ГОНМ Литология нефтегазопромысловая гидрогеология геология Литология Наука

ГОНМ: Литология, нефтегазопромысловая гидрогеология, геология Литология – Наука о составе, структурах, текстурах и происхождении осадочных горных пород. Литос - камень, логос - наука 1

Осадочные горные породы: терригенные, карбонатные, вулканогенноосадочные, эвапаритовые, каустобиолитовые К ним приурочено подавляющее количество залежей углеводородов. В Припятском прогибе 95% коллекторов месторождений – карбонатные трещиннопоровые. С карбонатными коллекторами в Мире связано 42% месторождений. 2

Терригенные породы Обломочные – продукты механического разрушения грубообломочные – псефиты, зерна от 1 до 1000 мм, могут быть окатанные и неокатанные Средне-обломочные породы (псаммиты) песчаные обломки размером зерен 0, 1 - 2 мм. , (алевритовые) песчаные 1, 0 – 0, 1 мм Мелкообломочные породы (алевриты) — размер частиц 0, 01 - 0, 1 мм. Тонкообломочные породы (пелиты) — глинистые, размер частиц менее 0, 01 мм. Глины – продукты химического и механического разрушения. Глинистые породы занимают около 50% осадочной толщи. 3

Этапы образования терригенных пород: • разрушение всех типов пород, • перенос материала и накопление (седиментогенез) • преобразование в породу (диагенез) • метаморфизация (катагенез). Структура породы –размер (крупнозернистая, мелкозернистая) и форма (округлая, волокнистая, овальная) слагающих зерен. Текстура породы – расположение составных частей: слоистость, массивность, пористость, трещиноватость 4

Характерные типы структур рыхлой породы. а — монодисперсная структура; б— сотовая структура; в — хлопьевидная структура 5

• • Глинистые породы По минеральному составу глины подразделяют: смектитовые (монтмориллонитовые); иллитовые (гидрослюды); каолинитовые и хлоритовые. Минеральный состав определяет свойства глин: разбухающие, неразбухающие, с двух-и трехслойными кристалл. решетками, различной степени адсорбции молекул 6

• Смектитовые глины набухают при контакте с водой. Связь между слоями глинистых частиц, имеющих кристаллическую структуру, у них слабее, чем у глин всех других типов. Вода может легко проникать между слоями и раздвигать их, глина набухает. Отдельные глинистые частицы могут расходиться настолько, что связь между ними исчезает. Расхождение до такой степени называется диспергированием 7

• Бентонит - натриевый монтмориллонит является часто встречающимся членом группы смектитов. До полного диспергирования бентонит может набухать с увеличением объема до 20 раз. • Смектиты залегают в молодых, недавно отложившихся пластах глин, образуют мягкие пористые глинистые породы, которые легко разбуривать, но которые набухают и уменьшают диаметр скважины 8

• Иллит (гидрослюда) схож со структурой монтмориллонита, но не имеет раздвигающейся кристаллической решетки. Вода не может проникнуть в межслоевое пространство его кристаллов. Образуется из монтмориллонита под воздействием высокой температуры и давления. • Глинистые иллитовые породы более твердые и хрупкие. Неустойчивость пород, содержащих иллит, приводит к увеличению диаметра ствола скважины из-за разрушения породы 9

• Каолинитовые и хлоритовые глины мало набухают при контакте с водой. Хлоритовые глины могут набухать сильнее, чем каолинитовые или иллитовые, но не так сильно, как смектитовые. 10

11

Типы слоистости 12

Типы слоистости • Горизонтальная: равномерная, направленноизменяющаяся, неравномерная; пологоволнистая, параллельная; линзовидная; • косая: косослоистая, параллельная, косопараллельная, мульдообразная; • чередования разных типов: косая горизонталь. , косо-полого-волнистая; • биогенно-слоистая; оползневая; внедрения; и др; • Слоеватая: градационная, редкие включения, ориентированные конкреции, неотчетливая 13

