Закрытая пористость горных пород, способы ее выявления и количественной оценки

Пористость пород является одним из важнейших параметров для определения их емкостных свойств. При количественной оценке составляющих пoрового пространства пород ведущая роль принадлежит промысловой геофизике. Комплексированием различных промыслово-геофизических методов, как правило, удается оценить общую пористость, пористость матрицы породы, трещинно-каверновую, а в благоприятных условиях и трещинную.

Большое значение при этом имеет дискуссионный до последнего времени вопрос о наличии в породах изолированных пустот. В случае существования закрытых пустот необходимы их количественная оценка и учет при определении пористости геофизическими методами, что особенно важно при изучении коллекторов, отличающихся невысокими емкостными характеристиками (например, трещинных или трещинно-каверновых). Кроме того, решение указанной проблемы позволит получить дополнительную информацию об условиях осадконакопления и вторичного преобразования пород.

Наличие или отсутствие изолированных пустот однозначно может быть установлено только в результате петрофизических исследований. Основным признаком закрытых пустот является превышение общей пористости К_п.общ над открытой К_п.о, определенных в одних и тех же образцах. Следует отметить, что при оценке указанных параметров стандартными способами для большинства изучаемых объектов данное условие соблюдается. В работе [2] этот эффект относится на счет закрытых пустот, суммарная емкость которых может составлять 2–3 %. Вместе с тем существует мнение [3, 4], что он обусловлен не столько закрытой пористостью К_п.з, сколько погрешностями определений (некачественное парафинирование и особенно недонасыщение образцов). Действительно, в ряде случаев последнее имеет место. Как следует из работы [1], величина К_п.о может существенно возрасти (практически до полного совпадения с К_п.общ) при насыщении образцов под значительным давлением (до 20 мПа) либо при использовании для ее оценки газоволюметрического метода. Поэтому, применяя стандартные методы исследования, условие К_п.общ>К_п.о в общем случае нельзя рассматривать как достаточное для объективного заключения о наличии и величине К_п.з . Для однозначного решения этого вопроса необходима дополнительная информация. До недавнего времени обнаружение в породах изолированных пустот осуществлялось в основном с помощью аргентометрического титрования и изучения под микроскопом больших нестандартных плоскопараллельных шлифов. Однако аргентометрическое титрование, основанное на выявлении хлоридов в водных вытяжках, полученных на дезинтегрированных образцах пород (последние предварительно экстрагируются и отмываются от солей), дает лишь качественное представление и не позволяет обнаружить закрытые пустоты при отсутствии в них солей хлора. При исследованиях шлифов изучаются небольшие, часто непредставительные объемы породы, что также затрудняет количественную оценку К_п.з.

Один из наиболее информативных методов ее определения – газоволюметрический. Он основан на сопоставлении кажущейся d_к.м и истинной d_м минералогических плотностей породы, под которыми подразумевается масса единицы объема твердой части ее соответственно с неразрушенной и разрушенной структурами. Для исследований нами использовался гелиевый плотномер “Автопикнометр 1320” (Франция), позволяющий определять объем проб с абсолютной погрешностью ±10 ^-9 м³. Методика измерений заключалась в следующем. Проэкстрагированный и отмытый от солей образец сушился до постоянной массы, после чего на указанном автопикнометре оценивалась его кажущаяся минералогическая плотность. Затем он дезинтегрировался и с помощью этого же прибора находили его d_м. Величина К_п.з рассчитывалась по формуле

К_п.з=d_п/d_к.м–d_п/d_м,

где d_п – объемная плотность сухого образца.

Значения d_км и d_п позволяют рассчитать и K_п.о образца К_п.о=1– d_п/d_к.м.

Ниже приводятся результаты работ по изучению К_п.з коллекторов ряда разведочных объектов Северного Кавказа и Западного Казахстана. Нами исследованы образцы из глубокозалегающих карбонатных отложений мела и верхней юры ЧИАССР, каменноугольных Тенгиза, верхнемеловых и терригенных юрских Ставропольского края.

На рис. 1, а приведено сопоставление величин К_п.общ и К_п.о верхнемеловых пород ЧИАССР, определенных газоволюметрическим способом. Указанные отложения представлены преимущественно хемогенными, биохемогенными и органогенными кальцитовыми известняками. При этом основная масса их характеризуется общей пористостью до 5–6 %. Отмечается систематическое превышение значений К_п.общ над К_п.о, что свидетельствует о присутствии закрытых пустот. Аналогичный вывод был получен и при изучении под микроскопом больших нестандартных плоскопараллельных шлифов. В известняках зарегистрированы изолированные макропустоты изометрической формы первичного происхождения размером (10–250)·10^-6 м

Общая пористость пород, определенная по таким шлифам, также превышает открытую (см. рис. 1, а). Наличие в верхнемеловых породах ЧИАССР закрытой пористости подтверждается и данными аргентометрического титрования и вакуумной декриптации. Последняя выполнена в Ростовском университете (О.Б. Барцев, 1987 г.). Она заключается в нагревании образца до температуры, при которой за счет повышения давления внутри изолированных пустот происходит их разрушение. Состав и количество выделившихся при этом образований регистрируются с помощью специальной аппаратуры. Поскольку не учитываются пластовые условия и начальные давления внутри изолированных пустот, получаемые результаты носят лишь качественный характер.

