Условия сохранения углеводородных скоплений в Южно-Каспийском бассейне: о флюидоупорных свойствах глинистых пород продуктивной толщи

Обобщая анализ закономерностей изменения  литофациальной характеристики и минералогического состава глин ПТ по площади можно заключить нижеследующее:

- глинистые породы нижнеплиоценовых отложений (ПТ и КТ) Абшероно-Прибалханской тектонической зоны при идентичных глубинах уплотнены сильнее, чем однотипные породы Нижнекуринской впадины и Бакинского архипелага, что связано с одной стороны с относительно большим значением геотермического градиента (24-28⁰С/км) и тектонической активностью данной зоны, а с другой - меньшей дисперсностью и неоднородностью глин, а также выраженностью их преимущественно ненабухающими глинистыми минералами.

- в глинах ПТ Абшероно-Прибалханской тектонической зоны преобладающее значение имеют минералы группы гидрослюд., составляющие более 50% тонкопелитовой фракции. Это подтверждается и данными химического анализа этой фракции, согласно которого она характеризуются повышенными значениями К₂О (2,01-3,65%), Аl₂О₃ (23,07-28,29%) и небольшим содержанием (3,56-8,61%) воды.

- от Абшеронского нефтегазоносного района в сторону Бакинского архипелага отмечается увеличение относительного содержания гидрослюды и уменьшение монтмориллонита. В пределах антиклинальной зоны Сангачал-дениз – Хара-Зира-дениз и далее в юго-восточном направлении продолжается увеличение относительного содержания гидрослюды и уменьшение монтомориллонита. Подобная картина наблюдается также в пределах Пирсагат-Санги-Муганской зоны.

- к северу и северо-западу от Бакинского архипелага наблюдается  относительное ухудшение герметичности глин в связи с возрастанием в них песчаной фракции.

 

Флюидоупорные свойства глин в условиях высоких температур и давлений

 

Глубинный контроль качества покрышек

Процесс уплотнения горных пород, в том числе и глин, является функцией глубины погружения и длительности пребывания под нагрузкой. С увеличением глубины под действием гравитационных сил, эпигенетических и катагенетических изменений происходит уплотнение горных пород, которые в свою очередь приводят к увеличению их плотности и уменьшению пористости и проницаемости. Эти изменения до глубин, вскрытых бурением (в ЮКБ до 7 км) легко выявляются исследованием  кернового материала.

В зонах интенсивного погружения Южно-Каспийской впадины, где накоплены преимущественно высокодисперсные осадки с высоким значением коэффициента глинистости (более 0.8) и широким развитием аномально высоких поровых давлений (АВПоД), глинистые покрышки довольно хорошо сохраняются и на больших глубинах. Слабому уплотнению глин в погруженных частях бассейна способствуют и другие факторы и, в частности, низкие значения геотермического градиента (15-18 ⁰С/км) и молодой возраст отложений.

При прочих равных условиях, чем моложе отложения, тем слабее развит литогенез и катагенез отложений. Основное количество исследованных образцов глин относятся к относительно молодым отложениям нижнего плиоцена (ПТ), характеризующимся развитием АВПоД, которые замедляют трансформацию глинистых минералов. Поэтому не случайно, что трудно выявить направленное преобразование с глубиной одних глинистых минералов в другие.

Анализ изменения петрофизических  свойств глин ПТ с глубиной показал, что характер этих изменений различен для различных НГР. Наименьшим уплотнением с глубиной (рис. 6А) и соответственно наиболее низкими значениями плотности (рис. 6В) и высокими – коэффициента пористости (рис. 6Б) характеризуются глины ПТ Бакинского архипелага. Наибольшим уплотнением выделяются глины ПТ Абшеронского п-ова. Промежуточное положение занимают глины ПТ Абшеронского архипелага (см. рис. 6). Если принять во внимание, что Бакинский архипелаг выделяется аномально высокими пластовыми и поровыми давлениями, а Абшеронский п-ов наиболее низкими значениями пластовых и поровых давлений, то можно заключить, что покрышки с хорошими изолирующими свойствами свойственны  зонам развития АВПоД.

