Трещиноватость и кавернозность горных пород

В настоящее время более 40% добываемой в мире нефти приурочено к карбонатным пластам – коллекторам, характеризующимся трещиноватостью. В связи с этим изучение трещинных коллекторов является важной задачей.

Трещиноватость горных пород (трещинная емкость) связана с наличием в них трещин, не заполненных твердым веществом. Залежи нефти, связанные с трещиноватыми коллекторами, приурочены в большинстве случаев к плотным карбонатным породам, иногда - к терригенным отложениям. Такие породы очень плотные, часто не пропускают жидкости и газы, практически плохо проницаемые. Вместе с тем наличие сети трещин, пронизывающих эти коллекторы, обеспечивает значительные притоки к скважинам.

По своему происхождению трещины подразделяются на диагенетическо – тектонические и тектонические. В большинстве случаев трещиноватость горных пород связана с тектоническими движениями, реже с процессами диагенеза.

Трещины диагенетического происхождения в известняках и доломитах обычно имеют разные направления.

Все же происхождение большинства трещин в горных породах связано с тектоническими процессами. Об этом свидетельствуют следующие факты:

1. объединение трещин в системы, образующие более или менее правильные геометрические сетки;

2. преимущественно вертикальный наклон трещин;

3. связь ориентировки систем трещин с направлением простирания тектонических структур.

Трещины, наблюдаемые в керне невооруженным глазом, это – макротрещины. В отличие от них трещины, наблюдаемые в шлифах под микроскопом, это - микротрещины. Верхний предел ширины (или раскрытости) микротрещин условно принят 100 мкм (микрометр).

Изучить по керну можно только микротрещиноватость. Изучение же макротрещиноватости проводят непосредственно в скважине, на основе визуального исследования ее стенок по фотографиям, полученным с помощью глубинных фото-телекамер, а также по данным гидродинамических исследований скважин совместно методами пробных откачек и восстановления давления.

В целом трещиноватость в горных породах характеризуется правильными геометрическими системами трещин. Геометрическая сетка состоит из двух основных систем вертикальных (по отношению к слоистости) трещин с взаимно перпендикулярными направлениями.

Установленная закономерность в ориентировке трещин в горной породе может рассматриваться как один из признаков, позволяющих определить интенсивность трещиноватости и направление главных систем трещин.

Интенсивность трещиноватости пласта зависит от литологического состава, степени метаморфизма пород, структурных особенностей залегания пласта и т.д.

Проницаемость трещиноватых пород обуславливается системами развитых в них трещин и в общем случае пропорциональна их густоте.

Густота трещин - Г - это число трещин, приходящих на единицу длины нормали к плоскостям этих трещин:

где N – число трещин; L – длина нормали.

Интенсивность трещиноватости оценивается объемной плотностью трещин Т, являющейся общим критерием степени растресканности горной породы.

О трещиноватости породы можно судить также по поверхностой плотности трещин Р, вычисленной для какого-либо сечения породы:

,

где l – длина следов трещин на произвольно выбранном участке, секущем породу; S – площадь этого участка.

Важным параметром трещиноватости горных пород является раскрытость (ширина) трещин. В зависимости от величины раскрытости микротрещины делятся на очень узкие (субкапиллярные) – 0,01 – 0,05мм и широкие – 0,05 – 0,15мм и более.

В песчаниках и алевролитах преобладают открытые микротрещины, реже появляются закрытые.

В глинах и аргиллитах развиты в основном открытые микротрещины.

В органогенных доломитовых известняках широко развиты закрытые микротрещины наряду с наличием открытых.

В карбонатных породах имеются пустоты, возникшие в породе вследствие процессов растворения (каверны).

Емкость трещиноватой породы можно разделить на межзерновую и трещинную. На коллекторские свойства пород в значительной степени оказывает влияние межзерновая пористость, а не трещинная емкость.

Трещинная проницаемость в отличие от трещинной емкости, фактически определяет величину общей проницаемости. Трещины играют решающую роль в процессах фильтрации жидкости и газа в трещинных коллекторах.

Нередко в карбонатных коллекторах отмечается развитие кавернозности. Каверны в карбонатных породах образуются либо в процессе отложения породы, либо после. Кавернозные известняки первого типа встречаются в рифовых массивах, в которых в результате распада органического вещества, первоначально заполняющего полости в породе, образуются каверны. Каверны второго типа образуются в результате растворения известняков при циркуляции подземных вод. Эти каверны, связанные с карстовыми явлениями, широко развиты в доломитах и известняках, особенно при наличии в них трещиноватости, способствующей проникновению подземных вод и движению их по трещинам.

Обычно кавернозность в карбонатных породах развита весьма неравномерно, что очень затрудняет изучение их пустотности.