|
УДК 552.578.2.061.4:551.762.3(571.1) |
|
|
|
© Т.А. Федорова, P.А. Бочко, 1991 |
Водно-растворимые соли баженовской свиты как критерий выделения зон коллекторов
Т.А. ФЕДОРОВА, Р.А. БОЧКО (МИНГ)
Несмотря на большое количество аналитических исследований, выполненных по породам баженовской свиты Западной Сибири, в литературе отсутствуют данные о водно-растворимых солях в этих отложениях. Между тем, изучение солевого состава пород может дать полезные сведения как об их генезисе, так и постдиагенетических процессах. Отсутствие сведений о солевом составе отложений баженовской свиты, видимо, объясняется укоренившимся представлением о безусловной гидрофобности пород и, следовательно, невозможности взаимодействия их с водой, как требуется применяемой методикой (Е.В. Аринушкина, 1962 г.). Однако в результате изучения выяснилось, что в породах баженовской свиты встречаются и гидрофильные разновидности (В.И. Белкин, 1986 г.), что отражено в исследованной коллекции (таблица), в которой гидрофобные разности составляют только около 2/3 изученных образцов.
Определить состав водно-растворимых солей в гидрофобных образцах сложно: породы даже в растертом виде плохо взаимодействуют с водой, образуют пленки на поверхности суспензии. Только в результате длительного (1 ч) взбалтывания удалось снизить эти эффекты, и последующий анализ фильтрата показал, что образцы с водой провзаимодействовали. В то же время можно ожидать неполного перехода солей в раствор, т.е. заниженных результатов по сравнению с истинным содержанием. Гидрофильные разности хорошо смешивались с водой и готовились по той же схеме, что и гидрофобные.
Известно, что для глинистых пород зоны катагенеза в
интервале глубин 2400-3000 м значения рН=7-8 в водных вытяжках, общая
засоленность составляет около 0,3 % [2].
В составе катионов преобладают Na+ и Са2+
в количестве 6 и 1 мг-экв соответственно (Здесь и далее значения мг-экв приводятся на 100 г
породы). Содержание 
и 
приближается к нулю. В составе анионов
преобладают SO42- (2,5-3 мг-экв) и
(5-6 мг-экв). Солевой состав водных вытяжек из глинистых
пород закономерно изменяется с глубиной: значения рН увеличиваются от
нейтральных до слабощелочных и общая засоленность уменьшается, в составе солей
начинает преобладать хлористый натрий. Результаты анализа водных вытяжек из
пород баженовской свиты оказались крайне неоднородными. Образцы резко
различались по величинам рН, степени общей засоленности и ионному составу
солей. Сравнение результатов анализа с литературными данными показало, что все
образцы разделяются на две группы, которые условно можно определить как
«обычные» (17 образцов) и «аномальные» (11 образцов).
«Обычные» породы имеют значения рН водных вытяжек 7,5-9,14. Содержание Na+ изменяется от 2 до 1 мг-экв, Са2+ -от 1 до нуля, Mg2+ близко к нулю, НСО3- и Сl- - от 0,08 до 0,58, SO42- - от 3 до 1. Общая засоленность «обычных» образцов не превышает 0,1-0,2 %. При этом прослеживается характерная зависимость значений рН и ионного состава вытяжек от глубины залегания породы, что хорошо видно на рис. 1.
В «аномальных» образцах значения рН солевого раствора резко понижены и изменяются от 2,85 до 4,82. Общая засоленность, наоборот, повышается в 2-5 раз по сравнению с «нормальными» образцами и составляет 0,4-1 %. Ионный состав солей колеблется в широких пределах: содержание Са2+ составляет от 1,5-2 до 9, Mg2+- от 0,5 до 2,5, SO42- - от 6 до 15 мг-экв. Появляются водно-растворимые Fe3+ и Аl3+ в количестве 0,3-1 и 0,18-0,86 мг-экв соответственно. Содержание Na+ в некоторых образцах понижается, количество Сl- аналогично содержанию в «нормальных» образцах, НСО3- отсутствует, образуются водно-растворимые соединения меди (так, в образцах скв. 118 Салымской содержание Сu2+ составляет 0,02, скв. 157 Салымской - 0,07, скв. 109 Советской - 0,03 мг-экв).
Особо следует остановиться на образцах тутлеймской свиты, у которых значения общей засоленности, содержания SO42- и водно-растворимых Fe3+ и А13+, даже по сравнению с «аномальными» образцами баженовской свиты, увеличиваются почти на порядок. Так, солевой состав водной вытяжки (скв. 1513 Толумская) соответствует глинистым породам подзоны катагенеза на глубине 1500-2000 м и образец менее засолен, чем типичные глинистые породы на соответствующей глубине [2]. В образце же из скв. 908 Южно-Тетеревской засоление является крайне аномальным - 9,6 %, рН=3,58. Содержание SO42- возрастает до 112,56, Са2+ - 10,61, Mg2+ - 16,75, Fe3+ - 61,08, А13+ - 12,47, Сu2+ -0,16 мг-экв. Содержание прочих элементов, наоборот, понижено: К+ - 0,02, Na+ - 0,13 мг-экв, Сl- - следы, НСО3- отсутствует.
