Микроскопические исследования образцов керна

 

При исследовании под микроскопом решаются следующие задачи:

 

Определение минералогического состава и литологического типа

горной породы.

Определение размера и формы обломочных и кристаллических зё-рен, из которых состоит порода.

Определение минералогического состава, типа и количества веще-ства, цементирующего обломочные зёрна.

4. Определение количества, размера и формы межзерновых пор, пу-стот и поровых каналов, являющихся вместилищем для нефти, газа и воды.

 

5. Геологическая интерпретация полученных результатов и изобра-жение их в виде рисунков, графиков, коэффициентов, функций и др.

По данным многих исследователей (Селли, 1981) порода-коллектор обломочного типа представляет собой четырёхкомпонентную систему (рис. 2). Составными её частями являются: зёрна, матрикс (мелкие зёрна), цемент, поры. В песчаных породах к матриксу относится примесь зёрен алевритовой размерности (0,1-0,01мм). Эти зёрна располагаются между крупными зёрнами и в поровом пространстве, тем самым они ухудшают качество коллектора. Чем больше в песчанике алевритовой примеси, тем он хуже, как коллектор. В идеальных случаях, например, при укладке бил-

 

 

330

лиардных шаров по кубической системе расчетная пористость составляет 47,6%, по ромбической системе – 25,96%.

 

Минералогический состав обломочной породы определяется соста-вом материнских пород. Например, если порода образовалась за счет раз-рушения карбонатных пород (известняков, мраморов), то зёрна её будут состоять также из карбонатов. Такие породы называются обломочными из-вестняками и часто являются коллекторами нефти и газа. Темноцветные минералы ( пироксены, амфиболы, оливин) легко разрушаются в зоне вы-ветривания и в песчано-алевритовых породах встречаются редко. Основ-ными породообразующими минералами в песчаниках и алевролитах явля-ются кварц, полевые шпаты, слюды. Часть зёрен представлена обломками пород (эффузивов, кремнистых пород и др.).

 

Количественное определение минералогического состава породы под микроскопом производится по методу Б.П.Батурина и П.П.Авдусина - замерами длин отрезков линии, приходящихся на частицы того или иного материала. Замеры производятся вдоль нескольких прямых линий, записы-ваются в таблицы . Затем производится суммирование отрезков и расчет отношения суммы к общей длине линии, вдоль которой производились за-меры. Так определяется процентное содержание зерен по минералогиче-скому составу, а результаты расчетов выносятся на треугольную диаграм-му (см. рис.5), которая позволяет более точно определить литологический тип пород.

 

Минералогический состав оказывает влияние на нефтеотдачу. Зёрна кварца обладают низкой сорбционной способностью. Высокой сорбцией обладают обломки эффузивных пород и глины. Полевые шпаты и слюды имеют шероховатую поверхность и спайность, характеризуются средней сорбционной способностью . Экспериментально доказано, что кварцевый песок имеет проницаемость в два с лишним раза выше, чем граувакковый. Резко снижает фильтрационно-ёмкостные свойства коллекторов глинистая примесь: каолинит, монтмориллонит.

 

Форма и размеры обломочных зёрен определяют форму и размеры пор

 

и каналов, по которым происходит движение жидкости и газов при разработ-ке залежей. Чем крупнее зёрна, тем крупнее и поры. Следовательно, тем вы-ше проницаемость. Чем однороднее частицы по величине, тем выше пори-стость и проницаемость. Определение размеров зёрен под микроскопом про-изводится на интеграционном столике ИСА с помощью окуляр-микрометра и препаратоводителя. Замеры производятся вдоль прямой линии, результаты записываются в таблицу с разделением на группы по размерам фракций. Из-мерения производятся по 5-6 направлениям. Затем производится суммирова-ние замеров, определяется доля каждой фракции в процентах. Строятся ги-стограммы и кумулятивные кривые точно так же, как и по гранулометриче-ским данным. Определяются средний (медианный) размер зёрен, коэффици-ент отсортированности и некоторые другие параметры.