Дегидратация глин (обезвоживание) • Первая стадия. В конце диагенеза и начале катагенеза удаляется свободная поровая влага, отжимается избыточное количество слабо связанной межпакетной воды. • Вторая - Высокое давление, темп до 110°С. Обезвоживаются набухающие глины. Выделение воды 10 -15% объема осадков. Образуются УВ и переносятся водой • Третья стадия. Еще большие температура и давление. Обезвоживаются ненабухающие глины. Образуются газообразные УВ 14

Карбонатные породы • Составляют до 20% осадочных образований • Выделяют: известняки, доломиты, мергели • Известняки – карбонатные минералы Са. СО 3. Различают органогенные, биохемогенные, хемогенные и обломочные • Доломиты – минерал Са. Мg(С 03)2 • Мергели- содержат в соизмеримых количествах карбонатный и глинистый минералы • В карбонатных породах может быть развита пустотность межзерновая, трещинная, каверновая, карстовая. 15

Вулканогенно-осадочные породы • Породы образованы продуктами вулканизма или из смеси их с терригенными, хемогенными, биогенными. • Это пеплы, выброшенные взрывом раздробленные породы, пемзы, расплавленные в разной пропорции глубинные и осадочные породы 16

Эвапаритовые породы (соли) • Хемогенные образования, выпадающие в осадок: Основные минералы: гипс, ангидрит, сильвинит, галит, карналит, сода, нитраты, сульфаты и др. • Различают породы сульфатные, хлоридные, алюминевые, фосфатные, железистые, марганцевые • Хлоридные соли (Na. Cl, KCl)встречены во многих осадочных бассейнах и представлены каменной и калийной солью. Мощность отложений достигает нескольких км, в Припятском прогибе – 3000 м 17

Нефтегазоносные комплексы • НГК – совокупность проницаемых пластов благоприятных для образования залежей и плохо проницаемых, сохраняющих залежь • Выделяют терригенные и карбонатные НГК • Формация – сочетание горных пород связанных общими условиями образования. (вулканогенная, морская, лагунная, озерная, рифогенная). НГК могут иметь одну или несколько формаций. 18

Нефть в песчаных породах погребенных русел рек 19

Профиль Арланского месторождения: I — известняки; 2 — аргиллиты: 3 — песчаники, 4 — углисто-глинистые сланцы и угли; 5 — залежи нефти: 6 — водонефтяной контакт 20

Коллекторы • Основные понятия: Коллектор – горная порода, обладающая способностью вмещать флюиды и отдавать их при разработке. Флюидоупор – порода непроницаемая для флюидов Цементы – вещества заполняющие промежутки между зернами и обломками породы (известковые, глинистые, солевые) 21

• • Коллекторы Пористость – пустотность между зернами. Это могут быть поры, трещины и каверны Различают открытую, закрытую и эффективную пористость Эффект. пористость – объем пор по которым могут двигаться флюиды Выделяют карбонатные, терригенные и нетрадиционные коллекторы 22

Пустотность • Понятие пустотности эквиваленто понятию пористости для осадочных пород • Поровое пространство (пустотность) определяется размерами и конфигурацией зерен, наличием трещин, плоскостей напластования и присутствием в порах цементирующих веществ. Пористость пород обуславливается процессами седиментации, трещинообразования, химического растворения и выпадением солей. 23

Характеристика коллекторов • Макропоры (сверхкапиллярные) – более 1 мм, жидкость движется под действием силы тяжести • микропоры – менее 1 мм : капиллярные – от 0, 0002 до 0, 1 мм, на жидкость действуют капиллярные силы; ультракапиллярные (субкапиллярные)– менее 0, 1 мк, в субкаппилярах жидкость связана поверхностно-молекулярными силами со стенками пор и под действием силы тяжести не движется • Непромышленные коллекторы - пористость менее 5% и лишенные трещин и каверн. Величина % может отличаться у терригенных и карбонатных • Имеет значение как общая пористость, так и размер пор. Глинистые породы непроницаемы и при большой пористости. 24

Типы коллекторов • Терригенные (песчано-алевритовые) • Карбонатные • Нетрадиционные: – Вулканогенные – Вулканогенно-осадочные – Глинистые – Кремнистые – Связанные с кристаллическими породами 25

