Содержание к диссертации
Введение
1. Стратиграфия, литология и тектоника, изученность карбонатных пород нижнего и среднего карбона 9
1.1. Стратиграфия и литология 9
1.1.1. Карбонатные породы турнейского яруса 12
1.1.2. Карбонатные породы визейского яруса 16
1.1.3. Карбонатные породы башкирского яруса 17
1.2. Тектоника 19
1.2.1. Тектоническое районирование 19
1.2.2. История тектонического развития 22
1.3. Изученность карбонатных пород и их нефтеносность... 24
2. Условия формирования карбонатных отложений 27
2.1. Седиментогенез карбонатов 27
2.1.1. Структурные компоненты карбонатных пород 27
2.1.2. Условия седиментогенеза карбонатных отложений 30
2.2. Постседиментационные изменения карбонатных отложений 32
2.2.1. Процессы фонового литогенеза (диагенез, катагенез) 33
2.2.2. Вторичные изменения наложенного характера 36
2.2.3. Факторы, определяющие вторичные изменения наложенного характера 38
3. Методика исследования карбонатных пород и их флюидонасыщенности 41
3.1. Методика изучения строения разрезов нефтяных залежей и их флюидонасыщенности 41
3.2. Принятые в работе методы исследования карбонатных пород и их флюидонасыщенности 44
4 Морфолого-генетическая классификация структур пустотного пространства известняков и состав вмещаемых ими флюидов 50
4.1. Морфолого-генетическая классификация структур пустотного пространства известняков и их распространенность 50
4.1.1. Морфолого-генетическая классификация структур пустотного пространства известняков 51
4.1.2. Распространенность типов структур пустотного пространства в отложениях турнейского и башкирского ярусов 60
4.2. Структура пустотного пространства известняков и состав флюидов 63
4.2.1. Зависимость «коллекторские свойства матрицы - состав нефти» в нефтяных залежах 66
4.2.2. Зависимость «глубина - состав нефти в матрице пород-коллекторов» в нефтяных залежах 73
4.2.3. Связь типов структур пустотного пространства и состава углеводородов в нефтяных залежах и зонах водонефтяных контактов 75
4.3. Факторы, контролирующие неоднородность разрезов карбонатных пород по структуре пустотного пространства и флюидонасыщенности 79
5 Вторичные доломиты, структура их пустотного пространства, типоморфные признаки и закономерности формирования 87
5.1. Общие представления о вторичных доломитах 87
5.2. Кристаллохимические особенности седиментационно-диагенетических и вторичных доломитов наложенной природы 89
5.3. Кристаллохимические особенности плотных и пористых вторичных доломитов наложенной природы.. 95
5.4. Особенности формирования плотных и пористых вторичных доломитов наложенной природы 106
Заключение 112
Литератураq
- Карбонатные породы визейского яруса
- Условия седиментогенеза карбонатных отложений
- Распространенность типов структур пустотного пространства в отложениях турнейского и башкирского ярусов
- Кристаллохимические особенности седиментационно-диагенетических и вторичных доломитов наложенной природы
Введение к работе
Актуальность работы. Во многих работах (Смехов, Дорофеева, 1987; Кузнецов, 1992; Багринцева, 1999; Lucia, 1999; Einsele, 2000; Атлас структурных …, 2005; Карбонатные породы …, 2005 и др.) достаточно подробно приведена типизация структур пустотного пространства карбонатных пород. В них выделяют поры, каверны, трещины. Однако в подавляющем большинстве работ указываются лишь морфологические признаки различных пустот и не всегда убедительно доказывается их природа (генезис), факторы формирования, а также пространственная распространенность. Тогда как понимание природы тех или иных типов пустот, развитых в известняках и вторичных доломитах, позволит прогнозировать их развитие в определенных участках разрезов.
Хорошо известно, что карбонатные породы-коллекторы могут вмещать различные по физико-химическим свойствам нефти и даже битумы (Нефтегазоносность РТ, 2007). Однако проведенный анализ литературы не позволяет строго выявить причины присутствия в пределах залежей различных по составу нефтей (за исключением зон водонефтяных контактов), а также показать их связь с различными морфолого-генетическими типами структур пустотного пространства карбонатных пород.
Следует также сказать, что в литературе, посвященной изучению карбонатных пород, достаточно хорошо освещены представления о седимента-ционно-диагенетических доломитах и вторичных доломитах, сформированных за счет наложенных процессов. Однако на должном уровне не рассмотрен их типоморфизм, что позволило бы раскрыть природу плотных и пористых разностей этих пород. Последнее, на наш взгляд, возможно сделать, используя современные методы изучения их кристаллохимических особенностей.
