Влияние химико-минерального состава пород на их диффузионно-адсорбционную активность
В.Н. КОБРАНОВА
Работами Московского нефтяного института, выполненными под руководством В.Н. Дахнова [1], была установлена для районов Западной Башкирии корреляционная связь между диффузионно-адсорбционным коэффициентом Ad и пористостью Кп пород и было предложено использовать ее совместно с данными метода СП для оценки пористости пройденных скважиной отложений.
Позднее, основываясь на этих работах, А.И. Кринари [2] нашел, что для терригенной толщи девона юго-восточной части Татарии величины приведенных к «нормальным геологическим условиям» аномалий СП обусловливаются пористостью песчано-глинистых пород и что между этими двумя параметрами существует зависимость, которая может быть использована для определения пористости пород. Это послужило основанием для разработанного А.И. Кринари способа оценки пористости по кривым СП.
Промышленное опробование показало, что в ряде случаев ошибки в определении пористости при помощи указанных способов достигают недопустимо больших значений. Рассмотрение зависимости диффузионно-адсорбционной активности Ad от пористости Кп показывает, что значительные погрешности могут быть прежде всего обусловлены недостаточно тесной связью Ad с пористостью. Это заставило нас более тщательно проанализировать причины, вызывающие довольно значительный разброс точек на кривых зависимости диффузионно-адсорбционного коэффициента Ad от объемной влажности W (пористости Кп).
Детальное изучение причин, определяющих разброс точек на кривых Ad=f(W), оказалось возможным для нижнепалеозойских доживетских отложений Башкирии и Татарии и для третичных отложений Краснодарского края.
Зависимость Ad=f(W) для пород доживетских отложений с глинистым цементом была получена в 1951 г. [3]. Она также имеет достаточно большой разброс точек. Считалось, что подобной зависимости для пород третичных отложений Краснодарского края не существует.
Согласно детальным литолого-петрографическим исследованиям, проведенным на кафедре петрографии МНИ под руководством В.П. Флоренского, красноцветная и сероцветная толщи Бавлинской, Байтуганской, Каргалинской, Копейкубовской, Серафимовской и Субханкуловской площадей содержат кварцевые, кварцево-полевошпатовые и кварцево-полевошпатово-слюдистые песчаники и алевролиты. Эти породы имеют различные зернистость, степень отсортированности и степень сцементированности.
Микроскопическое исследование шлифов позволило В.С. Князеву выделить среди песчано-глинистых пород доживетских отложений Западной Башкирии и Татарии разности с цементом: 1) опалово-халцедоновым, 2) халцедоновым и контактным, 3) регенерационным, 4) железисто-халцедоновым, 5) железистым (лимонит и пирит), 6) глинисто-железистым, 7) глинистым, 8) глинисто-серицитовым, 9) доломитовым и 10) кальцитовым, а также ряд образцов с цементом, более сложным по минералогическому составу, например образцы со смешанным цементом - доломитовым, опалово-халцедоновым и железистым.
При этом количество цементирующего материала варьировало от нескольких до 30 % от веса породы. Однородный цемент располагался в порах более или менее равномерно, а смешанный - участками.
Песчано-алевритово-глинистые породы третичных отложений Краснодарского края оказались в основном кварцево-глауконитовыми алевролитами со значительно изменяющимся по величине содержанием глинистого, опалового, сидеритового, доломитового и кальцитового цементов.
В том случае, когда алевролиты были сцементированы в основном глиной или опалом, это были сравнительно высокопористые образования, равномерно пропитанные горной влагой, тогда как песчано-глинистые породы с карбонатным цементом часто оказывались плотными.
Доживетские породы в подавляющем большинстве были тоже плотными за счет цемента облекания зерен и прорастания.
На первой ступени изучения связи между диффузионно-адсорбционным коэффициентом и влажностью минералогический состав зерен и цементирующего материала не принимался во внимание. Считалось, что, хотя величина диффузионно-адсорбционных коэффициентов и зависит от минералогического состава пород, однако этот фактор относительно мало изменяет их значения.
В поисках причин отсутствия тесной связи между диффузионно-адсорбционным коэффициентом и влажностью пород были сделаны попытки учесть влияние характера цементирующего материала и породообразующего минерала пород.
С этой целью были построены зависимости диффузионно-адсорбционной активности от влажности для пород с одинаковым типом цемента (рис. 1 и 2).
