ГЛАВА I. Происхождение и изменения карбонатных пород

СЕДИМЕНТОГЕНЕЗ.

Карбонатными породами, как известно, нередко сложены значитель-ные по мощности толщи. Принято считать, что исходным материалом для образования карбонатных пород служили растворенные в водах соли каль-ция и магния. При избыточном количестве последних в водной среде они начинают выделяться в осадок чисто химическим путем, либо при погло-щении из водной среды живыми организмами эти соли попадают в осадок в виде карбонатных скелетных остатков.

Несомненным является наличие в этих породах трех генетических карбонатных составляющих: 1) биогенного, точнее органогенного, карбо-ната, преимущественно СаСО3, в виде скелетных остатков различных ор-ганизмов и водорослей; 2) хемогенного карбоната, осажденного непос-редственно из водных растворов, и 3) обломочного карбоната, представ-ленного различными по размерам ( и форме ) обломками карбонатных по-род ( или уплотненных карбонатных осадков ). Количественные содержа-ния этих карбонатных составляющих в породах ( осадках ) могут варьи-ровать в очень широких пределах.

Соответственно процессы карбонатообразования могут быть органо- генными, хемогенными и чисто механическими.

Главными факторами физико - химических ( и гидродинамических ) условий, контролирующими осаждение карбонатов, являются:

1) состав вод седиментационного бассейна - общая их минерали-зация и солевой состав, поскольку растворимость карбонатов в разных растворах солей
( соответственно в водах различных водоемов ) будет различной;

2) газовый фактор - практически количество растворенной в водах свободной углекислоты (СО2), поскольку повышение или снижение его сдвигает карбонатное равновесие в ту или иную сторону, в частности, для СаСО3: СаСО3
+ Н2О + СО2 Са(НСО3)2;

3) температура и давление, изменение которых вызывает изменение содержания в водах свободной СО2. Повышение температуры ( снижение давления
) способствуют удалению СО2 из водной среды и, следовательно, выделению карбонатов в осадок. Наоборот, при понижении температуры вод ( повышении давления ) растворимость СО2 в них возрастает, соот-ветственно повышается растворимость СаСО3, что препятствует его осаж-дению;

4) щелочной резерв (рН) водной среды - для возможностей осадки карбонатов она должна быть щелочной, со значениями рН > 8, при этом не только в поверхностных, но и в придонных слоях бассейна, так как иначе отложения карбонатов вновь будут переходить из осадка в раствор;

5) гидродинамических режим водных бассейнов, который создается различными движениями вод - волновыми, течениями ( со всегда прису-щей им турбулентностью ) и в подчиненной степени приливно - отливными движениями и конвекционными потоками. Все эти переме-щения, перемешивая водные массы, меняют физико - химические условия в различных участках седиментационного бассейна. Кроме того, они вы-зывают горизонтальные переносы осевшего на дно карбонатного матери-ала, пока он еще не зафиксирован в осадок.

ДИАГЕНЕТИЧЕСКИЕ И ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИЕ

ИЗМЕНЕНИЯ КАРБОНАТНЫХ ОСАДКОВ - ПОРОД

Диагенетические изменения карбонатных осадков, так же как даль-нейшие эпигенетические преобразования уже литифицированных карбо-натных пород, во многом предопределяются условиями образования осад-ков - их вещественным составом и структурными особенностями.

В соответствии с представлениями Н. М. Страхова диагенезом мы будем называть все процессы, происходящие в осадке сразу же после его образования
( седиментации ) до момента полной его литификации и превращения в породу.

Различают стадии раннего и позднего диагенеза, хотя строгого кри- терия этого разграничения не существует. В раннем диагенезисе осадок представляет собой высокопористую, сильно обводненную, резко неурав- новешенную, неустойчивую многокомпонентную физико - химическую систему легкоподвижных и реакционноспособных веществ.

На стадии позднего диагенеза процессы изменения осадков значи-тельно замедляются и в конце ее осадок достигает состояния внутренне уравновешенной системы, т. е. превращается в породу.

