ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - часть 9

 

  Главная      Учебники - Разные     ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - 1970 год

 

поиск по сайту            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  7  8  9  10   ..

 

 

ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - часть 9

 

 

пород-коллекторов третичного возраста, развитых по обрамлению Карибского моря и

Мексиканского   залива,   в   Индонезии,   а   также   на   территории   СССР   и   на   Среднем

Востоке.

Рукава   речных   дельт   и   эрозионные   желоба   приливно-отливных   зон   могут

заполняться песком и другим кластическим материалом, в результате чего образуются

разветвляющиеся   песчаные   тела   рукавообразной   формы   в   глинистых   отложениях.

Отдельные   рукава   могут   сливаться   воедино,   образуя   пятнообразные   скопления

песчаного   материала   или   непрерывные   песчаные   горизонты,   занимающие

значительные по размерам территории [21]. Песчаные отложения, связанные в своем

распространении с рукавами речной дельты, показаны  на фиг. 3-5, представляющей

собой карту равных потенциалов продуктивности песчаного пласта Буч (пенсильваний)

месторождения   Хокинс   в   Оклахоме.   Изолинии   карты   отражают   распределение   на

площади   залежи   скважин,   характеризующихся   высокими   начальными   дебитами,   в

связи  с чем  эти изолинии  можно  также  рассматривать  в качестве  приблизительных

контуров   распространения   песчаных   пород,   отличающихся   повышенной

проницаемостью (см. также фиг. 13-5).

В сторону моря прибрежная зона постепенно сменяется зоной глинистых илов,

которой свойственны более устойчивые условия осадконакопления,  -  так называемой

батиальной областью (глубина воды 600-6000  футов, 180-1800  м); последняя в свою

очередь   также   постепенно   переходит   в   пелагическую   зону   известковистых   и

кремнистых   зоогенных   илов   и   красных   глин,   занимающую   глубокие   океанические

впадины, - абиссальную область с глубинами от 6000 до 30 000 футов (1800-9000 м).

Границы   между   описанными   зонами   местами   могут   быть   резкими,   но   чаще   они

нечеткие¹.

Происхождение   крупнозернистых   неотсортированных   кластических   осадков,

чередующихся   с   однородными   тонкозернистыми   отложениями   и   благодаря   этому

образующих   своеобразную   градационную   слоистость,   по-видимому,   обусловлено

развитием подводных оползней или мутьевых потоков (турбидных течений), которые

выносят осадочный материал, накапливающийся первоначально в прибрежно-морской

обстановке,   далеко   в   океан.   Такие   отложения   называют   турбидитами.   Причиной

возникновения   турбидных   течений   могли   служить   обвалы   и   подводные   оползни   в

прибрежной зоне. Захваченный этими течениями грубый материал проносился затем

над отложенными ранее осадками, не нарушая их кровли, и в конце концов осаждался в

обстановке, совершенно отличной и не имеющей ничего общего с той исходной зоной

осадкообразования,   где   он   первоначально   накапливался   и   откуда   началось   его

перемещение   [22].   Подобные   явления   иногда   приобретают   огромный   размах,   в  чем

можно   было   убедиться   на   примере   землетрясения   1929   г.,   происшедшего   в   районе

Большой Ньюфаундлендской банки в Атлантическом океане [23]. Осадочный материал,

сорванный с материкового склона, был перемещен на расстояние свыше 450 миль (720

км) от края материкового шельфа в пределы абиссальной океанической равнины, где во

многих местах были порваны уложенные на дне телеграфные кабели. По подсчетам

Кюнена [24] объем массы переместившегося осадочного материала оценивается в 100

км³,   мощность  -  в   270  м,   ширина  -  в   350  км,   а   дистанция   переноса   от   места

первоначального   отложения   превышает   1000  миль  (1600  км).   Таким   образом,

присутствие в разрезе грубозернистых, плохо отсортированных отложений не всегда

является свидетельством прибрежных условий осадконакопления.

¹Эта   картина   слишком   обобщена.   Результаты   исследования   современных   осадков

показывают, что благодаря воздействию течений крупнозернистые осадки могут накапливаться
на глубинах свыше 4000 м. - Прим. ред.