Цель работы. На основании морфолого-генетической типизации структур пустотного пространства карбонатных пород (известняков и доломитов) выявить их пространственную приуроченность, факторы формирования и связи с составом вмещаемых флюидов.
Основные задачи исследования:
-
Изучение структур пустотного пространства карбонатных пород для проведения их морфолого-генетической типизации.
-
Определение пространственного распределения выявленных типов структур пустотного пространства в нефтяных залежах пластового и массивного типов.
-
Выявление связи типов структур пустотного пространства карбонатных пород и насыщающих их флюидов.
-
Установление факторов формирования различных типов структур пустотного пространства карбонатных пород с учетом состава вмещаемых флюидов.
-
Определение типоморфных признаков вторичных доломитов, имеющих конформную и неконформную структуры, для выявления причин их формирования.
Научная новизна:
-
Проведена морфолого-генетическая типизация структур пустотного пространства карбонатных пород изучаемого региона.
-
Показана связь типов структур пустотного пространства с составом вмещаемых флюидов для нефтяных залежей пластового и массивного типов.
-
Установлены факторы, контролирующие формирование выявленных типов структур пустотного пространства карбонатных пород. Ими служат определенные стадии геодинамического и геофлюидного развития региона.
-
Определены типоморфные признаки седиментационно-диагенетических и вторичных доломитов, образованных благодаря наложенным процессам. На их основе выявлены механизмы формирования плотных и пористых вторичных доломитов.
Практическая значимость:
-
Предложенная морфолого-генетическая типизация структур пустотного пространства карбонатных пород позволяет с учетом данных геофизического исследования скважин делать прогноз их распространенности по вскрытой бурением части разрезов.
-
Полученные данные по вертикальной распространенности типов структур пустотного пространства карбонатных пород и состава нефти в них позволяют разработать более оптимальные схемы разработки нефтяных залежей.
Защищаемые положения.
1. На основании изучения кернового материала карбонатных пород региона предложена морфолого-генетическая типизация структур их пустотного пространства. Выделены следующие типы: каверны селективного растворения (выщелачивания), каверны неселективного растворения, трещинки растворения, трещины тектонической разгрузки (растяжения). Определены их диагностические признаки, показана распространенность в разре-
зах нефтяных залежей пластового и массивного типов и выявлены факторы их формирования – геодинамический и геофлюидный.
-
В выделенных типах структур пустотного пространства обнаруживаются различные соотношения во флюиде нефти и воды, а также различный состав нефти. В ряду «каверны селективного растворения (выщелачивания) – каверны неселективного растворения – трещинки растворения – трещины тектонической разгрузки» доля тяжелых фракций углеводородов увеличивается, а легких, соответственно, уменьшается, увеличивается также соотношение вода/нефть. Причиной этому также является геодинамическая и геофлюидная эволюция бассейна породообразования.
-
Выявлен типоморфизм вторичных доломитов наложенной природы, позволяющий отличать их от седиментационных (седиментационно-диагенетических). Плотные и пористые разности вторичных доломитов также имеют определенные морфологические и кристаллохимические признаки, позволяющие установить условия их образования. Формирование плотных и пористых вторичных доломитов обусловлено соотношением привно-са-выноса компонентов при преобразовании известняков.
Объектами исследования являлись карбонатные отложения тур-нейского, визейского и башкирского ярусов восточного борта Мелекесской впадины и западного склона Южно-Татарского свода, относящиеся к структурам первого порядка Волго-Уральской антеклизы. Изучены карбонатные породы семи месторождений нефти (Аделяковское, Аканское, Демкинское, Зюзеевское, Онбийское, Летнее, Тавельское). Керновый материал характеризовал 10 залежей, карбонатные породы которых отличались по коллектор-ским свойствам пород и составу вмещаемых флюидов. При выполнении работы использованы также данные ГИС, данные по физико-химическим свойствам флюидов, структурные карты. Каменный материал для исследования предоставлен ЗАО «ТАТЕХ», ОАО «НИИНефтепромхим», ЗАО «Предприятие Кара Алтын» и др.
Фактический материал и методы исследования. Работа базируется на изучении керна малых нефтяных месторождений Южно-Татарского свода и восточного борта Мелекесской впадины.
Изучен керновый материал более 20 скважин. Аналитическими методами исследовано более 400 образцов, проведен анализ более 400 шлифов, выполнено более 300 рентгенографических определений минерального состава образцов, более 300 определений петрофизических свойств образцов, более 100 определений состава вмещаемых нефтей методом термического
анализа, проведено исследование 23 образцов методом электронной микроскопии, более 50 образцов – методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), более 50 образцов остаточных нефтей – методом газожидкостной хроматографии, 10 образцов – методом рентгенофлуоресцентного анализа, 7 образцов – методом рентгеновской томографии.
