CC BY
24УДК 552.144+552.513.1
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ВТОРИЧНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПОРОД-КОЛЛЕКТОРОВ НА ТЕРРИТОРИИ ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ ПЛИТЫ
THE BASIC TYPES OF SECONDARY CHANGES IN RESERVOIR ROCKS IN THE TERRITORY OF THE WEST SIBERIA PLATE
А. В. Поднебесных, С. В. Кузнецов, В. П. Овчинников
A. V. Podnebesnykh, S. V. Kuznetsov, V. P. Ovchinnikov
ООО «Газпромнефть НТЦ», г. Тюмень
ЗапСибБурНИПИ, филиал ОАО «НПЦ «Недра». г. Тюмень
Ключевые слова: цеолиты; карбонаты; выщелачивание; вторичное минералообразование;
коллектор
Key words: zeolites; carbonates; leaching; secondary mineral formation, reservoir
В осадочном чехле Западно-Сибирской плиты по данным ряда исследователей [1-4] в тектонически-активных зонах наблюдаются минералогические и катагенетиче-ские аномалии. Они выражаются в резком возрастании количества аутигенных минералов цемента, в заметных изменениях обломочного каркаса пород и особенностях типоморфизма минералов [5]. Одними из самых распространенных типов вторичных изменений на территории Западно-Сибирской плиты являются процессы цеолитиза-ции, карбонатизации и выщелачивания. Эти процессы носят, как правило, региональный характер распространения и приурочены к тектонически-активным зонам земной коры. Вследствие образования разных минеральных парагенезисов вторичные процессы по-разному оказывают влияние на фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) пород-коллекторов: так цеолитизация и карбонатизация способствуют снижению ФЕС, а выщелачивание улучшению. Все это, в конечном итоге, приводит к изменению коэффициента извлечения нефти и уровней добычи углеводородного сырья. Изучение и учет процессов вторичного изменения пород-коллекторов в значительной мере могут оказывать влияние на размещение эксплуатационного фонда скважин и на планирование геолого-технологических мероприятий.
Цеолитизация. По современным представлениям, цеолиты формируются преимущественно в тектонически-активных зонах, где происходит проникновение больших объемов воды в разогретые породы базальтового ряда. В результате такой реакции происходит формирование вторичных минеральных парагенезисов, состав которых зависит от состава вмещающих пород. Кроме этого на формирование цеолитов определенное влияние оказывают эпигенетические (наложенные) изменения продуктивных пластов. Эти изменения заключаются в формировании вторичных гидротермальных ассоциаций и сопровождаются дегидратацией ряда породообразующих минералов с возможным разуплотнением пород [6].
По результатам выполненного рентгеноструктурного анализа, цеолит, встреченный на Восточно-Мессояхском, Яро-Яхинском и Заполярном месторождениях, представлен ломонтитом, типичная оксидная формула которого выглядит как CaO-Al2O3-4SiO2-4H2O. Кристаллическая структура является переходной от субцепочечных алюмосиликатов к слоистым. Ломонтит образует агрегаты из призматических кристаллов с совершенной спайностью и выполняет роль порового и пойкилитового цемента в породах-коллекторах. На Яро-Яхинском и Заполярном месторождениях кроме ломонтита встречается натриевая разновидность — томпсонит, с типичной оксидной формулой ((Na2, Ca)O-Al2O3-2SiO2-2,4H2O).
Цеолитсодержащая горная порода имеет песчано-алевритовый каркас, одна часть пор которого заполняется хлоритовым и карбонатным цементом, а другая — цеолитами, что объясняется выявленной стадийностью вторичного минералообразования для Восточно-Мессояхского, Яро-Яхинского и Заполярного месторождений. Согласно проведенным исследованиям, одними из первых образовались регенерационный кварц и каолинит, более поздней по времени образования можно считать гидрослюду. В дальнейшем происходило формирование хлорита, далее кристаллизовались цеолиты, заполняющие пространство между зернами с уже существующими пленками хлорита. Практически вместе с цеолитами образуются глинистые минералы - каолинит и гидро-
26
Нефть и газ
№ 2, 2015
слюды. Их формирование происходит раньше цеолитов, поэтому для пород-коллекторов Восточно-Мессояхского, Яро-Яхинского и Заполярного месторождений наблюдается следующая зависимость: в песчаниках, где содержится незначительное количество глинистых минералов, количество цеолитов достаточно велико, а в алевролитах с содержанием глинистых минералов более 10 % цеолиты почти отсутствуют.