Большинство кремней состоит из халцедона (кварцевых волокон, разделенных

пленками опала) с некоторой примесью другого материала, например кварцевых зерен.

Типичные чистые кремни обладают массивной плотной структурой, тусклым восковым

блеском и раковистым изломом. Для названия пород, содержащих кремень в смеси с

осадочным материалом иного состава, используются такие термины, как кремнистый

сланец, кремнистый известняк, кремнистый доломит, кремнистый песчаник. Все они

могут быть коллекторами нефти и газа. Некоторые из них обнаруживают постепенные

переходы в новакулит или порцелланит, породы, в которых преобладает кремнезем. В

ряде   мест   коллекторы   сложены   обломочными   кремнями,   образовавшимися   в

результате выветривания кремнистых пород

Фиг.   3-6.   Схема,   показывающая   характер   постепенного   перехода   между

кремнистой   породой   в   первичном   залегании,   выветрелой   кремнистой   породой   и
переотложенным   кремнем.   Каждая   из   этих   пород   или   все   породы   вместе   могут
оказаться  одной  из залегающих  в ней глыб. Вскрытие  при разбуривании  аркозовой

толщи невыветрелого гранита может послужить причиной преждевременной остановки
скважины из-за неправильного предположения о достижении коренных пород

а  -  глинистая порода; б  -  переотложенный кремень; в  -  выветрелая кремнистая

порода; г - кремнистый известняк. 

Фиг. 3-7. Схема, показывающая характер постепенного перехода между свежим

гранитом, выветрелым гранитом и переработанной гранитной россыпью (аркозом).

Вскрытие при разбуривании аркозовой толщи одной из залегающей в ней глыб

невыветрелого   гранита   может   послужить   причиной   преждевременной   остановки
скважины   из-за   неправильного   предположения   о   достижении   коренных   пород
гранитного основания.

а  -  глинистые   породы;  б  -  аркозы   с   глыбами   невыветрелого   гранита;  в  -

выветрелый гранит; г - свежий гранит.

и   оставшимися   на   месте   в   виде   остаточного   материала,   либо   перенесенными   и

переотложенными   в   виде   обломков   кремня   на   некотором   удалении   от

местонахождения   исходных   пород.   Иногда   слои   переотложенных   обломочных

кремней,   особенно   вторично   сцементированных   кремнеземом,   трудно   отличить   от

подстилающих   химически   осажденных   кремнистых   образований   или   от   кремневого

элювия, образовавшихся в результате выветривания окружающих исходных пород и не

претерпевших   транспортировки.   Взаимоотношения   этих   типов   кремнистых

образований   показаны   на   фиг.   3-6.   Обломочный   кремень,   за   которым   закрепилось

название «чет» («chat») образует коллектор в пенсильванском базальном конгломерате

Суй   в   Канзасе   [25];   он   сложен   валунами   и   более   мелкими   обломками   кремня,

заключенными  в красных  глинах. Эта  толща несогласно  залегает  на подстилающем

«известняке» миссисипского возраста, сильно окремненном в своей верхней части и,

вероятно, послужившем исходным материалом для образования обломочных кремней

коллектора.  Верхние   слои  миссиссипской   известняковой  толщи   выветрелы,  разбиты

трещинами,   окремнены   и   сильно   напоминают   материал   обломочной   части

вышележащей породы особенно если сравнивать их шлам из буровых скважин.

Во   многих   песчаных   коллекторах   в   различных   количествах   присутствуют

полевые шпаты. С увеличением содержания последних порода переходит в аркозы, или

«перемытые   граниты».   Как   и   в   случае   с   обломочными   кремневыми   отложениями,

аркозы   иногда   бывают   трудно   отличимы   от   подстилающих   коренных   гранитов,   из

которых они образовались (фиг. 3-7). Свежие граниты можно отличить от выветрелых

разностей по значениям магнитной восприимчивости обломков выбуренной породы.

Магнитная восприимчивость не измененных выветриванием гранитов обычно в сотни и

даже   несколько   тысяч   раз   превышает   восприимчивость   выветрелых   разностей   [26].

Невыветрелые   и   выветрелые   граниты   различаются   также   по   величине   остаточной

намагниченности, которая у первых намного выше, чем у вторых. 