Общая методика работы. В основу исследований положены работы, выполняемые в литологической лаборатории кафедры минералогии и литологии КФУ при непосредственном участии автора.
При изучении кернового материала, получении экспериментальных данных, обсуждении результатов автор стремился следовать историко-геологическому подходу, рассматривающему карбонатные толщи и вмещаемые флюиды как развивающиеся во времени и пространстве объекты. Последовательность же проведения исследований обосновывалась системным подходом, предусматривающим сначала получение общей характеристики, а затем более углубленное изучение объектов целесообразным комплексом современных методов исследования. Для анализа данных использовалась литогенетическая методика исследования осадочных образований, позволившая наджно отличать фоновый и наложенный типы литогенеза, а также положения о стадийности геодинамического и геофлюидного режимов развития осадочных бассейнов.
Достоверность результатов работы определяется большими объемами изученного кернового материала и выполненных аналитических работ. Также детальным описанием образцов керна и шлифов с тщательным анализом седиментационных и постседиментационных структурно-текстурных особенностей пород и их минерального состава. Использованием современных методов исследования вещества, воспроизводимостью полученных результатов, привлечением к интерпретации полученных данных современных представлений о закономерностях формирования карбонатных отложений и их вторичных изменений. Использованием штатного программного обеспечения в обработке результатов анализов.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на ежегодных итоговых конференциях КФУ (2012-2014), XI международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2013), Всероссийском литологическом совещании «Ленинградская школа литологии» (Санкт-Петербург, 2012), VII Всероссийском литологическом совещании (Новосибирск, 2013) и других семинарах, совещаниях и конференциях университетского, российского и международного уровней.
Результаты работы изложены в 4-х научно-технических отчетах.
Публикации. По результатам исследований имеется 17 публикации, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК для защиты диссертаций.
Личное участие автора. Автором самостоятельно исследовался кер-новый материал, выполнялись оптико-микроскопические, рентгенографические, термические анализы, проводилось обобщение полученных данных.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Материал изложен на 135 страницах, включает 26 рисунков и 9 таблиц. Список литературы, охватывая зарубежные публикации, содержит 221 наименование.
Благодарности. Автор благодарен научному руководителю, заведу
ющему кафедрой минералогии и литологии КФУ д.г.-м.н., профессору
В.П.Морозову, сотрудникам литологической лаборатории: Э.А.Королеву,
А.Н.Кольчугину, Г.А.Кринари, Г.М.Ескиной. Выражает признательность
А.И.Бахтину, А.А.Галееву, Н.М.Низамутдинову, Р.Х.Мусину,
И.Н.Плотниковой, Н.М.Хасановой, Т.Н.Юсуповой, многим сотрудникам ИГиНГТ КФУ за ценные консультации и советы. Благодарен руководству и сотрудникам ЗАО «ТАТЕХ», ОАО «НИИ Нефтепромхим», ЗАО «Предприятие Кара Алтын» за предоставленный фактический материал.
Карбонатные породы визейского яруса
Мощность сводового типа разрезов турнейского яруса достигает 60 м. В дальнейшем описание карбонатных пород приводится в соответствии со структурно-генетической классификацией известняков (см. таблицу 2.1), изложенной в атласах карбонатных пород РТ (Морозов, Козина, 2007; Морозов, Королев, 2008). Причем в настоящем разделе дается описание лишь известняков, которые не затронуты вторичными изменениями наложенного характера.
Нижнетурнейский подъярус. Карбонаты малевского и упинского горизонтов представлены серыми светлосерыми известняками биокластово-зоогенными первого типа, которые обладают однородной текстурой. Очень редко в виде слоев и, возможно, линз в них развиты пелито-морфные известняки. Мощность отложений меняется от 0 (в эрозионных врезах) до 35 и более метров. На практике горизонты не разделяются.
Верхнетурнейский подъярус. Черепетский горизонт. представлен преимущественно биокластово-фитогенными известняками, которые характеризуются различным содержанием детри-тового материала водорослевой природы (обломки сифоновых водорослей). В составе отложений присутствуют редкие и маломощные слои и линзы биокластово-фитозоогенных и биокластово-зоогенных известняков первого типа. Мощность горизонта может достигать величин более 30 м, в эрозионных врезах наблюдается их частичный или полный размыв.
