CC BY
32
При ограниченном пласте значения гидропроводности приобретают на контуре минимальное значение, к которому приближается её значения по мере увеличения радиуса влияния, т.е. резкого перепада от проницаемого пласта к непроницаемому КВД не действует, и Лк определяется как точка экстремума на кривой е -/(К).
Определив К. до контура питания и значение гидродинамической плотности запасов по описанной методике определим начальные геологические запасы в пластовых условиях по формуле (10):
V - П-ЛлК, (Ю)
Пример, показывающий высокую сходимость подсчёта запасов методом падения давления и по гидродинамическим плотностям показан в работе [5).
Таким образом, нами показана теоретическая возможность, подтверждённая практическими примерами, проводить подсчёт запасов по результатам гидродинамических исследований пластов, что позволит сократить количество оценочных скважин и повысить достоверность подсчёта.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Боярко Г.Ю. Экономика минерального сырья. - Томск, Аудит-Информ, - 2000.
2. Жданов М.А., Лисунов В.Р., Гришин Ф.А.. - Методика и практика подсчёта запасов нефти и газа. \!.. Недра, 1967.
3. Чарный И.А. Основы подземной гидродинамики. - М.: Гостоптехиздат. - 1956.
4. Инструкция по комплексному исследованию газовых и газоконденсатных пластов и скважин, под редакцией Г.А. Зотова и З.С. Атиева. Москва, Недра, 1980.
5. Пешков В.Е. Гидродинамические исследования малодебитных скважин при их пуске в работу при монотонном изменении режима работы. -Мат. Научно-практической конференции. - Тюмень. - 2002.
ВЛИЯНИЕ СОгСОДЕРЖАЩИХ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ РАСТВОРОВ НА КОЛЛЕКТОРСКИЕ СВОЙСТВА ГЛУБОКОЗАЛЕГАЮЩИХ ПЕСЧАНЫХ ПОРОД (ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ)
Е.А. ПРЕДТЕЧЕНСКАЯ
Экспериментальные работы были поставлены в связи с проблемой поисков улучшенных коллекторов на больших глубинах, а также для проверки гипотезы об агрессивном воздействии перегретых водных растворов, насыщенных углекислым газом, на породы нижних горизонтов осадочного чехла в зонах тектонических нарушений и формировании в связи с этим локальных очагов разуплотнения и улучшения качества коллекторов.
Исследования последних лет показали, что в результате гидротермального воздействия на песчаные породы в тектонически активных зонах возникает вторичная пористость локального распространения, обусловленная растворением карбонатного цемента и гидролизом алюмосиликатов обломочного каркаса, в частности, полевых шпатов и слюд [4,6]. Масштабы этих процессов в ряде случаев достаточно широки. Так, в Днепрово-Донецкой впадине с зонами вторичного разуплотнения, приуроченными к тектоническим нарушениям, связаны промышленные скопления нефти и газа более чем на 20 площадях [7]. Они сопровождаются геофизическими, геохимическими и др. аномалиями (АВПД, повышенные термоградиенты, минерализация пластовых вод и т.д.). Все необходимые предпосылки для возникновения подобных аномальных зон существуют и на севере Западной Сибири в Уренгойском районе [2, 6].
При выборе условий эксперимента была поставлена задача максимального приближения к условиям и природным процессам щелочного метасоматоза, имеющим место на глубинах свыше 4 км в районе Большого Уренгоя [3], где по литолого-минералогическим показателям установлена зона вторичного разуплотнения, явления аномального окрем-нения, альбитизации, каолинизации и карбонатизации пород песчаных пластов нижних горизонтов осадочного чехла предположительно в связи с подтоком перегретых водных растворов, обогащенных углекислым газом, по глубинным разломам [4, 6].
Эксперименты проводились на установке для исследования силикатных систем под давлением воды и двуокиси углерода в лаборатории силикатных систем с летучими компонентами ИГиГ СО РАН под руководством Г. Ю. Шведенкова.
В основу прибора положена принципиальная схема установки Х.Дж. Гринвуда. Для ускорения реакций минерало-образования одновременно с образцом в реактор помещались дробленые пробы крупностью 0,25-0,1 мм и менее 0,01 мм в золотых ампулах размером 30x5 мм. Затем образцы и, отвечающие им по составу порошки, насыщались раствором заданной минерализации и углекислым газом, после чего подвергались воздействию высоких температур и давлений.
Проведено 2 серии опытов, условия которых выбирались, исходя из реальных физико-химических условий глубоких горизонтов осадочного чехла Уренгойской структурно-фациальной зоны.
