Петрофизика (стр. 8 из 20)
По общей пористостью горные породы подразделяются на три группы:
1) с низкой пористостью, kп<5%;
2) со средней пористостью kп=5-20%;
3) с высокой пористостью kп > 20%.
По условиям происхождения различают пористость первичную (сингенетичную) и вторичную (эпигенетичную). Первичная пористость возникает в процессе формирования породы. Вторичная пористость в горных породах (каверны, трещины, каналы) возникают в результате перекристаллизации элементов, составляющих породу, растворения и выщелачивания отдельных минералов и цемента, уплотнения и разуплотнения при воздействии тектонических сил, физического выветривания.
В зависимости от причин, порождающих трещиноватость горных пород, а также от структуры, текстуры, минералогического состава в горных породах образуются различные трещины по ширине (раскрытости), длине и ориентировке в пространстве. Отсюда выделяются следующие типы пород, пустотное пространство образовано межгранулярными (межзерновыми, первичными) порами, то есть коллекторами (Зинченко В.С., 2005):
1) коллекторы кавернозного типа, приуроченные, в основном, к карбонатным породам с кавернами и карстом, связанными между собой микротрещинами, по которым осуществляется фильтрация жидкостей и газов;
2) коллекторы трещинного типа, приуроченные к карбонатным породам, плотным песчаникам, хрупким сланцам, пронизанным трещинам, из которых фильтрация происходит только по трещинам с раскрытостью 0,005-0,01 мм;
3) коллекторы смешанные, представляющие собой сочетания и переходы по площади к размеру первого, второго типа и пористого коллектора.
Поры в породах могут быть связаны между собой и с атмосферой или изолированы друг от друга. В первом случае говорят об открытой, а во втором – о закрытой пористостью. Сумма объемов открытых и закрытых пор породы является ее общей пористость:
Vпор=Vп.о+Vп.з (2.14)
В слабоглинистых, высокопористых рыхлых породах общая и открытая пористости отличаются незначительно. В глинистых породах, в которых присутствуют, в основном, субкапилярные поры, различие может быть значительным.
В нефтепромысловой геологии при гидродинамических расчетах используют понятие эффективной и динамической пористости.
Коэффициент эффективной пористости kпэф характеризует полезную емкость породы по отношению к нефти или газу и представляет собой объем открытых пор за исключением объема заполненного физически связанной и капиллярно-удерживаемой водой:
(2.15)где kп.св – коэффициент водонасыщения, определяющий содержание связанной воды в единице объема пор; Vв.св- объем связанной воды.
Динамическая пористость kп.д. представляет собой отношение объема фильтрующейся жидкости в породе к объему породы при заданной градиенте давления:
, (2.16)где Vд – объем фильтрующейся жидкости; V – объем образца в породе. Объем Vд определяет количество извлекаемой нефти и газа.
Плотность породообразующих минералов песчано-обломочных и глинистых пород 2,5-3 г/см3, а карбонатных и гидрохимических 1,9-3 г/см3. Минеральная плотность пород, т.е. средняя плотность минерального скелета, изменяется в пределах 2,58-2,86 г/см3 в песчано-обломочных и 2,16—3 г/см3 в хемогенных образованиях.
Значения плотности некоторых типов осадочных пород:
Глина 2,2-2,5
Аргиллит 2,3-2,4
Песок 1,5-1,7
Алевролит 2,1-2,5
Песчаник 2,1-2,4
Мергель 2,2-2,4
Известняк 2,4-2,6
Доломит 2,5-2,6
Гипс 2,4-2,5
Ангидрит 2,6-2,8
Плотностная характеристика геологического разреза также зависит от плотности жидкой и газообразной фаз и от геохимической деятельности пластовых вод. В естественном залегании осадочные породы, расположенные ниже уровня грунтовых вод, характеризуются относительной влажностью ω=0,8÷1. Основными факторами, определяющими плотность воды, является ее минерализация и температура. Например, увеличение общей минерализации на каждые 40 г/л приводит к увеличению плотности воды на 0,025 г/см3 (Зинченко В.С., 2005).
При пористости песчаников в 20% и заполнении пор газом их плотность будет ниже на 10-15%, чем у водонасыщенных песчаников. Зависимость плотности воды от температуры заметно проявляется при замерзании воды. Плотность воды при этом уменьшается примерно на 0,1 г/см3. При высокой весовой влажности изменение воды на 0,1-0,15 г/см3 может обусловить изменение плотности породы до 0,12 г/см3.
