Учение о нефти

шахтной добычи, почти половина содержащейся в этом песке нефти вытекает из него самотеком в штреки, другая же удерживается породой, из которой дополнительно извлекается искусственно путем разрыхления и промывки горячей водой.

Вариации величины зерен в ту и другую сторону от харак­ терной для каждого данного песка величины обычно ограничены сравнительно небольшим пределом. Как правило, около 80— 90% всего количества зерен принадлежит к классам, укладываю­ щимся в пределах от двойной до половинной величины от харак­ терного, преобладающего размера, и лишь 10—20% общего коли­ чества расходятся на бблыпие величины.

Передвижение нефти по породам совершается под действием двух различных факторов в зависимости от размеров капилля­ ров.

В обыкновенных или сверхкапиллярных трубках и промежут­ ках, пронизывающих породу, вода и другие жидкости, например, нефть, движутся, подчиняясь силе тяжести по закону гидро­ статики. Размер таких трубок — более 0,5 мм в диаметре, а раз­ мер промежутков между плоскостями наслоения — в два раза меньше. Диаметр капиллярных трубок — от 0,5 до 0,0002 мм, а размер капиллярных промежутков между плоскостями наслое­ ния колеблется между 0,254 до 0,0001 мм. В таких пустотах движение жидкостей уже не подчиняется законам гидростатики

ипроисходит под действием особых сил, среди которых поверх­ ностное натяжение жидкости играет главнейшую роль. Силы при­ липания и сцепления, действующие между стенками трубок и пор

ижидкостью, оказывают влияние на свободное продвижение ее по капиллярным отверстиям.

Субкапиллярные трубки и промежутки имеют еще меньшие размеры: они соответственно менее 0,0002 и 0,0001 мм. Жидкости по отверстиям подобного рода циркулировать не могут, так как силы сцепления и прилипания, превращаясь уже из движущего фактора в противодействующий, становятся столь значитель­ ными, что сила гидростатического давления победить их не в со­ стоянии. Поскольку поверхностное натяжение нефти в три раза меньше, чем поверхностное натяжение воды, зависящие от этого капиллярные силы воды (сцепление и прилипание) в три раза превосходят таковые у нефти. В силу этого, если нефть сопровож­ дается водой, то нефть займет те части пласта, которые имеют более крупные поры, а вода, наоборот, проникнет в более мелкие поры. Если мелкие капиллярные или субкапиллярные поры раньше были заняты нефтью, то при последующем доступе воды последняя может вытеснить нефть из мелких пор и занять ее

крывающий, или подстилающий первый, песчаный, содержащий воду), то считается возможным, что нефть будет вытеснена водою из глинистого пласта в песчаный.

149

Что касается газов, то они не подчиняются силам капилляр­ ного притяжения и при проникновении в породу жидкости вы­ тесняются из пустот.

Размеры пор нефтеносных песков изучались в лаборатории Мельчэра под микроскопом, а также путем импрегнации куска породы церезином с последующим его растворением, причем ос­ таются церезиновые модели пор. Исследование показало, что у большинства песков размеры пор превышают больший диаметр зерен. В песках Брэдфорд нередко встречаются поры таких раз­ меров, что в них способны уместиться до 100 зерен.

Поры продуктивных известняков чрезвычайно изменчивы по своим размерам, варьируя в США между двумя противополож­

известняков представлен, например, в девонском известняке Донди в штате Мичиган), в другом случае поры обычного типа, такие же, как у песков, причем самая масса известняка представ­ лена по преимуществу кристаллами кальцита (таковы пермские известняки Эмбар в штате Вайоминг). В качестве промежуточного Нэттинг отмечает известняк Мэдисон миссисипского возраста в штате Монтана, содержащий рассеянные зерна кварца. В этом случае при моделировании следует применять очень твердые сорта церезина, иначе тонкая модель может быть повреждена при растворении этими грубыми включениями.

