Классификация карбонатных коллекторов

Карбонатные породы как коллекторы нефти и газа уверенно конкурируют с терригенными образованиями. По различным данным, от 50 до 60% современных мировых запасов углеводородов приуро­чено к карбонатным образованиям. Среди них выделяются наи­лучшие по качеству коллекторы - карбонатные породы рифовых сооружений. Добыча нефти и газа, большая по объему, произво­дится из известняков и доломитов, в том числе из палеозоя и докембрия; наиболее крупные месторождения открыты в мезо­зойских и палеозойских породах, прежде всего в странах Ближне­го Востока. Крупные скопления в рифовых сооружениях мезо­зойского возраста открыты в бассейне Мексиканского залива (Золотой пояс, Кампече и др.). Из рифовых известняков были получены и рекордные дебиты (десятки тысяч тонн в сутки). Можно отметить некоторую связь между развитием карбонатных коллекторов и усилением карбонатонакопления в геологической истории, что связано с общей цикличностью геотектонического развития и периодичностью осадкообразования.

Карбонатные коллекторы характеризуются специфическими особенностями:

1. Крайней невыдержанностью, значительной из­менчивостью свойств, что затрудняет их сопоставление.

2. В них от­носительно легко происходят разнообразные диагенетические и катагенетические изменения.

3. Фациальный облик известня­ков в большей мере, чем в обломочных породах, влияет на фор­мирование коллекторских свойств.

4. В минеральном отношении карбонатные породы менее разнообразны, чем обломочные, но по структурно-текстурным характеристикам имеют гораздо больше разновидностей.

5. В процессе изучения коллекторских свойств карбонатных толщ решающая роль играет генезис отложений и гидродинами­ка среды для формирования структуры пустотного пространства, которая может быть более или менее благоприятна для формиро­вания коллекторов и определяет характер последующих преобра­зований .

6. Карбонатные породы легко подвергаются вторичным изменениям. Это связано с их повышенной растворимостью. Особенно велико влияние вторичных преобразований в породах с первично неоднородной структурой порового пространства.

7. По характеру постседиментационных преобразований карбонатные породы отличаются от терригенных. Прежде всего, это касается уплотнения. Остатки биогермов с самого начала представляют практически твердые образования, и далее уплотнение идет уже медленно.

8. Карбонатный ил также может быстро литифицироваться, при этом в нем возника­ют своеобразные фенестровые пустоты за счет выделения пузырь­ков газа. Мелкообломочные, комковато-водорослевые карбонатные осадки также быстро литифицируются. Пористость несколь­ко сокращается, но вместе с тем значительный объем порового пространства «консервируется».

В карбонатных породах отмечаются все виды пустот. В зависимости от времени возникновения они могут быть первичными (седиментационными и диагенетическими) и вторичными (постдиагенетическими).

В органогенных карбонатных породах к пер­вичным относятся пустоты внутрираковинные, в том числе внутри рифовых построек, а также межраковинные. Некоторые карбонатные породы могут быть хемогенного или биохемогенного происхождения, они обра­зуют резервуары пластового типа. К ним относятся прежде всего оолитовые, а также известняки с меж- или внутриоолитовой пустотностью. Слоистым или массивным известнякам свойственны пелитоморфные или скрытокристаллические, а также кристалли­ческие структуры. В кристаллических, особенно, в доломитизированных породах развита межкристаллическая (межзерновая) по­ристость.

Карбонатные породы в большей мере, чем другие, подвержены вторичным преобразованиям (перекристаллизация, выщелачивание, стилолитообразование и др.), которые полностью меняют их физические свойства, а иногда и состав (процессы доломитизации и раздоломичивания). В этом состоит сложность выделе­ния природных резервуаров, так как одна и та же порода в одних условиях может рассматриваться как коллектор с очень высокими свойствами, а в других, если нет трещин, может являться покрышкой. Созданию вторичных пустот способствуют процессы растворения (выщелачивания), перекристаллизации, в основном доломитизациии раздоломичивания или стилолитизации.

Те или иные процессы сказываются по-разному в зависимости от гене­тического типа породы.

Цементация может начаться очень рано и происходить быстро, как это хорошо видно на примере бичроков. Кальцитовый цемент выкристаллизовывается за счет выпарива­ния морской воды, заливающей пляж, и частичного растворения нестойких минералов. Пляжный карбонатный песок может отвердевать за несколько дней. Подобная почти мгновенная литификация происходила и в прошлые времена. Дальнейшая судьба оставшихся в каркасе такого «литификата» пустот может быть различна.

При перекристаллизации происходит существенное измене­ние структуры и текстуры пород. В целом этот процесс направ­лен в сторону увеличения размера кристаллов. Если при пере­кристаллизации часть вещества выносится, пористость возраста­ет. Наибольшей вторичной пористостью обладают неравномер­но перекристаллизованные породы. Рост крупных кристаллов способствует образованию микротрещин.

Наиболее эффективное влияние на формирование вторичной пустотности оказывает выщелачивание и метасоматоз (в основном доломитизация). Растворение при выщелачивании проявляется по-разному в зависимости от большей или меньшей дисперсности слагающих породу частиц. Тонкодисперсные компоненты сильнее подвержены этому процессу. Растворимость так зависит от состава минералов и вод: арагонит растворяется лучше, чем кальцит, сульфатные воды более активно растворяют доломит и т.д. Анализ изменения фильтрационно-емкостных параметров, определяемых, в том числе выщелачиванием, устанавливает их весьма отчетливую связь со структурно-генетическими типами пород.

