Оценка трещиноватости низкопористых карбонатных коллекторов по результатам геофизических скважин на Восточно-Оренбургском своде

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования, Оренбургский государственный университет

Оценка трещиноватости низкопористых карбонатных коллекторов по результатам геофизических скважин на восточно оренбургском своде

Бутолин А.П.

Булахтин М.В.

Научные исследования по оценке трещиноватости низкопористых карбонатных коллекторов проведены с целью оптимизации поисково-разведочных работ для обнаружения залежей углеводородов в низко пористых карбонатных коллекторах Восточно-Оренбургского свода Оренбургской области.

Карбонатные коллекторы являются природными емкостями для почти половины мировых запасов нефти и газа, при этом только часть этих запасов концентрируется в поровых коллекторах. Большая часть углеводородов кон-центрируется в низкопористых коллекторах при наличии в них открытых тре-щин. Поэтому проведен поиск комплекса методов изучения низко пористых карбонатных пород по стволу скважин с высокой разрешающей способностью и современных методов интерпретации стандартного комплекса ГИС в сочета-нии с более информативными геофизическими методами исследований сква-жин для выявления продуктивных интервалов в карбонатном разрезе, более информативного и комплексного использования методов интерпретации стан-дартного комплекса ГИС в сочетании со способом волнового акустического каротажа для оценки трещиноватости низкопористых карбонатных пород на выявленных структурах юго-востока Волго-Уральской антеклизы.

С этой целью проведены информационный поиск по фондовым и опуб-ликованным данным сведений о комплексировании методов оценки трещино-ватости низко пористых карбонатных пород по результатам геофизических исследований скважин и анализа кернового материала по геологическим структурам Волго-Уральской зоны Западной Сибири, Северного Кавказа и др. [1-6]. Кроме того, выполнена оценка разрешающей способности выбранных методов применительно к объекту проектирования (Казачья структура Степ-ного лицензионного участка) в рамках дипломного проектирования выпуск-ной квалификационной работы на кафедре геологии Оренбургского государ-ственного университета.

Основными методами достижения поставленной цели являлись работа с фондовыми и опубликованными материалами в фондах Роскомнедра по Орен-бургской области, ресурсы библиотеки ОГУ и «Интернет».

Значительное количество углеводородов промышленных концентраций сосредоточено в коллекторах при наличии в них открытых трещин [3,4,5]. В этой связи задача обнаружения трещинных зон и оценка степени их трещино-ватости решается с использованием различных методов, чувствительных к не-однородностям физических свойств пород, связанным с их трещиноватостью. В геологии и промысловой геологии пользуются понятиями «планетарная трещиноватость», трещиноватость коллекторов нефти и газа и водоносных горизонтов. Между тем известно, что ориентировки планетарных трещин, выраженных крупными тектоническими разломами (в ландшафтах линеамен-тами) и мелкая трещиноватость в толщах осадочных горных пород имеют за-кономерно выраженные ориентировки [1,2,6]. На ориентированность ослаб-ленных зон литологических толщ разреза также показывают искривления кон-фигурации сечений стволов скважин при проходке по двум взаимно-перпен-дикулярным направлениям [1]. Поступательно-вращательное движение и «би-ения» буровой колонны труб в скважине при проходке разрушают горную породу в направлениях наибольшего снятия упругих напряжений, образуя контуры двух взаимно-перпендикулярных эллипсов, причем азимуты длин-ных полуосей эллипсов по сечениям стволов скважин имеют простирания близкие к простиранию зон планетарно-тектонической трещиноватости. Ма-териалы обработки каротажных диаграмм инклинометрии по стволам 160 скважин на территории Оренбургской области, выполненные совместно с Ти-хоненко М.А. [1] показали, что преобладающие азимуты искривлений стволов скважин при бурении в осадочных породах московско-кунгурского и визей-ско-башкирского возраста также имеют выраженную ориентировку на северо-запад по азимутам 305°, 320є, 340° и северо-восток по азимутам 35є, 50є и 70є (рис.1). Сейсмические исследования, в том числе и скважинные, фиксируют

Рис. 1. Розы-диаграммы преобладающих ориентировок искривлений стволов скважин на Оренбургском НГКМ: а) - в карбонатных породах московско-кунгурского комплекса; б - в карбонатных породах визейско-башкирского комплекса [1].

