Влияние цемента на коллекторские свойства каменноугольных пород Шебелинской площади
М.Е. ДОЛУДА, С. В. ЛИТВИН
Многочисленными исследованиями [6, 7 и др.] установлено, что на коллекторские свойства обломочных пород влияют: минералогический состав, структура и отсортированность обломков, тип, количество и вещественный состав цемента. Для выяснения степени влияния этих факторов авторы изучали литологию и коллекторские свойства 150 образцов песчано-алевритовых каменноугольных пород Шебелинского газового месторождения, вскрытых скважинами на глубинах 2000-3500 м. Причем исследовались не только газоносные породы, залегающие в верхней части араукаритовой свиты (глубина 2000-2350 м), но и нижележащие верхнекаменноугольные и средне- каменноугольные (верхняя часть свиты С27) отложения, вскрытые самой глубокой на Украине скв. 200.
Песчано-алевритовые породы залегают среди аргиллитов и аргиллитоподобных глин с редкими прослоями маломощных известняков и составляют до 20% от общей мощности разреза верхнекаменноугольных отложений. В верхах араукаритовой свиты песчано-алевритовые породы образуют пласты мощностью 5-10 м и отдельные линзовидные прослои (2 м), в низах свиты встречаются песчаные пачки мощностью до 30 м. Эти пачки не выдержаны по простиранию и переходят в алевролиты.
Песчаники в основном мелко- и тонкозернистые, обычно слоистые с ритмичной сортировкой обломочного материала, реже встречаются крупно- и среднезернистые разности песчаных пород, образующие тонкие прослои в песчаных пачках ритмичного строения. Обломочный материал отсортирован плохо (коэффициент сортировки [7] в среднем от 0,35 до 0,5). Обломочные зерна плохо окатаны и многие из них изменены вторичными процессами.
Песчаники и алевролиты в основном состоят из обломков кварца и сильно измененных полевых шпатов и листочков слюд. В незначительном количестве содержатся обломки аргиллитов, кремня, различных сланцев и очень редко - акцессорные минералы. Среди изученных пород можно выделить полимиктовые, представленные аркозовыми и полевошпатово-кварцевыми разностями, и олигомиктовые. Первые преобладают в верхней части изученной толщи, по мощности отвечающей араукаритовой свите донецкого карбона, где нередко также встречаются и олигомиктовые песчаники [3]. Полевошпатово-кварцевые разности песчано-алевритовых пород приурочены к нижней части толщи.
Песчано-алевритовые породы верхнего карбона и верхов свиты С27 Шебелинки имеют различные по составу и по структуре цементы. Для них характерно неравномерное распределение и неоднородность состава. Обычно цементы состоят из обломочных зерен размером менее 0,05 мм и веществ, образовавшихся при их разрушении, а также выпавших из иловых растворов в стадию диагенеза (пелитоморфные карбонаты) или привнесенных извне в процессе эпигенеза. Представлены они карбонатами, вторичным кремнеземом различной степени кристаллизации, глинистыми агрегатами гидрослюдистого состава, реже - сульфатами. Тип цемента чаще всего поровый, реже базально-поровый и еще реже - базальный. Характерно, что только в породах с базальным цементом карбонаты распространены равномерно, в остальных же случаях они распределяются в виде крупных зерен пойкилитового строения.
При всем разнообразии типов цементации в песчано-алевритовых каменноугольных породах Шебелинской площади наблюдается определенная зависимость состава цемента от интенсивности процессов эпигенеза, обусловленной глубиной залегания пород. По преобладающему типу цементации пород в изученном интервале разреза можно выделить три зоны (рис. 1).
В первой зоне (до глубины 2300 м) широко распространены в цементе тонкоперетертые продукты разрушения обломочных минералов. Глинистые агрегаты преимущественно гидрослюдистого состава. Обычными минеральными новообразованиями этой зоны являются кальцит, анкерит и ангидрит. Эти минералы заполняют трещины в породах, поровое пространство, замещают или корродируют обломочные зерна. Цемент сгустковый и, очевидно, связан с процессами эпигенеза. Так, например, анкерит и ангидрит могли выпадать при метаморфизме высокоминерализованных хлоркальциевых вод, характерных для пород карбона Шебелинской структуры. Эта зона может быть названа зоной карбонатно-глинистых цементов.
Вторая зона (2300-2900 м) отличается от первой появлением хемогенного кремнезема, обусловленным более интенсивными процессами эпигенеза. Вторичный кремнезем в песчаниках этой зоны наблюдается в виде слабо раскристаллизованных агрегатов в порах (нередко с примесью глинистых чешуек) и в виде вторичного кварца, образующего тонкие регенерационные каемочки вокруг обломочных зерен кварца или мозаичные агрегаты в сравнительно больших порах средне- и крупнозернистых песчаников. Наряду с вторичным кремнеземом широко распространены карбонатные и глинистые минералы. Эту зону можно назвать зоной карбонатно-кремнисто-глинистых цементов.
