книги / Физические свойства коллекторов нефти при высоких давлениях и температурах

ЛИТОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И КОЛЛЕКТОРСКИЕ СВОЙСТВА ГЛУБОКО ПОГРУЖЕННЫХ ПРОДУКТИВНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ СЕВЕРСКОЙ ГРУППЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Е. И. Зубковская, И. М. Горбанец

Рассматривается газоконденсатное месторождение во внутренней зоне Западно-Кубанского прогиба в пределах Северской антиклиналь­ ной зоны на глубине 5 1 0 0 - 5 5 0 0 м. Залежь приурочена к отложе­ ниям кумской свиты верхнего эоцена, образующим Северско-Афип­ скую группу складок [1 ]. Продуктивная (средняя) часть разреза сложена серыми и зеленовато-серыми алевролитами массивной од­ нородной текстуры или тонкоплитчатыми, которые при ударе рас­ калываются на тонкие (3 - 5 мм) плитки. На Западно-Афипском ку­ поле по всему разрезу в алевролитах фиксируются редкие вертикаль­ ные открытые волосяные трещины (диной 4 0 мм и более, шириной около 1 мм). В пределах Северской антиклинали развиты кулисооб­ разные волнистые горизонтальные трещины, объединяющиеся в тре­ щиноватые зоны шириной до 3 0 мм. Среди алевролитов прослоями залегаю^ темносерые плитчатые аргиллиты плотные или тонкотре­ щиноватые по слоистости.

Продуктивные отложения перекрываются верхней глинисто-мерге­ листой пачкой и мергелями белоглинской свиты, кроме того, - мощ­ ной непроницаемой толщей майкопских глин. Подстилаются они' так­ же глинистыми породами, что в совокупности обеспечивает изоля­ цию кумских отложений.

По составу породообразующих компонентов алевролиты относятся к глауконит-кварцевым (кварца - 65%, глауконита 10-20% ) и реже к кварцевым (содержание кварца 70 -85% ) разностям. Зерна кварца часто прижаты, приспособлены или вдавлены одно в другое. В мес­ тах наиболее тесных контактов они регенерированы и потому их форма обычно угловатая. ГЬауконит представлен тремя морфологичес­ кими разновидностями: почковидными агрегатами интенсивно зеле­ ной окраски с однородным строением, удлиненными слюдоподобными хлоритизированными пластинками с повышенным двупреломлением (возможно, это новообразованный глауконит по обломочным зернам биотита); слабо окрашенными изогнутыми пластинами с пониженным двупреломлением, с точечными жилками. Слюдоподобные пластинки глауконита приспособлены к окружающим более .жёстким зернам кварца. В форме примеси (5 -10% ) присутствуют* призматические обломки сдвойникованных плагиоклазов и_микроклина, удлиненные пластически деформированные пластинки гидратированного мускови­ та, обломки кремнистых пород, хлорита, карбонатов. Алевролиты в основном крупнозернистые с примесью (до 10%) зерен псаммито­

вой размерности. Отсортированность обломочного материала хоро­ шая и средняя, окатанность слабая.

Цемент в алевролитах составляет от 7 до 15%, редко достигая 25 -30% . По составу и генезису он сложный, полиминеральный, 5- 10% всей цементирующей части составляет глинистый цемент пле­ ночного и порового типа, возникший одновременно с накоплением обломочного материала в стадию седиментогенеза, и частично прео­ бразованный в дальнейшем в ходе геологической истории развития территории. По данным рентгенографического анализа глинистая

фракция алевролитов и аргиллитов в. интервале глубин от 5 2 2 0 -
5 3 5 0 м состоит существенно (более 60%) из гидрослюды. На циф-.
рактограммах	отчетливо выражены базальные отражения: iO .O À
( 0 0 1 ) ; 4 ,9 8	(0 0 2 );	2 ,5 6 - 5 8 А (0 0 4 ) . Рефлекс 3 .3 1 - 3 4 А (00 3 )
обычно поглощен более		интенсивным отражением кварца. При к д с ъ р -
щении образцов глицерином рефлекс (0 0 1 ) гидрослюды не меняет

своего положения. Количество гидрослюды в глинистой фракции воз­ растает по мере погружения пород.