 

Рис. 6. Изменение с глубиной плотности (А), пористости (Б) и твердости (В) глин ПТ:

1- Абшер.п-ов; 2-Абшер. архипелаг; 3-Бак.  архипелаг

 

 

В связи с нахождением глин ПТ Бакинского архипелага на начальном этапе мезокатагенеза здесь не наблюдается направленных  изменений с глубиной и в их минералогическом составе (преобразование монтмориллонита в ненабухающие глинистые минералы) и на глубинах 5-6 км встречены такие неустойчивые минералы, как смектит, галлуазит, сепиолит, палыгорскит и другие.

В отдельных случаях на больших глубинах в условиях АВПоД и гидрокарбонатнонатриевом составе поровых вод отмечается даже вторичное образование монтмориллонита.

С увеличением глубины залегания глин происходит уменьшение коэффициента их пластичности, которое в основном происходит до глубины 3000м. При дальнейшем росте глубины от 3000 до 6000м значения коэффициента пластичности уменьшаются весьма незначительно.

С ростом глубины уменьшается и проницаемость глин. Причем некоторые глины  (в зависимости от их характеристик) ведут себя как непроницаемые уже в интервалах глубин ниже 800м. Следует отметить, что глины, отобранные из зон высоких поровых давлений на глубинах до 6000м, имеют низкие значения проницаемости в атмосферных условиях.

Таким образом, согласно результатам вышеприведенных исследований с ростом глубины плотность, твердость, а, следовательно, и предел текучести глин увеличиваются, а пористость и проницаемость снижаются, что, безусловно, приводит к улучшению качества покрышек.

Прогноз качества глин в  условиях высоких температур и давлений.

Приведенные выше результаты отражают изменения физических параметров глинистых  пород, которые определялись в атмосферных условиях без учета давлений и температур. Поэтому в прогнозировании качества глинистых покрышек в условиях высоких температур и давлений огромное значение приобретают экспериментальные исследования. Такие экспериментальные работы проводились в Институте геологии НАН Азерб. на спроектированной и изготовленной серии компрессионных установок (Иманов и др., 1969) по типу, описанному в работе (Покровский, Федоров, 1937) и по методу П.О.Бойченко (1948). Методика проведения экспериментов подробно описана в работе (Сулейманов и др., 1980).

  Результаты экспериментов отражены в таблице 1.

Таблица 1

Изменение влажности  и пористости глин при отжимании  воды в

условиях  всестороннего сжатия

Руд, МПа	Монтморилл. глина		Гидрослюдовая глина		Каолинитовая глина
	Содер. воды %	Пористость %	Содерж. воды %	Пористость %	Содерж. воды %	Пористость %
0,1	100,0	2,76	100,0	2,52	100,0	2,45
10	66,12	1,82	52,93	1,32	51,77	1,24
30	47,12	1,70	39,01	0,97	34,09	0,81
50	38,00	1,04	30,00	0,74	25,23	0,61
100	25,10	0,70	20,33	0,51	18,52	0,45
200	21,38	0,68	17,40	0,41	14,30	0,34
250	18,84	0,52	13,13	0,36	10,70	0,26
300	18,45	0,51	11,29	0,28	8,52	0,20

 

 

Установлено, что процесс обезвоживания  глин, зависящий от минералогического состава глин, с увеличением нагрузки до 300 МПа идет непрерывно с отжиманием воды и при этом влажность при некоторых небольших значениях удельной нагрузки становится меньше чем их максимальная молекулярная влагоемкость, определяемая методом А.Ф.Лебедева (1936).

Установлено также, что процесс уплотнения и набухания глинистых пород необратим, т.е кривая уплотнения не совпадает с кривой разуплотнения в процессе разгрузки.

На основании  данных приведенных в таблице 1 были построены кривые изменения влажности и пористости в зависимости от удельной нагрузки (давления) до 300 МПа, и получены модели, описывающие изменение влажности (W) и пористости (К_п) от удельной нагрузки (рис.7).

 

Рис.7. Изменение  влажности (а) и пористости (б) монтмориллонитовых (А),

гидрослюдовых (Б) и каолинитовых (В) глин в зависимости  от удельной нагрузки.

 

 

Как видно  из кривых, приведенных на рис.7 наиболее интенсивное отжатие воды происходит при уплотнении каолинитовой глины, в то время как монтмориллонитовые глины сохраняют высокую влажность при нагрузках до 300 МПа. При этом изменение влажности/количества отжатой воды и пористости при всестороннем сжатии происходит в основном до 100 МПа, дальнейший рост нагрузки несущественно влияет на изменение указанных параметров.