 

 

331

Цемент в песчаных коллекторах обычно пленочный, пленочно-поровый, контактный, представлен глинистыми минералами: каолинит, гидрослюда, хлорит, смешанно-слойные. Кроме того, в состав цемента входят микрозернистый кварц, кальцит. Увеличение количества цемента приводит к ухудшению пористости и проницаемости коллектора. Наибо-лее пластичен монтмориллонит: он способен разбухать и закупоривать по-ровое пространство. При базальном типе цемента содержание цементиру-ющей массы составляет 40-45%. Порода при этом практически становится неколлектором. При поровом типе цемента пустоты заполнены цементи-рующим веществом, количество его составляет 20-35% от общего объёма породы. Пористость отсутствует или очень низкая. Лучшими коллектор-скими свойствами обладают песчаники с контактовым и пленочным типа-ми цемента (рис.2). Различают также сгустковый тип цемента, когда це-ментирующая масса распределяется в породе неравномерно. В несцемен-тированных песках общая пористость достигает 43%, открытая - около 40%.

 

Пустоты, поры, поровые каналы коллекторских пород исследуются в специально изготовленных шлифах с большой площадью, пропитанных окрашенной бакелитовой смолой. Размеры пор измеряются на интеграци-онном столике с помощью окуляр - микрометра. Предварительно опреде-ляется цена деления. Измерения производятся вдоль прямой линии по 5-6 пересечениям так же, как производятся измерения размеров зерен. Резуль-таты измерений записываются в таблицы, с выделением групп пор по их размерности. По этим данным строятся гистограммы размеров пор, поро-метрические кривые, кумулятивные кривые подобно тому, как это делает-ся при обработке результатов гранулометрического анализа. Известно, что

 

в процессе фильтрации жидкости в первую очередь участвуют поры круп-ной размерности. Обычно размеры пор всегда меньше (в среднем на один порядок) размеров зёрен, но чем крупнее зёрна, тем крупнее и поры.

Гистограммы и порометрические кривые показывают долю пор каж-дой размерности в общей пористости породы. По кумулятивной кривой можно определить средний (медианный) диаметр пор исследуемого образ-ца породы. Упрощенным методом эти же характеристики можно получить по следующим формулам:

 

Коэф. пористости =	площадь пор		=	сумма длин пор
	площадь шлифа			длина отрезка

 

Средний размер пор =	сумма длин пор
	количество пор

 

С глубиной породы уплотняются, цементируются, частично видоиз-меняются по минералогическому составу за счет процессов перекристал-лизации, растворения и образования вторичных минералов. Объём порово-

 

332

го пространства уменьшается. Возрастает плотность упаковки (укладки) зёрен, что отражается изменением морфологии контактов между зёрнами. Различаются четыре типа контактов зёрен: 1) точечный (тангенциальный);

 

2) линейный; 3) выпукло-вогнутый; 4) сутуровидный. Свободной считает-ся укладка зёрен, когда они соприкасаются друг с другом лишь в отдель-ных точках. При количестве цемента до 5% пористость таких пород со-ставляет 20-25%. При плотной упаковке она не превышает 10-15%. На глу-бинах 3,5-4,0 километра пористость коллекторов незначительная. Но бы-вают исключения. Например, в молодых бассейнах (Азербайджан, Аризо-на, Техас) на глубине 6-8км встречаются коллекторы, пористость которых достигает 15-18%.

Форма пор и поровых каналов бывает очень разнообразной, а чаще сложной. Чем больше в породе цемента, тем более извилистее поровые ка-налы и хуже проницаемость. Вдоль слоистости проницаемость выше, чем поперек слоистости. Это объясняется ориентированным расположением минеральных зёрен и пор параллельно слоистости при процессах седимен-тогенеза, а позже - под давлением вышележащих пород.

Изложенная методика исследования с массовыми замерами размеров зёрен и пор, с построением графиков и вычислением различных коэффи-циентов требует значительных затрат труда, иногда неоправданных. Дело в том, что при этом исследованию подвергается только точечная проба (площадь одного шлифа), в то время как коллекторские пласты имеют толщину несколько метров, иногда и десятки метров. Все свойства пласта на этих метрах изменчивы и эта изменчивость может быть выражена ко-эффициентами макро- и микронеоднородности, определяемыми по каро-тажным диаграммам и по описанию керна, т.е. на уровне слоев и прослоев. Поэтому представительность одного-двух шлифов для пласта в целом бу-дет весьма невысокой.

В производственных организациях исследования под микроскопом чаще органичиваются обобщенным описанием шлифа, производимым опыт-ными петрографами. В этих описаниях содержатся те же сведения (минера-логический состав, форма и "размеры зёрен, количество и тип цемента и др.), но в форме краткой характеристики, без множества измерений. Ниже приво-дится пример такого описания шлифа, изготовленного из песчаной породы-коллектора. Табличная форма описания, принятая по стандарту, характери-зующему породу по 20 признакам, удобна для создания банка данных и об-работки информации на компьютерах (см. табл. 24).