Вторымкомпонентом глинистой фракции является хлорит (до 20%)

с характерными базальными				отражениями: 1		4 ,2 До (0 0 1 ); 7 ,0 5
(0 0 2 )		; 4 ,7 2 - 7 7	(0 0 3 );	3 ,5 1 - 5 5 (0 0 4 ) ;		2 ,8 4 А (0 0 5 ) . Нечет­
ные	отражения (0 0 1 , 0 0 3 ,			0 0 5 )	имеют слабую интенсивность,		чет­
ные	(0 0 2 , 0 0 4 ) - сильную. При насыщении глицерином рефлексы
(0 0	1 )	и (0 0 2 ) не	меняют	своего	положения. Рефлексы (0 0 2 )		и
(0 0	4 )	совпадают с	базальными рефлексами каолинита соответствен­

но первого и второго порядков, который присутствует в форме при­ меси в тонкодисперсном виде. Количество хлорита увеличивается вниз по разрезу и на глубине свыше 5 3 0 0 м его содержания ссс=

тавляют более 30%.

В алевро-глинистых породах Северской группы в отличие от-Лев- кинского месторождения смешанослойные структуры с различными соотношениями между гидрослюдой (неразбухающими) компонентами4 и монтмориллонитовыми слоями (разбухающими) встречаются толь­ ко в виде примеси (не более 5%).. Так, в ряде образцов наряду с гидрослюдой присутствуют неупорядоченные смешанослойные струк­ туры ряда гвдрослюда-монтмориллонит с небольшим количеством (менее 5%) разбухающих компонентов. В этом случае пик смешанослойного образования 1 0 ,0 5 - 1 0 ,1Â имеет асимметричную форму, он растянут в сторону малых углов, характеризуется диффузностью. Присутствие этих образований заметно и на дифрактограммах обра­ ботанных этиленгликолем образцов.

Ассоциация глинистых минералов в алевро-глинистых породах более чистая, чем в аналогичных отложениях Левкинского Место­ рождения, залегающего несколько выше по разрезу, в интервале глу­ бин от 4 до 4 ,9 км. Это может указывать на трансформацию гли­ нистых минералов в породах, по мере их погружения, в процессе раз* вития катагенетических изменений в сторону гидрослюдисто-хлори- ритовой ассоциации, за счет сокращения роли разбухающих компот нентов.

О том, что смешанослойные	минералы весьма чувствительны к
изменениям окружающей среды,	писал еще Ч.Е. Уивер [2 ]. Им,
в частности, показано, что смешанослойные		глинистые минералы
устойчивы в морских условиях диагенеза, а		в стадию катагенеза

они постепенно преобразуются в чистые глинистые минералы. Экс­ периментальными работами [3 ,4 ] доказаны стадийные преобразова­ ния глинистых Минералов под влиянием повышенных давлений и тем­ ператур в сторону возрастания роли гидрослюды и хлорита. Исходя из этого, можно предположить, что авлевролйты Северской группы прошли более длительный путь катагенетических преобразований, чем аналогичные отложения Левкинского месторождения.

Отметим, что в интервале битумрнасыщения глинистое вещество в большинстве исследованных образцов лейкоксенизировано. Оно имеет коричневато-бурую окраску, высокий рельеф, высокую плот*- ность. Здесь же много акцессорных титансодержащих минералов (кристалликов рутила, циркона). Возможно, что’ титанистые мине­ ралы генетически связаны с замещением пластинчатого биотита хло­ ритом в стадию катагенеза: в шлифах характерен парагенез - хлоритизированный биотит и титанистые минералы.