Цементы • Цементы - минеральные вещества, заполняющие в породе промежутки между зернами и обломками и связывающие их между собой. • Влияние цемента на коллекторские свойства пород заключается не только в уменьшении просветности поровых каналов и их объема, но и определяется сорбционными свойствами минералов цемента, степенью их гидрофильности или гидрофобности. • Виды цемента : глина, известняки, различные соли и окислы 26

Поры между кварцевыми зернами 27

Пустоты и каверны в известняке 28

Развертка кубика трещиноватой породы 29

Интенсивность и роза-диаграмма трещиноватости 30

Карбонатные коллекторы: Выделяют рифовые известняки, органогеннообломочные, хемогенные Пустоты: карсты, трещины, каверны, поры. Поры первичные (упаковка зерен, раковины) и вторичные (растворение, выщелачивание, перекристаллизация, трещинообразование) Классификация карбонатных коллекторов по величинам емкости : высшей, средней и малой (таблица Конухова, 8 классов). 31

Карбонатные коллекторы • 42% мировых запасов нефти, 23% - газа • главные минералы: кальцит, доломит • тип пустотности каверновый и трещиноватый, сложная структура • высока роль диагенеза и катагенеза (перекристаллизация, доломитизация, выщелачивание, трещинообразование) 32

кавернозная и карстовая пористость пород 33

Рифовые известняки • Образуются при медленном погружении морского дна на огромном протяжении прибрежной зоны. Сложены кораллами, мшанками, брахиоподами, водорослями. Мощность достигает километров. • Характеризуются хорошими коллекторскими свойствами до 60% пористости. Неоднородны 34

Органогенно-обломочные и хемогенные известняки • Обломочные известняки обладают малой пористостью, сцементированы. Образуются при разрушении первичных известковых пород • Хемогенные – оолитовые известняки, выпадающий в осадок кальцит. Могут обладать малой и большой пористостью в зависимости от цементации, трещиноватости, межзерновой пористости. 35

Известняк водорослевый 36

Известняк рифовый 37

Мел 38

Известняк оолитовый 39

Терригенные коллекторы • Обломочные и глинистые породы, 58% мировых запасов нефти, 77% - газа • характеризуются межгранулярной пустотностью, пористость 15 -20%, проницаемость 0, 01 -1 мкм 2 • Классифицируются по размерам зерен и проницаемости (табл. Ханина) • Выделяют коллекторы: свободно-поровые, цементно-поровые, реликтово-поровые • Пористость зависит от размера зерен и цементации. Максимальная пористость у 40 крупнозернистых песков.

Проницаемость: 1 - гравий; 2 - песчанистый гравий; 36 - песок; крупнозернистый (3), среднезернистый (4), мелкозернистый (5), тонкозернистый (6); 7 - иловатые пески; 8 -глинистые илы; 9 - глина 41

Нетрадиционные коллекторы • Вулканогенные, магматические, интрузивные и эффузивные, коллекторы кор выветривания. • В эффузивных породах (лавы, шлаки, пемзы) • В вулканогенно-осадочных породах (туфы, туфобрекчии, туфопесчаники и т. д. ) • Пустотное пространство состоит из межзерновых пор, трещин, каверн с высокой степенью неоднородности. Участки с высокими коллекторскими свойствами чередуются с плотными непроницаемыми зонами. 42

Глинистые коллекторы • Глинистые – на больших глубинах из глин выжимается вода и они превращаются в коллекторы. Перестраиваются минеральные части с изменением объема, что создает пустотность. Коллекторы чаще приурочены к окремнелым битуминозным глинам с высоким содержанием ОВ • Пустотное пространство поровое, трещинное и параллельно-слоистое, в формировании велика роль преобразования глин и ОВ (дегидратации и дегазации), тектонических напряжений и АВПД • Нефтенасыщенность и продуктивность сильно изменчивы 43

Коллекторы кор выветривания • Коры выветривания могут достигать десятков метров. Выделяются по глубине зоны гидролиза, выщелачивания, дезинтеграции. В зоне гидролиза преобразуется минеральный состав и структура первичных пород. Зона дезинтеграции характеризуется пористостью до 15 %, зона выщелачивания до 20 %. 44