Наличие только одного типа цеолитов некоторыми авторами [7] объясняется преобразованием всех минеральных видов цеолитов в ломонтит под воздействием температуры, давления, рН, химизма среды и др. Процесс кристаллизации цеолитов оказывает прямое влияние на конечное число свободных пор в песчано-алевритовых породах. Например, если в песчаниках содержание цеолитов достигает 13 %, то средняя эффективная пористость (ф) может достигать 17 %. С уменьшением размера обломочных зерен уменьшается количество пор и цеолитов. В мелко- и тонкозернистых песчаниках с содержанием цеолитов количество свободных пор составляет менее 10 %, а в алевролитах цеолиты почти отсутствуют [8].
Цеолиты в цементе пород-коллекторов достаточно часто встречаются в ассоциации с хлоритом, кальцитом и гидрослюдой, и практически никогда с каолинитом. Дело в том, что каолинит образуется в кислой среде, а цеолиты в щелочной. Из этого следует, что в процессе формирования пород-коллекторов на стадии диагенеза и катагенеза химизм водной среды менялся с кислой на щелочную. Такая смена химизма, скорее всего, связана со скоростью прохождения растворов по высокопроницаемым зонам, сформировавшимся при многочисленных структурных перестройках [9].
Процесс формирования цеолитовой ассоциации на Восточно-Мессояхском, Яро-Яхинском и Заполярном месторождениях протекал продолжительное время с периодами усиления или ослабления процесса. Учитывая масштабы распространения данной ассоциации по площади, морфологические особенности и вторичность процессов, с которыми связана цеолитизация уже сформировавшихся пород-коллекторов, можно говорить об эпигенетическом характере происхождения цеолитов. Это предположение находит свое подтверждение при изучении шлифов, где хорошо видно, что цеолиты не только заполняют пустотное пространство, но и достаточно часто замещают отдельные зерна, как правило, полевых шпатов.
Рассматривая процесс цеолитизации в региональном масштабе, отметим следующее: район цеолитизации пластов вытягивается узкой полосой 15-30 км с юга на север и приурочен, главным образом, к зонам региональных разломов, проходя через Халь-мерпаютинское, Береговое, Пякяхинское, Южно-Мессояхское месторождения и седловину между Мессояхским и Малохетским валами. Также процессы цеолитизации затронули районы на Восточно-Уренгойской, Яро-Яхинской и Заполярной площадях.
Карбонатизация. Одним из самых распространенных процессов вторичного преобразования пород-коллекторов можно считать процесс карбонатизации. Как и большинство вторичных процессов, карбонатизация распределена неравномерно по площади и по разрезу пластов-коллекторов и, как правило, приурочена к тектонически-активным зонам.
Вторичные карбонаты образуют как единичные зерна, которые выполняют редкие поры, так и выступают в роли основных минералов цемента, по типу базального. Иногда встречаются линзообразные формы нахождения карбонатов. Размер зерен карбонатных минералов редко превышает доли миллиметра. Комплексными исследованиями ряда авторов установлено генетическое родство карбонатов в порах и трещинах растяжения терригенных пород [10]. На участках, где кальцит становится наиболее «агрессивным», наблюдается резкое усиление коррозии и метасоматоза кластогенных ингредиентов и цемента [11].
Состав карбонатов сильно зависит от удаленности терригенных отложений от пород фундамента и меняется в разных стратиграфических комплексах. В нижне- и верхнеюрских отложениях доминируют сидерит, анкерит и доломит, кальцит находится в подчиненном положении. Исследования керна и шлифов говорят о том, что для меловых отложений Западно-Сибирской плиты доломит и сидерит находятся в подчиненном положении, а доминирует кальцит. Сидерит и доломит присутствуют в трещинах и порах пород юрской толщи на границе с фундаментом, а также в кровельной части пород самого складчатого основания. Сидерит в таких случаях почти всегда генетически связан со структурно несовершенным каолинитом [12]. При удалении от зоны контакта «фундамент — чехол» вверх по разрезу происходит уменьшение разновидностей вторичных карбонатов и освобождение их от изоморфных примесей железа и магния.
2, 2015
Нефть и газ
27
Вследствие этого доломит — сидеритовая ассоциация уступает место единственному минералу — кальциту. Такая вертикальная зональность хорошо согласуется с проведенными наблюдениями на керне: для пород-коллекторов Восточно-Мессояхского месторождения больше характерен кальцит, а на Новогоднем, Новопортовском и Ча-тылькынском месторождениях в общем объеме карбонатов доминируют сидерит и доломит.