Дальнейшие изменения возникшей породы относятся уже к стадии эпигенеза. Можно различать эпигенез "прогрессивный" и "регрессивный ". Для первого Н. Б. Вассоевич в 1957 г. предложил название " катагенез ", получивший широкое распространение. В катагенезе преобразования по-род происходят при постепенном погружении их на большие глубины. В условиях заметного возрастания температуры и давления породы, почти не меняя минеральный состав, испытывают значительное региональное уплотнение.
Следствием его является перекристаллизация карбонатного материала ( укрупнение зерен ) с возможным образованием сложных, зубчатых контактов зерен. Имеющиеся в карбонатных породах поры, а также трещины при наличии в разрезах глинистых пород могут заполняться водами, при региональном уплотнении отжимаемыми из глин в больших количествах. Возможно " катагенетическое проникновение " в карбонатные породы вод и другого происхождения, в том числе эндогенного.

Процессы, которые могут происходить в карбонатных осадках в диагенезе и в карбонатных породах в эпигенезе, весьма сходны. К ним относятся уплотнение, цементация, доломитизация, перекристаллизация, сульфатизация, выщелачивание и др.

УПЛОТНЕНИЕ И ЦЕМЕНТАЦИЯ.

Общеизвестно, что уплотнение осадков в диагенезе связано с отжи- манием из них захороненных вод, которое происходит в основном под влиянием все возрастающей нагрузки перекрывающих отложений. Естес-твенно, уплотнение осадков приводит к уменьшению их влажности, воз-растанию их плотности и, главное, к сокращению их пористости. По дан-ным Р. Миллера, для осадов в целом характерны значения плотнос-тей менее 2 г/см3 и пористости более 30
%. Значения соответственно рав-ные 2 - 2,2 г/см3 и не менее 30 %, отвечают уже состоянию породы, а не осадка.
Сведения о характере уплотнения карбонатных илов в диагенезе ограни-ченны и неоднозначны. В большинстве случаев оно признается значи-тельным, и, главное, происходящим очень быстро . При этом счи-тается, что основное уплотнение карбонатных илов происходит в их са-мых верхних слоях мощностью до 0, 5 - 0, 6 м. У. Х. Тафт указывает, что современные карбонатные осадки
Флоридского залива наиболее значительно уплотнятся, судя по уменьшению их влажности, в верхнем ( 15 - 30 см ) слое.

Некоторые исследователи ставят карбонатные породы по способ-ности к диагенетическому уплотнению на второе место после глин или рядом с ними.
Значительным уплотнением и быстрой лити-фикацией объясняется основная потеря карбонатными осадками первона-чальной высокой пористости. В современных карбонатных осадках она составляет в среднем 60 - 70 %, что резко контрастирует с пористос-тью древних карбонатных пород, которая обычно имеет значения около 2 - 3 % и менее, а в карбонатных пластах - коллекторах, содержащих залежи нефти и газа, в среднем 8 - 10 % и менее.

Однако существуют мнения о том, что в потере первоначальной пористости карбонатных осадков решающую роль играло не уплотнение, а " цементация ", т. е. процессы минерального карбонатообразования . При этом отмечается, что потеря пористости карбонатными осадками, в частности писчими мелами, является прямой функцией глубины их погружения ( исключая случаи возникновения в пластах АВПД, внедрения нефти или проявлений тектонических напряжений) . Таким образом, фактически и здесь на лицо влияние на карбонатный осадок все возрастающей с глубиной нагрузки ( давления ), т. е. уплотнения.

Таким образом, в разных типах карбонатных пород уплотнение будет проявляться по - разному, соответственно по - разному отражаясь в изменении
( снижении ) первоначально высокой пористости осадков. Наиболее резко сказывается уплотнение на пелитоморфных карбонатных илах, значительно меньше - на карбонатных осадках, состоящих в основном ( 40 - 50 % и более
) из форменных карбонатных образований; слабо подвергаются уплотнению карбонатные " осадки " - продукты различных прижизненных органогенных построек.

ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ.

Перекристаллизация - процесс роста кристаллических зерен, т. е. увеличение их размеров, которое согласно общепринятым определениям происходит без изменения их минерального состава. Однако в последние годы к перекристаллизации относят также и укрупнение зерен, происхо-дящее при переходе неустойчивых метастабильных модификаций СаСО3 ( арагонита и высокомагнезиального кальцита ) или СаСО3* MgCO3 ( каль-циевого доломита, или протодоломита ) в устойчивые низкомагнези-альный кальцит и доломит.