Сопоставление суммы катионов и анионов в «аномальных» образцах показывает, что в некоторых случаях количество анионов преобладает за счет повышенного содержания SO42-, что указывает на присутствие в породах «неучтенного» иона водорода, который совместно с SO42- образует свободную серную кислоту. Особенно отчетливо это выражено в образцах скв. 118, 139, 157 Салымских, в которых «избыток» SO42- достигает 1,95- 4,15 мг-экв. В «аномальном» образце тутлеймской свиты избыточное содержание SO42- составляет 11,34 мг-экв.
Реконструкция по данным водных вытяжек состава водно-растворимых солей «аномальных» образцов свидетельствует о наличии в породах гипса, сульфатов магния, железа и алюминия. Это подтверждается изучением образцов на микрозонде Superprobe-733, позволяющем проводить локальный химический анализ частиц размером от 5 мкм. В результате в «аномальных» образцах выявлено большое количество кристаллов гипса и волосовидных кристаллов железоалюминиевых квасцов (рис. 2, а, б), а также железного купороса, присутствующего в породе в виде рыхлых порошкообразных масс. Идентификация этих минералов производилась не только по морфологическим очертаниям микрокристаллов, но и по характерному элементному составу (данным локального химического анализа), за исключением кислорода, содержание которого не учитывалось.
Подобный солевой состав не мог возникнуть в породах на стадии седиментогенеза, так как морские воды не насыщены SO42-. Хемогенная садка солей CaSO4 и MgSO4 возможна в сильнозасоленных лагунах, но при этом также повышается содержание хлористого натрия, что не наблюдается в нашем случае. Водно-растворимые сульфаты железа и алюминия (железоалюминиевые квасцы и железный купорос) образуются в окислительных условиях и не могут сформироваться в баженовских и тутлеймских глинистых породах при седиментогенезе, так как наличие фрамбоидного пирита [4] и повышенное содержание ОВ свидетельствуют о восстановительной среде осадконакопления.
Как известно, железный купорос и железо-алюминиевые квасцы могут образоваться в поверхностных условиях при выветривании глинистых сланцев, а также при гидротермальном как эндогенном, так и экзогенном изменении пород, содержащих алюминий и железо. В нашем случае присутствие сульфатных солей железа и алюминия в гидрофобных разностях глинистых пород баженовской свиты однозначно указывает на их образование в пластовых условиях, а не в результате выветривания керна при хранении. Таким образом, породы, имеющие кислое значение рН водных вытяжек и состав водно-растворимых солей с преобладанием сульфатов кальция, магния, алюминия и железа, испытали на стадии катагенеза проработку кислыми водами, возможно, обогащенными SO42-. На гидротермальный генезис указывает и появление в некоторых «аномальных» образцах водно-растворимых соединений меди, которые обычно имеют эндогенное происхождение (О.Ф. Кадранова, С.В. Сергеева, 1985 г.).
Следует отметить, что увеличение засоленности глинистых пород и некоторое понижение до нейтральных значений рН водных вытяжек связываются с увеличением количества водно-растворимых солей в результате появления при пластовых температурах 60-65 и 90-95 °С на глубине 1500-1900 и 2400-2800 м соответственно свободной воды, ранее находившейся в связанном состоянии [2]. Эта схема не подходит для описываемого случая, так как анализ полученных результатов показывает, что «аномальные» значения ионного состава солей, рН, общей засоленности ряда образцов не связаны ни с глубиной залегания породы, ни с современной пластовой температурой. Не имеют значения и литологическая разновидность, а также их гидрофильность или гидрофобность. Общим признаком аномальных пород является расположение их в субширотной области. Кроме того, в «аномальных» образцах не просто возрастает количество водно-растворимых солей, а увеличивается содержание только сульфатов, что можно объяснить лишь поступлением эндогенных вод, содержащих повышенное количество SO42-.
Наблюдаемые факты хорошо согласуются со схемой гидротермального эндогенного изменения пород под воздействием термальных вод сульфатного типа. Подобные термы широко распространены в природе и при взаимодействии с породами в зависимости от их температуры дают сульфатную (T=200-300 °С) или сульфидную (T= 80-100 °С) минерализацию [3].