В алевролитах продуктивных отложений наряду с глинистым раз­ вит карбонатно-глинистый цемент порового типа, представленный смесью тонкодиспёрского глинистого и тонкозернистого карбонат­ ного вещества. В этом случае в ассоциации с описанными глинисты­ ми минералами на дифрактограммах идентифицируются карбонаты

главным образом	в форме кальцита	(3 ,0 3 А),	в	ввде непрерывного
ряда изоморфных смесей - твердых		растворов,	в	которых	ионы каль­
ция замещаются	ионами* магния .или железа (2 ,9 4 0 ,2 ^ 8 1 1				А). При­
сутствуют также	чистые сидерит (2 ,8 0 А)..и доломит (2 ,8 9 а ). В

нефтенасыщенной части разреза сидерита и доломита мало или нет совсем. К западу содержания этих минералов увеличиваются. Это может служить одним из признаков водонасыхцения толщи в запад­ ном направлении.

В глинистой фракции почти всех образцов в форме примеси от­ мечаются полевые шпаты. Установлено прйсутствие низкотемпера­

турного	плагиоклаза, для которого характерны два довольно интен­
сивных	отражения в области 3 ,1 9 - 3 ,2 2 А, умеренной		интенсивнос­
ти отражения с		межплоскостными расстояниями 6 ,4 1	Д,	три сла­
бых отражения		4 ,0 3 - 4 ,0 5 ; 3 ,7 5 - 3 ,7 8 X, еще слабее	-	3 ,6 7 Â. В

нефтенасыщенной частей разреза наряду с плагиоклазом присутству­ ет микроклин (3 ,2 4 А).

В алевролитах продуктивных отложений локально развиты вторич­ ные цементы порового типа, формирование которых охватывает ста­ дии диагенеза и катагенеза. Они состоят из хлоритизированного, реже доломитизированного глауконита и хлорита, замещающего глинистые продукты в цементе, окисленного сидерита и доломита, тонкочешуйча­ того серицита, мелкозернистого пирита и других минералов, Мелкозернистый карбонат и тонкочешуйчатый хлорит соответственно корроди­ руют и замещают обломочные зерна кварца (в основном их регене­

рационные .каемки), полевых	шпатов и других минералов, в том чис­
ле некоторые из аутигенных	- гвдрослюду и глауконит. Местами

перекристаллизованный крупнокристаллический кальцит образует пойкилитовый цемент. Из наблюдаемых вторичных преобразований, пе­ речисленных выше, сравнительно широко в алевролитах развита катагенетическая хлоритизация обломочных зерен. Количество хлори­ та по разрезу непостоянно, изменяется в отдельных прослоях от 1 до 30%, В кварцевых алевролитах его меньше, в глауконит-кварце- вых с глинистым цементом - больше. Следует отметить, что в ана­ логичных отложениях Левкинского месторождения хлорит в глинис­ той фракции почти отсутствует, что также подтверждает большую степень измененности отложений Северской группы. Минеральный парагенез новообразованных минералов, в котором преобладают хлорит, доломит и слюды, характеризует щелочную среду глубин­ ного катагенеза, в которой изменялись продуктивные отложения. Отметим, что в настоящее время для вод кумского горизонта ха­ рактерна предельно низкая сульфатнрсть, что может Свидетельство­ вать об их высокой щелочности.

В алевролитах кумских отложений в прослоях, где мало глинис­ того цемента, развиты структуры уплотнения с характерными вто^ ричными межзерновыми контактами (линейными и конформными).

Широко распространена регенерация кварца (I и II генерации). Эти изменения в структурепород привели к возникновению сливных квар­ цитоподобных участков. При этом наблюдается одновременйое вол­ нистое или полосчатое погасание кварцевых обломочных зерен и их регенерируемой4части. В ряде зерен обнаруживается дофинейское двойникование - одно из проявлений пластической деформации квар­ ца в условиях высоких р -/ параметров, также полосы Бема, явления рекристаллизации. Все эти явления характеризуют по существу глубо­ кие катагенетические преобразования, которые претерпели породы на больших глубинах, а часть изменений, например рекристаллиза­ ция, происходит уже на стадии метагенеза [ 5 ] . Преобразованию кварцевых зерен сопутствуют изменения в пограничных зернах пла­ гиоклазов: появляются изгибы двойниковых швов, свидетельствую­ щие также об их пластической деформации. Деформация плагиокла­ зов сопровождается изменением их оптических свойств, что в даль­ нейшем в условиях щелочной среды может привести к развитию аль­ бит изации [в ].

