков различных форм цементации.
Характерные признаки смешанных цементов и их возможные содержания приведены в таблице . Принцип подразделения их виден из диаграммы ( рис. 1 ) ( Редко встречающийся контактовый цемент не включен в диаграмму. Однако следует учитывать, что неравномерные типы возможны и с участием контактовой формы цементации. ). Некоторые из этих цементов показаны на рис. 2 . Неоднородные по составу цементы в продуктивных песчаных породах Урало-Волжской области нередко создают смешанный тип цементации, что видно на рис. 3 , б.
II -б. Сгустковые типы
Наличие участков (до 1-5 мм) и отдельных пор, в которых цемент отсутствует, являются характерной особенностью подгруппы сгустковых цементов и служат их отличительным признаком.
Сгустковая цементация весьма распространена в природе. Она может быть связана как с условиями образования осадка, так и процессами, происходящими в стадиях диагенеза осадка и эпигенеза п ороды.
Среди сгустковых цементов встречается несколько типов. Характерные признаки и количественные содержания их приведены в таблице. Принцип подразделения их виден по треугольной диаграмме на рис. 1. Зарисовки и фото некоторых из них представлены на рис. 2 , 3.
Сгустковые цементы часто встречаются в песчаниках и алевролитах франского и живетского ярусов Урало-Волжской области (см. рис. 3).
Приведенная характеристика различных типов показывает, что степень цементации породы (степень выполнения промежутков между зернами цементирующими минералами) удается определить изучением типа цемента по взаимоотношению его с зернами вместе с определением содержания его. Только по одному количеству цемента в породе нельзя судить о степени цементации ее, так как оно может быть одинаковым у разных типов.
Кроме взаимоотношений зерен с цементом, имеются и другие признаки, которые также характеризуют цементацию пород.
О влиянии цемента на пористость и проницаемость песчаников
В нашей работе выяснилась возможность установить функциональную зависимость между количеством цемента и величиной проницаемости. Для исследования были взяты образцы мелкозернистых кварцевых песчаников угерской свиты миоцена (Предкарпатский прогиб), гранулометрический, минералогический состав и контакты зерен которых практически одинаковы, а типы цемента различны.
Проведенное изучение показало, что закономерные обратно пропорциональные зависимости уменьшения проницаемости от увеличения количества цемента можно установить только в пределах выделенных групп типов цементации (равномерных, смешанных и сгустковых). Не учитывая тип цемента по взаимоотношению его с зернами, установить зависимость проницаемости от количества цемента не удается.
Полученные зависимости величины газопроницаемости от содержания различных типов цемента в мелкозернистых кварцевых песчаниках угерской свиты изображены для кальцитового цемента на рис. 4 .
Первая кривая показывает, что при содержании равномерного порового цемента 15% газопроницаемость мелкозернистых песчаников составляет меньше 100 миллидарси, а при 45-50% базального цемента порода становится практически не проницаемой.
На второй кривой видно, что при значительно более высоком содержании неравномерных (сгустковых) цементов (25-50%) песчаники имеют хорошие фильтрационные свойства в отличие от сравниваемых песчаников с равномерными цементами.
На третьей кривой нанесены данные, изображающие зависимость газопроницаемости от увеличения содержания неравномерно-порового цемента до порового. Здесь при содержании цемента 10% газопроницаемость достигает 3300 миллидарси.
Высокие значения проницаемости песчаников с неравномерными цементами, несмотря на значительно большее содержание его по сравнению с некоторыми равномерными типами, объясняются наличием микроучастков и отдельных пор без цемента или не полностью зацементированных. Система этих микроучастков и пор, сообщаясь между собой, минуя зацементированные микроучастки и поры, обусловливает хорошие фильтрационные способности песчаников.
Полученные данные показывают, что: а) содержание цемента в песчаниках — коллекторах нефти и газа — может колебаться от долей процента до 45 % в зависимости от типа цемента, б) коллекторами не могут служить только песчаники и алевролиты с базальным, базально-поровым, порово-базальным и с поровым цементом (песчаники и алевролиты — неколлекторы). При всех других рассмотренных здесь типах цемента (см. таблицу) песчаники могут быть коллекторами нефти и газа.
От того, какими минералами слагается цемент, в большей мере зависит величина полной пористости. Так, полная пористость плохих коллекторов (проницаемость
Изложенное позволяет заключить, что изучение типов цемента по признаку взаимоотношения его с зернами дает возможность правильно и достаточно точно оценивать коллекторские показатели песчаных и алевритовых пород, а самое главное оно позволяет объяснить закономерности в изменении этих показателей.
1. Смирнова Н.В. О типах цемента и влиянии цементации на коллекторские свойства песчаных пород. Тр. ВНИИ, вып. IV. Гостоптехиздат, 1954.
2. Швецов М.С. Петрография осадочных пород. Госгеолиздат, 1948.