Связность частиц песка на известняке выступает при подоб­ ных исследованиях очень наглядно. Иначе обстоит дело с порами, преемственность которых наблюдается труднее. Как правило, поры не прослеживаются на значительном протяжении: они быстро обрываются, ветвятся и делают поворот.

Поры и другие пустоты большой и малой величины по своему происхождению могут быть подразделены на первичные и вторич­ ные. Первичными называются те пустоты, которые возникли одновременно с образованием самой породы — осадочной или другого происхождения. Вторичными называются пустоты, ко­ торые возникли в силу тех или иных условий в уже сформировав­ шихся породах. К первичным порам принадлежат:

1)пустоты между зернами и частицами, слагающими породу;

2)промежутки между плоскостями наслоения и

3)пустоты пузырчатого характера, например, в некоторых изверженных породах, в частности — пемзе.

Ко вторичным порам или пустотам принадлежат:

1)отверстия, образованные растворяющими свойствами жидкостей, циркулирующих в породе, — поры растворения;

2)трещины, возникающие вследствие сокращения объема породы;

3) трещины, возникающие в результате кристаллизации;

4) трещины, возникающие вследствие напряжений в земной коре;

150

5) трещины, возникающие в результате поверхностного вы­ ветривания.

Вышеизложенные сведения об объеме пор и их величине от­ носятся главным образом к порам первичного происхождения. Здесь только укажем, что пузырчатые поры свойственны поро­ дам изверженного характера и обязаны своим происхождением выделению газов из этих пород после выхода их на дневную по­ верхности в процессе остывания. Характерной особенностью этих пор является их разобщенность от других таких же пустот. Об­ разование пор в пемзе, которая представляет один из видов из­ верженных пород, происходит приблизительно так же, только поры в ней более многочисленны и значительно мельче, но эти породы для нас интереса почти не представляют, так как более или менее значительных скоплений нефти в них не встречается. На характеристике пор и вообще пустот вторичного характера остановимся несколько подробнее.

Вторичная пористость, способная по своему общему харак­ теру и 'объему создавать подземные резервуары для нефти, очень ярко проявляется в известняках. Известняки морского проис­ хождения, по Э. Р. Ллойду, подразделяются на два основных типа. Первый, наиболее широко распространенный, охватывает

имеющие распространение на широких пространствах. Ко второму типу Э. Р. Ллойд относит «органические» известняки, материалом для которых послужили многочисленные остатки раковин, об­ разующие как бы скелет или, выражаясь конструктивным языком, «ферму» известняковой массы, заполненную более тонким ма­ териалом. Пористость в известняках второго типа, по И. Э. Адамсу, образуется за счет промежуточных пространств между крупными органогенными остатками, тогда как пористость в плотных из­ вестняках первого типа мало чем отличается от пористости в дру­ гих породах.

Переходим к дифференциации вторичной пористости по ее происхождению.

Поры растворения. Вода постепенно движется в верхних час­ тях земной коры, особейно в той ее части, которая расположена выше уровня океанов и морей. Путями движения являются по­ ристые пласты (например, пески, песчаники и т. д.), а также всякого рода трещины и плоскости наслоения в плотных и непро­ ницаемых породах, как известняки, сланцы и т. п. Таким обра­ зом, описываемый вид вторичной пористости предполагает на­ личие в данном месте пористости первичной или вторичной, но воз­ никшей первоначально под действием других факторов (см. ниже). В плотных, нетронутых породах растворение исключается. Если вода содержит в своем составе растворенную в ней углекислоту, то она по пути прохождения в известняках будет растворять

151

углекислый кальций, вследствие чего могут возникнуть каверны и другие пустоты растворения, и порода может превратиться в пористую, или кавернозную. Например, плотный известняк может сделаться пористым, или кавернозным, или пещеристым, если поры достигнут более или менее' значительных размеров. Такая порода может оказаться хорошим резервуаром для нефти.

