К оглавлению

Типы цемента и влияние их на проницаемость песчаных пород

Н.В. СМИРНОВА

Нефтегазоносные песчаные горизонты часто обладают значительной изменчивостью коллекторских свойств вследствие различной степени цементации пород. При решении многих вопросов разведки и разработки месторождений нефти и газа важно знать закономерности такого изменения, что не представляется возможным без исследования цементирующей части пород - коллекторов.

Цемент обломочных пород рассматривается по различным признакам: составу, структуре, количеству, взаимоотношению с зернами, генезису и др. Наиболее полная сводка по цементации представлена в руководстве М.С. Швецова [2]. Она до настоящего времени служит основой при работе с пластическими породами.

В настоящей статье приводится детальное подразделение типов цемента (по признаку взаимоотношения его с зернами) и затрагивается вопрос о влиянии этих типов на проницаемость песчаных пород.

Типы цемента обломочных пород по признаку взаимоотношения зерен и цемента

Взаимоотношение цемента и зерен определяется: 1) формой выделения цементирующих минералов и 2) распределением их в породе.

Форма выделения минералов цемента бывает в виде пленок вокруг зерен, заполнения пор между зернами, образований в контактах зерен или в виде основной массы.

Распределение же цемента бывает равномерным и неравномерным. Соответственно этому и типы цемента по признаку взаимоотношения его с зернами можно разделить на две группы: равномерные и неравномерные.

I. Равномерные цементы

Группа равномерных цементов определяется одинаковыми взаимоотношениями зерен и цемента во всей породе, т. е. тем, что во всех участках шлифа цемент относится к одному типу.

Исходя из этого, к группе равномерных цементов относятся: пленочный, контактовый, поровый, неполный поровый и базальный типы. Они показаны на рис. 1 и 2. Характеристика их приведена в таблице.

II. Неравномерные цементы

В породах чаще встречаются более сложные, чем приведенные выше, взаимоотношения между зернами и цементом, обусловленные неравномерным распределением цементирующих минералов. При этом следует различать два случая: 1) в разных участках шлифа наблюдаются разные из приведенных выше цементы (пленочный, контактовый, поровый, базальный, неполно-поровый); подобные случаи цементации удобно назвать смешанными; 2) в шлифе наблюдается сочетание участков с разными цементами (пленочный, поровый, базальный и т. д.) или с каким-то одним из них и участков без цемента. Для таких случаев удачным, по-видимому, является термин М.С. Швецова [2] сгустковые (пятнистые) цементы. В соответствии с указанными случаями в группе неравномерных цементов следует выделять две подгруппы: смешанных и сгустковых типов.

II-а. Смешанные типы

Смешанные типы цемента определяются таким образом тем, что цемент наблюдается во всех участках шлифа, но имеет в них разные формы выделения (пленочный, поровый, базальный). Присутствие цемента во всех участках шлифа является отличительным признаком от сгустковых типов, а разные формы цементации в этих участках отличают смешанные типы от равномерных.

При смешанной цементации могут быть разные типы в зависимости: а) от числа присутствующих в шлифе форм выделения цементирующих минералов (2-3 или все 5) и б) от объемных соотношений участков различных форм цементации.

Характерные признаки смешанных цементов и их возможные содержания приведены в таблице. Принцип подразделения их виден из диаграммы (рис. 1) (Редко встречающийся контактовый цемент не включен в диаграмму. Однако следует учитывать, что неравномерные типы возможны и с участием контактовой формы цементации.). Некоторые из этих цементов показаны на рис. 2. Неоднородные по составу цементы в продуктивных песчаных породах Урало-Волжской области нередко создают смешанный тип цементации, что видно на рис. 3, б.

II-б. Сгустковые типы

Наличие участков (до 1-5 мм) и отдельных пор, в которых цемент отсутствует, являются характерной особенностью подгруппы сгустковых цементов и служат их отличительным признаком.

Сгустковая цементация весьма распространена в природе. Она может быть связана как с условиями образования осадка, так и процессами, происходящими в стадиях диагенеза осадка и эпигенеза породы.

Среди сгустковых цементов встречается несколько типов. Характерные признаки и количественные содержания их приведены в таблице. Принцип подразделения их виден по треугольной диаграмме на рис. 1. Зарисовки и фото некоторых из них представлены на рис. 2, 3.

Сгустковые цементы часто встречаются в песчаниках и алевролитах франского и живетского ярусов Урало-Волжской области (см. рис. 3).