Кизеловский горизонт. Сложен серыми до светло-серых биокластово-зоогенными первого типа, биокластово-фитозоогенными и биокластово-фитогенными известняками, аналогичными известнякам черепетского горизонта. Однако в отличие от черепетского горизонта среди известняков кизеловского горизонта доля биокластово-зоогенных известняков первого типа и биокластово-фитозоо о о. Сводный литологический разрез турнейского яруса сводового типа (Морозов, Козина, 2007). генных существенно больше. Мощность горизонта может достигать 20 м, в эрозионных врезах также наблюдается их частичный или полный размыв.
Таким образом, разрез турнейского яруса в основном сложен тремя типами известняков - биокластово-зоогенными первого типа, биокластово-фитогенными и промежуточными между ними - биокластово-фитозоогенными. Границы между выделенными известняками не резкие, т.к. между ними наблюдаются переходные разности.
В малевском и упинском горизонтах преобладают биокластово-зоогенные известняки первого типа, а встречающиеся среди них пелитоморфные известняки имеют подчиненное значение. Черепетскии и кизеловскии горизонты сложены всеми тремя типами известняков, пелитоморфные известняки не обнаруживаются. В черепетском горизонте преобладающими являются биокластово-фитогенные, а в кизеловском - биокластово-зоогенные первого типа и биокластово-фитозоогенные.
Карбонатные отложения визейского яруса подразделяются на следующие горизонты (снизу вверх) - тульский, алексинский, Михайловский и веневский (Геология Татарстана ..., 2003). Мощность визейского яруса изменчива и меняется от 100 до 300 и более метров. Из них лишь тульский горизонт иногда обладает промышленно значимой нефтеносностью, поэтому он и является объектом настоящих исследований.
Тульский горизонт на территории изучаемого региона представлен терригенно-карбонатными отложениями - преимущественно аргиллитами и известняками, реже алевролитами и песчаниками. Осадочные породы характеризуются выдержанным по ла-терали распространением.
Разрез отложений тульского горизонта начинаются маломощным слоем аргиллитов темно-серых до черных. Среди них залегают слабо сцементированные мелкозернистые песчаники. Нефтенасыщенность пород очень слабая, встречается редко, имеет пят-нисто-линзовидное распределение, приурочена преимущественно к слабо глинистым песчаникам.
Вышезалегающие известняки в разрезе тульского горизонта представлены следующими структурно-генетическими типами: биокластово-фитогенный, биокластово-фитозоогенный, биокластово-зоогенный первого типа. Рассмотренные типы карбонат 17 ных пород тульского горизонта аналогичны известнякам черепетского и кизеловского горизонтов турнейского яруса по составу слагающих их компонентов.
Среди карбонатных пород тульского горизонта также встречаются доломиты, которые являются вторичными образованиями, сформированными за счет метасоматиче-ского изменения первичных известняков, что отчетливо подтверждается наличием в доломитах реликтов известняков. Текстура доломитов однородная массивная, реже пятнистая. Среди них встречаются плотные и пористые образования (Морозов, Королев и др., 2008), часто являющиеся объектом нефтедобычи.
По комплексу остатков фауны в наиболее полных разрезах выделяются: нижнебашкирский подъярус, который представлен северо-кельтменским и прикамским горизонтами, и верхнебашкирский подъярус, представленный черемшанским и мелекесским горизонтами. На территории изучаемого региона отложения башкирского яруса распространены повсеместно. Мощность башкирских отложений изменяется от 5 до 60 м.
В отличие от разрезов турнейского яруса карбонатные разрезы башкирского яруса более сложны.
В отложениях башкирского яруса выделяются три типа разрезов (рисунок 1.5а, б, в), характерные для изучаемой территории: полный - преимущественное развитие био-кластово-зоогенных известняков первого типа и пелитоморфных известняков, сокращённый - преобладают литокластовые и биокластово-зоогенные известняки второго типа, смешанного типа - сложенные биокластово-зоогенные известняками первого и второго типов, литокластовыми, пелитоморфными и строматолитовыми известняками (Кольчугин, Морозов, 2011).
Строматолитовые и оолитовые типы известняков, в разрезах встречаются весьма редко и, соответственно, пользуются довольно небольшим распространением, образуя маломощные слои.
Изучение разрезов башкирского яруса показало, что они весьма существенно отличаются друг от друга. Это обусловлено наличием в них тех или иных структурно-генетических типов известняков, а также последовательностью их напластования и мощностям. В отличие от отложений турнейского яруса изменчивость отложений баш Литология
Условия седиментогенеза карбонатных отложений
В настоящее время достаточно хорошо известно, что структура пустотного пространства карбонатных пород весьма существенно определяется наложенными вторичными изменениями на фоновый литогенез (Гмид, Леви, 1972; Багринцева, 1977; Постсе-диментапионные изменения ..., 1980; Смехов, 1981; Сахибгареев, 1989; Киркинская, Кузнецов, 1992; Карнюшина, 2000; Шиманский, 2002; Карбонатные породы ..., 2005; Петрова, 2005), которые могут, как повысить проницаемость и пористость пород, так и, наоборот, понизить их.