В диагенезе перекристаллизация происходит за счет частичного растворения и переотложения растворенного карбоната в осадке иловыми водами. В эпигенезе она обусловлена в большей степени растворяющим влиянием давления ( при катагенезе ) либо воздействием циркулирующих в породе вадозных вод ( при регрессивном эпигенезе ). Общим правилом растворения является лучшая растворимость более мелких зерен, за счет которой и растут зерна, относительно более крупные.

Результатом диагенетической перекристаллизации служит частичное или полное преобразование пелитоморфной (коллоидной, тонкозернистой ) карбонатной массы в мелкозернистую. Условно размер возникающих зерен ограничивается пределом 0, 05 мм. Как правило, диагенетическая, особенно раннедиагенетическая, перекристаллизация, происходящая в заметно обводненном осадке, носит более или менее равномерный характер.

Оценки роли перекристаллизации в изменении пористости пород противоречивы. Как считают Г. А. Каледа и Е. А. Калистова, в большинстве случаев перекристаллизация снижает пористость, но иногда приводит к ее возрастанию. По мнению же К. Б. Прошлякова и др. , она увеличивает емкость известняков и доломитов.

Очевидно, влияние перекристаллизация на пористость в общем случае может выражаться по - разному:

1) пористость не будет меняться, если происходящее при перекрис- таллизации частичное растворение и переотложение карбонатных веществ будет сбалансированным;

2) пористость может ухудшаться при возникновении компактного сложения карбонатной массы, что довольно распространено при процес-сах диагенетической перекристаллизации;

3) пористость может возрастать в тех случаях, когда растворение карбонатного материала преобладает над переотложение, т. е. растворен-ный карбонат частично удаляется из породы ( случаи, более типичные для эпигенетической перекристаллизации ).

ДОЛОМИТИЗАЦИЯ.

Доломитизация, которой подвергались известняки, может быть диагенетической и эпигенетической. Раннедиагенетическая седимента-ционно - диагенетическая доломитизация известковых илов, как уже ука-зывалось выше, один из наиболее вероятных и наиболее распространен-ных путей формирования доломитов и первичных известково - доломи-товых пород. Возникающий при этом доломит может быть как мелко-, так и тонкозернистым, с зернами ( соответственно 0, 01 - 0, 05 и менее 0, 01 мм ), имеющими большей частью неправильные, изометрично - округленные или ромбоэдрические очертания.

На более поздних этапах раннего диагенеза - в позднем диагенезе формируются относительно более крупные зерна доломита, размерами до 0, 05 и частично до 0, 1 мм. В силу того, что доломит обладает более высокой кристаллизационной способностью, чем кальцит, зерна большей частью имеют отчетливую форму ромбоэдров.

Раннедиагенетический доломит, формируясь в рыхлом осадке, распределяется в известковой массе более или менее равномерно. При этом нередко в породах с комками, оолитами и другими подобными карбонатными форменными образованиями последние сложены тонко- и мелкозернистым кальцитом и доломитом одновременно, как без резкого обособления их зерен, так и с раздельными преимущественными концентрациями их в отдельных участках или концентрических слоях.

Более поздний диагенетический доломит обнаруживает наклонность к избирательному развитию в отдельных участках тонкозернистой известковой массы. Нередко мелкие доломитовые зерно внедряются в переферийные участки скелетных осадков и других форменных образований ( рис. 6).

При эпигенетической доломитизации известняков зерна доломита чаще всего имеют размеры более 0, 1 мм ( до 1 - 2 мм и более ) и распределяются в известковой массе неравномерно. Обычно они имеют ромбоэдрическую форму , нередко обладая зональным строением. Иногда содержат микровключения кальцита. Они развиваются как в зернистой известковой массе, так и в остатках фауны и в других форменных образованиях, по периферии и внутри их
( рис. 7 ).

ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ.

Выщелачивание - это процессы растворения веществ, сопровожда-емые выносом растворенных компонентов. В породах она находит отраже-ние в образовании различных по форме и размерам пустот выщелачи-вания.
Выщелачиванию могут подвергаться как карбонатные осадки (диагенетические ), так и карбонатные породы эпигенетическое ).

Диагенетическое выщелачивание карбонатных осадков в целом является довольно ограниченным. Условия их заметной обводненности, малой подвижности иловых вод и замедленности диффузионных перемещений веществ создают обстановку для преобладания в осадках процессов растворения, сопровождаемого местным, локальным переотложением растворенных компонентов.