Приведенная характеристика различных типов показывает, что степень цементации породы (степень выполнения промежутков между зернами цементирующими минералами) удается определить изучением типа цемента по взаимоотношению его с зернами вместе с определением содержания его. Только по одному количеству цемента в породе нельзя судить о степени цементации ее, так как оно может быть одинаковым у разных типов.

Кроме взаимоотношений зерен с цементом, имеются и другие признаки, которые также характеризуют цементацию пород.

О влиянии цемента на пористость и проницаемость песчаников

В нашей работе выяснилась возможность установить функциональную зависимость между количеством цемента и величиной проницаемости. Для исследования были взяты образцы мелкозернистых кварцевых песчаников угерской свиты миоцена (Предкарпатский прогиб), гранулометрический, минералогический состав и контакты зерен которых практически одинаковы, а типы цемента различны.

Проведенное изучение показало, что закономерные обратно пропорциональные зависимости уменьшения проницаемости от увеличения количества цемента можно установить только в пределах выделенных групп типов цементации (равномерных, смешанных и сгустковых). Не учитывая тип цемента по взаимоотношению его с зернами, установить зависимость проницаемости от количества цемента не удается.

Полученные зависимости величины газопроницаемости от содержания различных типов цемента в мелкозернистых кварцевых песчаниках угерской свиты изображены для кальцитового цемента на рис. 4.

Первая кривая показывает, что при содержании равномерного порового цемента 15% газопроницаемость мелкозернистых песчаников составляет меньше 100 миллидарси, а при 45-50% базального цемента порода становится практически не проницаемой.

На второй кривой видно, что при значительно более высоком содержании неравномерных (сгустковых) цементов (25-50%) песчаники имеют хорошие фильтрационные свойства в отличие от сравниваемых песчаников с равномерными цементами.

На третьей кривой нанесены данные, изображающие зависимость газопроницаемости от увеличения содержания неравномерно-порового цемента до порового. Здесь при содержании цемента 10% газопроницаемость достигает 3300 миллидарси.

Высокие значения проницаемости песчаников с неравномерными цементами, несмотря на значительно большее содержание его по сравнению с некоторыми равномерными типами, объясняются наличием микроучастков и отдельных пор без цемента или не полностью зацементированных. Система этих микроучастков и пор, сообщаясь между собой, минуя зацементированные микроучастки и поры, обусловливает хорошие фильтрационные способности песчаников.

Полученные данные показывают, что: а) содержание цемента в песчаниках - коллекторах нефти и газа - может колебаться от долей процента до 45 % в зависимости от типа цемента, б) коллекторами не могут служить только песчаники и алевролиты с базальным, базально-поровым, порово-базальным и с поровым цементом (песчаники и алевролиты - неколлекторы). При всех других рассмотренных здесь типах цемента (см. таблицу) песчаники могут быть коллекторами нефти и газа.

От того, какими минералами слагается цемент, в большей мере зависит величина полной пористости. Так, полная пористость плохих коллекторов (проницаемость <100 миллидарси) с глинистым или глауконитовым цементом может быть близкой и даже больше полной пористости хороших коллекторов (проницаемость 500 миллидарси) с карбонатным (кальцит, доломит, сидерит), кварцевым и другим цементом. Поэтому сравнивать величины полной пористости песчаных пород возможно при определенном минералогическом составе цемента.

Изложенное позволяет заключить, что изучение типов цемента по признаку взаимоотношения его с зернами дает возможность правильно и достаточно точно оценивать коллекторские показатели песчаных и алевритовых пород, а самое главное оно позволяет объяснить закономерности в изменении этих показателей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Смирнова Н.В. О типах цемента и влиянии цементации на коллекторские свойства песчаных пород. Тр. ВНИИ, вып. IV. Гостоптехиздат, 1954.

2. Швецов М.С. Петрография осадочных пород. Госгеолиздат, 1948.

