Оренбургское газоконденсатное месторождение является объектом пристального изучения многих исследователей. Несмотря на то что продуктивная толща, начиная от карбонатной пачки артинского яруса и включая вскрытую часть среднего карбона, представлена в основном довольно однородными по структуре органогенно-детритовыми известняками, сам карбонатный резервуар имеет сложное строение. Наличие пород-коллекторов порового, порово-трещинного и чисто трещинного типов, отсутствие явной приуроченности пористо-проницаемых зон к структурно-генетическим разновидностям пород, присутствие развитой системы трещин в значительной мере затрудняют как подсчет запасов, так и разработку месторождений. Особенно большие сложности возникают при обосновании промышленной ценности известняков, имеющих емкость менее 6 %. Применяемая [3] методика не позволяет полностью решить данную проблему, так как открытым остается вопрос о породах с емкостью менее 3 %, но имеющих широко развитую систему трещин. Неясны величина емкости матрицы и трещин, их фильтрационные способности и физико-химические свойства поверхности.

Была сделана попытка решить указанную задачу, используя данные о структуре порового пространства и смачиваемости пород. Эксперименты проводились на приборе Поромер-70-Н фирмы “Карло Эрба” и разработанном во ВНИГНИ аппарате для определения смачиваемости [2]. Разрешающая способность Поромера-70-Н позволяла измерять давления в диапазоне от 0 до 180 МПа, что соответствовало радиусам эквивалентных поровых каналов от 0,003 до 50 мкм. Анализу подвергались породы, характеризующиеся емкостью от 0,7 до 17,6 %. Комплексная интерпретация результатов измерения позволила получить данные о строении пустотного пространства (распределении радиусов пор по размерам), внутренней (удельной) поверхности и величине краевого угла смачивания породы, емкости, проницаемости, долевом участии в емкости и фильтрующих свойствах пустот различного размера.

Как показали экспериментальные исследования, изученные породы характеризуются различным типом пустотного пространства. Выделяются разности, в которых преобладают микро- или макропоры. Четкой связи между величинами емкости пород и структурой их порового пространства не наблюдается, однако замечено, что низкопоровые разности, как правило, обладают более тонкопоровой структурой, а содержание микропор в образцах обратно пропорционально” величине емкости ( рис. 1 ). Так, при значениях пористости от 0,7 до 3 % (по данным метода керосинонасыщения) изученные органогенно-обломочные и сгустково-органогенно-детритовые известняки характеризуются: микропоровым строением матрицы ( рис. 2 , А). Основная часть порового пространства представлена каналами радиусом менее 0,1 мкм, отмечается незначительное число (3-5 %) поровых каналов радиусом выше 0,5 мкм. Объем пустот матрицы, по данным ртутной порометрии, составляет в расчете на 1 г породы 0,0026-0,0053 см³. Вычисленная на основании кривой распределения радиусов поровых каналов удельная поверхность не превышает 1,23 м²/г.

Микропоровое строение матрицы указывает, что фильтрационные способности пород должны быть низкими. Об этом свидетельствуют и теоретические расчеты проницаемости, которые были сделаны по методике, предложенной Пурцеллом [1]. Оказалось, что проницаемость матрицы (0,007-0,021)x10^-3 мкм². Однако, по данным лабораторных определений, на образцах размером 5x5x5 см она была значительно выше и в отдельных случаях даже превышала 1x10^-3 мкм² (см. таблицу ). Сопоставление теоретических и экспериментальных величин проницаемости позволило прийти к заключению, что пропускная способность матрицы исследуемых пород чрезвычайно низкая, а фильтрация осуществляется в основном по трещинам. При интерпретации результатов ртутной порометрии в некоторых образцах выделены микротрещины раскрытостью 5 мкм, их емкость составляет 1,5 % от общей емкости матрицы. Малые размеры исследуемого в поромере керна не позволяют установить трещины с большей раскрытостью, хотя наличие их подтвердилось при изучении пород люминесцентным и ультразвуковым методами.