Эпигенетическое выщелачивание в противоположность диагенетическому может приводить к весьма существенным изменениям пористости карбонатных пород и практически оказывает весьма сильное влияние на формирование их коллекторских свойств. Эпигенетическое выщелачивание обусловлено циркуляцией по карбонатным породам относительно быстро движущихся, агрессивных по отношению к ним вод, будь то воды ювенильные или наиболее распространенные вадозные. Естественно, что циркуляция последних возможна лишь при нахождении карбонатной породы в поверхностной или приповерхностной зоне, независимо от того, оказались ли породы здесь уже пройдя стадии. катагенеза, либо сразу же после катагенеза. В породах смешанного известково
- доломитового состава различное сопротивление растворению могут оказывать кальцит и доломит, поскольку растворимость последнего ( при равных прочих условиях ) значительно ( в 24 раза ) меньше. По всей вероятности, по - разному будут реагировать на воздействие вод также и форменные образования различной степени плотности и т. п. И наконец, селективное растворение карбонатных пород, очевидно, будет зависеть от характера ( состава ) циркулирующих вод и его изменений.

Результатом эпигенетического выщелачивания является возникнове-ние пустот самых различных размеров: от мелких пор ( до 1 мм ) и каверен ( более 1 мм ) до крупных карстовых полостей, измеряемых метрами. Фор-ма пор и каверен неправильная, округло - изометрическая, удлиненная, щелевидная, заливообразная и т.д.

Встречаются пустоты, сохранившиеся от выщелачивания различных некарбонатных минеральных выделений ( ангидрит, галит и др.), с релик- товыми очертаниями их кристаллических форм.

Распределение вторичных пустот выщелачивания в карбонатных породах, как правило, весьма неравномерное, рассеянное, пятнистое, полосчатое, линейное и т.д. Иногда они различаются внутри минеральных трещин и стилолитов, часто развиваются по ходу открытых микротрещин
( рис. 12).

Суммарный объем пор и каверин выщелачивания, если они не под-верглись позднейшему " залечиванию " минеральными новообразовани-ями, может быть значительным. Обусловленная им вторичная пористость карбонатных пород нередко превышает межзерновую пористость и служит основным видом емкости карбонатного коллектора.

СУЛЬФАТИЗАЦИЯ.

Сульфаты ( гипс, ангидрит ) часто ассоциируются с карбонатными породами, в которых они могут быть генетически как первичными, так и вторичными.

Первичные седиментационно -диагенетические сульфаты (ангидрит ) наблюдаются в доломитах эвапоритовых толщ, в разрезе которых наряду с солями образуют отдельные, иногда мощные пласты. В самих доломитах седиментационно - диагенетические выделения ангидрита наблюдаются в виде рассеянных мелких зерен и их агрегатных скоплений, образующих различные по размерам линзы, линзовидные пропластки и прослои.

В раннем диагенезе в обводненных осадках начинается активное перераспределение веществ, при котором значительно более неустой-чивые, растворимые и подвижные сульфаты проникают в доломитовые илы, выделяясь в них там, где это возможно. Нередко это приводит к образованию пород смешанного ангидрит - доломитового состава.

Вторичные, позднедиагенетические и особенно эпигенетические, выделения сульфатов ( ангидрита и гипса ) возможны в любых карбонат-ных породах, в самых различных типах доломитов и известняков. Обычно эти сульфаты ясно- и крупнозернистые. Их выделение происходит из под-земных вод, циркулирующих по карбонатным породам. Сульфаты ( осо-бенно гипс ) пойкилитово прорастают карбонатную массу, развиваются в межзерновых и межформенных порах, выполняют различные пустоты выщелачивания и открытые микротрещины. Во всех случаях сульфатная минерализация приводит к запечатыванию пустот и, таким образом, снижает пористость карбонатной породы.