Вторичные изменения карбонатных пород обсуждаются во многих работах (Карбонатные породы ..., 1971; Диагенез и катагенез ..., 1971; Гмид, Леви, 1972; Максимова, Полонская и др., 1975; Бурлин, 1976; Постседиментационные изменения ..., 1980; Киркинская, Смехов, 1981; Карбонаты ..., 1987; Смехов, Дорофеева, 1987; Moore, 1989, 2001; Diagenesis, 1992; Кузнецов, 1992; Lucia, 1999; Карнюшина, 2001; Страхов, 2005; Атлас структурных ..., 2005; Карбонатные породы-коллекторы ..., 2005 и др.). Наиболее значимыми в рамках настоящей работы из них являются те, которые приводят к увеличению пустотного пространства пород. К их числу относят формирование каверн и тре-щинообразование, а также доломитизация.
Изучение вторичных наложенных изменений карбонатных пород турнейского и башкирского ярусов изучаемого региона Кольчугиным А.Н. (2011) показало, что определенные типы вторичных преобразований различны и характерны для нефтяных залежей, нефтяных залежей частично разрушенных, либо зон водонефтяных контактов, с другой, - многие из них могут реализоваться лишь в определенных структурно-генетических типах известняков. Кроме того, даже в одних типах известняков, интенсивность вторичных преобразований может быть различна. Например, в породах 37 коллекторах нефтяных залежей и породах зон водонефтяных контактов, представленных биокластово-зоогенными известняками первого типа, интенсивность изменений, как по качественным, так и по количественным характеристикам существенно различна. Предшествующие исследования также показывают, что помимо вертикальной литоло-гической или петрофизической неоднородностей в разрезах нередко наблюдается и латеральная неоднородность, обусловленная, прежде всего, различной интенсивностью вторичных изменений даже в пределах одной залежи. Например, от свода антиклинальной структуры к ее периферии.
В работах, где рассматриваются вторичные изменения карбонатных пород, весьма слабо изучены вопросы, связанные с местом их локализации и пространственного положения в разрезах, а также последовательность их реализации. Исключение составляет лишь один из самых известных вторичных процессов - процесс выщелачивания, локализующийся в известняках, несогласно перекрытых глинистыми породами-флюидоупорами (Максимов, 1964; Алишаев, Хайретдинов, 1965; Войтович, 1975; Минский, 1979; Киркинская, Смехов, 1981; Карнюшина, 2001 и др.).
Лишь немногие авторы связывают вторичные изменения карбонатных пород с местом их локализации в разрезах (Шаронова, 1974; Алексеева, Каледа, 1974; Максимова, Полонская и др., 1975; Полонская, 1975; Постседиментационные изменения ..., 1980; Каледа, 1985; Лукин, 1997; Петрова, 2005).
Важной особенностью вторичных изменений является то, что они часто не являются изохимическими. При их реализации происходят весьма существенные изменения структурно-текстурных особенностей пород, их минерального состава, а также структуры пустотного пространства. Существенные изменения могут реализоваться не только по латерали. В случае существенного превышения гидростатического давления над ли-тостатическим миграция вызывающих изменения флюидов может реализоваться не только по латерали, но и вкрест простирания осадочных толщ в направлении снизу вверх (Файф, Прайс и др., 1981). При этом формируются участки вторично измененных пород.
Результаты термометрических исследований свидетельствуют также о достаточно высокой роли эндогенного разогрева пород (Христофорова и др., 2000, 2004; Соколов, 2001; Бурлин, Свистунов, 2003), что служит причиной мобилизации органического и неорганического вещества из нижерасположенных осадочных толщ в вышерасположен 38 ные, не исключено, что и из кристаллического фундамента (Плотникова, 2004). Поэтому тепловой фактор можно считать одним из факторов вторичного изменения пород. Последнее, например, весьма хорошо объясняет положение наиболее крупных нефтяных месторождений локализованных в пределах центральной части Южно-Татарского свода по сравнению с сопредельными территориями (Соколов, 2001).
Факторы, определяющие вторичные изменения наложенного характера К числу факторов, определяющих такие важные свойства карбонатных пород, как структура пустотного пространства и флюидонасыщенность, можно отнести литолого-стратиграфический, геоструктурный, геодинамический и геофлюидный.
Литолого-стратиграфический фактор контролирует положение в разрезе тех или иных пород - коллекторов, плотных пород, пород-флюидоупоров, определяющих лито-логическое строение разрезов и их неоднородность по петрофизическим характеристикам.