Микропоровое строение матрицы породы сказалось и на характере заполнения пустотного пространства флюидами. Как уже указывалось выше, в исследованных образцах преобладают поровые каналы радиусом меньше 0,1 мкм. Поскольку толщина пленки физически связанной воды достигает 0,1 мкм, можно считать, что основная часть пор заполнена водой. В пользу этого предположения свидетельствуют и результаты измерения краевых углов смачивания ( рис. 3 , кривая 1). Оказалось, что поверхность минеральных частиц изученных пород гидрофильна (=17-30°). Под микроскопом ясно видно, что в матрице битума практически нет. Лишь местами он выполняет полости трещин, стилолитовых швов и отдельные, наиболее крупные поры вблизи них. Все вышесказанное позволило сделать предположение, что в период формирования Оренбургского месторождения энергии углеводородной фазы было недостаточно для вытеснения физически связанной воды из той разности пород, которая характеризуется микропоровым строением. В результате матрица их не содержит остаточной нефти или газа. Неравномерный характер распределения нефти, связанный в основном с трещинами, обусловил столь же неодинаковую степень гидрофобизации известняков. Матрица пород остается гидрофильной, а в зонах развития трещин с битумом значения краевого угла смачивания увеличиваются до 80-100 и 120°.

Кривые распределения поровых каналов ло размерам для известняков, характеризующихся величиной емкости 3-6 %, несколько отличаются от описанных выше ( рис. 2 , Б). Максимум кривой смещается в область радиусов поровых каналов 0,1-0,25 мкм, значительно сокращается содержание микропор (до 25-60 %). В некоторых разностях около 75 % емкостного пространства представлено макропорами, среди которых встречается 1-2 % пор радиусом до 5-8 мкм. Емкость матрицы, по данным ртутной порометрии, составляет 0,0171-0,03526 см³/г. Несколько улучшаются фильтрационные показатели. Если у описанных выше пород с емкостью пор до 3 % матрица практически непроницаема, а фильтрация газа осуществляется по микро- и макротрещинам, то изученные известняки с открытой пористостью от 3 до 6 % характеризуются значениями коэффициента проницаемости матрицы до 1*10^-3 мкм². Теоретические значения проницаемости при установленных размерах пор у отдельных разностей достигают величин (2-4)*10^-3 мкм². Однако сложное строение порового пространства обусловливает более низкие фактические значения.

Существенно отличаются описываемые сгустково-органогенно-детритовые известняки как по физико-химическим свойствам минеральной поверхности, так и по величине удельной поверхности. Помимо значительного увеличения внутренней поверхности известняков (до 1,04-2,16 м²/г) отмечается изменение ее смачиваемости ( рис. 3 , кривая 2). Последнее связано в основном не с минеральным составом пород, а с наличием в поровом пространстве битумов. За счет сорбции углеводородных компонентов изменились поверхностные свойства породы, произошла ее гидрофобизация, что привело к ухудшению смачиваемости минералов водой. Значения краевых углов смачивания равны 85-121°.

Дальнейшее увеличение суммарной емкости матрицы происходит в основном за счет формирования более крупнопороговой структуры. Эта тенденция хорошо заметна у известняков, характеризующихся величиной открытой пористости выше 6 % ( рис. 2 , В). Процентное содержание микропоровых каналов радиусом менее 0,1 мкм в указанных разностях снижается и, как правило, не превышает 35 %; значительный объем составляют пустоты размером от 0,5 до 50 мкм. Высокопористые (10-17,6 %) и проницаемые (0,004-0,054 мкм²) коллекторы представлены фораминиферово-полидетритовыми и водорослевыми известняками, органические остатки в различной степени перекристаллизованы и гранулированы, пространство между ними заполнено мелко- среднезернистым кальцитом в количестве не более 10 %. Строение порового пространства довольно сложное: отдельные крупные поры соединяются между собой тонкими каналами, отмечаются поровые каналы размером до 40-50 мкм. Присутствие в породе последних даже в малых объемах (0,5-2 %) значительно улучшает ее фильтрационные свойства. Количественные изменения строения порового пространства отражаются и на величинах удельной поверхности породы. Незначительное содержание микропор, преобладание макропор явилось причиной того, что величина внутренней удельной поверхности невелика (1,09-1,86 м²/г). С другой стороны, участие в фильтрации практически всех каналов обусловило наличие в поровом пространстве битумов, что сказалось и на физико-химических свойствах поверхности известняков. Анализ изменения краевого угла смачивания в породах с различной пористостью, сделанный по скв. 9 и 362, показал, что все высокопористые разности характеризуются значительной гидрофобизацией поверхности (ом. рис. 1 ). Несмотря на увеличение открытой пористости от 6 до 18 %, значения краевого угла смачивания довольно близкие (89-120°); это позволяет отнести изученные известняки к переходным (см. рис. 3 , кривая 3) и, чаще всего - к типично гидрофобным породам.