Первая серия опытов была поставлена для моделирования физико-химических условий зоны глубинного катагенеза на глубине свыше 5 км. С этой целью для испытаний были выбраны образцы уплотненных крупнозернистых гра-
Таблица 1. Литолого-минералогическая характеристика песчаных пород до опыта
Серия Скважина,№ Образец,№ Интервал отбора керна, м С Md Вещественный состав, % Состав , обломков пород Цементы, % Состав глинистых минералов по данным РА
кварц полевые шпаты обломки пород Cal Dol хлорит-гидрослюда кварц альбит Г-окислы Ре,эпидот, пирит
I серия Уренгойская 414 21 4888-4902 8,7 нк 1,5 0,57 35,2 16,4 48,4 Кремни, кварциты, глинистые сланцы, пегматиты, кислые эффузивы. 5£7 3-5 — 3-5 1-2 1-2 Г+Г-М+Х+ диккит
Южно-Часельская 15 40 3820-3828 2,3нк 1,4 0,60 39,7 13,0 38,7 Кремни, кварциты, алевролиты, кремнистые сланцы, пегматиты, кислые эффузивы. 10-15 1-2 5-6 2-3 — г+г~м+х+к
II серия Доронинская 275 23 292-298 1,1 нк 1,33 0,63 22 15 62 Кремни, кварциты,глины, кремнистые сланцы, алевролиты, кислые и средние эффузивы. Ш 3-5 — 2-3 — 1-2 5 г+в-х+в+к
Доронинская 275 29 328-330,7 1,0 нк 0,57 0,19 20 10 70 Слюдистые, глинистые сланцы, каолинизиро-ванные песчаники, аргиллиты, кислые эффузивы. 0 2-3 5-7 1-2 — 1-2 пирит 2-4 гв \ \? к
Условные обозначения: С - максимальный диаметр, Md - средний диаметр обломков; Cal - кальцит, Dol - доломит; РА - рентгеноструктурный анализ; Г - гидрослюда, Г~М - смешанослойный минерал гидрослюда-монтмориллонитового состава, X - хлорит, К - каолинит, В - верминулит, В ~ X - смешанослойный минерал верминулит - хлоритового состава.
Таблица 2. Соотношение типов межзерновых контактов и коэффициенты катагенеза образцов песчаных пород до и после эксперимента
Типы и количество межзерновых контактов, % Коэффициенты катагенеза
Скважина, № Глубина отбора керна, м к s 0 3 1 и 3 X >х Механич. приспособление Пластическая деформация я я я о, ffl ?! i d tu (L> о 3 Число контактов на 1 зерно А н о Коэффициент уплотнения Ку Пористость по данным ртутной порометрии, %
Серия, этап Образец, № я й о. о ч с О ä? Точечные первичные вторичные Прямолине] первичные неполные полные Прямолине вторичные неполные полные неполные полные I о глин и глинист. сланцев I кремнист. | сланцев эффузивов Регенераци кварца Растворение под давлени неполн./пол Химическс растворент Сутурно-стилолитов Интенсивн! катагенеза
1 М 2,5 10.1 40,5 2Л. 2,5 4,4 19,6 — — 4,4 2,5 12 1,8 3.1 4,3 0.6 5,1 5,9 3,8 7,5
Уренгойская ?1 4888-4902
те К 414 2 М 2,1 18.7 24,4 М 2,8 4,3 12,3 — 0,7 3,5 П.III 2,8 0,7 5,7 CLZ 3,5 14 1,4 4,9 4,6 5,8 1,6 7,9
о. о и Южно- 1 ¡LI 0,7 28.3 17,3 ш 2,2 6,7 11,9 — 2,2 2,2 0,7 3,7 14 2,9 0 4,4 3,7 4,5 5,2 0,8 6,6
Часельская 40 3820-3828
15 2 10.7 0,82 20,6 8,3 11.5 5,7 6,6 3,3 — — 6,5 п.ш. 3,3 4,1 5,9 2J> 0,8 1.6 0,8 7,4 4,0 5,5 0,7 7,0
Доронинская 215 23 292-298 1 зл 1,7 М 33,5 17 2,5 3,1 19,8 — — 16,1 3,7 1,7 0 0,6 м 5,5 1,2 5,4 6,6 4,7 5,3
с СЗ н Г> 2 5J. 0 17.3 29,7 01 0,7 2,9 16,6 1,4 8,7 5,8 1,4 2,9 14 0 QJ. 3,8 0,7 5,1 6,0 1,5 10,6
« о. о о Доронинская 275 29 328-330,7 1 2 12.8 0,6 М 0 21,9 31,7 17.7 28,3 L2 0 12 0,6 1,2 4,6 10,3 10,5 0,6 2,5 8,5 2,5 4,2 10,5 1,2 п.ш. 1,9 п.ш. 1,8 5,0 м 0 19 1,3 0 4,2 0 4,6 0,6 5,3 5,1 5,8 6,0 1,6 2,0 6,5 8,7
% содержания: 1 - до опыта, 2 - после опыта.
