Нефтегазовая геология

 

 

Образование разломов и трещин. Трещиноватость - трещинная проницаемость

 

Образование разломов и трещин обусловливает возникновение распространенного и важного типа вторичной пористости в хрупких породах [41]. К хрупким породам-коллекторам относятся известняки, доломиты, кремнистые и глинистые отложения, окремнелые осадочные породы, изверженные и метаморфические породы. При переслаивании глинистых пород, песчаников и известняков каждому литологическому типу прослоев может быть присуща своя, отличная от других система трещин.

 

Поскольку трещины служат каналами для циркуляции воды, они, вероятно, расширяются и видоизменяются под воздействием процессов растворения. В комбинации с другими типами первичной и вторичной пористости трещины часто создают сложную структуру порового пространства; действительно, появление трещин во многих случаях увеличивает проницаемость пород от нескольких миллидарси до нескольких дарси. Трещины образуются, вероятно, в результате влияния трех основных факторов:

 

1.   Процессы диастрофизма, такие, как образование складок и разрывных нарушений. Некоторые трещины могут возникать на глубине, как следствие увеличения объема пород при воздействии на них растягивающих усилий, которые появляются при складкообразовании и изгибании слоев [42].

2.   Удаление перекрывающих пород благодаря эрозии в зоне выветривания [36]. При уменьшении этой нагрузки вышележащих отложений верхние слои ранее погребенных пород начинают расширяться и намечающиеся в них зоны ослабления преобразуются в трещины отдельности, разрывы и щели. Следовательно, под поверхностями несогласия можно ожидать увеличения трещиноватости пород. Вероятно, многие из первоначальных каналов растворения, по которым фильтруются поверхностные воды, обрпотся в результате постепенного растрескивания пород в процессе выветривания.

 

 

3.         Сокращение объема глинистых пород без изменения условий их залегания в недрах земли в процессе диагенетических преобразований, сопряженных с потерей воды при уплотнении. Если неглинистые пласты, расслаивающие толщу глин, не испытывают усадки и действуют как распорки или разделяющие прокладки, то сокращение объема глинистых пород и алевролитов выражается в появлении в них трещин, имеющих часто неправильную или конхоидальную форму в противоположность правильным плоскостям систем трещин, возникающих при диастрофизме [43].

 

Почти все природные резервуары в известняках, доломитах и кремнистых породах в той или иной мере обладают трещинной пористостью. Плоскости трещин в сочетании с уже существовавшей до возникновения трещиноватости пористостью образуют сообщающуюся систему, которая намного увеличивает проницаемость пород. Таким образом, во многих плотных трещиноватых коллекторах можно выделить как бы две системы проницаемости: 1) слабопроницаемые блоки, заключенные между трещинами, в которых нефть движется медленно на короткие расстояния в 2) высокопроницаемые трещины, приводящие в конце концов к скважине [44]. Процентное содержание воды в трещинных порах обычно ниже, чем в межзерновых; это значит, что в поровом пространстве трещиноватого природного резервуара выше процентное содержание нефти и газа. Даже тяжелые, вязкие нефти, которые не фильтруются через породы с низкой проницаемостью, могут скапливаться и течь вдоль трещин, давая промышленные притоки. Таким образом, любая хрупкая порода, независимо от того, насколько плотной на вид она была определена в обнажении или в обломках шлама, может стать коллектором после образования в ней трещин, разломов и зон дробления.

 

Ниже рассматривается ряд залежей, где трещинная пористость в коллекторах играет большую роль.

 

Залежи в породах фундамента. В Калифорнии из природных резервуаров в трещиноватых изверженных и метаморфических породах ежедневно получают около 16 000 баррелей нефти.

Наиболее важным объектом эксплуатации является залежь Эдисон близ Бейкерфилда [45] (см. также стр. 81). Другие залежи (Торранс, Уилмингтон, Венис, Эль-Сегундо и Плайа-дель-Рей) связаны с францисканскими (юрскими?) трещиноватыми кристаллическими сланцами и расположены южнее и юго-восточнее Лос-Анджелеса [46].