Фиг.   3-8.   Разрез   погребенного   свода   Амарильо   в   районе   Панхандл,   Техас

(Соtner., Сrum, Geology of Natural Gas, Am. Assoc. Petrol. Geol., p. 388, Fig. 2, 1935).

Обломочный материал сносился с узкого горного поднятия длиной в несколько

сот   миль   и   отлагался   в   пенсильванско-раннепермском   морском   бассейне   вдоль
северного склона этого хребта. Гранитное ядро было затем также перекрыто осадками,
после чего на его территории вновь произошло складкообразование, возникли разломы
и началась эрозия. В конечном итоге здесь сформировалась единая непрерывная зона
пористых   пород   протяженностью   в   125   миль,   образовавшая   ловушку,   которая
заключает в себе более 875 млрдм³ природного газа и свыше 160 млнм³ извлекаемой
нефти. Коллекторами являются кора выветривания гранитов, аркозы, пески, известняки
и   доломиты.   Водонефтяной   контакт   имеет   почти   одинаковую   отметку   на   всем
месторождении, для которого к тому же характерно пониженное пластовое давление.
Это одна из многочисленных залежей нефти и газа, связанных с погребенными горами
Уичито и сводом Амарильо. 

1  -  солевая   толща;   2  -  ангидритовая   толща;   3  -  доломитовая   толща;   4  -

выветрелые граниты; 5 - граниты; 6 - толща серых известняков; 7 - кора выветривания
гранитов.

Весьма   показательны   условия   залегания   продуктивных   аркозов   или

«перемытого   гранита»   на   месторождении   Панхандл   в   Техасе.   Нижняя   их   часть  -

«перемытые   граниты»  -  к   подошве   все   более   обогащается   валунами   и   обломками

свежих   гранитов,   пока,   наконец,   местами   не   становится   почти   неотличимой   от

подстилающего ее коренного гранитного массива [27]. Аркозовая коллекторская толща

имеет   пенсильванско-пермский   возраст,   а   породы   гранитного   основания   относятся,

очевидно,   к   докембрию.   Геологический   разрез   района   месторождения   Панхандл

показан на фиг. 3-8.

Аркозовые   коллекторы,   содержащие   свежие   или   слабо   выветрелые   полевые

шпаты,   свидетельствуют   о   том,   что   поблизости   во   время   их   формирования

происходили   горообразование,   дизъюнктивно-блоковые   движения   или   какие-либо

иные   интенсивные   деформации.   Очевидно,   граниты   фундамента   были   в   это   время

выведены на дневную поверхность, а вокруг, выклиниваясь к их вершинам, очевидно,

накапливались   осадки,   содержащие   аркозовый   материал.   Последний,   вероятно,

интенсивно   смывался   с   гранитных   массивов   и   на   близком   расстоянии   от   них

захоронялся, не подвергаясь сильному выветриванию. Еще более важным является то

обстоятельство,   что   развивающийся   диастрофизм   вызывал   возникновение   крупных

угловых   несогласий,   несогласных   перекрытий,   образование   складок   и   сбросов,   т.е.

создавал условия, благоприятствующие формированию ловушек, способных вмещать

крупные   залежи   нефти   и   газа.   Примером   могут   служить   аркозовые   породы

пенсильванского   и   пермского   возраста   южной   и   западной   Оклахомы,   а   также

месторождения   Панхандл   в   Техасе.   Аркозы   здесь   лишены   глинистой   примеси   и

выветрелого обломочного материала, состоят из смеси кварца, полевых шпатов и слюд,

обладающей   проницаемостью   и   поэтому   представляют   собой   особенно   хорошие

коллекторы. Про такие аркозы говорят, что они хорошо «очищены» или «просеяны».

Многие   аркозы,   однако,   настолько   загрязняются   выветрелыми   обломками,   что

становятся почти непроницаемыми.