увакковых песчаников нижней юры (береговая свита), вскрытых скважинами Уренгойская 414 и Южно-Часельская 15 на глубинах 4481 и 3828 м соответственно (табл. 1). Открытая пористость пород, установленная методами Преображенского и ртутной порометрии до опыта составляла 6,6 и 7,9% соответственно, проницаемость параллельно оси керна -0,05 10-15 мкм2 (табл. 2).
В ходе экспериментов образцы и отвечающие им по составу дробленые пробы и порошки насыщались раствором заданной минерализации и подвергались воздействию температуры 160'С и давлению 1500 атм в присутствии С02 в течение 40 дней.
При постановке экспериментов II серии моделирование катагенетических преобразований проводилось в 2 этапа. На 1 этапе моделировался Р-Т режим зоны среднего катагенеза на глубине 2,5-3,0 км (давление 150 атм, температура 85°С, концентрация С02 =45%) при тех же параметрах раствора, что и в опытах 1 серии. На 2 этапе воспроизводились термодинамические условия верхней подзоны зоны глубинного катагенеза на глубине 4-5 км (давление 500 атм и температура 135°С).Длительность каждого этапа составляла 10 дней.
Для опытов II серии были выбраны образцы нижнеюрских песчаников - полевошпатово-кварцевых граувакк, вскрытых скважиной Доронинская 275 (Кузбасс) на глубине 292-330 м. В составе цемента (3-5%) были зафиксированы кальцит, кварц, каолинит, гидрогетит, иллит, хлорит и небольшая примесь смешанослойных минералов иллит-монтмориллонитового состава (табл. 1). Открытая пористость песчаников до опыта составляла 5,3-6,5 %,проницаемость - 0,39 10-15 мкм2 (табл. 2). Эти образцы и отвечающие им по составу порошки были последовательно испытаны в режиме возрастающих температур и давлений при тех же параметрах раствора и концентрации в нем СО;.
До и после испытаний было проведено изучение петрографических шлифов (стадиачьный, гранулометрический анализы), структуры порового пространства образцов, пропитанных бакелитовой смолой, а также методом ртутной порометрии, коллекторских свойств пород, выполнен рентгеноструктурный анализ (РА) глинистых и карбонатных минералов, а также осадков из растворов, химический силикатный анализ растворов, спектральный приближенно-количественный анализ на 45 элементов. Порометрические исследования проводились на приборе Micrometrics auto-роге-9200 фирмы Cultronics (Франция). Определялись поры диаметром отЗнм (30 А) до 300 мкм (3 10('х А). Минеральная плотность пород определялась на приборе AutopicnometrToií же фирмы. Пористость поданным ртутной порометрии определялась по формуле:
Кп = [(р • v)-l + 1]-1,
где р - минеральная плотность породы, г/см?; v - общий интрузионный объем породы, см1.
В результате проведенных экспериментов были зафиксированы изменения структуры обломочной части и порового пространства пород, а также их минерального состава.
I серия экспериментов
Образцы, выбранные для опытов I серии, имели близкий вещественный и гранулометрический состав, но отличались количеством и типом цемента (табл. 1). Оба песчаника относились к типу полевошпатово-кварцевых граувакк. Парагенезы аутигенных минералов свидетельствуют о том, что анализируемые породы в естественном залегании находились на стадии глубинного катагенеза. Соотношение межзерновых контактов показывает, что образец № 40, менее уплотнен в связи с консервацией минерального каркаса карбонатным цементом на более ранних стадиях катагенеза. Открытая пористость песчаников, определенная стандартным методом, составила: для образца № 21-5,5%, для образца № 40-6.6%, проницаемость параллельно оси керна - 0.05-10"15 м2 и 0.39 1015 м2 соответственно. Пористость, определенная методом ртутной порометрии, составила: для образца № 21 - 7.9%, для образца № 40 - 6.64% (табл. 2).
Изучение шлифов, прокрашенных цветными смолами показало, что в образце № 2S до опыта преобладали сообщающиеся поры щелевидной и треугольной формы диаметром 0.19-0.24 мм (мах - 1.7 мм). Внутризерновые поры представлены порами, возникшими за счет растворения полевых шпатов, слюд и плагиоклазов в составе эффузивных обломков, а также сформированными в результате доломитизации плагиоклазов. По данным ртутной порометрии максимальный объем сообщающихся пор до опыта приходился на долю пор диаметром 0.021-3.65 мкм, то есть тонких меж-и внутризерновых капилляров. Среди пор малого диаметра преобладали поры размером 0.021-0.003 мкм (рис. 1).