3. Различный характер этих трех основных типов карбонатных осад-ков и последующих диагенетических, главным образом раннедиа-генети-ческих, их преобразований определяет различный характер их первичной пористости: а) пелитоморфные карбонатные илы уплотняются ( и литифициру-ются ) весьма быстро, при этом резко снижается пористость. Сохранившаяся ее доля незначительна и обусловлена почти исключитель-но межзерновыми порами, по размерам очень небольшими; б) карбонатные осадки, существенно или преимущественно состоя-щие из форменных образований, имеют более жесткую каркасную основу и реагируют на уплотнение заметно слабее. Их пористость обусловлена меж- и внутриформенными пустотами, межзерновые поры играют подчи-ненную роль.
Сохранение первичной пористости таких карбонатных осад-ков во многом зависит от количества химически или биохимически осаж-денного пелитоморфного карбоната и интенсивности диагенетической цементации; в) прижизненно возникавшие органогенные карбонатные постройки уже на стадии седиментоза имели жесткий, устойчивый каркас, как пра-вило, высокопористый. Уплотнению они почти не подвергаются. Сохране-ние в диагенезе их значительно высокой пористости ( главным образом внутриформенной, частично межформенной и межзерновой ) определя-ется в основном процессами диагенетической минерализации.

4. Окончательное оформление коллекторских свойств карбонатных пород происходит в эпигенезе в результате развития тектонических тре-щиноватости и процессов эпигенетического выщелачивания и минера-лообразования.

Трещиноватость и выщелачивание способствуют возрастанию про- ницаемости и пористости карбонатных пород. Процессы сульфатизации, окремнения и кальцитизации снижают пористость ( и проницаемость ) последних. Эпигенетическая перекристаллизация и доломитизация могут оказывать на изменение этих параметров различное влияние, соответ-ственно улучшая или ухудшая коллекторские свойства пород.

Резимируя приведенные выше данные относительно происхождения карбонатных осадков - пород, о процессах их диагенетических и эпигене- тических изменений и их влиянии на формирование коллекторских свойств этих пород, подчеркнем следующее.

1. Формирование емкости карбонатных пород во многом предопре-деляется условиями карбонатного осадкообразования. Диагенетические преобразования отдельных типов карбонатных осадков заметно различны.

2. В числе основных типов карбонатных осадков, возникающих при седиментогенезе, можно выделить: а) химически и биохимически осажде-нные пелитоморфные карбонатные илы; б) карбонатные осадки, в значи-тельной части или преимущественно ( 40 - 50 % и более ) сложенные раз-личными форменными образованиями ( скелетными остатками, оолитами, сгустками и комками и т. д. ); в) различные органогенные карбонатные постройки, возникшие за счет жизнедеятельности организмов при их жиз-ни, на местах обитания.

3. Различный характер этих трех основных типов карбонатных осад-ков и последующих диагенетических, главным образом раннедиагенети-ческих, их преобразований определяет различный характер их первичной пористости: а) пелитоморфные карбонатные илы уплотняются ( и литифициру-ются ) весьма быстро, при этом резко снижается пористость. Сохранив-шаяся ее доля незначительна и обусловлена почти исключительно межзер-новыми порами, по размерам очень небольшими; б) карбонатные осадки, существенно или преимущественно состоя-щие из форменных образований, имеют более жесткую каркасную основу и реагируют на уплотнение заметно слабее. Их пористость обусловлена меж- и внутриформенными пустотами, межзерновые поры играют подчи-ненную роль.
Сохранение первичной пористости таких карбонатных осадков во многом зависит от количества химически или биохимически осажденног опелитоморфного карбоната и интенсивности диагенетической цементации; в) прижизненно возникавшие органогенные карбонатные постройки уже на стадии седиментогенеза имели жесткий, устойчивый каркас, как правило, высокопористый. Уплотнению они почти не подвергаются. Сох-ранение в диагенезе их значительно высокой пористости ( главным образом внутриформенной, частично межформенной и межзерновой ) определяется в основном процессами диагенетической минерализации.

4. Окончательное оформление коллекторских свойств карбонатных пород присходит в эпигенезе в результате развития тектонической трещиноватости и процессов эпигенетического выщелачивания и минералообразования.

Трещиноватость и выщелачивание способствуют возрастанию проницаемости и пористости карбонатных пород. Процессы сульфатизации, окремнения и кальцитизации снижает пористость ( и проницаемость ) последних.
Эпигенетическая перекристаллизация и доломитизация могут оказывать на изменение этих параметров различное влияние, соответственно улучшая или ухудшая коллекторские свойства пород.

ГЛАВА II. Основные оценочные параметры карбонатных коллекторов.