Третья зона на Шебелинке изучена во вскрытом разрезе карбона (2900-3500 м) и характеризуется наиболее ярким проявлением процессов глубинного эпигенеза (наиболее сильное уплотнение пород, начало формирования кварцитовидных структур). Здесь широко развит регенерационно-кварцевый цемент. При регенерации кварцевых зерен за счет хемогенного кремнезема обломочные зерна кварца сливаются. При этом значительно сокращаются поровые промежутки, особенно в мелко- и тонкозернистых песчаниках. В более крупнозернистых разностях поры наблюдаются в небольшом количестве. Заполнены они агрегатами вторичного кварца, глинистым веществом и карбонатами.
Открытая пористость каменноугольных пород на Шебелинской площади колеблется от 0,5 до 20%. На рис. 2 видно, что пористость песчаных пород заметно отличается от пористости алевритовых и глинистых пород. Однако для тех и для других характерно уменьшение пористости с глубиной.
Сопоставление данных о пористости песчаников и составе их цемента (см. рис. 2) показывает, что величина коэффициента открытой пористости песчаников с карбонатно-глинистым цементом (первая зона), содержащих менее 15% карбонатов, колеблется от 10 до 20%; такие колебания зависят от гранулометрического состава и количества цемента в породе. Песчаники с базально-поровым ангидрито-карбонатным или базально-карбонатным цементом обычно плотные и имеют меньшую пористость.
Открытая пористость песчаников с карбонатно-кремнисто-глинистым цементом (вторая зона), основное значение в котором все же имеет глинистое вещество, изменяется от 8 до 18%. Открытая пористость песчаников третьей зоны, где преобладающим является регенерационно-кварцевый цемент, колеблется от 3 до 8%.
В зависимости от типа цементации уменьшается и проницаемость. Результаты определения воздухопроницаемости песчано-алевритовых пород карбона Шебелинской площади показывают, что все они характеризуются относительно небольшой проницаемостью, которая с глубиной уменьшается (рис. 3). Так, на глубинах 2000- 2300 м (первая зона) песчаники с открытой пористостью 10-20% обладают проницаемостью до 10 мдарси.
Песчано-алевритовые породы второй и третьей зон цементации, где существенное значение имеет кварцевый и регенерационно-кварцевый цемент, практически газонепроницаемы или имеют проницаемость не более 1 мдарси. Такие песчаные породы, по мнению многих авторов [2, 4 и др.], плохие коллекторы газа.
Наряду с основной группой пород с низкой проницаемостью при исследованиях выявлены некоторые образцы, имеющие сравнительно повышенную проницаемость (до 100 мдарси и более). Микроскопическое изучение этих пород в шлифах показывает, что большинство из них содержит сильно раздробленный обломочный материал - зерна кварца и полевых шпатов покрыты густой сетью микротрещин. Это улучшает коллекторские свойства пород.
Приведенные данные позволяют сделать следующие выводы.
1. На Шебелинском газовом месторождении в отложениях карбона довольно широко распространены песчано-алевритовые породы, которые могут быть гранулярными коллекторами газа.
2. Наилучшими для этого месторождения коллекторскими свойствами обладают песчаные породы первой зоны цементации, расположенной до глубины 2300 м. Они представлены мелко- и среднезернистыми песчаниками с глинистыми и карбонатно- глинистыми цементами, имеют открытую пористость порядка 10-20%, проницаемость до 10 мдарси и содержат промышленно газоносные горизонты.
3. С глубиной в связи с развитием кварцево-регенерационных цементов коллекторские свойства пород ухудшаются. На глубинах более 2900 м песчаники очень плотные, имеют небольшую пористость (3-8%) и практически непроницаемы. Лишь у образцов с микротрещиноватостью относительно хорошая проницаемость.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гмид А.П. Труды ВНИГРИ, вып. 121, 1958.
2. Калинко М.К. Об общей классификации коллекторов нефти и газа. Геология нефти, 1958, № 7.
3. Карпова Г.В. Литология и палеогеография араукаритовой свиты западной части Донецкого бассейна. Автореферат канд. диссертации. Харьков, 1955.
4. Кринари А.И. Геология нефти и газа, 1959, № 7.
5. Логвиненко Н.В. О позднем диагенезе (эпигенезе) донецких карбоновых пород. ДАН СССР, т. 106, 1956.
6. Смирнова Н.В. Типы цемента и влияние их на проницаемость песчаных пород. Геология нефти и газа, 1959, № 7.
7. Прошляков Б.К. Геология нефти и газа, 1960, № 12.
8. Романович И.С. Нефтяная и газовая промышленность, № 4, 1960.
Укр. фил. ВНИИ газа
Рис. 1. Изменение характера цементации песчаников карбона Шебелинского газового месторождения в зависимости от глубины залегания и процессов эпигенеза.
Зоны цементов: 1 -карбонатно-глинистых, 2 -карбонатно-кремнисто-глинистых, - преобладающего регенерационно-кварцевого цемента; 4 -образцы с трещинами.
Рис. 2. Изменение пористости песчаных и алеврито-глинистых пород карбона Шебелинской площади по разрезу.
1 - аргиллиты; 2 - алевролиты; 3 - песчаники.
Рис. 3. Проницаемость песчаных пород карбона Шебелинского месторождения.
1 - образцы с трещинами.