В отличие от образца № 21, в образце № 40, с карбонатным цементом, до опыта преобладали поры округлой и сложной конфигурации. Реже встречались внутризерновые поры по трещинам спайности полевых шпатов. Основной объем сообщающихся пор приходился на поры и каналы диаметром от 3.65 до 0.044 мкм. Среди пор малого диаметра преобладали поры размером 0.021-0.003 мкм (рис. 2). Суммарная поверхность пор и поровых каналов также обусловлена наличием тонких капилляров диаметром 0.02-0.003 мкм (рис. 2).
После испытания образцов 21 и 40 давлением 1500 атм, что, согласно расчетам Ф. Берча (1), соответствует их смещению вниз по разрезу на глубину более 2000 м по сравнению с современными отметками, а также в результате воздействия повышенных температур в течение 40 суток в породах произошли заметные структурные и минеральные преобразования. Прежде всего, это изменения в соотношении обломков каркаса пород, что выразилось в: - переуплотнении породе уменьшением среднего диаметра зерен и развитием хрупких и пластических деформаций, в результате чего в образце № 40 возросло содержание крупноалевритовой и снизилось - мелкопесчаной фракции (с 14 до 30 и с 53 до 33% соответственно), а в образце № 21 заметно повысилось содержание мелкопесчаной и уменьшилось количество среднепесчаной фракции;
- изменении соотношения межзерновых контактов, особенно полных и неполных прямолинейных. Резко уменьшилось количество прямолинейных первичных полных и возросло - прямолинейных вторичных неполных контактов, возникших вследствие растворения и регенерации кварца и альбита. Возросло количество контактов, сформированных вследствие пластических деформаций полевых шпатов слюд и эффузивов, а также сутурн-стилолитовых контактов (табл. 2). В образце № 21 снизились коэффициенты А и Ку за счет разуплотнения, обусловленного процессами растворения и катаклаза полевых шпатов.
Изменения в структуре порового пространства выразились менее отчетливо. После опыта растворилась часть каль-цитового цемента, о чем свидетельствует изучение прокрашенных шлифов и данные РА, в результате чего повысилась сообгцаемость межзерновых пор. По данным порометрического анализа в образце № 21 величина открытой пористости после опыта почти не изменилась, хотя объем пор диаметром от 300 до 0.01 мкм, значительно уменьшился а поверхность пор малых диаметров - возросла (рис. 1). В образце № 40 объем и суммарная поверхность пор возросли (рис. 2).
Минералогические изменения проявились слабо. В обоих образцах произошла увеличительная перекристаллизация кремней и кварцитов с образованием крупных розеток халцедона. В образце № 40 в составе кальцитового цемента появились мраморизованные участки. Кроме того, усилились процессы новообразования изоморфно-замешенного доломита по полевым шпатам и растворения последних с образованием внутризерновой пористости. По данным РА в обоих образцах произошли изменения в дифракционной картине альбита, которая стала более четкой в области углов 26=27°—28°. В образце № 21о заметно усилилась интенсивность альбитового рефлекса с сГ=3, 185 А и появился дополнительный пик с (1=3, 239 А, что, возможно, связано с образованием дополнительного количества альбита в результате гидролиза силикатов.
II серия экспериментов
Песчаники, вскрытые скважиной Доронинская 275 до опыта различались структурой обломочной части (образец № 23 - крупно-, а № 29 - мелкозернистой структуры) и содержанием цемента (табл. 1).
По данным РА состав тонкой фракции обоих образцов до опыта был близок. В составе этой фракции образца № 23, наряду с иллитом, каолинитом, кварцем и альбитом, присутствовал вермикулит и смешанослойный минерал вермикулит-хлорит. Состав глинистой фракции образца № 29 отличался более высоким содержанием смешанослой-ных минералов вермикулит-хлоритового состава с преобладанием хлоритовой компоненты (табл. 1).
Степень уплотнения зерен в песчанике № 23 до опыта была выше, чем в образце №29, за счет обилия в его составе обломков сланцев и эффузивов (табл. 2). В то же время открытая пористость песчаников была практически одинакова и составляла: в образце №23 - 5.4% по методу Преображенского и 10.6% - по методу ртутной порометрии: в образце № 29 - 6.5 и 8.7 соответственно. Проницаемость обоих песчаников до опыта не превышала 0.01-0.03 1015 м2.
В шлифах, пропитанных бакелитовой смолой, до опыта зафиксированы: в образце №23 - межзерновые поры, возникшие вследствие растворения растительных остатков и внутризерновые поры по полевым шпатам, слюдам и слю-дисто-глинистым сланцам, в то время как для образца №29 более характерны единичные межзерновые изолированные или сообщающиеся поры округлой сложной конфигурации, а также микропоры внутри тонкозернистого сидери-тового цемента и трещины в обломках сланцев. Основной объем межзернового порового пространства обоих образцов также приходился на поры и каверны малого диаметра (0.003-0.40 мкм, особенно 0.021-0.018 мкм). В это же время средний диаметр пор образца № 29 значительно меньше (0.02 мкм), чем в образце № 23 (0.11 мкм).