Институт геологии и разработки горючих ископаемых АН СССР
Источник
Классификации пород-коллекторов
Коллекторы классифицируются по целому ряду признаков, поэтому имеется множество различных их классификаций. Наиболее важными классификационными критериями являются:
— условия аккумуляции и фильтрации флюидов;
— величина открытой или эффективной пористости и величина проницаемости;
— генезис и тип пород.
Породы-коллекторы классифицируются и по другим критериям, или классификационным признакам, например: по масштабам распространения в пределах нефтегазоносных комплексов; толщине и выдержанности литологического состава; содержанию остаточной воды; количеству и составу цемента.
По условиям фильтрации пластовых флюидов коллекторы делятся на простые и сложные (смешанные). К простым коллекторам относятся поровые и чисто трещинные, а к смешанным — трещинно-поровые и порово-трещинные. Чисто трещинные и смешанные (трещинно-поровые и порово-трещинные) коллекторы часто называют просто трещинными, поскольку фильтрация в них обусловлена, главным образом, наличием трещин.
Г.И. Теодорович по характеру проницаемости разделил коллекторы три группы: равномерно-проницаемые, неравномерно-проницаемые и трещиноватые.
По условиям аккумуляции флюидов, которые определяются морфологией пустотного пространства коллекторы также делятся на простые и сложные (смешанные).
В простых коллекторах пустотное пространство представлено следующими видами: порами, кавернами, карстовыми полостями и трещинами.
Поровые коллекторы обычно связаны с терригенными породами – песчаниками и алевролитами и реже — с органогенными карбонатными породами. Особенность этих пород-коллекторов заключается в том, что в них как емкость, так и фильтрация обусловлена структурой межгранулярной пористости — межзерновыми сообщающимися порами, образующими поровые каналы. Диапазон изменения объема порового пространства в этих коллекторах очень большой – от единиц до 40-50 %.
Остальные виды пустотного пространства — каверны, карстовые полости и трещины в основным вязаны с карбонатными коллекторами.
Чисто трещинные коллекторы встречаются редко. Образуются они за счет вторичной трещиноватости в плотных жестких и хрупких породах, минеральная часть которых практически лишена пористости. Такими породами являются массивные пелитоморфные известняки, доломиты, мергели, песчаники, окремнелые аргиллиты, сланцы а также метаморфические, магматические и глинисто-кремнисто-сапропелевые породы. Часть пустот в коллекторах трещинного типа может быть образована межзерновыми порами, однако их суммарный объем составляет не более 5-7 %. К тому же часть этих пор является изолированной. Чисто трещинные коллекторы обладают низким объемом пустотного пространства, обычно не более 2,5-3 %.
Смешанное пустотное пространство характерно для карбонатных пород, где оно представлено сочетанием видов пустот, которые образуют следующие типы пустотного пространства: порово-трещинное, порово-каверновое, карстово-каверновое, порово-каверново-карстовое, порово-стилолитовое. Трещинно-поровые коллекторы преимущественно связаны с карбонатными породами, пустотное пространство которых образовано, главным образом, межзерновыми порами и кавернами.
При характеристике типа коллектора основной вид пустот ставится в названии на последнее место.
По величине эффективной пористости коллекторы делятся на классы, как в зависимости от типа горных пород, так и не зависимо от них. П.П. Авдусин и М.А. Цветкова (1943) разделили терригенные коллекторы на пять классов (табл. 7). Практическое значение имеют коллекторы первых четырех классов.
Таблица 7. Классификация терригенных пород-коллекторов по величине эффективной пористости (П.П. Авдусин и М.А. Цветкова, 1943)
| Класс коллектора | Эффективная пористость, % | Емкость коллектора | |||||||||||||||||
| А | > 20 | Большая | |||||||||||||||||
| Б | 20-15 | Большая | |||||||||||||||||
| С | 15-10 | Средняя | |||||||||||||||||
| D | 10-5 | Средняя | |||||||||||||||||
| Е |  Таблица 8. Классификация коллекторов по величине коэффициента проницаемости (по Г.И. Теодоровичу)
Практическое значение для нефтенакопления и нефтеотдачи имеют коллекторы первых трех классов, а для газов также и четвертый класс. Широко используются классификации по эффективной пористости и проницаемости раздельно для терригенных (песчано-алевритовых) коллекторов (А.А. Ханина, 1969) и карбонатных коллекторов (И.А. Конюхова, 1964). В классификации А.А. Ханина (табл. 9) выделено шесть классов песчано-алевритовых коллекторов по их гранулометрическому составу, величине эффективной пористости и проницаемости. В классификации И.А. Конюхова (табл. 10) выделено три группы карбонатных коллекторов по качественной оценке их емкости, и восемь классов по количественным значениям проницаемости и эффективной пористости. Таблица 9. Оценочная классификация песчано-алевритовых коллекторов нефти и газа с межзерновой пористостью (по А.А. Ханину, 1969) Источник  Обои в гостиной на одну стену — это решение, которое  При ремонте дома или квартиры мы чаще всего решаем |