Процесс заполнения пустого пространства в песчано-алевритовом каркасе породы карбонатами происходит на более ранней стадии, чем заполнение цеолитами. Это связано с тем, что формирование карбонатов и цеолитов происходит в разных физико-химических условиях среды. Глинисто-карбонатные компоненты цемента пород-коллекторов обычно формируются в кислой среде. Стадийность минералообразования для Новопортовского, Новогоднего, Чатылькынского и Восточно-Мессояхского месторождений выглядит следующим образом: сначала образовались регенерационный кварц и каолинит, более поздним по времени образования можно считать хлорит. На последних стадиях происходило формирование карбонатов.
В нижней части разреза осадочного чехла Западно-Сибирской плиты (пласты Ю2-6 Новопортовского месторождения) содержание карбонатов составляет около 42,0 % от общего объема цемента, в средней части (пласты Ю1-2 Новогоднего и Чатылькынского месторождений) эта цифра уменьшается до 31,0-34,0 %, а для пластов верхней части разреза (нижней части меловых отложений Восточно-Мессояхского месторождения) равна 25,0 %. Такой характер распределения содержания карбонатов по вертикали четко коррелируется с удаленностью продуктивных пластов от контакта осадочных пород с доюрским основанием. Также отмечается корреляция содержания карбонатов в зависимости от фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов. Чем больше свободного пространства в песчано-алевритовом каркасе формирующейся породы, тем больше в ней содержание карбонатов. Это подтверждает предположение о том, что глинистая составляющая породы образуется раньше карбонатных минералов.
Процесс формирования карбонатов продолжался достаточно продолжительный период и по времени совпадал с фазами тектонической активности региона. Однако нельзя говорить только об эпигенетическом характере происхождения карбонатов. Какая-то часть карбонатного материала накапливалась при формировании первичных осадков и перераспределялась на стадии катагенеза.
Выщелачивание. На основе многолетних исследований рядом авторов [13-14] доказано крайне неравномерное развитие процессов выщелачивания в осадочных породах Западно-Сибирской плиты. В наиболее активных зонах миграции флюидов осадочные породы могут полностью терять свои первичные вещественные и структурно-текстурные признаки. В более спокойных флюидоактивных зонах осадочные породы, как правило, сохраняют свои структурно-текстурные признаки, но при этом идет процесс изменения порового пространства с образованием новых минеральных видов, не характерных для неизмененных пород-коллекторов. Зоны флюидомиграции тесно связаны с процессами конвективного прогрева бассейнов осадконакопления [15]. Вследствие такого прогрева возникают обширные зоны гидротермально проработанных пород-коллекторов, содержащих залежи нефти и газа.
Как показал проведенный анализ, процесс выщелачивания проявляется в полной мере в тектонически-активных зонах и сопровождается растворением калиевых полевых шпатов и кварца, выщелачиванием плагиоклазов, локальным проявлением альби-товой минерализации. Породы-коллекторы, подвергшиеся процессу выщелачивания, значительно улучшают свои коллекторские свойства. Это хорошо видно на примере Крапивинского месторождения, где продуктивные пласты, не подвергшиеся процессу вторичного преобразования, имеют среднюю пористость около 14 % и проницаемость от 0,8-10-3 мкм2. В проработанных зонах пористость увеличивается в среднем до 21 %, а проницаемость до 1,0 мкм2. Это происходит при значительном увеличении объема пустого порового пространства, которое образуется при растворении зерен калиевого полевого шпата и кварца. Кроме этого, коллекторские свойства пород-коллекторов улучшаются за счет образования зон разуплотнения, что свидетельствует о наличии зон тектонического напряжения в районе.
Для разуплотненных зон характерно большое количество регенерационного кварца, сформированного при распределении вещества от растворения обломочных зерен под давлением, скрепляющих каркас породы и препятствующих дальнейшему уплотнению
28
Нефть и газ
2, 2015
[16, 17]. Наиболее вероятной причиной контрастных проявлений процессов порового выщелачивания являются многочисленные малоамплитудные дизъюнктивные нарушения — зоны деструкции, выделенные на Крапивинском месторождении. По ним шло поступление глубинных агрессивных растворов. Формирование окончательного облика пород-коллекторов в тектонически-активных зонах связано с наложенными процессами, где существенную роль играл подток вещества по разломам.