Породы-флюидоупоры, играющие роль покрышек для залежей нефти региона, изучались многими (Геология нефтяных ..., 1970; Алиев, Яриков и др., 1975; Нефтега-зоносность Республики ..., 2007; Тектоническое и нефтегеологическое ..., 2006; Хиса-мов, Губайдуллин и др., 2010). Для нефтяных залежей, локализованных в карбонатных отложениях тульского горизонта визейского яруса ими служат присутствующие в разрезе глинистые породы, для нефтяных залежей турнейского яруса - терригенные глинистые породы бобриковского и тульского горизонтов вышерасположенного визейского яруса, для нефтяных залежей башкирского яруса ими являются глинистые породы и мергели верейского горизонта московского яруса.
Плотными породами, которые разделяют породы-коллекторы нефтяных залежей и породы зон водонефтяных контактов, а также определяющие неоднородное сложение нефтяных залежей в карбонатных породах, являются те отложения, в которых не обнаруживаются вышерассмотренные вторичные изменения. Ими в разрезах можно считать все структурно-генетические типы известняков. Исключение составляют биокластово-зоогенные известняки первого типа.
Распространенность типов структур пустотного пространства в отложениях турнейского и башкирского ярусов
В ходе изучения керна карбонатных пород в изучаемых отложениях пластовых и массивных литологически неоднородных нефтяных залежах была замечена определённая пространственная приуроченность выделенных типов структур пустотного пространства.
Типичным примером, показывающим пространственную приуроченность типов структур пустотного пространства пластовых нефтяных залежей, являются изученные разрезы скважин 1166, 1181, 1182, 1267, 2262, 4606, 4647 Демкинского месторождения, скважин 11361, 11521, 11614, 11749, 11845 Онбийского месторождения и скважины 6750 Алексеевского месторождения. Данные по их изучению сведены в таблице 4.2.
Данные таблицы показывают об определенном пространственном распределении выявленных типов пустотного пространства по разрезу: - селективная кавернозность распределена практически повсеместно; однако, если в нефтяной и водобитумной частях залежей она распространена весьма широко и практически повсеместно, то в плотных породах встречается спорадически, чем и обусловлена их пятнистая нефтенасыщенность; - неселективная кавернозность присутствует лишь в водобитумной зоне, которая, по данным ГИС, называется зоной водонефтяного контакта: - трещинки растворения в керне изученных скважин не наблюдались; однако в аналогичных скважинах турнейского яруса они иногда обнаруживаются, хотя и весьма редко, поэтому строго говорить об их пространственной приуроченности не представляется возможным; - трещины тектонической разгрузки наблюдаются во всех участках разреза; однако не во всех скважинах, вскрывших отложения турнейского яруса, они обнаруживаются.
Пространственную приуроченность структур пустотного пространства для массивных литологически неоднородных нефтяных залежей можно рассмотреть на примерах карбонатных отложений башкирского яруса. Типичными примерами могут служить изученные разрезы скважин 1985, 5035, 5052 Аканского месторождения (таблица 4.3).
Сводная схема зональности разреза турнейского яруса по типам пустотного пространства Литологичес-кий состав оокво Зональность попетрофизиче-ским свойствам Типы структур пустотного пространства Стратиграфия Кавернозно сть Трещины селективная не селективная растворения тектонической разгрузки Бобриковско-тульский горизонтвизейского яруса Ар, Ал, Пгл IT)А Породы-покрышки ооК & Кизеловский горизонт ИБЗ-І» ИБФ, ИБФЗ 5- Нефтяная Присутствует70/30 Не обнаружена Присутствуют весьма редко30/70 Черепетский горизонт ИБФ ИБФЗ ИБЗ-1 00 Плотные породы. Нефте-насыщенность преимущественно пятнистая Присутствуетот 65 / 35(вверху)до 55 / 45(внизу) Не обнаружена Присутствуют весьма редко30/70
Малевско-упинскийнерасчле-ненныйгоризонт ИБЗ-І Л Водобитумная Присутствует50/50 Присутствует45/55 Не обнаружена Присутствуют весьма редко30/70
Примечание: Ар - аргиллит, Ал - алевролит, Пгл - песчаник глинистый, ИБЗ-І - известняк биокластово-зоогенный первого типа, ИБФ - известняк биокластово-фитогенный, ИБФЗ - известняк биокластово-фитозоогенный. Цифрами показано соотношение легких и тяжелых углеводородов (%) по данным термического анализа.
Согласно многим литературным данным (Овчаренко, 1981; Дюнин, 2003; Мусли-мов, 2005 и др.), нефтяные залежи представляют собой гетерогенные системы, где в широких пределах варьирует состав нефтяных флюидов.
