К оглавлению
Влияние окварцевания на коллекторские свойства песчаников
девона Волго-Уральской области
Н. В. Смирнова
В результате петрографического изучения кернов и
определений по ним пористости и проницаемости установлено, что снижение
коллекторских свойств песчаных пластов девона зависит от степени окварцевания.
Зерна алевролит-песчаников девона состоят на 85-99% из
кварца. Цемент их неоднороден по составу и представлен сочетанием некоторых или
всех следующих образований (по последовательности выделения): 1) гидрослюд и
других глинистых минералов (седиментогенез); 2) сферосидерита; 3)
микро-тонкозернистого сидерита; 4) пирита (диагенез); 5) каолинита; 6)
окварцевания; 7) кальцита, доломита, сидерита кристаллической структуры; 8)
пирита; 9) нефти (эпигенез).
Все перечисленные цементирующие образования, кроме
окварцевания, по способу их выделения относятся к цементам заполнения породы
или осадка (глинистые, сидерит, пирит) и замещения породы (кальцит, сидерит,
доломит кристаллической структуры, пирит) [4]. Переходя к характеристике
влияния окварцевания на пористость и проницаемость, следует остановиться на
оценке влияния других цементирующих образований на коллекторские свойства
пород.
Глинистые минералы в песчаных пластах девона слабо
влияют на цементацию. Так, в нефтеносных и водоносных алевролит-песчаниках
глинистый цемент неравномерно-порового и неравномерно-сгусткового типа
составляет не более 2-7% (породы). Образцы, содержащие до 10-15% глины, иногда
встречаются даже в нефтеносной части пластов. Однако благодаря неравномерному
распределению глины и в этих сильно глинистых разностях не происходит полной
цементации [4].
Кальцит, доломит, сидерит и пирит практически не
уменьшают проницаемость песчаных пластов, так как количество их не превышает
1-3%, а типы цементации неравномерно-поровые и неравномерно-базальные.
На снижение коллекторских свойств пластов девонских
песчаников в основном влияет окварцевание. До окварцевания песчаные горизонты
были сложены рыхлыми и более пористыми (чем в настоящее время)
алевролит-песчаниками. Об этом свидетельствует слабая цементация минералами
седиментогенеза и диагенеза. В процессе окварцевания песчаники девона
уплотнились, уменьшились их пористость и проницаемость (см. таблицу),
В терригенной толще девона Урало-Поволжья наблюдается
региональное развитие окварцевания [1]. Последнее свойственно каждой
алевролит-песчаной породе при наличии в ней первичной пористости. Окварцевание
первично пористых (т.е. слабо и неполностью сцементированных минералами
седиментогенеза и диагенеза) песчаников и алевролитов наблюдается всюду
независимо от размеров образований, слагаемых ими. Оно присуще
алевролит-песчаникам, как выдержанных по простиранию пластов и слоев, так и тонко
переслаивающихся с аргиллитами, а также единичным микролинзам и микроскоплениям
первично недостаточно сцементированного алевролит-песчаного материала среди
аргиллитов. В песчаниках при неравномерных типах первичных цементов
окварцевание приурочено к микроучасткам с неполной первичной цементацией и
отсутствует в смежных полностью зацементированных первично непористых
микроучастках. Не окварцованы только песчаники, которые до эпигенеза были
лишены пористости, что бывает при равномерных поровом, базальном и некоторых
смешанных типах первичных цементов [4].
Признаки окварцевания и его влияние на уменьшение
пористости и проницаемости песчаников нами изучались на примере нефтяных
месторождений Ромашкино, Туймазы, Шкапово и некоторых ненефтеносных (для
терригенного девона) районов (Байтуган, Серноводск и др.).
Окварцевание, вызывая уменьшение пористости и
проницаемости, оказывает действие, аналогичное цементирующему процессу.
Поэтому, по-видимому, можно употреблять выражение «цементация путем
окварцевания». Цементация окварцеванием в изученных кварцевых песчаниках
устанавливается по следующим признакам, наблюдаемым микроскопически в шлифах.
1.