Этот вопрос сопровождается развитием цеолитовых минералов в виде инкрустаций в поровых промежутках между кварцевыми зер­ нами вблизи деформированных призматических зерен плагиоклазов. Они обнаруживаются в шлифах при больших увеличениях и представ­ ляют мельчайшие пластинчатые и призматические кристаллики с низ­ ким двупреломлением в светлых бело-серых тонах с . голубым под­ светом. В рассматриваемом разрезе они развиты ограниченно.

В нефтенасыщенной части разреза в интервале 5 2			9 0 - 5 2 9 6 и
5 3 2 6 - 5 3 3 2 м чаще	встречается аутигенный	барит -	голубовато*
серый, прозрачный*, с	отчетливой спайностью	в двух	направлениях

по ромбу с низким двулреломлением. Он выполняет мелкие поры, выделяясь в промежуточках между регенерированными плотно сжа­ тыми кварцевыми зернами, корродируя их и замещая» сокращая тем самым ширину регенерационных каемок. Барит в микр.опорах нахо­ дится в ларагенезе с аутигенным сноповидным хлоритом.

Взаимоотношения между новообразованными минералами свиде­ тельствуют о более раннем выделении кварца регенерации и почти одновременной кристаллизации хлорита и барита. В целом для изу­ ченного разреза барит сравнительно редкий минерал. Вероятно, сульфатность вод была низкой и барий почти бесследно рассеивался.

Изучение вторичных преобразований, которые претерпели алев­ ролиты кумской свиты в условиях больших глубин, свидетельствует об их интенсивности и пестроте: с глубиной преобразуются не толь­ ко глинистые минералы, но ’и устойчивые обломочные минералы, в том числе кварц; постепенно растет разнообразие минерального па­ рагенеза за счет образования все новых аутигенных минералов, устойчивых в условиях высоких р -/ параметров.

Длительная геологическая история развития территории измени­ ла не только первоначальный облик пород, но и их емкостно-филь­ трационные свойства. Так, цементация обломочного материала аути­ генным кварцем способствовала, с одной стороны, усложнению строе­ ния порового пространства, с другой - сохранению пористости наглубине свыше 5 км. Выделение аутигенного кварца в количестве от 4 до 7% привело к образованию прочных сливных контактов меж­ ду зернами, способных противостоять воздействию геостатического давления.

Емкостные свойства алевролитов сравнительно высокие, порис­ тость изменяется в пределах 10-18% . Фильтрационные же свойст­

ва	характеризуются низкими значениями проницаемости (от 1 до
1 4	мД). Это обусловлено незначительным размером основных фильт­

рующих каналов, низкой разветвленностью и сообщаемостью их, зна­ чительным отклонением форм лоровых каналов от цилиндрической и уменьшением объема порового пространства, приходящегося на

наиболее узкие участки поровых каналов, обеспечивающих фильтра­ цию через них флюидов.

Открытые микротрещины в шлифах встречаются редко. Они тон­ кие (раскрытость составляет 0 ,0 8 мм с раздувами до 0 ,3 мм), расположены субпараллельно, кулисообразно по отношению друг к другу, длина изменяется в пределах 2 0 - 2 5 мм. Ч&ще фиксируются минеральные (неэффективные) трещинки, выполненные кремнистым веществом типа кварцина, и карбонатные ( обычно .кальцитовые) микростилолитовые, секущие первые.. Трещины, выполненные кальцитом, пропитаны битумом, - вероятно, трещинки спайности этого минера­ ла проницаемы для углеводородов.

В Северской антиклинальной зоне наиболее широко развит поровый тип коллектора, представленный алевролитами, реже мелкозер­ нистыми песчаниками. В то же время в соседней Левкинской зоне, как было показано в работе [ 7 ] , одновозрастные отложения фор­

мируют преимущественно трещино-поровые и трещинные коллекторы. При этом коллекторами являются породы разного литологического состава, в том числе трещиноватые аргиллиты.