Для районов, где тектоническая активность была не такой сильной, для пород-коллекторов характерно изменение отдельных зерен с образованием регенерационного плагиоклаза и кварца, хорошо раскристаллизованного каолинита, который благодаря своей пористой структуре не всегда снижает коллекторские свойства породы [18]. Следует отметить, что каолинит не контролируется первичными факторами — сортировкой и медианным диаметром, однако, его количество значительно меньше в породах с первичным глинистым цементом. Доля измененных зерен в шлифах может достигать сорока процентов и сильно зависит от глубины залегания пласта. В зонах с активной тектонической обстановкой компоненты С02, поступающие в том или ином объеме в продуктивные пласты, сильно понижают рН среды. На этом фоне происходит регенерация зерен кварца и растворение калиевого полевого шпата, кристаллизуется поровый каолинит. При постоянной циркуляции высокотемпературных кислых гидротермальных растворов происходило формирование окончательного состава цемента пород-коллекторов. Такая стадийность очень схожа с процессом карбонатизации, который также протекает при кислых условиях среды. Конечный член представленного ряда — альбит — формируется на конечных стадиях протекания процесса, когда растворы имеют слабокислый характер (рН = 6). В зонах с малоактивной тектонической деятельностью процесс проработки пород-коллекторов сильно избирателен и охватывает не всю продуктивную толщу, а только зерна кварца и кислых плагиоклазов.
Установлено, что процесс выщелачивания многостадиен. Особую роль в этом играли неотектонические движения, которые могут продолжаться и в настоящее время. Чем активнее была тектоническая зона, тем большее количество раз повторялся процесс внедрения гидротермальных растворов и, соответственно, большее количество гидротермальных парагенезисов наблюдается в породах-коллекторах. Встречаются локальные зоны, где гидротермальные парагенезисы практически полностью заместили собой первичные осадочные породы. В таких зонах коллекторские свойства пород-коллекторов становятся максимальными и могут достигать значений по проницаемости до 1,0 мкм2.
• Таким образом, установлено, что вторичные изменения пород-коллекторов на территории Западно-Сибирской плиты носят локальный характер и четко приурочены к тектонически-активным зонам.
• Показано, что процессы цеолитизации и карбонатизации ухудшают фильтраци-онно-емкостные свойства пород, выщелачивание, наоборот, улучшает.
• Определено, что состав вторичных парагенезисов в значительной степени зависит от состава гидротермальных растворов и условий среды.
• Найдена зависимость содержания вторичных минералов в зависимости от количества пустотного пространства в песчано-алевритовом каркасе пород-коллекторов.
Список литературы
1. Зубков М. Ю., Дворак С. В., Романов Е. А., Чухранцева В. Я. Гидротермальные процессы в шеркалинской пачке Талинского месторождения (Западная Сибирь) // Литология и полез. ископаемые. - 1991. - № 3. - С. 122-132.
2. Предтеченская Е. А., Бурлева О. В. Катагенетические аномалии в юрских нефтегазоносных отложениях Томской области как индикаторы дизъюнктивных нарушений // Геологическое строение и нефтегазоносность отложений юго-востока Западно-Сибирской плиты (Томская область). Сборник, посвященный 80-летию со дня рождения Е. Е. Даненберга. - Томск: Изд-во ТО ФГУП СНИИГГиМС, 2006. - С. 77-90.
3. Предтеченская Е. А., Фомичев А. С. Катагенетические преобразования нижне- среднеюрских отложений севера Западной Сибири / Мат-лы 7 Уральского литологического совещания «Литологические аспекты геологии слоистых сред». Екатеринбург: ИГГ УРО РАН, 2006. - С. 214-217.
4. Предтеченская Е. А. Катагенетические изменения нижне- среднеюрских отложений на территории Томской области // Мат-лы регион. конф. геологов Сибири, Дальнего Востока и Северо-Востока России. Томск: Изд. «Гала-Пресс», 2000. - С. 192-193.
5. Предтеченская Е. А., Шиганова О. В., Фомичев А. С. Катагенетические и гидрохимические аномалии в ниж-не-среднеюрских нефтегазоносных отложениях Западной Сибири как индикаторы флюидодинамических процессов в зонах дизъюнктивных нарушений // Литосфера. - 2009. - № 6. - С. 54-65.
6. Коробов А. Д., Коробова Л. А., Ахлестина Е. Ф. Минеральные ассоциации продуктов гидротермального изменения — ключ к пониманию возникновения зон разуплотнения и фазовой зональности углеводородов (на примере Западной Сибири // Известия Саратовского университета. - 2008. - Т. 8. Вып. 1. - С. 42-50.
2, 2015
Нефть и газ
29
7. Поспелов В. В., Шнип О. А. Цеолиты нефтесодержащих пород шельфа Южного Вьетнама // Геология нефти и газа. - 1995. - № 7.-С. 38-43.
8. Брек Д. Цеолитовые молекулярные сита. -М.: Мир, 1976.
9. Проблемы диагностики цеолитов и влияние их наличия на разработку продуктивных отложений Мессоях-ской группы месторождений [Электронный ресурс] / А. В. Поднебесных, В. П. Овчинников // Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ] / Томский политехнический университет (ТПУ). - 2014 . - Т. 324, № 1 : Науки о Земле. - C. 137-145.