Глины

Глины имеют большое значение в геологии нефти и газа. Они присутствуют в

различных количествах в большинстве коллекторов, определяют в значительной мере

изменение пористости и проницаемости пород и оказывают сильное влияние на нефте-

и газоотдачу последних. Особое влияние оказывают глины на приемистость скважин

при нагнетании воды в пласт с целью поддержания в нем высокого давления в процессе

вторичной разработки залежи. Сжимаемость и уплотняемость осадков обусловливается

преимущественно вытеснением воды из глинистых минералов; высокая минерализация

вод   нефтяных   месторождений,   вероятно,   в   значительной   степени   объясняется

освобождением   солей,   адсорбированных   глинистыми   минералами;   глины   служат

основным компонентом большинства буровых растворов. В последнее время появилось

много  новых исследований,  посвященных  глинам,  что   должно привлечь  к  ним  еще

большее внимание.  Читатель, интересующийся вопросами о роли глин и глинистых

минералов   в   геологии   нефти   и   газа,   а   также   о   влиянии   их   на   условия   добычи

последних, отсылается к работам, посвященным этим проблемам [28].

Глинистые  минералы¹  входят в состав  почти  всех коллекторских  пород.  Они

могут   присутствовать   в   них   в   виде   отдельных   частиц,   рассеянных   среди   песчаных

зерен, заполнять пустоты между ними, образуя цемент, или слагать тонкие прослойки,

чередующиеся   со   слоями   песчаных   либо   карбонатных   порол.   Поскольку   многие

глинистые   минералы   характеризуются   пластинчатым   габитусом,   достаточно

небольшого   содержания   их   в   осадке,   чтобы   поверхность   песчаных   зерен   оказалась

покрытой   тонкой   глинистой   пленкой.   Поэтому   даже   относительно   незначительные

количества глин в породе могут оказывать необычайно сильное влияние на такие ее

физико-химические свойства, как связанность, адсорбция, поверхностное натяжение на

границах   раздела   фаз   капиллярность   и   смачиваемость.   Одни   глинистые   минералы

являются олеофильнымп. другие - гидрофильными.

На   хемогенные   породы-коллекторы   присутствие   глинистых   минералов

оказывает в общем столь же сильное влияние, что и на обломочные. В карбонатных

породах глины распространены либо в виде налетов по плоскостям наслоения, лпбо в

виде тонких пропластков [29]. И те и другие могут быть сложены коагулированным

коллоидным   глинистым   материалом,   привнесенным   в   бассейн   седиментации,

поскольку глинистое вещество обычно легко коагулирует (т.е. собирается в небольшое

рыхлые   агрегаты   или   хлопья)   при   соприкосновении   с   морской   водой.   Коллоидное

глинистое вещество

¹Основными   глинистыми   минералами   являются   каолинит   [(OH)

8

Al

4

Si

4

O

10

],   иллит

[(OH)

4

K

y

(Al

4

Fe

4

Mg

4

Mg

6

) (Si

8-y

Al

y

20

] (y  = 1-5) и монтмориллонит [(OH)

4

Al

4

Si

8

О

20

] (по Гриму

[28]).

может   заполнять   также   полости   стилолитов,   структур,   широко   развитых   в

карбонатных породах. Все основные известняковые и доломитовые формации палеозоя

в Иллинойсе, например, содержат глинистый материал, причем в большинстве случаев

в   виде   иллита,   но   частично   также   в   виде   каолинита.   Иллит   считается   аутигенным

минералом   (образующимся   на   месте),   поскольку   он   неустойчив   в   условиях

выветривания   и   в   зоне   гипергенеза   легко   переходит   в   другие   минеральные

новообразования. Каолинит, возможно, является обломочным.

Анализы   глин   рентгеновским,   оптическим   и   электронно-микроскопическим

методами   показывают,   что   они   состоят   из   агрегатов   мельчайших   кристаллических

частиц глинистых минералов, которые обычно имеют пластинчатую или чешуйчатую

форму. Самые мелкие частицы состоят из одного кристалла, более крупные могут быть

представлены   группами   сочлененных   кристаллов.   Кристаллы   состоят   из   так

называемых   структурных   узлов   (building   units),   которые   в   свою   очередь   образуют

атомные решетки или слои молекул и являются почти идентичными.