Пористость относится к числу наиболее важных параметров, необхо-димых для подсчета запасов флюида, поэтому очень большое значение имеет ее точное определение. Открытая пористость карбонатных коллек-торов различного типа изменяется в широких пределах, от долей процента до 30 - 35 %. Вследствие многообразия форм пустотного пространства, характеризующего карбонатные породы - коллекторы, при изучении их требуется специальный подход. Особенно большие затруднения возника-ют при устанвлении емкости коллекторов трещинного и каверного типа.

Различают три вида пористости: общую ( физическую или абсолют-ную ), открытую ( насыщения ) и эффективную ( полезную или динамичес-кую). Под общей понимается пористость, характеризующая объем всех пустот породы, включая поры, каверны, трещины, сообщающиеся между собой и изолированные.
Открытой называют пористость, включающую объем только сообщающихся между собой пор. Открытая пористость меньше общей на объем изолированных пор.
Эффективная пористость характеризует ту часть объема, которая занята движущимися в порах флюидом ( нефтью, газом) при полном насыщения порового пространства этим флюидом.

Эффективная ( полезная ) пористость в понимании большинства ис- следователей определяется объемом поровой системы, способной вмес-тить нефть и газ, с учетом остаточной ( связанной ) водонасыщенности.

Понятие эффективной пористости, предложенное Л. С. Лейбензоном ( 1947
), характеризует свободный объем системы взаимосвязанных пор с учетом порового пространства, занятого связанной ( остаточной ) водой. Этот вид пористости по существу характеризует полезную емкость пород для нефти и газа и отражает газонефтенасыщенность. Ее определяют по разности объема от открытых пор и объема, занимаемого остаточной водой.

Общую пористость пород определяют методом А. Мелчера ( 1921 ). Для установления открытой пористости чаще всего используют метод И. А.
Преображенского, применяя для заполнения пустот очищенный керо-син и взвешивание предварительно экстрагированного и высушенного образца в воздухе и керосине. Аналогично определяется пористость по воде.

Очень большое влияние на величину открытой пористости оказыва-ют различные способы снятия поверхностной пленки, так как в зависи-мости от преобладающего развития пор, каверен и трещин при обработке образцов теряется разное количество керосина или воды. Из крупных ка-верен происходит механическое вытекание жидкости, поэтому при взве-шивании регистрируется меньший объем, чем фактический объем жидкос-ти, вошедшей в образец при насышении под вакуумом.

Остаточная водонасыщенность.

Понятие об остаточной водонасыщенности.

Осадочные породы, которые являются коллекторами нефти и газа, накапливаются в основном в водных бассейнах, благодаря чему пустотное пространство их заполнено водой.

Большая часть воды, оказывающаяся в поровых пространствах све- жевыпавших осадков, отжимаетсяя и возвращается в гидросферу еще на ранних этапах диагенеза, но заметное ее количество сохраняется в осадо-чной толще даже при достаточно больших нагрузках вышележащих слоев. Одним из важнейших свойств воды, имеющих первостепенное значение для геологических процессов, является ее способность проникать через толщу пород. Повышение температуры и давления сопровождается разрывом водородных связей молекул воды и увеличением ее проникающих свойств. Водородные связи обуславливают необычайную силу сцепления воды, проявляющуюся в ее высоком поверхностном натяжении, а также необыкновенную способность воды смачивать различные вещества.

При дальнейшем погружении пород, сопровождающимся постепен-ным повышением температуры среды, поровые воды могут сильно изме-нить свою структуру, а соответственно и вязкость, поэтому они приобре-тают способность к циркуляции через толщи, ранее служившие для них водоупором.
Поток таких вод по известным законам пойдет в направлении зон пониженных давлений, где произойдет их разгрузка и перемещение в более высокие горизонты земной коры, вплоть до дневной поверхности.

Таким образом, за длительный период формирования осадочных толщ пространство между зернами, кристаллами, обломками полностью заполнится водой, связь которой с твердыми частицами пород будет различной. В дальнейшем в процессе образования нефтяных и газовых залежей происходит вытеснение воды из пористых сред вновь пришедшим флюидом. Вытеснение воды из пористых сред нефтью и газом происходит под давлением, но несмотря на это часть ее сохраняется, будучи удержана силами молекулярного взаимодействия. Количество и характер распределения остаточной воды различны и зависят от сложности строения пористой среды, величины удельной поверхности, а также от поверхностных свойстыв попрод. Эту сохранившуюся часть воды исследователи называют остаточной, погребенной, связанной, иногда реликтовой.