Коренные отличия в типе коллектора глубоко погруженных отло­ жений кумской свиты двух соседних месторождений, находящихся в пределах Западно-Кубанского прогиба, можно объяснить, на наш взгляд, двумя основными причинами: различными первичными ге­

нетическими особенностями разреза и различным региональным тек­ тоническим режимом .этих территорий.

Так, на Левкинском месторождении продуктивные отложения пред­ ставлены флишопдными тонкопереслаивающимися алевро-глинистыми породами, относительно устойчивыми к циркулирующим в толще во­ дам; на месторождениях Северской группы - толстоплитчатыми алев­ ролитами с редкими прослоями плотных аргиллитов, т.е. отложе­ ниями, в которых движение вод осуществляется свободно. В пер­ вом случае породы более уязвимы и для воздействия тектонических напряжений, во втором - они ведут себя монолитно, устойчиво по отношению к ним. Добавим к этому, что Левкинская антиклиналь­ ная зона расположена в зоне активной неотектоники, в области дей­ ствия Ахтырской системы взбросо-надвигов. Последняя вызывает’ региональное сжатие и растрескивание пород по всему разрезу кумских отложений с образованием системы открытых микротрещин по напластованию. Микротрещины в хрупких алевро-глинистых породах Левкинского месторождения становятся основной емкостью для уг­ леводородов. Эт-ому способствуют АВПД.

Северская антиклинальная зона, напротив, находится в относи­ тельно спокойных тектонических условиях. Большая мощность проп­ ластов алевролитов в сочетании е их окварцованностью надежно противостоит воздействию геостатического давления в районе Се­ верской группы месторождений, способствуя сохранению на боль­ ших глубинах (более 5 км) гранулярной пористости.

Большую роль, по-видимому, сыграло и разное время прихода флюидов в породы-коллекторы, что определило различный характер нефтенасыщения отложений кумской свиты двух месторождений. Так, сохранить высокую пористость алевролитов на больших глубинах в пределах Северско-Афипской площади, очевидно, помогла рано при­ шедшая в породы нефть. Она обнаруживается в первичных микропорах, в промежутках между кварцевыми зернами. Очевидно, нефть препятствовала их регенерации. Левкинское жё нефтяное месторож­ дение образовалось позже, на стадии позднего катагенеза. Легкая светло-коричневая нефть пришла по тектоническим трещинам и ло­ кализовалась в трещиноватой разуплотненной зоне Левкинской ан­ тиклинали.

На Северско-Афипской площади газонефтенасьпценность разреза продуктивных кумских отложений наиболее детально изучалась по керну скв. 5 Северского участка, которая бурилась на известково­ битумном растворе. Коэффициент насыщения флюидами в среднем составляет 60,1% , не превышая 73% . В шлифах установлено, что

поровое пространство пород верхней части продуктивного горизонта (интервал 5 2 6 3 - 5 3 2 6 м )9 как правило, ничем не заполнено. В пластовых условиях в нем находились газообразные углеводороды.

Лишь ближе к отметке	5 3 2 6 м,	начиная приблизительно с глубины
5 2 9 0 м, на' отдельных	участках	наблюдаются реликты темного,

почти черного битума, запечатанного в форме сгустков в ассоциа­ ции с мелкозернистым пиритом; в виде обрывков пленок вокруг об­ ломочных зерен; по трещинам спайности в обломочных пластинках мусковита. Битум пропитывает также глинистое вещество, образуя темно-бурый пленочно-поровый битумно-глинистый цемент. Иногда он окрашивает пелитоморфные карбонатные выделения в коричневый цвет.

Ниже глубины 5 3 2 6 м темно-бурый или черный битум выполня­ ет почти все поровое пространство. Распределение его в породе неравномерное. На участках развития кварцитоподобных структур, являющихся следствием регенерации II генерации, битум отсутст­ вует, на других занимает до 20% площади шлифа. Иногда он оказывается защемленным между каймой регенерации и зерном кварца.

На Западно-Афипском участке, расположенном гипсометрически выше по отношению к Северскому, аналогичный битум отмечается в порах размером не более 0 ,0 1 мм, крупные поры пустые.