С целью изучения влияния сульфатной минерализации на проницаемость пород было проведено исследование структуры порового пространства образцов на растровом электронном микроскопе JSM-50A по специальной методике (В.А. Кузьмин, 1986 г.) с применением пропитки образцов люминофором. Установлено, что все «нормальные» образцы являются непроницаемыми, причем их проницаемость не увеличилась в результате экстракции битумоида органическими растворителями (хлороформом и спиртобензолом) в течение 30 сут. Часть «аномальных» образцов до экстракции обладала незначительной проницаемостью, обусловленной наличием единичных микротрещин раскрытостью до 0,02 мм. Коэффициент эффективной пористости (кпэ), полученный по обсчету изображения, составляет 0,13-0,17 %. Некоторые образцы оказались непроницаемыми (площади Нижневартовская, Аганская, Варьеганская, Тепловская). Однако после аналогичной экстракции органическими растворителями проницаемость «аномальных» образцов резко увеличилась за счет появления каверн размером до 0,1 мм в поперечнике (рис. 3, а) и микротрещин раскрытостью 0,05-0,1 мм, кпэ увеличивается до 3,87-4,53 %. «Аномальный» образец тутлеймской свиты, наиболее гидротермально преобразованный, еще до экстракции имел тонкослоистое достаточно рыхлое сложение. Его пустотное пространство представлено системой микротрещин раскрытостью до 0,1 мм (см. рис. 3,6), кпэ достигает 10,84-11,64 %. После обработки органическими растворителями образец разрушился до тонколистоватой дресвы. Таким образом, вторичная сульфатная минерализация увеличивает проницаемость пород, однако значительное разуплотнение наблюдается только в случае резко выраженного кислотного выщелачивания, при котором общее количество водно-растворимых солей увеличивается более чем на порядок по сравнению с содержанием в неизмененных («нормальных») породах.
Существование гидротермально измененных разностей глинистых пород баженовской свиты позволяет прогнозировать формирование коллектора в узких приразломных зонах. Мощность измененной зоны зависит от первоначальной пористости, т.е. чем выше последняя, тем больше будет зона гидротермальных изменений (так, для песчаников она изменяется от 0,3 до 1 км). Для плотных глинистых пород мощность измененной зоны и, следовательно, перспективных на нефть участков не будет превышать 1 км. Максимальное же гидротермальное воздействие приводит к резкому разрыхлению пород и падению механической прочности. Видимо, именно это явление и приводит к образованию рыхлых разностей пород баженовской свиты (бажениты), к которым приурочены основные нефтепроявления на Салымской площади.
Выводы
1. В глинистых породах баженовской и тутлеймской свит выделено два типа засоления. Первый тип характеризуется содержанием водно-растворимых солей не выше 0,2 % и нейтральными или повышенными значениями рН водных вытяжек. Ионный состав солей соответствует составу пластовых вод зоны затрудненного водообмена. Для второго типа отмечаются повышение в 2-5 и до 10 раз содержания водно-растворимых солей, резко пониженные значения рН водных вытяжек (до 2,5-3), изменение ионного состава солей в сторону увеличения содержания сульфатов кальция и магния, а также появление в ряде случаев сульфатов алюминия и железа и свободной серной кислоты.
2. Второй тип засоления, отмеченный у 1/3 исследованных образцов, свидетельствует о проработке пород восходящими по разломам кислыми высокотемпературными (250-300 °С) водами сульфатного класса.
3. Воздействие кислых гидротермальных вод ведет к увеличению пористости пород, следовательно, проницаемые разности следует ожидать вблизи разломов в радиусе, не превышающем 1 км от проекции разлома на поверхность.
4. Породы с выявленными признаками вторичного гидротермального воздействия тяготеют к расположению в субширотной зоне (площади Салымская, Нижневартовская, Советская, Аганская и др.).
5. В случае интенсивного гидротермального воздействия глинистые породы рассланцовываются, теряют механическую прочность, легко разрушаются до глинистой дресвы. Возможно, именно этим объясняется возникновение в плотных баженовских породах рыхлой разновидности (баженита).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Волостных Г.Т. Аргиллизация и оруденение.- М.: Недра,- 1972,- С. 27-30.
2. Кривошеева З.А., Бирюкова О.Н. Изменение с глубиной состава и минерализации поровых вод глинистых пород центральной части Московской синеклизы //В кн.: Влияние поровых вод на физико-механические свойства пород.- Киев.-1974.- С. 174-178.
3. Овчинников Л.Н. О роли SO2 в гидротермальном рудообразовании // Докл. АН СССР,- 1976,- Т. 227,- № 3,- С. 680-683.
4. Федорова Т.А. Фрамбоидный пирит в нефтематеринских породах // Мат-лы XIV конф. молодых ученых геол. ф-та МГУ,- М.: Деп. ВИНИТИ,- 1987.- № 7154- 1387,- С. 168-171.
