» » Литолого-фациальные и палеогеографические особенности формирования пород-коллекторов и пород-покрышек в осадочном чехле

Литолого-фациальные и палеогеографические особенности формирования пород-коллекторов и пород-покрышек в осадочном чехле

06.08.2016

Емкостно-фильтрационные свойства горных пород и качество флюидоупоров в значительной мере определяются литолого-фациальными условиями осадконакопления, которые, в свою очередь, во многом зависят от палеогеографической обстановки.
Так, например, в осадочном чехле наиболее широко развиты породы-коллекторы, приуроченные к распространению отложений, образовавшихся в прибрежных и мелководно-шельфовых зонах.
При пологом рельефе в прибрежных зонах, на глубинах моря до 30 м, как правило, распространены терригенные породы-коллекторы, которые образуют выклинивающиеся вверх по восстанию пласты, баровые тела, валы и гряды высотой до нескольких метров, расположенные параллельно берегу, береговые дюны, пляжевые образования. Все они образованы благодаря перемещению береговой линии во времени в результате развития трансгрессий и регрессий. В основании трансгрессивных серий часто залегают базальные горизонты, В прибрежной зоне наиболее хорошо развита гидродинамическая активность вод, обусловленная воздействием приливов и отливов. В результате происходят постоянное взмучивание осадков, сортировка их по размеру, шлифовка поверхностей обломочных зерен. Поэтому среди прибрежных отложений наиболее широко распространены песчаники с окатанными зернами и характерной разнонаправленной косой слоистостью с незначительной примесью глинистых частиц. Полимиктовые песчаники образуются в непосредственной близости от разрушающихся кристаллических пород, которые являются источником сноса. В результате неоднократного переотложения продуктов разрушения кристаллических пород образуются кварцевые пески. В связи с тем, что эта прибрежная зона обогащена кислородом, в ней формируются карбонатные отложения, представленные оолитовыми, органогенными, органогенно-обломочными и обломочными известняками.
Поэтому прибрежные фации чрезвычайно благоприятны для обнаружения мощных относительно выдержанных терригенных, терригенно-карбонатных и карбонатных коллекторов с высокими емкостно-фильтрационными свойствами. Характерной особенностью прибрежных фаций является широкое развитие в них разнообразных аккумулятивных форм рельефа. В случае их ограничения непроницаемыми породами они являются литологическими природными резервуарами для нефти и газа. Наибольший интерес среди аккумулятивных тел прибрежных фаций представляют бары.
Исследования показывают, что органогенные, органогенно-обломочные и обломочные карбонатные породы, сформировавшиеся в прибрежной зоне, имеют высокую седиментационнуто пористость. Это объясняется тем, что в осадках с повышенным содержанием OB выделяется большое количество углекислого газа, способствующего развитию процессов растворения известняков. Вторичная пористость, связанная с выщелачиванием карбонатных пород, возникает значительно позднее уже на стадиях диагенеза и катагенеза. Этот процесс наиболее интенсивно проявляется в породах с высокой первичной пористостью, причем процесс «залечивания» седиментационных и раннедиагенетических пор происходит не полностью.
Именно в этой зоне формируются каверно-поровые типы коллекторов с высокими емкостно-фильтрационными свойствами. Для слабосцементированных биоморфных, органогенно-детритовых и обломочных типов карбонатных пород значения проницаемости составляют 0,1 мкм2 и более. Открытая пористость составляет 20-30 %, причем эффективная пористость в таких коллекторах также близка к 20-30 %, что связано с низким содержанием в коллекторах остаточной воды (не более 10-15 %).
В прибрежных отложениях непроницаемые породы регионального и зонального распространения не образуются. Здесь могут сформироваться только локальные покрышки, способные контролировать небольшие по запасам залежи.
Фации мелководных частей шельфа образуются на глубинах моря от 30 до 100 м. Здесь еще продолжает сохраняться значительная гидродинамическая активность вод, приводящая к взмучиванию осадков, перемещению больших масс обломочного материала, размыву морского дна и интенсивному поступлению кислорода. Мелководная зона густо настелена разнообразным бентосом, высшими и одноклеточными водорослями, рифообразующими кораллами, губками. Здесь формируются различные типы терригенных, терригенно-карбонатных и хемогенных осадков.
Наибольший интерес для геологов-нефтяников в этой зоне, представляет распространение различных органогенных построек, в первую очередь береговых и краевых рифов.