Минеральная плотность большинства осадочных пород изменяется в пределах 2,56-2,88 г/см3, т.е. относительное изменение составляет примерно 15 %. Влияние минеральной плотности проявляется лишь в породах с низкой пористостью. Для осадочных пород характерна высокая пористость, достигающая 30-40%.
Таким образом, плотность осадочных пород в значительной мере определяется их пористостью. В общем случае диапазон изменения плотности осадочных пород составляет 1,2-3 г/см3. Наиболее характерные значения находятся в пределах 1,5-2,8 г/см3.
На плотность песчано-глинистых пород существенное влияние оказывает степень их диагенеза*. К причинам, обуславливающим диагенез пород, относится гравитационное уплотнение, вызванное нагрузкой вышележащих толщ, давлением при складчатых деформациях, тектонической деятельностью. Закономерность изменения пористости и плотности одновозрастных водонасыщенных пород одинакового состава может быть описана с помощью эмпирических соотношений (М.Л.Озерская):
(2.17) 
, (2.18)где
- предельное значение пористости при H=0; H – глубина залегания пород; 
- минеральная плотность.Наибольшей способностью к уплотнению обладают глины. В свежееотложенных глинистых осадках пористость составляет 80%, а плотность уменьшается на 35-40%, а плотность возрастает до 1,8-2,08 г/см3. При значительных нагрузках и мощности толщи перекрывающих пород около 3 км плотность аргиллитов может составлять 2,4-2,5 г/см3. Дальнейшее уплотнение возможно лишь при перекристаллизации частиц, наблюдаемой в глинистых сланцах.
Пески и песчанки, в отличие от глин, более резко реагируют на гравитационное уплотнение. Хорошо отсортированный песок на дне водоема может иметь пористость около 40%. На глубинах 1-1,5 км пористость песка под действием нагрузки вышележащих толщ уменьшаться до 6-10% за счет перегруппировки и дробления зерен. Резкое уплотнение песчаников происходит преимущественно при небольших нагрузках. На глубинах 1-2 км их плотность достигает значений 2,4-2,6 г/см3.
__________
* Под диагенезом понимается только преобразование осадка в собственно осадочную породу
Нужно заметить, что средняя плотность нередко уменьшается к своду локальных положительных структур в связи с тенденцией обломочных пород становиться в этом направлении грубее. К своду локальных структур обычно уменьшается глинистость обломочных пород и возрастает их отсортированность и пористость, что приводит к снижению плотности пород.
Превращение карбонатных осадков в породу и их уплотнение происходит также при сравнительно небольших статических давлениях. На глубинах до 1 км плотность известняков и доломитов составляет 2,5-2,6 г/см3.
За счет дальнейшего диагенеза и перекристаллизации плотность карбонатных пород увеличивается незначительно.
Плотность карбонатных пород положительных структур тесно связана с их положением на структуре. Обычно на своде структур развиты преимущественно известняки, а по направлению к крыльям возрастает содержание доломитов, что способствует росту плотности. Уменьшение плотности к своду также связано с возрастанием их трещиноватости (Кобранова В.Н., 1986).
Определенные закономерности в распределении плотности прослеживаются и в карбонатно-глинистых толщах. При их образовании карбонатный материал размещается в повышенных, а глинистый – в пониженных участках палеорельефа дна. Это приводит к увеличению плотности на участках развития карбонатных пород.
Для гидрохимических осадков диагенез пород не имеет существенного значения, поскольку эти породы уже на стадии осадконакопления характеризуются минимальной пористостью. Как следствие диагенеза пород с глубиной отмечается повышение плотности с увеличением возраста пород.
Влияние литологического состава на плотность осадочных пород сравнительно невелико, но для некоторых разновидностей заметно: ангидрит 2,9 г/см3, гипс - 2,3 г/см3, каменная соль – 2,1 г/см3.
Наличие акцессорных минералов (сидерита, пирита и др.) повышает на 0,1-0,2 г/см3. Особенно это характерно для осадочных образований складчатых регионов и областей сноса в платформенном чехле. Большое влияние на величину плотности пород оказывает состав цемента. Замена глинистого цемента в песчаниках и конгломератах на карбонатный увеличивает их плотность на 0,2 г/см3. В то же время присутствие глинистого цемента в карбонатных породах снижает их плотность. Широкие предела изменения плотности в рамках даже одной литологической разности свидетельствуют о необходимости выделения более дробных петроплотностных групп. Например, по плотности среди песчаников до сильносцементированных. Группа известняков может вмещать 4-5 разностей от известняка рыхлого с плотностью 1,8-2,25 г/см3 до известняка кристаллического с плотностью 2,7-2,9 г/см3.