На рис. 1, а приводятся также данные, полученные при оценке К_п.общ и К_п.о стандартными способами (соответственно пикнометрическим и методом Преображенского), которые в целом хорошо согласуются с определениями на “Автопикнометре 1320”. Следует отметить, что величина К_п.з верхнемеловых известняков ЧИАССР практически постоянна при изменении их пористости от 1 до 6 % (среднее 0,8), что должно учитываться при интерпретации данных каротажа и обосновании подсчетных параметров залежей. Уместно предположить, что с ростом пористости пород вероятность наличия в них изолированных, гидродинамически не связанных пустот, а следовательно, и величина К_п.з должны снижаться. С целью проверки этого были проанализированы результаты оценки К_п.общ и К_п.о верхнемеловых пород Ставропольского края. Являясь по вещественному составу, структурным и генетическим признакам аналогами соответствующих отложений ЧИАССР, они отличаются очень высокой (до 20 % и более) общей пористостью. Значения К_п.общ и К_п.о практически совпадают (рис. 1, б). Величины К_п.з в большинстве случаев близки к нулю и не превышают 0,1–0,3 %.

Широкий комплекс исследований был проведен и при изучении низкопористых карбонатных отложений валанжинского яруса и верхней юры ЧИАССР. При этом установлено, что закрытая пористость их, как правило, варьирует в пределах 0,1–0,3 % и существенного влияния на К_п.общ не оказывает (рис. 2, а). Микроскопическое изучение шлифов показало, что валанжинские и верхнеюрские породы (в отличие от верхнемеловых ЧИАССР) были подвержены активному воздействию процессов постседиментационных преобразований, в результате чего возникли многочисленные каналы вторичного происхождения и микротрещины, объединяющие в единую гидродинамическую систему практически все пустоты.

Газоволюметрический метод был использован также и при изучении каменноугольных карбонатных пород месторождения Тенгиз и юрских терригенных Ставропольского края. Установлено, что последние характеризуются в основном нулевыми значениями К_п.з. При этом практически совпадают и величины К_п.о и К_п.о, определенные стандартными способами (рис. 2, б).

Значения К_п.з каменноугольных известняков Тенгиза, определенные с помощью “Автопикнометра 1320”, варьируют от 0 до 1 % (редко более) и в среднем не превышают 0,2–0,3 (рис 3, а). При этом величины К_п.общ на 2–3 % превышают К_п.о, определенные методом Преображенского (рис. 3, б), что свидетельствует о недонасыщении образцов. Поэтому несомненный интерес представляют результаты ртутной порометрии. Оказалось, что открытая пористость пород, рассчитанная по объему внедрившейся ртути, практически совпадает с общей, причем полное насыщение достигалось при создании давления до 200 МПа и более. На отсутствие в породах закрытой пористости указывают также и результаты аргентометрического титрования.

Таким образом, вопрос о наличии закрытых пустот в породах не является однозначным. Наряду с породами, в которых изолированные поры практически отсутствуют, развиты и отложения, характеризующиеся значительными величинами К_п.з, что нужно учитывать при интерпретации геолого-геофизических материалов. Для получения достоверной информации необходимо провести специальные лабораторные исследования. При этом наиболее перспективным является газоволюметрический способ определения К_п.з, отличающийся высокой оперативностью и достаточной надежностью.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Викторин В.Д., Лыков Н.А. Разработка нефтяных месторождений, приуроченных к карбонатным коллекторам. – М : Недра. – 1980.
2. Котиков Ф.И. Физика нефтяных и газовых коллекторов. – М.: Недра. – 1977.
3. Орлов Л.И., Карпов Г.И, Топорков В.Г. Некоторые особенности петрофизических исследований коллекторов нефти и газа // В кн: Коллекторы нефти и газа и флюидоупоры. – Новосибирск. – 1983. – С. 101 – 102.
4. Потапов В.П. Соотношение полной и открытой пористости в карбонатных коллекторах // Геология нефти и газа. – 1980. – № 3 – С. 49– 54.

Рис. 1. Сопоставление величин К_п.общ и К_п.о для верхнемеловых пород ЧИАССР (а) и Ставропольского края (б).

Определения выполнены: 1 – методом Преображенского, 2 – по шлифам, 3 – газоволюметрическим способом.

Рис. 2. Сопоставление величин К_п.общ и К_п.о карбонатных пород валанжинского яруса и верхней юры ЧИАССР (а) и юрских терригенных отложений Ставропольского края (б).

Уcл. Обозн. См. на рис 1.

Рис. 3. Сопоставление величин К_п.общ и К_п.о каменноугольных пород месторождения Теигиз, определенных газоволюметрическим способом (а) и методом Преображенского (б)