На месторождении Амарильо в техасской части провинции Панхандл в нескольких скважинах нефть добывают из свежих, невыветрелых гранитов фундамента. Одна из этих скважин (R.В. Rutledge, личное сообщение) уже дала более 1 млн. баррелей нефти. Столь высокая производительность, несомненно, связана с наличием в гранитах трещин, поскольку соседние скважины оказались сухими или почти сухими. Очевидно, нефть проникла в граниты из осадочных образований, развитых по склонам погребенного горного хребта, вдоль которого тянется месторождение (см. также 3-8).

Залежи в трещиноватых осадочных породах. На месторождении Санта-Мария, Калифорния (см. 7-62), было добыто около 400 млн. баррелей нефти, из которых 75% было извлечено из трещиноватых глинистых сланцев и только 25 % - из песчаников. Начальный дебит скважин обычно составлял 2500 баррелей в сутки, а отдельные скважины имели суточный дебит до 10 000 баррелей [47]. Суммарная добыча из некоторых скважин превысила 1 млн. баррелей. Коллекторами являются в основном трещиноватые кремнистые породы формации Монтерей (миоцен), переслаивающиеся с известковыми сланцами и песчаниками, также весьма плотными, хрупкими и характеризующимися конхоидальной трещиноватостью. Нефть приурочена здесь к трещинам.

Продуктивность подобных образований трудно установить по данным бурения, так как вынос керна из хрупких и трещиноватых пород весьма невелик, а нефть вымывается буровым раствором. Лучшим показателем вскрытия возможной продуктивной зоны является потеря циркуляции бурового раствора. Трещиноватые кремнистые породы округа Санта-Мария отличаются низкой пористостью, но высокой проницаемостью и поэтому служат удовлетворительными коллекторами для тяжелых нефтей этого района (плотность их 6-37°API, или 1,029-0,339, а в среднем менее 18°, т.е. 0,946).

Месторождение Спраберри в западном Техасе (см. 13-11) состоит из ряда залежей, возможно отчасти связанных друг с другом и занимает территорию свыше 150 миль в длину и 75 миль в ширину [48]. Продуктивные горизонты приурочены к пермским отложениям и занимают интервал разреза мощностью около 1000 футов, а геологические запасы нефти по разным оценкам составляют 1 млрд. баррелей или более. Однако извлекаемые запасы нефти при существующей технологии добычи, возможно, невелики из-за низкой проницаемости пород, слагающих природные резервуары. Ловушки связаны здесь с замещением коллекторских пород по восстанию менее проницаемыми породами. Коллекторами являются главным образом черные хрупкие глинистые сланцы, иногда алевритистые и песчанистые, известковистые и неизвестковистые алевролиты и в значительно меньшей степени тонкозернистые пески. Диаметр частиц последних изменяется от 1/30 до ¹/45 мм (нижний предел песчаной размерности зерен 1/16 мм). Пористость обычно менее 10%, а средняя проницаемость - 0,5 миллидарси. Нефтяные залежи в породах со столь малой пористостью и проницаемостью встречаются довольно редко. Эффективная проницаемость рассматриваемых коллекторов обязана почти исключительно наличию разрывов и конхоидальных трещин, пронизывающих тонкозернистую массу пород во всех направлениях, но главным образом по вертикали. На карте равных потенциалов продуктивности залежи Текс-Харви, приведенной на 13-21, можно видеть простирание основных систем трещин на линейно распространенных высокопродуктивных участках [42]. Трещиноватые глинистые породы слагают также ловушку на месторождении Флоренс в штате Колорадо (см. стр. 269: 6-53, А.Ф.).