Investigation of the composition of water-soluble salts contained in argillaceous rocks of the Bazhenov Suite of western Siberia has indicated two types of salting. One type is characterized by a series of salts, with respect to their amounts (up to 0.3 %) and cation-anion composition typical of the argillaceous rocks in the zone of difficult water exchange. The other type is characterized by an increase in the amount of water-soluble salts up to 1-10 %, sharply increased contents of calcium and magnesium sulfates, as well as by the appearance of iron, aluminium, and copper sulfates which is not quite inherent in the argillaceous rocks of normally marine origin of the middle catagenesis subzone. Such a type of salting suggests the availability of gypsum, iron vitriol, and iron-aluminium alum in the rocks. The presence of these minerals confirmed by microsonde analysis can be explained by changes in rocks under the influence of high-temperature (200-300 °C) waters of a sulfate class. Hydrothermal effects lead to a sharp increase in porosity and to a loss of mechanical rock strength as the amount of water-soluble salts increases up to 10 %. It is likely to be a leaching effect of high-temperature acid hydrotherms that bring about the development of a reservoir in the Bazhenov Suite - Loose, fractured differences (bazhenite).
|
Площадь, скважина |
Интервал отбора, м |
Порода |
Тпл, Т |
|
Южно-Тетеревская, 908 (А, Т) |
1557-1563 |
Аргиллит |
78 |
|
Толумская, 1513 (Т) |
1876-1880 |
Мергель |
86 |
|
Нижневартовская, 97 (А) |
2400-2406 |
Аргиллит алевритистый |
81 |
|
Советская, 109 (А) |
2441-2451 |
Аргиллит карбонатный |
83 |
|
Северо-Покурская, 408 (Г) |
2549-2571 |
Аргиллит алевритистый |
103 |
|
Аганская, 29 (Г) |
2586-2600 |
То же |
90 |
|
Варьеганская, 2153 (А) |
2610-2617 |
Аргиллит окремнелый |
81 |
|
Салымская, 118 (Г) |
2760-2763 |
Известняк глинистый |
127 |
|
Салымская, 118 (Г) |
2766-2771 |
Аргиллит кремнистый |
127 |
|
Салымская, 118 (А, Г) |
2775-2780 |
Аргиллит кремнистый |
127 |
|
Тепловская, 274 (А) |
2809-2816 |
Аргиллит алевритистый |
91 |
|
Салымская, 73 (Г) |
2823-2838 |
Аргиллит |
126 |
|
Южно-Сургутская, 853 (А, Г) |
2816-2822 |
» |
82 |
|
Грибная, 7 (Г) |
2849-2858 |
Алевролит |
87 |
|
Ягунская, 105 (Г) |
2855-2863 |
» |
87 |
|
Ягунская, 105 (Г) |
2835-2842 |
Аргиллит |
87 |
|
Салымская, 157 (Г) |
2881-2885 |
» |
135 |
|
Южно-Балыкская, 1174 (Г) |
2880-2896 |
Аргиллит карбонатный |
101 |
|
Салымская, 130 (А, Г) |
2919-2920 |
То же |
98 |
|
Салымская, 162 (Г) |
3004-3010 |
Аргиллит |
111 |
|
Карамовская, 95 (Г) |
3085-3092 |
Силицит глинистый |
97 |
|
Крайняя, 52 |
3103-3112 |
Аргиллит алевритистый |
90 |
|
Салымская, 139 (А, Г) |
3124-3131 |
Аргиллит |
88 |
|
Восточно-Пякутинская, 4 |
3126-3131 |
Алевролит |
90 |
|
Восточно-Сургутская, 172 |
2838-2848 |
Аргиллит алевритистый |
86 |
|
Восточно-Сургутская, 172 |
2860-2866 |
Алевролит |
86 |
|
Муравленковская, 216 |
3145-3152 |
Аргиллит алевритистый |
91 |
|
Умсейская, 4 (Г) |
3281-3284 |
То же |
89 |
|
Умсейская, 4 |
3284-3286 |
» |
89 |
Примечание. Образцы: А - «аномальный». Г - гидрофобный, Т - тутлеймской свиты
Рис. 1. Изменения с глубиной общей засоленности С и значения рН водных вытяжек пород баженовской свиты.
Образцы: 1 - Салымской площади, 2 - других площадей, 3 - аномальные, 4 - аномальные Салымской площади
Рис. 2. Аутигенные кристаллы гипса (а) баженовской свиты (скв. 139 Салымская) и железоалюминиевых квасцов (б) тутлеймской свиты (скв. 908 Южно-Тетеревская)
Рис. 3. Кавернозная (а) и микротрещиноватая (б) структуры пустотного пространства в аномальных образцах из скв. 97 Нижневартовской и скв. 908 Южно-Тетеревской соответственно