Очень удачным является термин " остаточная вода " , примененный в
1955 г. С. Л. Заксом, который считал, что остаточная вода - это вода, оставшаяся в поровом пространстве пласта при формировании залежей нефти и газа. Естественно, что различное строение пустотного простран-ства пласта в целом и определяет размещение остаточной воды в коллек-торе. Поскольку сохранение ее в породах обусловлено силами молеку-лярно - поверхностного притяжения, можно и нужно использовать как синоним термин " связанная ", определяя этим характер взаимосвязи воды с породами.

В нефтянных пластах часть воды может быть и в свободном состо-янии в виде водоносных пропластков за счет недостаточного давления или объема вытесняющего флюида - нефти или газа. Это же явление может наблюдаться и в приконтурной части месторождения. Но при полном за-полнении ловушки нефтью или газом количество оставшейся воды должно определяться прежде всего структурными особенностями порового прос-транства: размером, процентным соотношением мелких и крупных пор, извилистостью их стенок, т. е. величиной внутренней удельной поверх-ности каналов, поверхностными свойствами пород и пластовых жидкос-тей. Гидрофильные и олефильные свойства самих пород имеют при сохра-нении остаточной воды в поровых каналах огромное значение.
Увеличение содержания органических и глинистых смесей, облажающих высокой сорбционной способностью, приводит к повышенному содержанию остаточной воды в пласте - коллекторе. Различный минеральный состав горных пород определяет неодинаковые поверхностные свойства, в том числе и смачиваемость.
Смачиваемость пористой среды различными флюидами является одним из важнейших параметров, определяющих остаточную водонефтенасыщенность, скорость вытеснения, капиллярную пропитку и относительную проницаемость пород. Благодаря ей в породах с одинаковыми фильтрационными свойствами количество удержанной воды в поровых каналах будет различным. Сохраняясь в пористой среде за счет сил молекулярного сцепления, остаточная ( связанная
) вода имеет неодинаковый характер распределения: вв виде пленок различной толщины она располагается в крупных и мелких поровых каналах, заполняет углы и извилистые участки и почти полностью занимает мельчайшие поры размером менее 1 мкм.

Породы - коллекторы, фильтрационные свойства которых обусло-влены трещинами, не могут содержать свободной воды, так как в связи с отсутствием крупных сообщающихся поровых каналов филтрация вод по ним невозможна.

Проницаемость.

Проницаемость - свойство породы, определяющее возможность про- хождения флюидов через сообщающиеся поры, трещины, каверны. Прони-цаемость является мерой фильтрационной проводимости породы и отно-сится к числу наиболее важных параметров коллектора. Установившаяся скорость течения и его направление связаны с различными физическими свойствами движущегося флюида, а также особенностями геометрии по-рового пространства ( размеры поперечного сечения и форм поровых ка-налов, их распределение в пором объеме, которые предопределяют пропускную способность пористой среды ).
Проницаемость тесно связана со структурой пустотного пространства, поэтому исследование различных видов ее дает возможность глубже понять характер пористой среды.

Проницаемость измеряется в дарси по имени Анри Дарси, предложившего в 1856 г. уравнение для определения фильтрации

где Q - объемный расход жидкости в единицу времени; k - постоянная проницаемости; s - площадь поперечного сечения; - вязкость жидкости;

- гидравлический градиент или разница в давлении в направлении течения x.

Это уравнение дана для ламинарного течения флюидов в пористых средах, при заданном значении k скорость фильтрации через породы прямо пропорциональна перепаду давления.

При исследовании проводимости пористой среды выделяют три ви-да проницаемости: абсолютную, эффективную и относительную.

Фильтрация флюидов через пористые среды подчиняется закону Дарси, в котором сделано допущение, что в пласте один флюид, полнос-тью насыщающий пустотное пространство пород. Эту проницаемоть на-зывают абсолютной. В природе пласт - коллектор содержит в различных количествах газ, нефть, воду, при чем в зависимости от степени насыще-ния один из флюидов обладает большей способностью перемещения.