Песчаник Орискани (нижний девон), распространенный на территории штатов Пенсильвания и Нью-Йорк, представлен плотными, мелкозернистыми разностями, средняя проницаемость которых не превышает 500 миллидарси, а пористость колеблется от 2 до 10 %. Он содержит много газовых залежей, приуроченных в основном к антиклинальным складкам [49], причем в скважины, отличающиеся повышенной продуктивностью, газ поступает из мелких открытых трещин, связанных, видимо, с поверхностями отдельности [50].

Проницаемость карбонатных пород-коллекторов часто связана преимущественно с трещинами. Тщательно изучен и описан [51], например, природный резервуар на месторождении Уэст-Эдмонд в Оклахоме (см. 14-7). Основной продуктивной толщей здесь является известняковая формация Бойс-д'Арк, залегающая в кровле группы Хантон (девон - силур). Ловушка является стратиграфической и образована в результате срезания проницаемого пласта по восстанию в восточном и северо-восточном направлении поверхностями предмиссисипского и предпенсильванского несогласия. Пористость пород отчасти первичная и связана с наличием межкристаллических пустот, отпечатков органических остатков и оолитовых прослоев; величина ее, согласно авторам цитируемой нами работы [51], изменчива. Проницаемость известняков и доломитов низкая, но породы всей продуктивной части разреза рассечены многочисленными трещинами и разделены благодаря этому на блоки различных размеров. Нефть притекает к трещинам, по кото­рым движется к скважинам, обусловливая их продуктивность.

Трещиноватость явилась косвенной причиной образования месторождения Дип-Ривер в штате Мичиган [52] (4-10). Нефть содержится здесь в узком удлиненном теле пористых доломитов, заключенном в слабопроницаемых известняках верхней части формации Роджерс-Сити (девон). Предполагают, что эти доломиты образовались в результате воздействия на обычные слабопроницаемые известняки грунтовых магнезиальных вод. циркулировавших в них по трещинам. В непродуктивных скважинах не было обнаружено не только нефти, но и доломитов. Вертикальные трещины широко распространены в доломитах Элленбергер (кембро-ордовик) в пределах западного Техаса. В одной колонке керна длиной 36 футов были обнаружены трещины, простирающиеся вертикально по всей ее длине; мелкие трещины были едва заметны, а самые протяженные достигали 1 мм в ширину [53]. Месторождение Сипио-Албион в штате Мичиган образует прямой и узкий пояс залежей общей длиной более 25 миль и шириной в среднем 3500 футов (4-11). Нефть и газ добывают из доломитизированной зоны известняков Трентон (ордовик). Структура этих известняков рисуется здесь обычно в виде неглубокой прогнутой зоны или синклинали; однако, возможно, она представляет собой зону дробления над глубоко погруженным разломом в фундаменте. Вероятно, доломиты узкого продуктивного пояса имеют вторичное происхождение и сформировались из известняков вдоль системы разломов и трещин. Запасы месторождения оцениваются более 100 млн. баррелей нефти и более 200 млрд. куб. футов газа [54]. На 4-12 детально показано строение одной из залежей этого месторождения ‑ залежи Сипио.

 

На Северных месторождениях Мексики (район. Пануко) коллекторами являются известняки Тамаулипас, Агуа-Нуэва и Сан-Фелипе (мел) [54]. Это плотные тонкозернистые массивные известняки, обладающие низкой пористостью, за исключением участков развития вторичной пористости, таких ее форм, как трещины отдельности, пустоты растворения внутри органических остатков и другие трещины, придающие породам высокую проницаемость. Они разбиты разрывами, которые, несмотря на небольшую амплитуду смещения, вызвали сильное раздробление пород, что было установлено по образцам керна и обломкам, выброшенным из скважин при фонтанировании. Со сбросами связаны довольно крупные щели; при их вскрытии происходили провалы бурового инструмента.

Суммарная добыча из Северных месторождений составила около 1 млрд. баррелей нефти плотностью 12,5°API (0,98 г/см3). Большой удельный вес нефти препятствует ее проникновению в межкристаллические поры известняков, и она почти целиком приурочена к трещинным пустотам. Дебит скважин неустойчив; он может меняться в расположенных в нескольких сотнях футов одна от другой скважинах от незначительных следов нефти до 30 000 баррелей и более в сутки. На высокую проницаемость некоторых участков коллекторов указывает мощное фонтанирование одной из скважин соленой водой с суточным дебитом свыше 100 000 баррелей.