Важное   значение   глин   при   изучении   коллекторов   определяется   двумя

факторами: 1) мельчайшими размерами отдельных кристаллических частиц, многие из

которых не превышают в диаметре 2  мк, а некоторые наиболее активные  -  0,2  мк; 2)

химической   и   физической   активностью   глинистых   минералов,   особенно

представителей   группы   монтмориллонита.   Малый   размер   частиц   обусловливает

соответственно   большую   удельную   поверхность   глин,   чем   объясняется   высокая

поверхностная   активность   глинистого   вещества,   присутствующего   в   коллекторском

пласте. Химическая активность глинистых минералов определяется главным образом

наличием   в   них   слабо   связанных   и   способных   к   обмену   катионов,   или   явлением

ионного   обмена,   т.   е.   замещением   ионов   раствора   ионами   твердой   фазы   при   их

соприкосновении. В результате ионного обмена изменяются свойства как раствора, так

и   твердой   фазы.   Способность   осадочных   пород,   включая   коллекторы,   к   ионному

обмену связана в основном с присутствием в них глинистого материала [31].

Физическая   активность   глинистых   минералов   определяется   особенностями

строения   их   решетки,   а   именно   слоеподобной,   напоминающей   меха   аккордеона   их

молекулярной  структурой.  Такое  строение  решетки  глинистых  минералов допускает

проникновение   воды   в   межслоевое   пространство   молекул,   вследствие   чего

существенно   изменяется   их   объем.   Это   обеспечивает   гидродинамическое   единство

даже   достаточно   мощных   толщ   тонкодисперсных   глинистых   пород   и   позволяет

рассматривать их в качестве полупроницаемых мембран. По существу это значит, что

могут возникать значительные градиенты гидростатического давления, направленные

поперек   слоистости,   в   результате   осмотических   явлений,   которые   вызываются

различиями в минерализации пластовых вод, содержащихся в отложениях, залегающих

ниже и выше глинистой толщи.

Глины,   обладающие   хорошо   развитой   сланцеватостью,   т.е.   способностью

расщепляться   на   пластинки,   называются  глинистыми   сланцами.   Обычно   сланцы   не

считаются   коллекторами,   но   в   некоторых   местах   из   них   добывали   значительные

количества нефти и газа, очевидно содержавшихся в трещинах отдельности и в виде

пленок вдоль плоскостей напластования. Например, залежь Флоренс в Колорадо [32]

обнаружена   в   сланцах   мелового   возраста;   кроме   того,   газовые   залежи   открыты   в

пенсильванских   сланцах   Чероки   на   территории   восточного   Канзаса   [33]   и   в

миссисипско-девонских сланцах Чаттануга в восточном Кентукки [34]. Промышленные

запасы нефти были обнаружены в сланцах, перекрывающих основной продуктивный

песчаный горизонт на месторождениях Солт-Крпк и Тоу-Крик в Вайоминге, в сланцах,

залегающих   на   нефтеносной   формации   Рейнджли   в   Колорадо   (Davis,   устное

сообщение), а также в сланцах и известняках западнее озера Маракайбо в Венесуэле.

Большие количества нефти были добыты на месторождении Санта-Мария, Калифорния

[35],   где   коллекторами   являются   в   основном   кремнистые   сланцы,   а   также   из

песчанистых   кремнистых   сланцев   зоны   Стивенс   на   месторождении   Элк-Хиллс,

Калифорния   [36],   и   из   глинистых   и   песчанистых   сланцев   и   алевритов   на

месторождении Спраберри, Техас [37].

Важную хотя и незначительную часть продуктивных песчаных пород составляет

вулканический   пепел.   Подобно   глинистым   минералам,   вулканический   пепел

уменьшает   проницаемость   породы-коллектора.   Большое   количество   вулканического

пепла содержится в продуктивном песчанике Вудбайн на месторождении Ист-Тексас

[18]: суммарное содержание глинистых частиц и вулканического пепла в продуктивной

толще колеблется от 30% в северной части залежи до 70 % на отдельных участках ее

южной части. Переслаивание песчаников, глинистых пород и вулканического пепла, а

также латеральные изменения их относительного содержания в продуктивной толще

чрезвычайно затрудняют ее корреляцию в разрезах скважин.

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 (см. также стр.

129-131: ).

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.

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  7  8  9  10   ..