трещиноватость по анизотропии скоростей продольных волн или по разделе-нию поперечных волн на быстрые и медленные, или по фактору рассеивания сейсмических волн. Такие исследования не позволяют достичь достаточной детальности при решении вопросов промысловой геологии [5].

На оценку трещиноватости направлены также специальные исследова-ния керна, гидродинамические исследования, в том числе - гидропрослуши-вание (), широко используется анализ процессов бурения, осо-бенно интервалов поглощения промывочной жидкости при бурении и другие приемы и методы [7].

Качество трещиноватой горной породы как коллектора определяется густотой и раскрытостью трещин. По величине раскрытости трещин в нефтега-зо-промысловой геологии выделяют макротрещины шириной более 40 - 50 мкм и микротрещины шириной до 40 - 50 мкм.

Трещинная емкость пород-коллекторов составляет от долей процента до 1 - 2 %.

Чаще всего трещины играют роль каналов фильтрации жидкости и газа, связывающих воедино все сложные пустотное пространство пород-коллекторов. При одновременном участии в дренировании двух или всех трех видов пустот (пор, каверн, трещин) коллектор относят к типу смешанных.

Из числа коллекторов с одним из видов пустотности наиболее широко распространены поровые терригенные коллекторы -- на многочисленных мес-торождениях земного шара, в том числе и в России (Волго-Уральская зона, За-падная Сибирь, Северный Кавказ и др. районы), в Оренбургской области их 44,3% (залежей в поровых коллекторах терригенных) [7].

Трещинные коллекторы в чистом виде встречаются весьма редко. В Орен-бургской области пластов с чисто трещинным коллектором нет. Тре-щинный пласт - деформируемая среда. Из кавернозных пород в чистом виде представлены микрокавернозные (Волго-Урал, Тимано-Печорская провинция и др.), причем макрокавернозные встречаются редко.

Коллекторы смешанного типа, наиболее свойственные карбонатным по-родам, характерны для месторождений Прикаспийской низменности, Тима-но-Печорской провинции, Волго-Уральской, Белоруссии и других районов. Тре-щинно-поровые коллекторы изучаются специальными методами ГИС (метод двух растворов, например), и они редко встречаются в Оренбургской области в карбонатных коллекторах (например, Самодуровское месторождение, пласты - франско-фаменские).

Промыслово-геологическая классификация коллекторов по М.И. Макси-мову [7] приведена в таблице 1. В юго-западной части Степного ЛУ в зоне развития карбонатного мас-сива, где колганская толща отсутствует, в верхней части верхнефранского подъяруса может быть перспективным пласт Дфр-2, представленный порис-тыми известняками, перекрытыми плотными, глинистыми карбонатами в кров ле франского яруса. Общая мощность пласта - 30 м. Коэффициент открытой

Таблица 1 - Промыслово-геологическая классификация нефти и газа (с изменениями) [ ].

пористости - 0,08-0,1, проницаемость - 0,009-0,029 мкм2 (данные параметры взяты по аналогии с Ольшанским, Золотовским месторождениями нефти).

В юго-западной части Степного ЛУ в зоне развития карбонатного мас-сива, где колганская толща отсутствует, в верхней части верхнефранского подъяруса может быть перспективным пласт Дфр-2, представленный порис-тыми известняками, перекрытыми плотными, глинистыми карбонатами в кровле франского яруса. Общая мощность пласта - 30м. Коэффициент от-крытой пористости - 0,08-0,1, проницаемость - 0,009-0,029 мкм2 (данные па-раметры взяты по аналогии с Ольшанским, Золотовским месторождениями нефти).

Пласт ДI пашийского горизонта представлен мелкозернистыми кварце-выми песчаниками, пористыми и залегает в 5-7 м от кровли горизонта. По-крышкой пласта служат аргиллиты в кровле пашийского горизонта и пачка непроницаемых известняков тиманского возраста с прослоем аргиллита. Об-щая мощность пласта - 15 м. Коэффициент открытой пористости - 0,11-0,13, проницаемость - 0,0718 мкм2 (данные параметры взяты по аналогии с Вахи-товским и Царичанским месторождениями нефти) [фондовые материалы], где изучение керна проведено и в ультрафиолетовых лучах (рис.2,3).

Рис. 2. Фото керна месторождения в дневном свете [фондовые материалы].

Рис. 3. Фото керна в ультрафиолете [фондовые материалы].