Доломитизация является одним из ведущих факторов при формировании коллекторов. На образование доломита влияет со­отношение в воде магния и кальция и общая величина соленос­ти. При более высокой концентрации солей требуется и большее количество растворенного магния. В процессе диагенеза доломит возникает за счет своих предшественников — таких, как магнези­альный кальцит.

Первичная диагенетическая доломитизация не имеет существенного значения для формирования коллекторских свойств. Метасоматическая доломитизация в катагенезе более важна для преобразования коллекторов. Для доломитообразования необходимо поступление магния. Источники его могут быть различны. При катагенетических процессах в условиях повышен­ных температур растворы теряют магний, обменивая его на каль­ций вмещающих пород. На примере Припятского прогиба видно, что между составом рассолов и интенсивностью вторичной доло­митизации устанавливается отчетливая зависимость. В тех стра­тиграфических зонах, где девонские карбонатные породы наибо­лее сильно доломитизированы, содержание магния в рассолах резко падает, он используется для образования доломита.

При метагенетической доломитизации особенно заметно увеличение пористости, так как процесс идет в породе с жестким скелетом, которая трудно поддается уплотнению. Общий объем породы со­храняется, пустотность в ней за счет доломитизации повышается.

Обратный процесс раздоломичивания (дедоломитизация) особенно распространен в приповерхностных условиях. Наиболее активно он проходит в разрезах, где доломиты содержат прослои сульфатов. При просачивании вод магний доломитов в растворах соединяется с радикалом SO₄^2- и выносится в виде легко раство­римого MgSO₄. Происходит увеличение пористости пород.

Но перенос сульфатов водами нередко приводит и к проти­воположным результатам с точки зрения качества коллекторов. Легко растворимый CaSO₄ также легко выпадает в осадок и запе­чатывает поры. Так же может влиять и кальцитизация, которая часто выражается в наращивании регенерационных каемок и су­жении порового пространства.

Заканчивая рассмотрение карбонатных коллекторов, необхо­димо еще раз подчеркнуть то, что по сравнению с обломочными породами структура их порового пространства чрезвычайно раз­нообразна. Ненарушенная матрица имеет характеристики, ко­торые определяются прежде всего первичной структурой, кавернозность сильно изменяет эти характеристики, а трещиноватость создает как бы две наложенные друг на друга системы пустот.

Все это и определяет необходимость особой классификации коллек­торов. Такая оценочно-генетическая классификация коллекторов была предложена К.И. Багринцевой (табл. 2).

Таблица 2

Оценочно-генетическая классификация карбонатных пород-коллекторов

Группа	класс	Абсолют-ная про-ницае-мость, Д	Открытая порис- тость, %	Полезная емкость и фильтра-ционные свойства	Тип коллектора	Текстурно- структурная характеристика
А	I	0,1-0,5	25-35	высокие	Кавернозно- поровый	Биоморфные орган.- детр., комковатые
II	0,5-0,3	16-35
Б	III	0,3-0,1	12-28	средние	Поровый, трещино-поровый	Орган.-детр., реликтовые
IV	0,1-0,55	12-25
V	0,05-0,01	12-25	Орган.-сгустково-детритовые
В	VI VII	0,0-0,001 0,001-0,0001 0,300-0,02	6-10 1-5 1-4,5	низкие	Порово-трещин. трещин. каверново-трещинный	Пелитомофно-микрозернистые, сгустко- водетритовые

Определяющим параметром предлагаемой классификации является проницаемость, предельные значения которой взяты из анализов коллекторских свойств пород различного генезиса и структурных особенностей. Минимальные и максимальные зна­чения оценочных показателей (пористости, газонефтенасыщенности и др.) получены из корреляционных зависимостей между проницаемостью, пористостью и остаточной водой. Наиболее характерна связь остаточной водонасыщенности с абсолютной проницаемостью.

В породах по мере улучшения фильтрационных свойств ко­личество остаточной воды уменьшается. Пористость может быть различной, при этом даже высокие (более 15%) значения откры­той пористости бывают в породах с низкими фильтрационными свойствами. Между открытой пористостью и остаточной водонасыщенностью связь неопределенная.

Низкопористые породы всегда отличаются большим содержа­нием воды, а высокопористые имеют двойственную характерис­тику: хорошо проницаемые заключают небольшое количество воды, а плохо проницаемые — значительное (более 50%). В клас­сификационной схеме все коллекторы подразделяются на три большие группы А, Б, В, внутри которых в свою очередь выделя­ются классы, характеризующиеся разными оценочными парамет­рами, литологическими и структурными особенностями. Группы А и Б представлены в основном коллекторами порового и каверново-порового типов, В — трещинного и смешанного типов. В породах группы А преобладают первичные пустоты, размеры которых увеличены в процессах последующего выщелачивания.

В породах группы Б развиты седиментационные поровые ка­налы; меньшую роль играют пустоты выщелачивания. Строение пустотного пространства в породах группы А значительно проще, чем в группе Б, а наиболее сложно оно в группе В. Здесь преоб­ладают мелкие извилистые, плохо сообщающиеся каналы. Кол­лекторы I и II классов в группе А обладают в основном унаследо­ванными высокими фильтрационными и емкостными параметра­ми. В III, IV и V классы попадают породы обломочно-органоген ные и биохемогенные с низкими первичными коллекторскимк свойствами. Вторичное минералообразование, перекристаллиза­ция, доломитизация, раздоломичивание, особенно сопровождающиеся выщелачиванием и выносом материала, улучшают их свойства. В VI и VII классах выделены породы таких хемогенных и биохемогенных разностей, петрофизические характеристик которых никогда не достигают высоких значений. Но здесь в большей степени, чем в породах высших классов, проявляется другой фактор — трещиноватость.