Так как уровень моря в прежние геологические эпохи мог и не совпадать с современным, то такие пещеристые, или кавернозные, породы могут встречаться и на значительной глубине. Переотложение растворенного вещества может вести к цементации породы и значительному сокращению объема ее цустот.

Отверстия и пустоты сокращения. Сокращение, или уменьше­ ние объема Цороды, может происходить вследствие разного рода причин: охлаждения, дегидратизации, доломитизации и других процессов. Трещины охлаждения возникают, например, вскоре после затвердения изверженной породы, прежде чем она получит температуру окружающих пород. Вследствие частого изменения температурных условий (например, в пустыне после жаркого дня наступает холодная ночь), породы легко растрескиваются. Трещины усыхания хорошо известны каждому геологу и в со­ временных образованиях, и в образованиях более древних геологи­ ческих эпох.

Особое наше внимание должен привлечь процесс доломитиза­ ции, который состоит в замещении в известняках кальция маг­ нием и в превращении известняка СаС03 в доломит [(CaMg)C03], или доломитизированный известняк, причем объем породы со­ кращается на 12%. Если подобное замещение происходит от от­ ложения породы до ее затвердевания, то нет никакого основания считать, что пористость доломитизированного известняка будет существенно отличаться от пористости обыкновенного извест­ няка. Но если процесс доломитизации совершается по тем или иным причинам после затвердевания породы, то вследствие со­ кращения объема породы возникают трещины и разрывы, которые, являясь хорошим проводником циркулирующей воды, могут быть расширены до более или менее значительных размеров.

Отверстия, возникшие вследствие кристаллизации. Эти силы проявляются при росте кристаллов, находящихся на стенках пор и других отверстий. В некоторых случаях возникают силы, вполне достаточные, чтобы расширить трещины и сделать их до­ ступными для циркуляции в них жидкости. Подобной причиной можно объяснить ряд явлений, происходящих в некоторых мине­ ральных жилах. Но эти явления, по-видимому, не играют зна­ чительной роли в нефтяных месторождениях. Кристаллы каль­ цита и других веществ, которые мы встречаем в трещинах известковистых песчаников и среди сланцев, не являются при­ чиной возникновения этих трещин и скорее вызывают местную закупорку ранее образовавшихся пор.

152

Отверстия, возникшие вследствие движений в земной коре. Эти движения возникают с особой силой во время горообразующих процессов, но и в другое время тангенциальные силы и силы изостазиса создают в земной коре сильные напряжения, которые время от времени так или иначе разряжаются. Если этим силам подвергаются неуплотненные осадки, они легко поддаются воз­ действию этих сил, обнаруживая как бы свойство текучести. Но когда в процессе диагенетического изменения осадок затвер­ девает и превращается в твердую породу, текучесть может воз­ никнуть лишь при чрезвычайно больших давлениях. Обыкновенно же такая порода на динамическое давление реагирует образова­ нием или складок или разрывов, по которым происходит смеще­ ние одной части породы по отношению к другой, или возникнове­ нием явлений сбросового характера. Иногда напряжение может разрешиться возникновением передвижек внутри самой породы. При этом в породах неоднородного характера, составленных из кусков разной формы и величины, восстановление нарушен­ ного равновесия может произойти путем взаимного перемещения, взаимной передвижки составных частей. По другому будут реаги­ ровать однородные плотные породы, например известняк или твердые мергели. Под влиянием действующих на них сил давле­ ния или растяжения в них возникнут разломы, разрывы и тре­ щины. Подобные разрывы чаще всего ограничиваются пределами одного пласта и известны под именем трещин расслоения. Эти трещины увеличивают пористость породы, но их объем обычно невелик по сравнению с общим объемом породы, которая их со­ держит. Гораздо большее значение они имеют в том отношении, что вместе с плоскостями наслоений они являются отличными путями для циркулирующей в породе жидкости. Последняя при из­ вестных условиях способна растворять вещества, встречающиеся на ее пути, и тем самым увеличивать пористость породы. Так как трещиноватые сланцы составлены из нерастворимого материала, то их Цористость от циркулирующих по их трещинам вод не увели­ чивается, а наоборот, даже может уменьшаться, если произойдет выпадение переотложенного, растворенного в воде вещества. Если трещины расслоения возникают в результате сил скручива­ ния, то образуются две или более системы трещин, расположенные под углом друг к другу. Циркулирующие по таким трещинам воды при известных условиях могут увеличивать объем пустот.