Среди всех методов исследования коллекторских свойств пород важней-шим источником информации о параметрах пород является комплекс геофизи-ческих исследований скважин (ГИС). В настоящее время используются специ-альные методы ГИС, позволяющие выявлять направления трещин, пересекаю-щих скважины. Наиболее информативными признаны методы электрического сканирования стенок скважин и способы закачки в прискважинную зону жид-костей-индикаторов - радиоактивных, нейтрон-поглощающих и др. Но, в основ-ном, в скважинах применяется стандартный набор комплекса ГИС. Здесь можно выделить также наиболее чувствительный к трещиноватости по-род волновой акустический каротаж и электрометрию скважин, например, боковой каротаж. Но обзор опубликованных и фондовых материалов по ис-пользованию названного комплекса геофизических методов для оценки тре-щиноватости показывает наличие существенных недостатков и нами проведен поиск фондовых и опубликованных сведений об использовании более совер-шенных, более информативных методов изучения трещиноватости осадочных пород.

Для выполнения поставленных нами задач выполнен поиск фондовых и опубликованных материалов по применению новых методов исследований или способов комплексирования методов ГИС и интерпретации результатов изучения трещиноватости карбонатных пород на нефтегазоносных структурах Волго-Уральской, включая Оренбургскую область и Тимано-Печерской нефтегазоносных провинций.

Наиболее полезными для достижения поставленных нами целей явля-ются разработки Князева А.Ф. [3,4,5] по комплексному внедрению волнового акустического каротажа и электрометрии скважин.

Высокие коллекторские свойства горным породам, как отмечает А.Р. Князев [4], обеспечивают только открытые трещины, то есть трещины, воз-никшие в самые поздние стадии их генераций. Они соответствуют совре-менному полю тектонических напряжений и открытыми являются почти всег-да только субвертикальные трещины. Их измерение возможно скважинными геофизическими приборами при соответствующем диаметре скважины и раз-решающей способности методов измерений. Поэтому к макротрещинам отно-сят трещины, которые визуально обнаруживаются при отборе полнораз-мерного керна (диаметром до 100мм) и фиксируются геофизическими метода-ми, сканирующими стенку скважины. Раскрытость макротрещин до 50-100 мкм и более, протяженность - десятки сантиметров и более. К микротрещинам относятся более мелкие трещины. Их раскрытость от единиц до первых де-сятков микрометров, длина до нескольких сантиметров.

Трещиноватость горных пород определяется различными способами: лабораторными, геолого-технологическими и гидродинамическими исследо-ваниями скважин. Информацию о микротрещинах в лабораториях получают путем насыщения трещин более 5см в образцах правильной формы люминес-цирующими жидкостями или изучают шлифы из образцов керна, пропитан-ных эпоксидной смолой. Геолого-технологическими исследованиями в про-цессе бурения интервалы макротрещин выявляются по поглощениям бурового раствора или нефтеводопроявлениям. По результатам интерпретации индика-торных диаграмм гидродинамических исследований скважин или по кривым восстановления давления при испытании пластов выявляется трещинный тип коллектора.

Стандартными методами ГИС трещины могут быть обнаружены метода-ми акустического каротажа и электрометрии по динамике упруго-механи-ческих характеристик, проницаемости и удельного электрического сопротив-ления породы.

Из методов ГИС для обнаружения макротрещин наиболее эффективны-ми являются акустические сканеры САТ (скважинный акустический телеви-зор) и электрические сканеры FMI (Formation Micro Imager, российского аналога пока нет) [4].

Из опубликованных материалов известно, что нижний предел пористости коллекторов порового типа для карбонатных коллекторов определен в 6-8%. Карбонатные породы с пористостью меньше 7% отнесены к низкопористым и их проницаемость может быть обеспечена только трещи-нами, но не порами и кавернами. Нижний предел пористости коллекторов тре-щиноватых пород равен нулю и их проницаемость в этом случае обеспе-чивается только трещинами. Благодаря тому, что по генезису карбонатные по-роды могут значительно отличаться, то в силу этого в разных геологических условиях должны использоваться разные наборы параметров. Здесь следует отметить, что трещиноватость в карбонатных породах способствует развитию кавернозности, а влияние кавернозности на показания приборов ГИС отлича-ется от влияния трещиноватости. Нами проведен поиск разработок по изуче-нию низкопористых карбонатных коллекторов, проницаемость которым обес-печивают субвертикальные микро- и макротрещины.