На платформах при неоднократных перемещениях береговой линии ширина шельфовой зоны может достигать нескольких сотен километров. Здесь мелководно-морские отложения служат местом накопления мощных, выдержанных по простиранию терригенных и карбонатных коллекторов, среди которых преобладают коллекторы высокого класса. В качестве примера приведем среднезернистые песчаники аптского и нижней части альбского возраста Предкавказско-Крымской нефтегазоносной провинции, а также сеноманские песчаники севера Западно-Сибирской провинции и т.д.
По данным К.И. Багринцевой, среди карбонатных пород наибольшее промышленное значение имеют рифы и рифогенные фации, образовавшиеся в условиях высокой гидродинамической активности осадконакопления. Здесь образуются коллекторы каверно-порового и порового типов. Их проницаемость, как правило, составляет >1 мкм2, а пористость - 25-35 %. Эти коллектора могут иметь коэффициент нефтегазонасыщенности более 0,9.
В мелководном море со средней гидродинамической активностью осадконакопления в органогенных, органогенно-обломочных и обломочных карбонатных породах формируются поровые коллекторы проницаемостью до 0,5 мкм2, пористостью 17—25 %. В этих коллекторах коэффициент нефге-газонасышенности не превышает 0,7-0,9.
В отложениях мелководно-морских фаций формируются, как правило, глинистые покрышки невысокого качества. По площади распространения их можно классифицировать, как зональные и локальные. Это объясняется значительной примесью в глинах песчано-алевролитового материала в виде рассеянной примести или в виде прослоев.
Шельфовые отложения, образовавшиеся на глубинах 100-200 м, характеризуются накоплением осадков в условиях слабой гидродинамической активности вод. Причем такая обстановка характерна для больших площадей. Органический мир в этой зоне существенно обеднен. Среди органогенных пород развиты лишь планктоногенные разности - фораминиферовые известняки, диатомиты, опоки и т.д. Широко распространены карбонатные, кремнистые и фосфорит- и глауконитсодержащие породы биохемогенного происхождения
В умеренно-глубоководных условиях породы-коллекторы образуются значительно реже. Их формирование приурочено к районам, где имеются донные течения, мутьевые потоки и подводные оползни. Подобные условия накопления коллекторских толщ характерны и для глубоководных батиальных областей.
По данным А.А. Гусейнова, Г.А. Каледы, Р.Г. Самвелова и др., гранулометрический состав отложений морских течений почти не отличается от гранулометрического состава пород, образовавшихся в условиях речных потоков. Различить их возможно только по фаунистическим остаткам.
Песчано-алевролитовые, а в ряде случаев и грубообломочные породы морских течений, как правило, надежно изолированы глинами, что делает эти литологически ограниченные геологические объекты перспективными для поисков нефти и газа. Примером таких отложений являются протягивающиеся на сотни километров высокопродуктивные газоносные песчаники хадумского горизонта Ставропольского свода.
Карбонатные коллекторы умеренно-глубоководной и глубоководной фациальных зон широко представленные микрозернистыми и хемогенными известняками. Они характеризуются низкими значениями проницаемости и пористости. По данным К.И. Багринцевой, вторичные пустоты в хемогенных известняках образуются за счет расширения трещин, а также выщелачивания отдельных минералов и не затрагивают первичное поровое пространство. Поэтому емкостные свойства карбонатных пород (матриц), не затронутых трещиноватостью, остаются низкими, каверны же, развитые по трещинам, повышают емкостные свойства пород. Так образуется каверно-трещинный тип карбонатных коллекторов, связанный с хемогенными, биохемогенными или перекристаллизационными процессами. Для трещинных коллекторов характерна небольшая емкость трещин, составляющая от долей до 2-3 %, и низкая анизотропия по проницаемости.
Породы-покрышки более высокого качества и большой площади распространения формируются в глубоководных частях морских бассейнов в отложениях, представленных трансгрессивными сериями.
В этих частях морских бассейнов формируются выдержанные на больших территориях мощные глинистые толщи гидрослюдистого и монтмориллонитового составов. Все они содержат незначительную примесь песчаного материала. Примером таких покрышек являются альбские глины мощностью до 200 м, которые широко распространенны в нефтегазоносных провинциях эпипалеозойских плит.
Отложения переходного типа от морских к континентальным условиям характеризуются ограниченным распространением. К ним относятся отложения лагун, лиманов и дельт, На формирование переходных фаций одновременно влияют суша и море. Общими чертами для них является пестрота состава, невыдержанность по площади и разрезу, присутствие органических остатков, как животного, так и растительного происхождения. Коллекторы, образовавшиеся в таких условиях, как правило, низкого и среднего качества. Тем не менее, коллекторские свойства песчаников улучшаются по направлению к прибрежным частям морского бассейна,
В лагунах формируются регионально выдержанные эвапоритовые покрышки с высокими экранирующими свойствами.