После испытания образцов с малых глубин в условиях, имитирующих Р-Т режим начальной зоны глубинного катагенеза (глубина 3 км, давление 150 атм, температура 85°С) в течение 10 суток после 1 этапа испытаний были отмечены изменения в соотношении типов межзерновых контактов (табл. 2). В образце № 23, содержащем небольшое количество карбонатного цемента, после опыта произошло разуплотнение обломочного каркаса, в результате чего значительно снизились коэффициенты А (число контактов на 1 зерно) и Ку (коэффициент уплотнения). Заметно уменьшилось количество полных и возросло число неполных прямолинейных контактов (табл. 2). Тонкозернистый плотный глинистый образец № 29, напротив, еще более уплотнился. В результате заметно возросли коэффициенты катагенеза А и Ку (табл. 2).
Существенного изменения структуры порового пространства после 1-ого этапа испытаний в обоих образцах не произошло. Изучение прокрашенных шлифов показало, что как до, так и после опыта в обр. № 23 преобладали сообщающиеся межзерновые поры округлой, треугольной, звездчатой формы, реже - причудливых очертаний. В образце № 29 возрос объем пор малого диаметра в области размеров от 0.89 до 0.003 мкм. Объем более крупных пор возрос незначительно. Суммарная поверхность пор заметно увеличилась в области диаметров 0.010—0.19 мкм. Пористость по данным ртутной порометрии увеличилась на 1.8% и составила 8.7% в образце № 23 и более резко возросла в образце М»29 (с 5.3 до 10.6%, табл. 2).
Поровое пространство образца № 23 после опыта заполнилось жидкими углеводородами, поэтому изучить его структуру не удалось. Общий вес битумоидов, экстратируемых из этого образца, составил 0.2062 г (0.084% породы).
Минералогические преобразования в образце № 23 после опыта выразились в изменении дифракционной картины глинистых минералов тонкой фракции. Произошло незначительное уширение пика иллитов в области рефлексов 5.0 и 10.0 А (табл., рис. 1). В образце №29 после опыта заметно улучшился рефлекс 3.19 А и уменьшился пик 4.02 Ау альбита, что может свидетельствовать об образовании дополнительных количеств этого минерала в ходе эксперимен-
та. Кроме того, улучшились рефлексы 10.03, 2.45 и 2.56 А у иллита, возможно, вследствие улучшения структуры этого минерала (табл., рис. 2).
На 11 этапе испытаний образцы и соответствующие им по составу порошки были подвергнуты более высоким нагрузкам (500 ат) в условиях повышенных температур при той же минерализации раствора и концентрации в нем СО;.
После 10 - суточного испытания повышенным давлением образец №29 частично разрушился. В препарате, изготовленном из образца №29 после опыта, зарегистрировано более интенсивное замещение полевых шпатов карбонатами и серицитом, биотита - гидрослюдой и сидеритом, растворение зерен кварца на контактах с глинистыми и слюдистыми обломками, а также образование дополнительных количеств аутогенного альбита.
Минеральные преобразования наиболее отчетливо проявились в составе порошков, особенно в глинистой фракции. Эти изменения имели различный характер в зависимости от исходных состава и структуры пород. Так, в пробе № 29 улучшилась структура иллита и хлорита, в то время как в порошке № 23 дефектность структуры глинистых минералов, в частности, вермикулита, напротив, возросла. Увеличилось количество пакетов вермикулит-хлоритового состава по сравнению с пробами до опыта и после 1-ого этапа испытаний. Возросла разупорядоченность и деффектность в структуре иллита, что выразилось в уширении рефлексов 1.99, 4.97 и 10.0 А (рис. 1). Вместе с тем, в этом образце и в обр.29 существенно улучшилась дифракционная картина альбита и кварца (рис. 2). О росте относительного количества этих минералов свидетельствуют как результаты изучения петрографических шлифов, так и данные РА (появление линий альбита и кварца на дифрактограммах, которые отсутствовали до опыта (рефлексы 3.67, 4.02 А, рис. 2).
Заметные изменения структуры и состава глинистых минералов произошли и во фракции 0.25-0.1 мм. Так, в пробе № 23 интенсивность рефлексов хлорита и каолинита после опыта уменьшилась (что обусловлено либо уменьшением количества фазы в пробе, либо ухудшением структуры этих минералов после опыта). После 2 этапа в этой же пробе появилась тенденция к росту беспорядочности в ориентации частиц иллита, в то время как в пробе № 29 ориентация частиц и структура этого минерала улучшились, вследствие чего рефлекс (001)-10 А стал более симметричным, что обусловлено более однообразным составом межслоевого промежутка.