Нефтяная залежь в измененных магматических породах (Куба) 45

Сравнение Т-терригенных и К-карбонатных коллекторов • Различия в условиях залегания. -кол образуют залежи пластового типа, кол --залежи массивного, массивнопластового и пластового типов • Различия в структуре пустотного пространства. При равной величине пустотности К-кол имеют меньшую проницаемость Т К– 46

Сравнение типов Т- и К-коллекторов • карбонатные толщи обладают большей вертикальной и зональной неоднородностью с сочетанием разных видов пустотности – разработка более сложная • Струкатура К-коллекторов: первичные поры, микрокаверны, макрокаверны, высока микрои макротрещиноватость, проницаемость 0, 01 -0, 3 мкм 2 • В К-коллекторах применение СКО позволяет не только восстановить естественную проницаемость призабойной 47 зоны, но и увеличить её

Сравнение типов Т- и К-коллекторов • Терригенные пласты-коллекторы имеют толщину от единиц до десятков метров, карбонатные до 1000— 1500 м. • Т- коллекторы чаще бывают разобщены непроницаемыми породами • Терригенным коллекторам свойствен первично-поровый тип пород, • Проницаемость: Т- коллекторов от 0, 01 до 1 -2 мкм 2; карбонатных 0, 01 -0, 3 мкм 2. • При разработке залежи Т- коллекторов проницаемость призабойной зоны ухудшается практически необратимо. 48

Продолжение • Оба типа коллекторов обладают микронеоднородностью, но в карбонатных она многообразнее и резче. В терригенных разрезах больше выражена макро неоднородность — расчлененность горизонтов на пласты и прослои с неповсеместным залеганием на площади • Залежи в терригенных коллекторах более просты в строении, легче поддаются изучению, моделированию. Изучение залежей в карбонатных коллекторах — процесс более сложный. • При близких значениях фильтрационных свойств и близкой вязкости нефти по залежам в терригенных коллекторах достигаются лучшие результаты разработки, чем в карбонатных 49

Флюидоупоры-покрышки • 1 - соленосные толщи: большая мощность, пластичность, однородность • 2 - глины (наиболее распространены) : высока неоднородность • 3 - плотные известняки, магматические породы. • 4 -криогенные покрышки - песчаноалевритовые породы с льдистым цементом • 5 - гидродинамическое и капиллярное экранирование 50

Основные параметры флюидоупоров • • • Состав, однородность Пластичность Плотность Мощность Давление пережима и прорыва Площадь распространения (региональные, локальные) 51

Прорыв, пережим • Давление прорыва - перепад давления, при котором начинается фильтрация нефти (газа) через покрышку • Давление пережима, при котором прекращается фильтрация через покрышку. Давление пережима обычно меньше давления прорыва 52

Трещиноватость • Трещиноватость –следствие воздействия тектонических сил, минералообразования, изменения температур и давлений горных пород. Она рассматривается как своеобразная пористость, при которой роль зерен играют блоки не трещиноватых массивов пород, а роль пор – трещины. 53

Трещиноватость • Трещиноватость – нарушение сплошности пород с незначительным перемещением или без видимого смещения слоев. • Трещины образуются в породах в различных геолого-структурных условиях. Различаются по размерам, форме, взаиморасположению, густоте и происхождению. 54

Трещиноватость • Трещиновидные поры подразделяются на микротрещины с раскрытостью от 0, 01 -0, 1 мм и макротрещины с раскрытостью больше 0, 1 мм. • В осадочных породах трещиноватость широко распространена. Трещины отсутствуют в сыпучих и размокающих разностях: песках, галечниках в которых легко засыпаются и заплывают. • 55

отдельность • Отдельность - характерная форма блоков (кусков) горных пород, при естественном раскалывании. Трещины возникающие в результате единого для всей системы вида напряжения с одинаковой ориентировкой • Единичные трещины отличаются друг от друга протяженностью, степенью раскрытия, извилистостью, формой, расположением по отношению к элементам залегания слоев и к простиранию структуры, составом заполняющего минерального вещества. 56

Кливаж • Кливажем (раскол) называется способность пород раскалываться па пластинки и призмы по густо развитой системе параллельных поверхностей, секущих слоистость или согласных с ней. • Выделяется кливаж течения и кливаж разлома. 57