Дельтовые образования возникают в устьевых частях рек и в прилегающих к ним прибрежных зонах морских бассейнов или озер. В дельтовых условиях можно выделить отложения надводной и подводной (или авандельты) частей. Последние расчленяются на образования предустьевого взморья (собственно авандельты), наклонной и глубоководной частей. Отличительная особенность дельтовых отложений - их полифациальность. Здесь развиты преимущественно тонкозернистые аллювиальные отложения русловых потоков, часто меняющих свое положение, отложения озер и болот, периодически возникающих на месте дельты, а также прибрежноморские образования. Среди общего объема образующихся здесь пород на долю песчаников приходится не более 25 %. Коллекторские свойства дельтовых отложений изменчивы по площади и разрезу. Для формирования коллекторов в наземной части дельты наиболее благоприятны образования русловых протоков, в подводной части - пляжевые отложения, песчаные косы и придельтовые бары.
Резкая фациальная изменчивость отложений способствует образованию в дельтах многочисленных литологических ловушек, как литологически ограниченных со всех сторон (линзовидных), гак и экранированных. Литологическими экранами для коллекторов служат глинистые отложения дельт. Примером нефтегазоносности палеодельт является крупнейшее месторождение Прадхо-Бей на Аляске, а также скопления углеводородов в Волго-Уральской нефтегазоносной провинции. По данным М.В. Проничевой и В.В. Семеновича, в палеодельтах мира выявлено свыше тысячи месторождений УВ с суммарными извлекаемыми запасами более 5,3 млрд т нефти и 1 трлн м3 газа.
В континентальных отложениях породы-коллекторы чаще всего приурочены к корам выветривания и руслам древних рек. Хорошо выраженные коры выветривания являются коллекторами с высокой пористостью, но, как правило, с низкой и средней проницаемостью.
В разрезах осадочных пород многие континентальные толщи образованы речными отложениями, среди которых четко выделяются русловые, пойменные и старичные фации. В качестве потенциальных коллекторов особый интерес представляют русловые фации. Это относительно грубозернистые аллювиальные отложения различной степени отсортированности.
Таким образом, прогнозирование фильтрационно-емкостных свойств коллекторов, экранирующих свойств покрышек и их изменений по площади базируется на результатах фациального анализа с учетом последующих катагенетических изменений. Фациальный анализ и последующий прогноз коллекторских и экранирующих свойств пород рационально проводить для генетически единых толщ (формаций), характеризующихся закономерным изменением всех параметров по площади и разрезу. Фациальный и палеогеографический анализ для единой формации при любой обеспеченности фактическим материалом более эффективен, чем для стратиграфической единицы, содержащей две или более формации, каждая из которых обычно имеет собственную направленность и собственные законы изменения фаций и физических свойств пород в пространстве. Чрезвычайно эффективно использовать циклический анализ для установления характера распределения коллекторов и покрышек в разрезе формации.
По данным Н.Ю. Успенской, В.Д. Наливкина, Ю.Н. Карагодина, А.К. Мальцевой и других исследователей, регионально выдержанные покрышки глинистого и карбонатно-глинистого составов, как правило, приурочены к трансгрессивным, реже начальным регрессивным частям крупных циклов (первого и второго порядка). Так, например, в Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции в юрском цикле второго порядка региональная верхнеюрская глинистая покрышка образовалась в период максимальной трансгрессии.
Формирование коллекторских толщ связано с регрессивными частями циклов второго порядка, на их конечных стадиях. Значительно реже они образуются на начальных регрессивных и начальных трансгрессивных стадиях осадконакопления.
Коллекторы, обладающие наиболее хорошими коллекторскими свойствами, как правило, тяготеют к максимуму регрессий. В начальных трансгрессивных стадиях коллекторы также приурочены к базальным горизонтам, в особенности в случае несогласного перекрытия подстилающих отложений.
Исследования Н.М. Страхова, А.Б. Вистелиуса, А.Б, Ронова и др. показали, что такие свойства горных пород, как гранулометрический и минеральный составы, доломитообразование и др., изменяются в разрезе циклически, что позволяет прогнозировать наиболее благоприятные зоны развития как терригенных, так и карбонатных коллекторов.