Последовательность: • кристаллизации аутигенных минералов в неф­ теносных породах, а также их морфологические соотношения с би­ тумом позволяют установить: после образования каких аутигенных минералов нефть пришла в коллекторы; существовала ли миграция нефти в стадию диагенеза и к какому времени закончилось форми­ рование залежи. В изученном разрезе установлена следующая пос­ ледовательность аутигенного минералообразования и времени при­ хода флюидов в породы-коллекторы: глаукояит-пирит-сидерит-кварц- мелкозернистый карбонат-нефть-крупнозернистый карбонат-кварц- газоконденсат.

Такая последовательность позволяет предположить длительное формирование залежи, происходившее в два этапа.

Сравнивая интенсивность катагенетических преобразований алев­ ролитов Северской группы месторождений с аналогичными породами южного борта Западно-Кубанского прогиба, можно предположить, что первые поступления жидких углеводородов в/'лороды-коллекто- ры начались на глубине 2 0 0 0 - 2 5 0 0 м. Затем структура испытала быстрое погружение на глубину свыше 4 5 0 0 м. На этой глубине произошло переформирование нефтяной залежи. Жидкие углеводоро­ ды были вытеснены поступавшими газообразными. Б этот этап от­

лагался кварц II генерации, который		и запечатал битум в мелких
порах. Нефть окислилась^Г осталась	в	виде небольшой, лторочки или

останцов.

Таким образом, при рассмотрении вопроса перспективной оценки глубоких горизонтов на нефть и газ важное практическое значение имеет комплексный подход к изучению литолого-генетических осо­

бенностей глубокопогруженных пород, структурных особенностей и минеральных парагенезисов, сформированных на стадиях глубинного катагенеза, региональных тектонических напряжений и времени при­ хода углеводородов в толщу. Эти факторы определяют в конечном итоге тип коллектора и возможность сохранности углеводородов в толще.

Л И Т Е Р А Т У Р А
1 . С и д о р е н к о	С.Ф. Геологическое строение и перспективы нефтегазонос-
ности палеоцен-эоценов ых отложений Западио—Кубанского прогиба: Авто-
реф, канд. дис. М.,		1 9 7 5 .	В	надзаг.: Ин-т геол. и разработки горюч*
ископ. АН СССР.
2. Уи в е р Ч.Е*	Распределение			смешанослойных		глинистых		минералов и их
определение в осадочных породах, - В кн.: Вопросы минералогии глин.
М.: ИЛ, 1 9 6 2 , с.		3 4 2 - 3 6 8 .
3. Ф р а н к - К а м е н е ц к и й В.А.,				К о т о в Н.В.,	Гойло Э.А. и др. Стадийные
преобразования каолинита и монтмориллонита в гидротермальных минера­
лизованных средах при различном анионном составе, -							В кн.: Изучение и ис­
пользование глин,		Тюмень: ЗапСибНИГНИ,			1 9 7 3 ,
4. Б е л о в Н.В.,	З х у с	И.Д.,	К р у т о в а Г.И.,		П а в л о в а		Н.Н. О транформа-
ции глинистых минералов			в присутствии органических соединений. - ДАН
СССР, 1 9 7 4 ,	т. 2 1 5 , N?		6 ,	с. 1 4 5 4 - 1 4 5 7 .
5. С и м а н о в и ч	И.М. Бластическое преобразование кварцевых песчаных по­
род на разных стадиях постседиментационного изменения, - ДАН СССР,
1 9 7 2 , т. 20 3 , № 4, с. 9 1 4 - 9 1 6 .
6. К о п е л и о в и ч	А.В, Эпигенез древних толщ юго-запада Русской платфор­
мы. М.: Наука, 1 9 6 5 , с,			3 1 0 .
7. З у б к о в с к а я	Е.И., Г о р б а н е ц И.М. Типы коллекторов							продуктивной
кумской свиты Левкинского нефтяного месторождения. -								В кн.: Проблемы
геологии нефти, выл. 13 .			№•: ИГиРГИ, 1 9 7 7 ,			с. 9 9 - 1 0 7 .