Рентгеноструктурный анализ осадков из раствора после опыта показал, что в осадке № 23 наряду с хлоритом, присутствуют кварц, каолинит, а также в незначительных количествах - альбит и кальцит. Содержания кварца и альбита в осадке № 29 оказались выше, чем в осадке № 23, что подтверждается результатами изучения шлифов. В этом же осадке обнаружены также каолинит, хлорит и иллит. Эти данные косвенно свидетельствуют о формировании дополнительных количеств аутогенных минералов: кварца, каолинита, хлорита, иллита и альбита в результате эксперимента.
По данным химического силикатного анализа в растворах № 23 и 29 после опытов 11 серии увеличилось количество ионов Са, и А/я, и уменьшилось содержание Иа, К, Mg и 5/.
В образце № 29 после 2-го этапа испытаний с помощью ртутной порометрии зарегистрировано более интенсивное увеличение объема пор большого и менее выраженный рост объема пор малого диаметра по сравнению с 1 -ым этапом. Максимальный прирост суммарной поверхности пор также пришелся на диапазон размеров 0.04-0.003 мкм. Величина открытой пористости возросла на 2% по сравнению 1-ым этапом и на 3.5% по сравнению с исходным значением этого параметра и составила 10.7%. В обоих образцах увеличилась доля внутризерновых пор, возникших вследствие деградации неустойчивых обломков, особенно полевых шпатов и слюд, а также карбонатизации зерен плагиоклазов в составе эффузивных обломков.
Обсуждение результатов и основные выводы
В результате проведенных экспериментов были зарегистрированы следующие изменения в структуре и составе пород:
1 - изменение структуры порового пространства (морфологии, размера, объема пор, коэффициента открытой и эффективной пористости и трещиноватости и суммарной поверхности пор и поровых каналов);
2 - изменение минерального состава (появление новых минеральных фаз, дополнительное образование аутогенных минералов, изменение кристаллической структуры минералов);
3 - изменение структуры обломочной части (переуплотнение, разуплотнение, катаклаз, растворение под давлением, перекристаллизация, пластические деформации обломочных зерен, изменение в соотношении типов межзерновых контактов и коэффициентов катагенеза).
Структурные преобразования обломочного каркаса и порового пространства более отчетливо проявились в результате 40-дневного испытания образцов пород с больших глубин максимальными нагрузками (1500 атм) при 160°С, т.е. в условиях, характерных для зоны глубинного катагенеза при концентрации СО: в растворе 45%. В этом режиме испытаний появления новых минеральных фаз зарегистрировано не было.
В опытах 1 серии более интенсивные структурные преобразования после гидротермального воздействия были зафиксированы в граувакковом песчанике № 21 из скв. Уренгойской 414 с невысоким содержанием цемента, где вследствие переуплотнения и растворения неустойчивых обломков снизились коэффициенты А (число контактов на 1 зерно) и Ку (коэффициент уплотнения), а также уменьшился объем пор большого диаметра и несколько возросла суммарная поверхность мелких пор и капилляров, что, очевидно, связано с возникновением внутризерновой микропористости. К изменениям в минеральном составе можно отнести образование дополнительных количеств аутогенного альбита и протодоломита, сформировавшихся по ослабленным зонам внутри зерен полевых шпатов.
В образце № 40 близкого минерального состава с карбонатным цементом структурные преобразования обломочного каркаса проявились менее отчетливо, о чем можно судить по практически не изменившимся после опыта коэффициентам А и К,, и идентичным кривым внедрения ртути до и после испытаний давлением. В этом образце при воздействии щелочного раствора, насыщенного углекислым газом, произошло заметное растворение кварца и кремнистых обломков с образованием дополнительных порций аутогенного кварца и халцедона, в связи с чем возросла доля вторичных контактов, возникших путем растворения под давлением и регенерации кварцевых зерен.
Появление новых минеральных фаз в образцах 23 и 29 после опытов II серии было отмечено уже через 10 суток гидротермального воздействия на песчаные породы при температуре 85°С и давлении 150 атм. Как уже упоминалось, различными методами было зарегистрировано формирование дополнительных количеств кварца, альбита, каолинита и хлорита. О возможности синтеза этих минералов из перегретых водных растворов щелочного состава в присутствии С02 сообщено рядом исследователей [6, 9 и др.].
Показано, что растворимость полевых шпатов в водных растворах, насыщенных углекислым газом, при Т= 100— 200°С и Р=42 атм возрастает с ростом концентрации С02 [6]. При этом мольная доля С (У составляет более 0.43 м/л, а критическая температура 160°С. В результате деанортитизации основных и средних плагиоклазов и десилификации калиевых шпатов образуются новые порции аутогенных кварца, каолинита, кальцита.