Удлиненные
и длинные (до размера зерен) контакты зерен линейной, извилистой,
выпукло-вогнутой и зазубренной (микростилолитовой) формы (Развитие приведенных
контактов впервые было отмечено в мезозойских песчаниках Уайоминга [6] и
палеозойских песчаниках Виргинии [5].).
2.
Наличие
на зернах выделений аутигенного кварца нарастания (обычно <1% до 5%, реже до
10- 15%).
3.
Изменение
первоначальной формы зерен.
4.
Срастание
и врастание зерен по удлиненным и длинным контактам разобщенными группами
(пятнами) по 2-20 зерен и более с потерей пористости в таких пятнах (рис. 1) или равномерное срастание зерен во всей
породе с полной потерей пористости (рис. 2).
Приведенные признаки обусловливают друг друга и обычно
наблюдаются одновременно. При достаточно сильном окварцевании они все отчетливо
развиты (см. рис. 2, 3). В слабо окварцованных образцах некоторые признаки
отсутствуют или выражены нечетко (рис. 3).
Признаки окварцевания в девонских песчаниках не
позволяют называть цемент кварцевым, так как, только наличие аутигенного кварца
соответствует принятому понятию о выделении цементирующего вещества. В шлифах
видно, что такие характерные для окварцевания признаки, как удлинение контактов
и срастание зерен с изменением их формы обусловлены не только выделением
аутигенного кварца. Этим объясняется недостаточное количество последнего для
компенсации потерянной пористости окварцованных песчаниках (см. рис. 1, 2).
Главным петрографическим критерием степени цементации
срастания зерен (окварцевания) в отличие от известных цементов заполнения и
замещения породы [4] служит количество удлиненных и длинных контактов зерен с
учетом их формы в процентах от общего числа контактов [6], содержание пятен
сросшихся зерен и аутигенного кварца нарастания (в процентах от породы).
Величины пористости и проницаемости, сравниваемые для образцов одинакового
гранулометрического состава с близким содержанием глины, использовались нами
как надежные критерии степени их окварцевания (см. таблицу).
На нефтяных месторождениях Ромашкино, Туймазы, Шкапово
часто окварцевание имеет следующую характеристику: в шлифах наблюдаются
удлиненные (до 70%) и длинные (до 40%) контакты зерен линейной (50%),
извилистой (до 40%) и выпукло-вогнутой (до 10%) формы при незначительном
количестве (до 1%) аутигенного кварца, что приводит к близкому расположению
зерен и их срастанию (по 2-4 зерна). На рис. 3 видно, что такое удлинение контактов влечет за собой
более плотное расположение зерен, но пористость и проницаемость остаются еще
высокими (26,93% и 1029,4 миллидарси). Очевидно, в данном случае окварцевание
проявилось наиболее слабо.
В большей части образцов нефтеносных и водоносных
песчаников нефтяных месторождений окварцевание выражено отчетливо и
представлено удлиненными (до 50%) и длинными (до 50%) контактами зерен линейной
(до 40%), извилистой (до 60%) и выпукло- вогнутой (до 15%) формы, выделениями
аутигенного кварца (до 3%) и разобщенными пятнами спаянных зерен (по 3-40
зерен) без пористости (до 50% породы). В результате развития указанных
признаков окварцевания породы заметно уплотняются, уменьшается пористость,
особенно за счет уничтожения ее в кварцитовидных пятнах (см. рис. 1; полная
пористость 19,4% и проницаемость 749,3 миллидарси).
В изученных образцах песчаных горизонтов девона
Ромашкино, Туймазы, Шкапово сильное окварцевание наблюдается редко, при этом
все зерна породы срастаются по длинным контактам (100%) в кварцитовидный
агрегат с уничтожением при этом проницаемости (<1 миллидарси) и сильным
уменьшением (<5%) пористости (см. рис. 1). Подобные непроницаемые кварцит-песчаники,
по-видимому, встречаются в виде изолированных линз. Так как расположение и
размеры таких линз необходимо учитывать при закачке воды в пласты, то
закономерности из развития заслуживают специального изучения на площади каждого
нефтяного месторождения.