Для доживетских отложений построено четыре зависимости Ad от W: 1) для песчаников и алевролитов с железистым цементом, железистой пленкой вокруг зерен, пиритовым и сидеритовым цементом; 2) для тех же пород с глинистым, глинисто-серицитовым, контактно-глинистым цементом; 3) для кварцевых песчаников с опалово-халцедоновым, халцедоново-контактным и регенерационным цементом; 4) для полимиктовых песчаников с доломитовым и кальцитовым цементами.
Для пород Краснодарского края построено шесть зависимостей Ad = f(W) (рис. 2): для песчано-глинистых пород с глинистым цементом, с опаловым и опалово-глинистым цементом, с сидеритовым и пиритовым цементами, с кальцитовым цементом; для доломитов; для ракушников.
На основании приведенного материала можно утверждать следующее.
1. Существование тесной функциональной связи между диффузионно- адсорбционной активностью и влажностью для пород доживетских отложений с одинаковыми типом цемента: и структурой; связи, изображенные на рис. 1, гораздо теснее, чем те, которые получались ранее.
2. Наличие достаточно ясно выраженной зависимости между Ad и W для третичных песчано-глинистых пород Краснодарского края с одинаковыми типом цемента и глинистостью (см. прогностические кривые 1 и 2 на рис. 2, а, кривые 1, 2 и 3 на рис. 2, б и рис. 2, д и 2, е), а также для пород с определенным породообразующим минералом (см. зависимости на рис. 2, в и 2, г).
3. Значительную зависимость величины диффузионно-адсорбционной активности от минералогического состава пород.
Среди доживетских отложений, насыщенных хлоркальциевыми водами, наибольшими значениями диффузионно-адсорбционной активности отличаются породы с железистым цементом, железистой пленкой вокруг зерен, пиритовым и сидеритовым цементами.
Диффузионно-адсорбционная активность пород с глинистым, глинисто- серицитовым и контактно-глинистым цементами ниже.
Еще более низкими значениями диффузионно-адсорбционной активности отличаются породы с опалово-халцедоновым, контактно-халцедоновым и регенерационным цементом. Самой незначительной диффузионно-адсорбционной активностью характеризуются разности песчаников с доломитовым и кальцитовым цементами.
Нужно отметить, что сопоставление значений диффузионно-адсорбционной активности пород с различным минералогическим составом следует производить для одинаковых влажностей и что указанное соотношение между величинами диффузионно-адсорбционной активности действительно для отложений данного типа, содержащих сильно минерализованные хлоркальциевые воды.
Для палеогеновых отложений Краснодарского края, часто насыщенных значительно менее минерализованными щелочными гидрокарбонатно-натриевыми водами, наблюдается несколько иная картина. Здесь наибольшие значения диффузионно-адсорбционной активности при определенном содержании глинистой части (Pl ~5%) имеют ракушники, что объясняется их рыхлой структурой и, возможно, особенностями их минералогического состава; наименьшие величины Ad наблюдаются для песчано-глинистых пород, включающих железистые минералы (сидерит и пирит).
Диффузионно-адсорбционная активность песчано-глинистых пород с кальцитовым цементом несколько выше, чем пород с железистым цементом. Глинистые породы и породы с опаловым и опалово-глинистым цементом характеризуются при той же глинистости (Рl ~ 5%) промежуточными: значениями Ad.
Вследствие того, что эти породы могут содержать значительно больше глинистых частиц (15, 20% и более от веса породы), их активность при большей глинистости значительно превышает диффузионно-адсорбционную активность всех остальных песчано-глинистых пород.
Большие значения диффузионно-адсорбционной активности характерны также для доломитов вследствие их малой влажности.
1. Параллельность зависимостей Ad = f(W) для доживетских отложений. Точки для пород со смешанным цементом, которых оказалось очень немного, располагаются между указанными кривыми ближе к той из них, цемент которой более характерен для данной породы.
2. Параллельность средних линий, выражающих тенденцию изменения диффузионно-адсорбционной активности с изменением влажности для пород Краснодарского края.
Практическое значение проведенных исследований состоит в следующем: недоучет значительного влияния на величину диффузионно-адсорбционной активности минералогического состава цементирующего материала пород определяет недостаточно тесную связь между диффузионно-адсорбционной активностью и влажностью пород.