Разрывные нарушения • Зоны разрывных нарушений (сбросы, надвиги, сдвиги) являются хорошими путями для миграции пластовых флюидов. • При разрыве и смещении слоев пород происходит их разрушение в той или иной степени 58

Типы трещин • Трещины: скрытые, закрытые и открытые • Закрытые - трещины, заполненные различными минеральными веществами: кальцитом, ангидритом, глиной, органическим веществом • Открытые трещины обладают незначительной раскрытостью. Зияние трещин обусловлено тектоническими силами и процессами выщелачивания и выноса минерального вещества. Открытые трещины определяют фильтрацию флюидов в толще отложений 59

Размеры трещин • По размеру трещины могут быть малыми (внутрислойными) и большими, (секущими). • Малые трещины не выходят за пределы одного пласта; • Большие трещины рассекают пачки слоев и в некоторых случаях представляют собой разрывы огромного размера: прослеживаются по простиранию и по восстанию на большие расстояния, иногда на километры. 60

Системы трещин • Системы трещин образуются в природных условиях. В массиве пород наблюдается ряд систем, которые пересекаются между собой под различными углами. • Отдельности. При наличии трех ортогональных систем трещин образуются кубическая, глыбовая, плоская, пластинчатая, сланцеватая отдельность. 61

растяжение и раздробление менее текучих слоев в складке, образованной более текучими породам 62

Системы эндогенных трещин • Основная система располагается параллельно простиранию пластов Вторая (торцевая)- параллельна плоскости падения пластов • Эти две системы трещин образуются вследствие проявления различных видов деформаций 63

Экзогенные трещины • Экзогенные трещины образуются в результате деформации при тектонических процессах в период складкообразования, имеют характер трещин отрыва и скола. Ориентировка экзотрещин совпадает с ориентировкой основных элементов складок и с направлением растягивающих и сжимающих усилий. • Трещины выветривания возникают вследствие химического и физического выветривания отложений на поверхности земли. Характерными особенностями их являются неравномерное распределение и затухание. 64

Стилолиты — столбчатые выступы слоя, вдающиеся в соседний слой. В плане образуют неровную, бугристую поверхность. Высота столбиков изменяется от 1 до 0, 3 мм. Образуются стилолиты в известняках, доломитах, иногда песчаниках в результате неодинакового растворения 65

Стилолитовый шов 66

Разновидности стилолитовых швов в известняках 67

Трещины отрыва и скалывания при различных деформациях 68

Трещиноватость пород Припятского прогиба • Продуктивные отложения прогиба осложнены разновозрастными разломами и мелкими разрывами. В приразломных зонах развивается макро-и микро трещиноватость, существенно сказывающаяся на фильтрации флюидов. • Вблизи от разломов на расстоянии до 200 -300 м породы характеризуются низкими фильтрационноемкостными параметрами (пористость 2 -5%). • Вдали от разрывов карбонатные отложения отличаются увеличением общей пустотности и проницаемости: развито много открытых трещин, 69

Разрывная зона • Разрывная зона - крупный тектонический разрыв осложненный большим числом мелких трещин, параллельных другу, секущих, сходящихся и перекрещивающихся. Разрывная зона разделена на ряд узких, длинных участков с различной степенью трещиноватости отложений и никогда не представляет единую трещину • Ширина зоны от долей метра до сотен метров 70

Трещины отрыва на поднятиях: а — круглое, б — овальное, в — четырехугольное; г — кольцевые трещины 71

Схема роста трещин на различных стадиях процесса 72

Система разрывов антиклиналей а- быстрый подъем; б - медленный подъем 73

Трещины – заполнение флюидами • Характер нефтенасыщения проявляется в том, что нефть занимает крупные трещины, а вода — тонкие микротрещины и поры. • В зависимости от создаваемого перепада давления можно извлекать флюиды из крупных трещин либо из пор и тонких трещин. 74

распределение поровых каналов в известняках Opeнбургского месторождения и кривые долевого участия пор в фильтрации 75

Вишанское месторождение, гл. 2754 -2761 м. Доломит известковистый; пористость — 4, 53 %; 76

Березинское месторождение, гл. 1926 -1930 м, Известняк микрозернистый, участками плотный, пористость — 3, 92 %; 77