Полученные данные позволяют оценивать различную
степень окварцевания неглинистых и слабо глинистых алевролит-песчаников (см.
таблицу).
Последние три образца (см. таблицу) иллюстрируют
влияние глинистого цемента и окварцевания на пористость (26-16 %) и
проницаемость (510- <1) миллидарси.
В песчаных пластах девона (Ромашкино, Туймазы,
Шкапово) в соответствии с установленным слабым и умеренным окварцеванием и
слабой глинистостью полная пористость нефтеносных и водоносных песчаников
колеблется от 27% до 10%, проницаемость - от 2000 до 100 миллидарси, но из-за
преобладающего развития умеренного окварцевания их проницаемость чаще меньше
1000 миллидарси.
В разрезах девона нефтяных месторождений в
песчаник-алевролитах, заключенных в аргиллитовых слоях, наблюдается сильное
окварцевание, особенно отчетливое в сравнении со слабым и умеренным
окварцеванием песчаных пластов. Интенсивное окварцевание этих более
мелкозернистых песчаных разностей объясняется повышенной поверхностной энергией
мелких зерен, в связи с чем последние реакционно способнее, чем крупные зерна
при взаимодействии с поровыми растворами [3].
При сравнении данных об окварцевании по нефтяным
месторождениям и промышленно ненефтеносным (для рассматриваемых отложений)
районам Серноводска (скв. 1) и Байтугана (скв. 2, 4, 6 и 24) выясняется
различная степень окварцевания песчаных пластов, что объясняется, по-видимому,
различными тектоническими и гидрогеологическими условиями, временем миграции
нефти и др. В Байтугане и Серноводске все первично несцементированные
алевролит-песчаники сильно окварцованы: развит аутигенный кварц (от 1 до 15%),
длинные контакты зерен (до 100%), неправильная форма зерен и срастание их. В
связи с этим большая часть песчаников девона песчаных горизонтов Байтугана и
Серноводска почти утратила коллекторские способности (полная пористость не
превышает 8-10%, проницаемость меньше 100 миллидарси).
Окварцевание девонских песчаников произошло в
результате перераспределения кварца, слагающего породы. Региональное распространение
окварцевания, сильное проявление его в изолированных алевролитовых линзах,
заключенных в непроницаемых аргиллитах, и т.п. указывают, что из внешних
источников кварц растворами не приносился. Отсутствие признаков окварцевания и
аутигенного кварца в песчаниках, полностью зацементированных во время
седиментогенеза и диагенеза, говорит о том, что развитие окварцевания не могло
произойти за счет выделения двуокиси кремния из иловых растворов.
Наличие окварцевания только в первично пористых разностях
песчаных пород свидетельствует о важной роли водных растворов в развитии
окварцевания. Вода, содержащаяся в порах, при благоприятных условиях
(минерализация, температура, давление) в процессе эпигенеза частично растворяла
кварц около контактов зерен и переотлагала его в порах на зернах, таким образом
вызывая образование рассмотренных признаков окварцевания [2, 5].
ЛИТЕРАТУРА
1.
Авдусин П.П. и др. Литология и фации палеозойских отложений
Саратовского и Куйбышевского Поволжья. Изд. АН СССР, 1955.
2.
Копелиович А.В. Особенности эпигенеза песчаников
Могилевской свиты и некоторые вопросы с ними связанные. Изв. АН СССР, серия
геологич., № 11, 1958.
3.
Коржинский Д.С. Факторы равновесия при метасоматозе. Изв.
АН СССР, серия геологич., № 3, 1950.
4.
Смирнова Н.В. Типы цемента и влияние их на проницаемость
песчаных пород. «Геология нефти и газа»,
1959, № 7.
5.
Lowry W.D. Factors in loss of porosity by guartzose
sandstones of Virginia. BAAPG, vol. 40, No. 3, 1956.
6.
Taylor I. M. Pore-space reduction in sandstones BAAPG, vol.
34, No. 4, 1950.
ИГиРГИ