По-видимому, если получить зависимость между диффузионно-адсорбционной активностью (или относительными или приведенными аномалиями СП) и влажностью для вполне идентичных по минералогическому составу отложений, то они окажутся более строгими, и при использовании их для оценки влажности (пористости) по данным метода СП будут получены более точные результаты. Аналогичные по минералогическому составу отложения можно, по-видимому, выделить при помощи специального комплекса геофизических методов исследования скважин, например при помощи комплекса, включающего магнитный метод и методы рассеянного гамма-излучения и наведенной радиоактивности. Первый из них будет способствовать выделению железосодержащих отложений, второй и третий помогут выделить доломитовые, доломитово-обломочные, кальцитовые и преимущественно силикатные толщи.
ЛИТЕРАТУРА
1. Изучение физических и литолого-петрографических параметров горных пород продуктивных отложений девона на месторождениях Бавлы и Туймазы. Фонды НИС МНИ, 1948.
2. Кринари А. И. Опыт определения пористости горных пород по их кароттажным данным. Нефт. хоз., № 12, 1954.
3. Изучение петрографических и коллекторских свойств и физических параметров горных пород нижнепалеозойских и докембрийских отложений Русской платформы. Фонды НИС МНИ, 1951.
Рис. 1. Зависимости диффузионно-адсорбционной активности (Ad) от объемной влажности (W) для полимиктовых песчано-глинистых пород доживетских отложений разведочных площадей Башкирии и Татарии. (По Б.Н. Кобрановой.)
Зависимость Ad=f(W): а -для пород с железистым цементом, железистой пленкой вокруг зерен, пиритовым и сидеритовым цементами; б-для пород с глинистым, глинисто-серицитовым и контактно-глинистым цементами; в - для пород с опалово-халцедоновым цементом; г - для пород с доломитовым цементом; д - сопоставление средних линий выражающих зависимость Ad = f (W) для полимиктовых песчано-глинистых пород с различным цементом.
Рис. 2. Зависимости адсорбционной активности (Ad) от объемной влажности (W) для карбонатных пород и кварцево-глауконитовых песчано-алевритово-глинистых пород с глинистым, опаловым, опалово-глинистым, доломитовым и кальцитовым цементами из третичных отложений Краснодарского края.
а - зависимость Ad=f(W) для пород с глинистым цементом: I-прогностическая кривая для пород с глинистостью 5%; II-прогностическая кривая для пород с глинистостью 15%; III-точки для пород с глинистостью от 1 до 5% от их веса; IV-точки для пород с глинистостью от 5 до 10% от их веса; V-точки для пород с глинистостью от 10 до 15% от их веса; VI- точки для пород с глинистостью от 15 до 20% от их веса; VII-точки для пород с глинистостью >25% от их веса; VIII-точки для пород неизвестного гранулометрического состава.
б-зависимость Ad=f(W) для пород с опаловым и опалово-глинистым цементами: I-прогностическая кривая Ad=f(W) для пород, имеющих глинистость 5% от их веса; II-прогностическая кривая Ad = f(W) для пород, имеющих глинистость 15% от их веса; III-прогностическая кривая Ad(W) для пород, имеющих глинистость 20% от их веса.
в - зависимость Ad=f(W) для доломитов, известковых доломитов и доломитово-глинистых пород: I-точки для доломитов; II-точки для известковых доломитов; III-точки для доломитово-глинистых пород.
г -зависимость Ad-f(W) для ракушников; в числителе у точек даются удельный вес и глинистость (вторая цифра слева направо), в знаменателе -растворимая часть, (кальцит) в % от веса породы.
д - зависимость Ad-f (W) для пород с кальцитовым цементом и различной степенью глинистости; в числителе у точек даются удельный вес и глинистость (вторая цифра слева направо), в знаменателе - растворимая часть (кальцит) в % от веса породы.
е - зависимость Ad=f(W) для пород с сидеритовым цементом: 1, 2 и 3-точки, относящиеся к породам с большим содержанием сидерита; 4 и 5-точки, относящиеся к породам с незначительным содержанием сидерита (10,5 и 16% соответственно); 6-точка относится к породе с пиритовым цементом; 7-точка относится к породе с сидеритово-пиритовым цементом; 8-точка относится к породе с сидеритово-пиритово-лимонитово-кальцитовым цементом.