Каолинит и кварц, как продукты гидролиза альбита, были экспериментально получены Г.Ю. Шведенковым и C.B. Шведенковой [9J при Т = 200°С и Р=136 атм. Формирование каолинита путем гидратации анортита в углекислой среде зафиксировано Р.П. Рафальским и Н.И. Присягиной при Т=300° С и мольной доле СО, ниже 0.5. Этими авторами показано, что гидролиз протекает с такой скоростью, что уже через 1 час первоначально кислые растворы приобретают нейтральную реакцию.
По экспериментальным данным скорость гидролиза микроклина в перегретых водных растворах в присутствии СО: с образованием каолинита и кварца достаточно высока в щелочной и нейтральной средах при Т=250°С. В таких условиях полный гидролиз этого минерала завершается в течение нескольких суток [6].
Как известно, растворение породообразующих силикатов и образование новых минеральных фаз определяется степенью растворимости минералов и быстро возрастают с ростом температур и давлений в условиях больших глубин (7). В ходе экспериментов несмотря на относительно невысокие температуры и небольшую длительность испытаний, скорость минеральных преобразований оказалась достаточно высокой. Это, по нашему мнению, обусловлено большой ролью реакций гидратации, гидролиза и особенно ионного обмена между компонентами пород и гидротермальным раствором и прежде всего присутствием щелочных полевых шпатов, иллитов и смешанослойных фаз. Это косвенно подтверждается данными химического анализа раствора до и после эксперимента.
В экспериментальных работах, посвященных воздействию углекислых растворов на некоторые железо- и алюминий содержащие минералы, показано, что наличие растворенного СО: по сравнению с чистой водой усиливает вынос таких катионов, как Fe, Мп, Са, щелочных земель и почти полностью затормаживает вынос катионов группы алюминия. В раствор переходят, в основном, щелочные, щелочноземельные элементы и кремнезем [9,10].
В результате опытов при заданных параметрах раствора и концентраций в нем С02 в выбранном Р-Т- режиме не было получено значительного количества новых минеральных фаз карбонатного состава за счет растворения карбонатного цемента, поскольку, согласно данным В.Е. Шарпа и Г.С. Кеннеди [12] при Т=100—200°С и давлении 1400 атм растворимость кальцита ничтожна и составляет п -10 '% и, кроме того, реакция растворения карбонатов интенсивно протекает в кислой среде.
По данным С.Д. Малинина [5] при росте концентраций С02 свыше 0.2 валовых процента растворимость кальцита практически равна нулю. Поэтому в результате гидротермального воздействия на песчаники с карбонатным цементом при выбранных условиях эксперимента, растворения последнего в заметных количествах зафиксировано не было. Лишь в результате 20-дневного воздействия на породы во 2-ой серии экспериментов в шлифах наблюдалась слабая доломитизация плагиоклазов обломочного каркаса и полевошпатовых лейст в составе обломков эффузивных пород.
Наиболее ощутимые структурные и минеральные преобразования песчаных пород произошли в результате экспериментов второй серии. Уже после 10 суток гидротермального воздействия под давлением 150 атм при Т=85°С произошло разуплотнение крупнозернистого песчаника и образование дополнительной емкости в результате выщелачивания полевых шпатов и слюд, возросла дефектность в структуре иллитов и хлоритов, а также были синтезированы новые минеральные фазы - каолинит, кварц и альбит. Более интенсивное образование последних было зафиксировано при Т=135°С и Р=500 атм.
По данным ртутной порометрии открытая пористость песчаников увеличилась на 0,4-1,5% после испытаний 1 серии и на 2,2-5,3% - после опытов II серии.
В результате опытов открытая пористость граувакковых песчаников, в среднем, возросла на 2,6%, что свидетельствует о возможности улучшения качества коллекторов в тектонически активных зонах при участии щелочных гидротермальных растворов, насыщенных С02. Повышение щелочности пластовых флюидов, в частности, наблюдается в нижних горизонтах осадочного чехла в районе Енисей-Хатангского прогиба (Южно-Носковская площадь, вымский горизонт, глубина 3799 м) и других северных районов Западно-Сибирской плиты, что, очевидно, связано с процессами растворения и дегидратации глинистых минералов и, в том числе смешанослойных образований, в процессе ката-генетического уплотнения пород с выделением агрессивных возрожденных вод. Известно, что в Уренгойском районе смешанослойные монтмориллонит-гидрослюдистые минералы сохраняются в разрезе до глубины 4,5-5,0 км. Здесь же
по данным С.Н.Симакова и др. [7] к нижним горизонтам осадочного чехла приурочены щелочные слабо минерализованные гидрокарбонатно-натриевые воды, обогащенные СО,, а во вмещающих породах широко развиты процессы вторичного разуплотнения вследствие растворения неустойчивых компонентов обломочного каркаса (6).