Эффективная проницаемость - это способность породы пропускать флюид в присутствии других насыщающи пласт флюидов. Эффективная газо -, водо- и нефтепроницаемость различна для разных пород и опреде-ляется экспериментальным путем. Естественно, что при наличии двух или трех насыщающих пористую среду фаз эффективная проницаемость по сравнению с абсолютной снижается, при этом изменения ее зависят от ря-да факторов и прежде всего от сложности строения порового простран-ства. Разбухание глинистых частиц, наличие адсорбционных пленок, гидрофильность или олефильность поверхностей, морфология, размеры и извилистость поровых каналов - все это оказывает влияние на эффективную проницаемость.

Отношение эффективной для данного флюида проницаемости к абсолютной проницаемости называется относительной проницаемостью. Относительная проницаемость для газа, нефти, воды колеблется от нуля при низкой насыщенности до 1 при 100 % - ном насыщении. Относительная проницаемость породы для любого флюида возрастает с увеличением ее насыщенности этим флюидом и достигает максимального значения при полном насыщении.

Анализ опытнах данных изучения фильтрационных свойств свиде- тельствует о неодинаковом характере изменения проницаемости в кар-бонатных породах с различным типом пустотного пространства. Совер-шенно очевидно, что карбонатные коллекторы порового, трещинного и каверного типов отличаются как абсолютной величиной проницаемости, определенной в лабораторных условиях, так и характером изменения ее в трех изучаемых направлениях.

Карбонатным коллекторам порового типа не свойственна анизотро-пия проницаемости пористой среды, и в них не наблюдается резкого из-менения фильтрующих свойств в каком - то одном из трех направлений. Это существенное отличие фильтрационных свойств карбонатных кол-лекторов от терригенных, в которых также преобладают поровые каналы.

При наличии каверн или крупных пустот, т. е. в каверно - поровом типе коллектора, максимальными значениями проницаемости обладает направление с наибольшей интенсивностью их развития.Но даже в таких случаях мы не наблюдаем такой разницы по параллельному и перпендику-лярному направлениям, как в песначо - алевритовых породах. Поровый тип коллектора характеризуется проницаемостьюю практически одинако-вой во всех трех направлениях; трещинный тип карбонатных коллекторов, несмотря на незначительные абсолютные значения проницаемости, опре-деленные в лабораторнах условиях, отличается анизотропностью проница-емости, при этом пределы изменения достигают одного - двух порядков. Следует подчеркнуть, что фильтрационные свойства трещиноватых кар-бонатных пород в природных условиях значительно выше значений, получаемых в лаборатории, что обусловлено исследованием пород с наличием лишь микротрещин.

ГЛАВА III. Условия формирования пустотного пространства.

1. Растворимость карбонатных пород.

Развитие и формирование порового пространства карбонатных по-род тесно связано с процессом растворения и выщелачивания. Вынос этих соединений в растворенном состоянии является причиной образования пор, каверен и пустот, а также приячиной расширения трещин.

Установлено, что растворимость кристаллиических веществ зависит от их природы , растворяющей способности растворителя и находится в тесной связи с термодинамическими условиями. Неодинаковая раство-римость частиц кристаллического вещества определяется их размером. Ряд исследователей (
Бакли, 1954; Теодорович, 1950) показали, что рас-творимость частиц гипса размером 2 мм на 20 % меньше, чем частиц 0, 3 мм, и что тонкозернистые разности кальцита значительно быстрей растворяю-тся, чем крупные кристаллы.

Исследованиями Ф. Бирха, впервые приведенными в работе Миллера ( 1959
), было доказано, что расстворимость известняка заметно снижается, после того как его подвергают большому довлению ( табл. 19). Миллер связывает это снижение с перекристаллизацией вещества под большим давлением, которая вызывает увеличение размеров частиц. Оче-видно, этим можно объяснить почти полное отсутствие пор растворения у сильно метаморфизованных пород. На растворимость карбонатных минералов влияет и размер растворяемых частиц.
Чем более они тонкодис-персны, тем более растворимы. Неодинакова растворимость различных по размеру частиц способствуетт росту более крупных зерен за счет раство-рения мелких.

Сильное растворяющее действие подземных вод, богатых углекис-лотой, отмечалось В. И. Вернадским ( 1934 ), который писал, что такая вода приобретает свойства кислоты и способна разлагать силикаты и алюмосиликаты.
Поскольку проводимости пород неодинаковы, то процес-сы растворения не распространяются равномерно по всему горизонту. Вероятно, они приурочены к тем тектоническим участкам и струектурам, которые наиболее п