На отверстиях и пустотах, возникших вследствие выветри­ вания пород, как не играющих почти никакой роли среди пород, слагающих нефтяные месторождения, останавливаться не будем. И. Э. Адамс по своим наблюдениям над известняками Арбокль (США) констатирует, что выветривание, если и могло оказать известное влияние на пористость известняка, то лишь в сочета­ нии с воздействием других факторов, и что роль выветривания в сочетании с водной эрозией состоит по преимуществу в изоля­ ции отдельных участков известняковой толщи и разбивке ее на

153

ряд отдельных месторождений. Познакомимся с величиной объема пустот, или пористостью, у различных пород.

Согласно литературным данным, приводимым в книгах, по­ священных вопросам нефтяной геологии, объем пор, или коэф­ фициент пористости, выражается следующими данными Э. Блюмера:

1) у изверженных и кристаллических пород — 0,1—2,0% и выше; для гранитов, например, он равен 0,108—0,519%, в сред­ нем — 0,33%; для базальта— 0,63—1,28% и для базальтовых лав — 4,4—5,6%;

2)у филлитов — 3—4%;

3)у известняков — 0,53—13,35%, в среднем 4,43 %; для

оолитового известняка — 13,6—16,9%;

Теоретическая максимальная пористость рыхлых песков, со­ стоящих из зерен сферической формы и одинаковой величины, по указанию Э. Блюмера х, равна 47,5%. Несколько иную цифру дает Беккер: по его данным, объем пор песчаников, составленных из плотно уложенных сферических зерен, равен 25,96%, и эта величина, по данным Ц. Ф. Шлитера, как уже указывалось выше, не зависит от величины зерна.

Очевидное противоречие приведенных данных находит свое объяснение в том, что Э. Блюмер говорит о рыхлых песчаниках, в которых зерна не прилегают плотно друг к другу. Если взять так называемые плывуны, или пески, заполненные водой или нефтью, в которых зерна как бы плавают в жидкости и не всегда соприкасаются друг с другом, то объем пустот, заполненных жид­ костью, может быть и больше, доходя до 50%, как это явствует из вышеприведенных данных Э. Блюмера п имеет место для рыхлых бакинских песков.

То же следует сказать и про ячеистые, или кавернозные из­ вестняки, где процент пористости может достигать весьма значи­ тельных размеров вследствие растворяющей деятельности воды, циркулирующей по трещинам разрыва и другим пустотам в из­ вестняках, или же вследствие явлений доломитизации. Примером известняков подобного рода являются известняки трэнтонскпй (в штате Огайо в США) и Эль-Абра в мексиканских нефтяных месторождениях. Необходимо обратить внимание и на такой факт, что в глинах пористость иногда достигает весьма значи­ тельной величины (до 40%), равной пористости наиболее рых­ лых песков. Но здесь этот объем пустот образован мельчайшими субкаппллярнымп порами, в которых движение жидкости иди не происходит, пли же совершается при некоторых псключптель-

1 Э. Блюмер. Нефтяные месторождения. Основы геодогнн нефти, 1929, стр. 90.

154

ных условиях давления и температуры. Такая порода, несмотря на большой объем пор, может явить&я естественным барьером для циркулирующих жидкостей.