После испытания в течение 10 суток давлением 150 атм при Т=85°С в присутствии СО полимиктового песчаника из скважины Доронинская 275, содержащего остаточные битумоиды в связанном виде, последние были переведены в подвижное состояние, в связи с чем все свободное поровое пространство породы оказалось заполненным жидкими УВ. Этот результат имеет важное практическое значение, т.к. в последние годы при разработке нефтяных месторождений все более широкое применение находят методы интенсификации добычи УВ путем закачки в пласт реагентов, насыщенных углекислым газом [8,10,11 и др.]. Эксперименты по исследованию нефтеотдачи продуктивных пластов для извлечения тяжелых нефтей на месторождениях Ритчи, Рейнджли (США), Уилмингтон (Канада) и др. с помощью нагнетания горячего пара с добавками С02 и других органических растворителей показали, что под давлением горячего пара с добавками С02 выход битумоидов существенно увеличивается по сравнению с их выходом при нагнетании чистого пара. Так, на месторождении Рейнджли (США, штат Колорадо) текущая добыча нефти после закачки в пласт С02 возросла на 34,5% по сравнению с периодом заводнения [11].
Проведенные эксперименты позволяют сделать два практически важных вывода.
1. В результате проработки катагенетически преобразованных и уплотненных песчаников с больших глубин горячими
щелочными растворами, обогащенными С02, в условиях повышенных температур и давлений, образуется дополнительная емкость в виде внутри- и межзерновых вторичных пор и каналов, что приводит к разуплотнению, увеличению открытой пористости пород и улучшению качества коллекторов.
2. Присутствие С02 в растворе стимулирует рост подвижности связанных битумоидов в составе песчано-алевритовых
пород на больших глубинах, что имеет важное значение при выборе оптимального режима эксплуатации нефтяных месторождений с трудно извлекаемыми запасами УВ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Берч Ф. и др. Справочник для геологов по физическим константам. М.: Изд-во иностр. литер., 1949,302 с.
2. Борукаев ГЛ. Закономерности нефтегазообразования на больших глубинах Уренгойского мегапрогиба (по материалам Тюменской скважины СГ-6). Автореф.канд.дисс. - Новосибирск, 1996. - 19 с.
3. Ермаков В.И., Скоробогатов В,А. Термоглубинные условия газонефтеносности юрских отложений северных районов Западной Сибири /Геология нефти и газа. - № 11. - M .: Недра, 1988 - С. 17-22.
4. Карнюшина Е.Е., Леоненко Г.Н. Свойства коллекторов Западной Сибири в зоне катагенеза / Вестник МГУ, 1989. - Сер.4, № 5. - С.35-41,
5. Малинин С.Д. Растворимость кальцита в растворах Н20 - С02 (NaCl) при температурах 100-600" С и давлениях до 1000 кг/смг, - В кн.: Эксперимент в минералогии и петрографии, М.: Наука, 1975, С. 121-127.
6. Предтеченская Е.А., Вакуленко Л.В., Злобина О.Н. Катагенез песчаников нижней и средней юры Уренгойского района / Геология и геофизика. - Т.34, № 7. - 1993. - С. 70-80.
7. Прогноз и оценка нефтегазоносное™ недр на больших глубинах /Под ред. С.Н.Симакова // Тр.ВНИГРИ. - Ленинград: Недра, 1986. - 247 с.
8. Рафальский Р.П., Присягина Н.И., Кондрашин И,Б. Взаимодействие микроклин-пертита с водными растворами при 150° и 250° / Геохимия. -1990. — № 2. — С. 225-236.
9. Состояние опытных работ по нагнетанию двуокиси углерода на Елабужском месторождении / P.P. Ибатуллин и др. //Современные методы увеличения нефтеотдачи пластов. РАН. Науч. сов. по разраб. месторождений нефти и газа. - М.: Наука, 1992. - С. 63-67.
10. Шведенков Г.Ю., Шведенкова C.B. Полевые шпаты под давлением воды и двуокиси углерода. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1982. - 148 с.
11. Frank Т.Н., Burchfield Т.Е. Research aimed at immiscible С02 flooding/Oil and gas Jeology.,85, № 17,1987, P. 76-82.
12. Hervey J.R., Jakovakis A.S. Perfomans review of a miscibl C02 tertiary project: Rangely Weber Sand Unit, Colorado ,/SPE Reservoir Fig. 6, №2, 1991, P. 163-168.
13. Sharp W.E., Kennedy G.C. The system Ca0-C02 - H20 in the two-phase region calcito-aqueous solution, - J. Geol., 1965, v. 73, N 2, P. 391-403.