Выводы.

1. Строение порового пространства известняков, слагающих продуктивную толщу Оренбургского газоконденсатного месторождения, неоднородное. Выделяются микро- и макропоровые разности.
2. Низкопористые (до 6 %) известняки характеризуются микропоровым строением. Их матрица полностью насыщена водой. Значения емкости матрицы, по данным ртутной порометрии, близки к величинам открытой пористости, полученным по методу керосинонасыщения. Трещины в низкопористых разностях служат путями фильтрации флюидов и аккумуляции газа или нефти.
3. Матрица пород емкостью выше 6 % отличается преобладающим развитием макропор и значительной гидрофобизацией поверхности. Породы содержат газ или газоконденсат.
4. По физико-химическим свойствам поверхности низкопористые известняки гидрофильны, породы, отличающиеся существенным развитием макропор или трещин, значительно гидрофобизованы. Последнее необходимо учитывать при разработке месторождений.
5. Различные пути миграции УВ, обусловленные наличием трещин, микро- и макропоровых разностей известняков, сорбция полярных компонентов нефти породой явились причиной неоднородного характера поверхностных свойств карбонатных коллекторов Оренбургского месторождения.

1. Амикс Дж., Басс Д., Уайтинг Р. Физика нефтяного пласта. М., Гостоптехиздат, 1962.
2. А.С. 602827 [СССР]. Способ определения смачиваемости пористых материалов /Авт. изобрет. К.И. Багринцева, Т.С. Преображенская. - Заявл. 11.01.77, № 2442227; Опубл. в Бюл., 1977, № 14, 15.
3. Петерсилье В.И., Рабиц Э.Г., Макарова З.И. Комплексная методика оценки коэффициента газонасыщенности и нижнего предела пористости коллекторов Оренбургского газоконденсатного месторождения. - Геология нефти и газа, 1979, № 8 , с. 25-29.

Таблица

Результаты определения коллекторских показателей пород скв. 9 и 362 Оренбургского месторождения

Рис. 1. Содержание поровых каналов радиусом: менее 0,1 мкм и значения краевого угла смачивания в известняках с различной пористостью.

Краевой угол смачивания : 1 - менее 75°, 2 - 75-105°, 3 - более 105°, 4 - не определялся

Рис. 2. Кривые распределения эквивалентных радиусов поровых каналов.

A. 1 - образец 1891: m₀=9.2 %, К_II=0,146*10^-3 мкм²; 2 - образец 236: m_о=10,0 %, К_II== 18,5*10^-3 мкм²; 3 - образец 249; m_о=17,6 %, К_II=51,1*10^-3 мкм²; 4 - образец 1880: m_о=9,7 %, К_III=0,521*10^-3 мкм²;

Б. 1 - образец 232: m_о=3,9 %, K_II = 1,8*10^-3 мкм²; 2 - образец 1877: m_о=3,3 %, К_I = 0,01*10^-3 мкм²; 3-образец 1874: m_o=6 %, К_III=0,826*10^-3 мкм²;

B. 1 - образец 260: m_o=0,7%, К_II=0,472*10^-3 мкм²; 2 - образец 275: m_о=1,8%, K_II=1,09*10^-3 мкм²; 3- образец 261: m_o=1,1 %, K_II=0,20*10^-3 мкм²

Рис. 3. Значения краевых углов смачивания для известняков с различным типом пустотного пространства.

Образцы: 1 - 261, 2-1874, 3 - 236