Одним из основных свойств, характеризующих качество глинистых покрышек, является пластичность глин. Пластичность глин связана со многими факторами, такими как содержание воды в порах глин, молекулярная влажность, степень дисперсности, и является функцией глубины-давления/температуры. Установлено, что с ростом давления до 300 МПа коэффициент пластичности монтмориллонитовых глин увеличивается в среднем в 2 раза, гидрослюдовых - 2,5-3 раза, а каолинитовых - 3-3,5 раза.

Температура незначительно снижает пористость, проницаемость и влажность глин. Изменение проницаемости в зависимости от температуры особенно незначительно при давлениях выше 100 МПа (табл.2).

 

Таблица 2

Изменение проницаемости глин в зависимости от давления и температуры

Рвс	Абсолютная  проницаемость, Кпр. 10-15м2
	Скв.№180 Сангачалы-дениз Н=4853-4856м		Скв.№550 Сангачалы-дениз Н=4857-4860м		Скв.№529 Дуванный-дениз Н=2635-2638м		Скв.№25 Булла-дениз Н=5692-5694
	t=200С	t=700С	t=200С	t=800С	t=200С	-	t=200С	t=900С
0,1	0,12	-	0,15	-	0,62	-	1,01	-
2,5	0,07	-	0,10	-	0,59	-	0,85	-
10	0,04	0,031	0,040	0,021	0,52	-	0,56	0,31
20	0,03	0,019	-	-	-	-	0,45	0,25
30	0,02	-	0,02	0,0080	0,26	-	0,37	0,12
50	0,01	0,0072	0,01	0,0065	-	-	0,27	-
70	0,002	-	0,002	-	-	-	0,19	0,072
120	-	-	-	-	0,05	-	0,08	0,050

 

 

В результате обобщения большого объема экспериментальных  исследований установлено, что относительное снижение пластичности глин разного состава от температуры (при постоянных значениях всестороннего сжатия) происходит до 20-25 %. В то же время с ростом давления (при различных постоянных значениях температур) пластичность глин увеличивается в среднем до 300%. В связи с этим можно заключить, что превалирующим фактором, положительно влияющим на качество покрышек, является давление.

 

 

 

Заключение

Гранулометрический  состав глин ПТ контролируется палеогеографическими условиями осадконакопления и расстоянием  от источников питания терригенным материалом.

Глины ПТ северо-западной и западной частей ЮКБ, в целом  содержат большую примесь алевритового материала, чем глины юго-восточной  и восточной ее частей. Наибольшей дисперсностью характеризуются глины Бакинского архипелага, где содержание пелитовой фракции составляет более 80%.

Глины как верхнего, так и нижнего отделов ПТ полиминеральны. В их составе встречаются гидрослюда, смектит, каолинит, хлорит, сепиолит, палыгорскит и смешанослойные глинистые образования разных типов. Глины нижнего отдела ПТ и свиты перерыва отличаются относительно повышенным содержанием гидрослюды и пониженным монтмориллонита.

В глинах верхнего отдела ПТ Абшероно-Прибалханской тектонической зоны преобладающее значение имеют минералы группы гидрослюд. В соответствии с этим наблюдается относительное ухудшение здесь изолирующих свойств глинистых покрышек.

Рассмотрены закономерности изменения плотности, коэффициента пористости, проницаемости, пластичности и твердости глин в зависимости от глубины и экспериментально выявлен характер уплотнения глин разного минерального состава в условиях всестороннего сжатия и температуры.

На основании  обобщения выполненных исследований сделаны нижеследующие основные выводы:

- процесс обезвоживания глин с ростом температуры и давления вплоть до 300 МПа происходит непрерывно с отжиманием воды. При достижении удельной нагрузки 300 МПа влажность глин становится меньше их максимальной молекулярной влажности;

- процесс уплотнения глинистых пород необратим, т.е. кривая уплотнения не совпадает с кривой разуплотнения в процессе разгрузки;

- наиболее интенсивное отжимание воды при уплотнении происходит у каолинитовых глин, в то время как монтмориллонитовые глины сохраняют высокую влажность при нагрузках до 300 МПа;

-снижение влажности при всестороннем сжатии происходит в основном до 100 МПа, дальнейший рост давления не приводит к существенным изменениям влажности и пористости;