Так по результатам волнового акустического каротажа (ВАК) в карбо-натных породах Соликамской депрессии в известняках фаменского яруса выделены трещиноватые интервалы в плотных и низкопористых известняках. Наличие трещин выявлено по изменению скорости, амплитуд, затуханий, частот и других параметров акустических волн, регистрируемых при каротаже. Князевым А.Р. разработана компьютерная программа АК-КОМП [5], которая использована для интерпретации данных волнового акустичес-кого каротажа. С помощью компьютерной программы определяется интер-вальное время продольной (Р), поперечной (S) и поверхностной (или Стоунли, St) волн, частота и ширина спектра, энергия, коэффициент затухания для каж-дого типа волн и для каждого волнового сигнала (ВС) в целом, и другие па-раметры. Достоинством программы является возможность графического изо-бражения ВС, где наглядно показывается, как изменяются Р, S и St-волны по разрезу (рис.4). Так в интервале 2407-2412м отмечается снижение до мини-мума амплитуд всех типов волн, изменение фаз и частот, снижаются скорости волн Стоунли. Средняя пористость в этом интервале не превышает 2-5%, тре-щиноватость подтверждена скважинным акустическим телевизором. Кроме того, в данном интервале кривая полной энергии волнового сигнала Е1 имеет глубокий минимум. По кривой полной энергии ВС определяется коэффициент приточности Ке и выделяют приточные зоны при К е > 0.22 Нп/м [4].

Кроме того, с целью анализа эффективности различных критериев выделения трещин в низкопористой карбонатной породе нами использованы данные по сопоставлению результатов ВАК с фотографиями полноразмерного керна и шлифа с микротрещинами (рис.5), данными САТ и результатами испытаний скважин [4]. На фото (рис.5) с образцом керна «А» пористость по нейтронному каротажу Кп ? 3-4%. У керна «Б» Кп ? 5-7% пустотное пространство представлено кавернами, а на уплотненных участках видны следы трещин. В керне «В» Кп ? 2% и порода представлена плотным известня- ком, пересеченным субвертикальными трещинами. При испытании такой скважины приток нефти получен из интервала с образцом «Б» и из интервала, состоящего из породы образца «В». На фотографии шлифа видно, что пустот-ное пространство низкопористой породы, пористость которой по лаборатор-ным данным не превышает 4-5%, а проницаемость (1,06-1,64)·10?3 мкм2 по горизонтали и 4,24·10?3 мкм2 по вертикали [4].

Рис.4. Пример волнового сигнала в низкопористых карбонатных отложениях [5]

Микротрещины в породе обеспечивают проницаемость, макротрещины обеспечивают существенный приток нефти в скважину из объема породы.

Поэтому комплексирование стандартных методов каротажа скважин, волнового акустического каротажа и фотографированием полноразмерного керна и шлифа на Казачьем участке Степного лицензионного участка считаем перспективными. разведочный залежь карбонатный коллектор

Рис. 8. Фото керна и шлифа по скв. 79, пл. Шершнёвская [4].

Список литературы

1. Яхимович Н.Н., Денцкевич И.А., Кутеев Ю.М. Основные направления, перспективы и задачи геолого-разведочных работ на нефть и газ в Оренбургской области. - Отечественная геология, 1996, №6. С. 21-27.

2. Жуланов И.В., Князев А.Р., Матвеева В.П. Опыт изучения низкопористых карбонатных коллекторов по ВАК//НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. 2003. Вып. 107. С. 104-109.

4. Князев А.Ф. Оценка трещиноватости низкопористых карбонатных нефтенасыщенных пород по результатам геофизических исследований скважин. - Авто-реф. дисс. По спец-ти 25.00.10 - Геофизика, геофиз. методы поисков полез. ис-коп. - Пермь, ПГУ, 2009. - С. 3-11.

5. Некрасов А.С., Козлов В.Г., Князев А.Р., Чудинов Ю.В. Комплексная интерпретация аэрокосмогеологических исследований, сейсморазведки 3Д и ГИС с целью создания геолого-параметрической модели турнейско-фаменской залежи Сибирского нефтяного месторождения//НТВ «Каротаж-ник», Тверь: Изд. АИС, 2004. Вып.116-117. - С. 144-149.

Размещено на Allbest.ru