Все горные породы, включая и рассматриваемые в настоящей работе, в той или иной мере анизотропны по своим свойствам. В природе не встречаются породы, не заполненные флюидами. Обьшно пустотное пространство горных пород нефтегазоносных регионов содержит в различных количествах воду, газ и нефть, которые неравномерно распределены.
Известно, что нефтяные залежи, сформированные в карбонатных породах-коллекторах, представляют собой сложные породно-флюидные системы. Это обусловлено как неоднородными петрофизическими свойствами нефтевмещающих пород, так и различными физико-химическими свойствами самих флюидов. При изучении кернового материала было обращено внимание на различную окраску нефтесодержащих карбонатных пород, которые имели коричневую окраску различных оттенков: от светлых до темных почти черных (рисунок 4.5). С одной стороны, это обусловлено содержанием в породах нефти, т.к. породы, обладающие большей пористостью, содержат большее количество нефти, что и определяет интенсивность их окраски. Однако, с другой, стороны, было выявлено, что интенсивность коричневой окраски нефтесодержащих пород не всегда определяется их пористостью и содержанием в них нефти. Поэтому было высказано предположение, что величина пористости и количественное содержание в породах нефти не всегда определяют их окраску, т.к. за окраску нефтесодержащих пород отвечает также состав нефти: более тяжелые углеводороды, например битумы, обладают почти черной окраской, а более легкие по окраске светло-коричневые.
Высказанное в конце предыдущего абзаца предположение нуждается в экспериментальном подтверждении. Поэтому нефтесодержащие образцы, различающиеся по интенсивности коричневой окраски, были изучены оптико-микроскопическим методом, определены их коллекторские свойства (пористость, проницаемость, нефтенасыщен-ность), а также с помощью термического анализа устанавливался состав вмещаемых породами углеводородов (Морозов, Ескин и др., 2013). Исследованию были подвергнуты образцы не только нефтяных зон и зон водонефтяных контактов, но также и образцы, отличающиеся друг от друга по структуре пустотного пространства. Для интерпретации экспериментально полученных данных использовались также данные ГИС.
Для изучения различных зависимостей, речь о которых пойдет ниже, в качестве объектов исследования использовались карбонатные отложения башкирского и тур-нейского ярусов. Фактическим материалом являлся керновый материал Алексеевского (скважина 6750), Аканского (скважины 1985, 5035, 5052) Демкинского (скважины 1166, 1181, 1182, 1267, 2262, 4606, 4647) и Онбийского (скважины 11361, 11521, 11614, 11749, 11845) месторождений.
Кристаллохимические особенности седиментационно-диагенетических и вторичных доломитов наложенной природы
Процесс формирования вторичных доломитов по известнякам следует считать метасоматическим и он может быть описан следующей реакцией: 2СаС03 + Mg2+ = CaMg(C03)2 + Са2+ (5.1) Такая доломитизация, согласно работам Эли де Бомона (1937), может приводить к увеличению пористости карбонатных пород на 13% при условии, что реакция идет по принципу «молекула за молекулу». Однако это выполняется не всегда.
Рядом исследователей (Трещинные коллекторы ..., 1965; Гмид, Леви, 1972; Максимова, 1975; Постседиментационные изменения ..., 1980; Кузнецов, 1992, 2003 и др.), благодаря детальным оптико-микроскопическим исследованиям была предпринята попытка оценить влияние доломитизации на пористость карбонатных пород. Ими показано, что процесс доломитизации известняков сложен и обусловлен сочетанием ряда факторов: - количественным содержанием доломита в первичном известняке; - характером распределения доломитовых зерен в карбонатной массе; - размерами и морфологией зерен доломита; - относительным временем доломитизации - диагенез, катагенез, вторичные из менения наложенного характера.
Названными работами показано, что количественное содержание вторичного доломита в известняке в целом не влияет на вторичную пористость. Известняки, в которых доломитизация прошла не полностью, относятся к плотным образованиям. Лишь в случае полной доломитизации известняков могут формироваться пористые породы, хотя нередко они могут быть и плотными. Следовательно, количественное содержание доломита в известняке не обусловливает образование плотных или пористых пород.
Наблюдения показывают, что доломитизация, охватывающая большие объемы пород, т.е. не прожилковая, всегда начинается с формирования одиночных зерен, которые рассеяны («плавают») в известняке, что не увеличивает пористость пород.
Не обнаруживается связи между пористостью доломитизированных известняков, с одной стороны, размерами и морфологией (степенью идиоморфности) доломитовых зерен, с другой. Сказанное справедливо лишь для случая, когда процесс доломитизации известняков не завершен.