 

Интенсивной трещиноватостью и раздробленностью обусловленны пористость и проницаемость меловых известняков и гранитов фундамента, являющихся коллекторами нефти на месторождениях Мара Ла-Пас в западной Венесуэле [55] (см. также 6-31). Мощность насыщенного нефтью разреза на месторождении Мара превышает 5000 футов, а общая мощность продуктивных из характеризующихся низкой проницаемостью (обычно меньше 1 миллидарси), составляет 1800 футов, особенно высока продуктивность известняков там, где в них развита трещиноватость. Зоны трещиноватости в известняках ассоциируются г тесно расположенными вертикальными плоскостями, в свою очередь, связанными с резко выраженными складками и разрывами, образующими ловушки, и распространяются в подстилающие граниты фундамента, которые также содержат нефть над водонефтяным контактом (W.S. Olson, личное сообщение).

 

В богатейших залежах юго-западного Ирана нефть приурочена к известнякам Асмари (верхний олигоцен ‑ нижний миоцен). На тщательно изученных месторождениях Месджеде-Солейман (см. 6-12) и Хефтгель (см. 2-2) [56] было установлено, что независимо от того, насколько обогащены нефтью обломки выбуренного шлама, значительные промышленные притоки ее наблюдались только при вскрытии трещин. Пористость обломков шлама колебалась от 2 до 15 %, но проницаемость изменялась только в пределах от 0,00005 до 0,5 миллидарси, в зависимости от степени перекристаллизации пород (чем полнее перекристаллизация, тем выше пористость и проницаемость). Продуктивность скважин варьирует вместе с изменением степени трещиноватости пород; если бы породы не имели трещин, они не давали бы нефти. Выделяют две стадии образования трещин [57]. Возникшие на ранней стадии и не содержащие нефти трещины выполнены кальцитом и другими минералами; многие из них заполнены не целиком, а лишь выстланы по стенкам хорошо развитыми кристаллами. Эти трещины, видимо, не связаны с миграцией нефти; нефть мигрировала по системе трещин, образовавшихся позднее.

 

Природный резервуар месторождения Ага-Джари также характеризуется трещинной проницаемостью [58] (см. 6-21) и, несмотря на низкую первичную проницаемость служащего коллектором известняка Асмари, обладает хорошей пропускной способностью. Сильно разбитые трещинами и разломами коллекторские известняки перекрыты толщей соли мощностью 50-150 футов, которая играет роль непроницаемой покрышки. Наибольшая трещиноватость в известняках Асмари, как в пределах нефтяных месторождений, так и в обнажениях в горных районах, приурочена к зонам погружения складок, причем наблюдается гидродинамическая связь между участками, расположенными в 50 милях один от другого. Явления перекристаллизации и доломитизации. Некоторые карбонатные коллекторы представлены почти чистым известняком, другие почти чистым доломитом, но большинство из них сложены однородными или изменчивыми смесями этих двух минеральных образований. Там, где нефть и газ содержатся в природных резервуарах, сложенных известняками и доломитами, доломиты и доломитизированные породы обычно характеризуются большими дебитами главным образом благодаря их более высокой пористости. Происхождение доломитов [59] и причина их повышенной пористости давно привлекали внимание исследователей [60] и из-за большого количества нефти и газа, связанных с доломитами, эти вопросы представляют интерес и для геологов-нефтяников.

 

 

К содержанию: Леворсен: ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА

 

Смотрите также:

 

Поиски и разведка месторождений  Углеводороды нефть, газ, конденсат  РЕСУРСЫ МОРЯ. Нефть, газ

 

Закон О нефти и газе о недропользование  Размещение нефтяных и газовых месторождений.