Выражения «высокая пористость» и «низкая пористость» могут дать представление о действительной пористости только в том случае, если под высокой пористостью будем понимать не только большой объем пор, но и то, что эти поры имеют сверхкапиллярную величину или являются обыкновенными порами, а выраже­ ние «низкая пористость» будет указывать не столько на отсутствие пор, сколько на недостаток отверстий достаточных размеров для скопления в них жидкости (воды или нефти) и возможного после­ дующего ее извлечения из этих пор.

По вопросу о пористости нефтеносных пород в литературе накопилось достаточно материала, чтобы создать себе представ­ ление о величине объема пор у главнейших нефтеносных пород.

В последнее время этому вопросу уделяется достаточное внима­ ние нашими научно-исследовательскими институтами: так, в ГИНИ за последние годы произведено определение пористости ряда нефтеносных пластов Бакинского и Грозненского районов. Резуль­ таты этих исследований опубликованы г. На основании проведен­ ных исследований и составлены нижеследующие данные порис­

812м

1См. брошюру В. А. Зильберминца и В. Н. Крестовникова. — Труды ГИНИ, вып. 2, 1928.

1 55

21.Желтовато-серый слабо сцементированный 28.38— 31,66 среднезернлстыи песок, скв. 76109, горизонт IV,

глубина 947,5 ж

25.Желтовато-серый слабо сцементированный 26.1627,06 среднезернистый песок, та же скважина, глу­ бина 954,5 л*

Вышеприведенные данные показывают изменчивость порис­ тости в одном и том же пласте —и по простиранию пласта, и по его глубине. Образцы 19 и 20 показывают, что на расстоянии всего 2,5 м по глубине пористость изменилась от 20,42 до 31,21%, а об­ разцы 23 и 24 показывают изменение пористости на 10% на рас­ стоянии всего 2 м по глубине. Образец 18 показывает, что в не­ которых случаях пористость снижается до 4,36—5,6% вследст­ вие местной цементации породы, что обусловливает появление

156

так называемых лысых мест среди продуктивных песков, о чем уше упоминалось выше.

Нефтеносные породы Биби-Эйбатского месторождения харак­ теризуются следующими данными.

Пористость пород Биби-Эйбатского района

I промысел

1. Желтовато-серый тонкозернистый песок, скв. 26,62—28,07

118 на участке 36, глубина 406,5 м]

скв. 314, глубина 826,5 м

Недостаточное количество приведенных данных, отличаясь большой случайностью, дает лишь приблизительное представле­ ние о пористости нефтеносных пород Биби-Эйбата.

Переходим теперь к характеристике нефтеносных пород Бала- хано-Сабунчино-Раманинского района, или Ленинской площади. И здесь, к сожалению, у нас имеется очень мало данных, и мы мо­ жем привести лишь результаты определений пористости несколь­ ких образцов нефтеносных песков Сабунчинского района.

157

Эти пески по сравнению с песками Сураханского района и Биби-Эйбата обладают большей пористостью, достигающей в не­ которых случаях 48—50%. Песчаные породы преобладают в раз­ резе Балахано-Сабунчино-Раманинского месторождения и до­ стигают до 75%. Глина носит сильно песчаный характер. В Сураханах и на Биби-Эйбате в разрезе продуктивной толщи процент песчаных пород будет несколько меньше [40].

Литологическая характеристика песчаных пород Грозненского района следующая:

Пористость нефтеносных пород Старогрозненского нефтяного месторождения1-

4.Мелкозернистый слюдистый песчаник, скв. 19,72-21,40 2/232, II водяной пласт

Переходим к характеристике явлений пористости в нефте­ носных породах Новогрозненского района. Данные по этому вопросу приведены нише.

1 Скважины в Грознефти обозначаются в виде дроби: числитель обозначает номер скважины, знаменатель — номер участка.

2Образцы 1, 2, 3 исследованы методом насыщения в вакууме, а остальные — методом Мельчэра. Данные заимствованы из статьи В. А. Зильберминца н В. Н. Крестовникова, стр. 30 и 35.

158