Относительное время доломитизации известняков или их осадков может быть различным. Этот процесс может реализоваться при диагенезе, катагенезе или, благодаря вторичным изменениям наложенного характера. В случае реализации диагенетической доломитизации происходит формирование микритовых пород, не обладающих значимыми величинами пористости и проницаемости. При этом источником магния служат придонные воды. В отличие от этого доломитизация, связанная с катагенезом или вторичными изменениями наложенного характера, может приводить к формированию яс-нозернистых пород, а источником магния считаются глинистые толщи или, что менее доказательно, более глубинные флюиды, в том числе мантийного происхождения.
Также анализ литературы не позволил выявить связи пористости вторичных доломитов с количественным содержанием доломита в известняке, размерами зерен вторичного доломита и временем доломитизации.
Однако усилиями многих исследователей, изучавших вторичные доломиты, удалось показать: - структура плотных доломитов является конформной, тогда как пористых доло митов - неконформной; - плотные доломиты образованы преимущественно ксеноморфными зернами, пористые - идиоморфными; - зерна плотных доломитов, по данным кристаллооптических наблюдений, обладают однородностью, тогда как зерна пористых доломитов несут признаки зональности; - во многих вторичных доломитах обнаруживается нестехиометрическое соотношение ионов магния и кальция и даже присутствие других двухвалентных катионов, таких как железо. Согласно работе А.Н.Кольчугина и В.П.Морозова (2011), считается, что те доломиты, которые служат объектом настоящих исследований, следует относить к вторичным образованиям, сформированным за счет наложенных процессов. На последнее указывает факт отсутствия пространственной связи вторичных доломитов с глинистыми образованиями. Этой точки зрения придерживается и автор работы.
Кроме них использовались и другие образцы доломитов, относящиеся к седимен-тационно-диагенетическим пермского возраста (Приказанский район). В качестве некоторого эталона использовались метасоматические доломиты Саткинского месторождения (Южный Урал), взятые из учебной коллекции кафедры минералогии и литологии.
Следует сказать, что процесс вторичной доломитизации известняков следует относить к довольно распространенному. Примесь доломита обнаруживается в известняках, как в пределах нефтяных залежей, так и в пределах пород, относимых к зоне водо-нефтяного контакта. Однако если в первых она распространена спорадически, то в последних встречается постоянно. Что касается доломитов, образующих практически мономинеральные вторичные породы, то они распространены значительно реже. Среди изученного кернового материала доломиты, используемые в работе, отобраны из отложений турнейского яруса и тульского горизонта визейского яруса (скважина 4606 Дёмкинского месторождения, скважина 11312 Онбийского месторождения). Они являются вторичными образованиями, сформированными за счет метасоматическо-го изменения первичных известняков, что отчетливо подтверждается наличием в доломитах реликтов известняков.
Целью работы по изучению седиментационно-диагенетических и вторичных доломитов наложенной природы являлось выявление основных структурных особенностей зерен доломитов, имеющих различное происхождение. К тому же названные типы доломитов различаются по морфологическим признакам (рисунок 5.1).
Для решения вышесформулированной задачи использован широкий арсенал методов минералогического исследования, позволивших в конечном итоге приблизиться к ее решению.
Седиментапионно-диагенетические доломиты казанского яруса пермской системы характеризуются светло-серой окраской. Макроскопически их структура скрытозер-нистая, текстура чаще однородная (массивная), реже горизонтально-слоистая.
По результатам оптико-микроскопических исследований структура доломитов пелитоморфная до тонкозернистой, текстура - однородная или горизонтально-слоистая, участками пятнистая за счет мелких включений агрегатов или одиночных зерен гипса. Порода сложена плотно соприкасающимися друг с другом доломитовыми зернами размером 0,01-0,05 мм и менее. Под микроскопом в шлифах зерна ксеноморфны. Доломит иногда содержит примесь глинистого материала зеленоватой окраски, который, по данным рентгенографического анализа, представлен смешанослойными образованиями ил-лит-монтмориллонитового состава. Глинистые частички образуют либо равномерно рассеянную примесь, либо сконцентрированы в тонких слойках мощностью до 1 мм.
Исследование седиментационно-диагенетических доломитов с помощью растрового электронного микроскопа позволило установить, что они сложены преимущественно хорошо окристаллизованными зернами. Во всех исследуемых образцах доломитовые зерна характеризуются относительно выдержанным размером, меняющимся от 5,0 до 10,0 мкм (рисунок 5.2). Зерна преимущественно ромбоэдрические. Нередко на поверхности ромбоэдров фиксируются ростовые дефекты в виде ступенек роста, незалеченных ямок и не до конца сформированных вершин индивидов.