Институт геологии и разработки горючих ископаемых АН СССР

Таблица Типы цемента по признаку взаимоотношения его с зернами

Типы цемента		Название	Наиболее характерные признаки типов		Содержание цемента, % от породы
Равномерные		Пленочный	Во всем шлифе цемент относится к одному типу	Покрывает пленками все зерна	5-10
		Контактовый		Развит в пунктах соприкосновения всех зерен	5-10
		Поровый		Выполняет полностью все поры между соприкасающимися зернами	15-30
		Базальный		Цемент представляет массу, в которую погружены несоприкасающиеся зерна	45-55 (иногда до 60%)
		Неполно-поровый		Присутствует во всех порах между соприкасающимися зернами, но выполняет их не полностью	8-15
Неравномерные	Смешанные	Поровый и неполно-поровый	Одни поры между соприкасающимися зернами полностью заполнены цементом, а другие-не полностью заняты им		10-25
		Порово-пленочный	Цемент в одних участках (до 1- 5 мм) пленочный, а в других - поровый	Преобладают участки с пленочным цементом	6-15
		Поровый и пленочный		При равных соотношениях участков поровой и пленочной цементации	7-20
		Пленочно-поровый		Преобладают участки с поровым цементом	12-25
		Порово-базальный	Цемент в одних участках (до 1 - 5 мм) поровый, а в других - базальный	Преобладают участки с базальным цементом	35-50
		Поровый и базальный		Соотношение участков с поровым и участков с базальным цементом одинаково	30-45
		Базально-поровый		Преобладают участки с поровым цементом	20-35
		Смешанный	Цемент в одних участках (до 1 - 5 мм) пленочный, в других участках - поровый, а в третьих - базальный	При равных объемных соотношениях этих участков между собой	21-33
		Смешанно-пленочный		При преобладании пленочной цементации	10-20
		Смешанно-поровый		При преобладании участков с поровым цементом	20-30
		Смешанно-базальный		Преобладают участки с базальным цементом	25-40
Неравномерные	Сгустковые	Неравномерно-поровый	Выполняет полностью, но не все поры между соприкасающимися зернами		1-25
		Неравномерный неполно-поровый	Выполняет не полностью и не все поры между соприкасающимися зернами		1-15
		Неравномерно-базальный (спорадический)	Участки базального цемента образуют разобщенные друг от друга включения среди несцементированных зерен ил и среди цемента другого состава		3-30
		Неравномерно пленочный	Пленками цемента покрыты не все зерна		1-5
		Сгустковый	Цемент в одних участках шлифа - пленочный, в других - поровый (также может быть базальный) при наличии участков без цемента	Соотношение участков без цемента и различных форм цементации одинаково	16-30^1
		Сгустково-пленочный		Преобладают участки с пленочным цементом	10-25
		Сгустково-поровый		Преобладают участки с поровым цементом	16-35
		Сгустково-базальный		Преобладают участки с базальным цементом	20-40
		Неравномерно-сгустковый (спорадический)		Преобладают участки без цемента	5-15

¹ Такое колебание, как и во всех случаях неравномерных типов, зависит от того, какие формы цементации сочетаются. Так, если в шлифе наблюдаются равные соотношения базальной и поровой форм и участков без цемента, количество сгусткового цемента может колебаться в пределах 20-30% (15 : 3 + 46 :3 = 20; 30 : 3 +60 : 3 = 30). Сгустковый цемент наряду с рассмотренными может заключать и участки с пленочным цементом, Содержание его в последнем случае будет колебаться от 16 до 25% (15:4 + 4:4+45:4=15,9; 30:4+10:4 + 60:4 = 25).

Рис. 1. Схематические диаграммы подразделения типов цемента по взаимоотношению с зернами.

1 - равномерные цементы; 2 -смешанные цементы: 3 - сгустковые цементы.

Рис. 2. Типы цемента по взаимоотношению с зернами.

1 - пленочный; 2 - контактовый; 3 - поровый; 4 - неполный поровый; 5 - базальный; 6 - порово-пленочный; 7 - поровый и неполный поровый; 8 - смешанный; 9 - смешанно-поровый; 10 – смешанно-базальный; 11 - неравномерно-базальный (спорадический); 12 неравномерно-поровый; 13 - неравномерный неполно-поровый; 14 - сгустковый; 15- неравномерно-сгустковый.

Рис. 3. Типы цементов в песчаниках Урало- Волжской области.

а - неравномерно-сгустковый глинистый цемент (видны участки с пленочно-поровым (I), поровым и базально-поровым (II) глинистым цементом и участки без него (III); николи параллельны; б - смешанно-поровый цемент глинистого и кварцевого состава, видно максимальное развитие окварцевания в участках без глинистого цемента (III); то же поле зрения, что и в а; николи скрещены; в - сгустково-поровый цемент глинисто-сидеритового состава; николи параллельны; г - цементация кварцем; николи скрещены; д - неравномерно базальный (спорадический) сидеритовый цемент; николи параллельны.

Рис. 4. Зависимость величины газопроницаемости от содержания различных типов кальцитового цемента в мелкозернистых кварцевых песчаниках угерской свиты.

1 - соотношение между газопроницаемостью и содержанием равномерных цементов (пленочного, порового, базального); 2 - зависимость газопроницаемости от количества сгустковых цементов (неравномерно-сгустковый, сгустковый, сгустково-базальный); 3 - зависимость газопроницаемости от содержания неравномерно-порового цемента до порового.