10. Цеолиты нижнемеловых коллекторов Мессояхской группы месторождений (Западная Сибирь) / А. В. Поднебесных, Е. А. Жуковская, В. П. Овчинников // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - 2014. -№ 3. - С. 32-39.
11. Сердюк З. Я., Яшина С. М., Запивалов Н. П., Шерихова В. Я. Об особенностях преобразования континентальных отложений юры Западной Сибири под воздействием глубинных факторов // Континентальный литогенез. -Новосибирск, 1977. - С. 123-134.
12. Коробов А. Д., Коробова Л. А., Колотухин А. Т., Мухин В. М., Елисеева Л. В. Парагенезисы и история формирования глинистых и титанистых минералов терригенных коллекторов Западной Сибири — основа прогноза зон нефтега-зонакопления // Известия Саратовского университета. Нов. сер. Науки о Земле. - 2013. - Т. 13. - Вып. 1. - С. 69-78.
13. Коробов А. Д., Коробова Л. А., Киняева С. И. Гидротермальные процессы в палеорифтах Западной Сибири и их роль в формировании жильных ловушек УВ доюрского основания Шаимского района // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. -2004. -№ 12. - С. 63-72.
14. Перозио Г. Н. Эпигенетические преобразования в песчаниках и алевролитах юры и мела Западно-Сибирской низменности // Литология и полезные ископаемые. - 1966. -№ 3. - С. 58-71.
15. Бачурин А. К. Строение и происхождение высокопроницаемых коллекторов из базальных слоев юры Талин-ского месторождения // Докл. АН СССР. - 1990. - Т. 130. -№ 6. - С. 1414-1416.
16. Соколов Б. А., Гусева А. Н. О возможности быстрой современной генерации нефти и газа // Вестн. Моск. унта. сер. геологич. - 1993. -№ 3. - С. 39-46.
17. Влияние вторичных изменений на коллекторские свойства верхнеюрских продуктивных отложений Крапи-винского месторождения [Электронный ресурс] / Е.А. Жуковская, Г. Г. Кравченко // Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ] / Томский политехнический университет (ТПУ) . - 2010 . - Т. 316. - № 1: Науки о Земле. - C. 93-98.
18. Кравченко Г. Г. Анизотропия песчаных коллекторов Крапивинского месторождения нефти (Томская область) // Структурный анализ в геологических исследованиях: Материалы междунар. семинара и республиканской школы молодых ученых. - Томск, 1999. - С. 128-129.
19. Жуковская Е. А., Недоливко Н. М., Ежова А. В. Глинистые минералы песчано-алевритовых пород юрских отложений юго-востока Нюрольской впадины // Матер. регион. конф. геологов Сибири, Дальнего Востока и Северо-Востока России. - Томск, 2000. - Т. 1. - С. 214-216.
Cведения об авторах
Поднебесных Александр Владимирович, к. г.-м. н.,
руководитель направления по геологии, Управление геологии и разработки месторождений «Ямал» ООО «Газпромнефть НТЦ», г. Тюмень, тел. 8(3452)685670, e-mail: Podnebesnikh.A V@gazpromneft-ntc.ru
Кузнецов Сергей Викторович, ведущий специалист, Управление геологии и разработки месторождений «Ямал» ООО «Газпромнефть НТЦ», г. Тюмень, тел. 8(3452)685670, e-mail: Kuznetsov. svik@gazpromneft-ntc. ru Овчинников Василий Павлович, д. т. н., профессор, заместитель генерального директора, ЗапСибБурНИПИ, филиал ОА О «НПЦ «Недра», г. Тюмен ь, тел. 8(3452)204105, e-mail: burenieovp@rambler.ru
Information about the authors
Podnebesnykh A. V., Candidate of Science in Geology and Mineralogy, head of the sector for geology at Department of fields geology and development, «Yamal» of LLC «Gazpromneft NTC», Tyumen, phone: 8(3452)685670, e-mail: Podnebesnikh.A V@gazpromneft-ntc.ru
Kuznetsov S. V., leading specialist of the Department of fields geology and development at «Yamal», of LLC «Gazpromneft NTC», Tyumen, phone: 8(3452)685670, e-mail: Kuznetsov. svik@gazpromneft-ntc. ru
Ovchinnikov V. P., Doctor of Engineering, Deputy General Director «ZapSibBurNIPI», branch of OJSC «NPC «Nedra», Tyumen, phone: 8(3452)204105, e-mail: bure-nieOVP@rambler. ru
