Критерии выделения петрофизических типов пород методами ГИС в разрезе отложений среднего карбона нефтяных месторождений Северо-Западной части Башкортостана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Критерии выделения петрофизических типов пород методами ГИС в разрезе отложений среднего карбона нефтяных месторождений Северо-Западной части Башкортостана

Г.Р. Аминева,

начальник отдела, ООО "РН-БашНИПИнефть"

Т.В. Бурикова,

руководитель сектора, ООО "РН-БашНИПИнефть"

Р.В. Мирнов,

главный специалист, ООО "РН-БашНИПИнефть"

А.М. Нигматзянова,

главный специалист, ООО "РН-БашНИПИнефть"

Аннотация

За прошедшие десятилетия изменились стандарты изучения продуктивных отложений. Это затронуло как лабораторные исследования каменного материала, так и дистанционные методы изучения разреза, к которым относятся геофизические исследования скважин (ГИС). С 2018 года в АНК "Башнефть" принята программа использования высокотехнологического комплекса ГИС, по которой во всех разведочных скважинах прописываются специальные геофизические методы.

Основной интерес компании на данном этапе изучения недр направлен на карбонатный разрез, где новые технологии позволяют решать задачи прогнозирования продуктивности объекта с учетом условий осадконакопления, которые ранее, из-за высокой неоднородности карбонатных отложений, выполнялись с большой степенью осреднения по объекту разработки. В связи с этим востребованы более сложные петрофизические модели продуктивных отложений. Для создания такой модели авторами применен комплексный подход, основанный на последовательном изучении геологических, петрофизических и геофизических данных. порода карбон литотип

Условия осадконакопления отложений среднего карбона северо-западной части Башкортостана определили их структурную и литологическую изменчивость. Детальное петрографическое изучение выборки образцов по каждому стратиграфическому объекту позволило выделить внутри отдельных литотипов признаки, оказывающие влияние на формирование пустотного пространства пород.

Такой подход к типизации пород позволил авторам выделить основные петрофизические особенности изучаемого разреза, получить петрофизические уравнения и константы для известняков и доломитов с разной структурой пустотного пространства. В условиях высокой литолого-петрофизической дифференциации разреза были предложены критерии для выделения основных типов пород, как по стандартному комплексу ГИС, так и с учетом привлечения специальных методов.

Ключевые слова: карбонатный разрез, известняк, доломит, коллекторские свойства, петрофизические типы пород, высокотехнологический комплекс ГИС

G.R. Amineva, T.V. Burikova, R.V. Mirnov, A.M. Nigmatzyanova

CRITERIA FOR REVEALING PETROPHYSICAL ROCK TYPES USING WELL LOGGING IN THE MIDDLE CARBONIFEROUS SECTION OF OIL FIELDS IN NORTH-WESTERN BASHKORTOSTAN

The standards for studies on productive deposits have been changed over the past decades. This has affected both laboratory techniques and remote methods, including well-logging. Since 2018, the "Bashneft" Company has launched high-tech well logging programme with special geophysical methods prescribed for all exploration wells.

At this stage the focus of the company is the carbonate section, where new technologies make it possible to solve the tasks of productivity prediction with account for sedimentation conditions, which were previously based on high averaging because of heterogeneity in carbonate reservoirs. In this regard there is a great demand for more sophisticated petrophysical models. To create such a model the authors have applied an integrated approach based on studying step-by-step geological, petrophysical and geophysical data.

Sedimentation conditions of Middle Carboniferous deposits in north-western Bashkortostan were responsible for the latter's structural and lithological variability. Detailed petrological study of the samples from each stratigraphic unit enabled the authors to reveal some features that affected the formation of interstitial space in the rocks.

Such an approach to rock typification made it possible to determine main petrophysical features of the section and obtain petrophysical equations and constants for limestones and dolomites with structurally different interstitial spaces. Under the conditions of high lithological and petrophysical differentiation of the section, the criteria were proposed for identifying main rock types using both standard and specialized well-logging.

Key words: carbonate section, limestone, dolomite, reservoir properties, petrophysical rock types, high-technology well-logging

Изучение карбонатного разреза методами геофизических исследований скважин (гиС), как правило, осложнено их литологической и структурной изменчивостью. Привлечение высокотехнологического комплекса гиС позволяет расширить возможности дифференциации карбонатного разреза и применить более сложные петрофизические модели для прогнозирования коллекторских свойств изучаемого объекта.

Литолого-петрофизическая модель

В работе рассмотрены отложения среднего карбона, которые включают в себя подольский, каширский, верейский горизонты, а также башкирский ярус. Все стратиграфические элементы четко выделяются по разрезу и хорошо коррелируют между собой (рис.1).

Рис. 1. Корреляционная схема отложений среднего карбона по месторождениям северо-западной части Башкортостана

Наиболее изучены эти отложения в северо-западной части Башкортостана, где они являются продуктивными.

Осадконакопление в среднекаменноугольное время на востоке Русской плиты контролировалось эволюцией обширного эпиконтинентального моря, трансгрессия которого началась в башкирский век со стороны Урала. Выровненный рельеф эпиконтинентальной платформы с пологим уклоном с запада на восток обеспечил накопление схожих мелководных цикличных осадков на большой площади. Лишь на востоке платформенной части Башкортостана и в Предуральском прогибе встречаются относительно глубоководные отложения.

Башкирский век характеризуется началом трансгрессии. В разрезах скважин отмечается последовательное выпадение нижних горизонтов с запада на восток, что подтверждено разнообразными фаунистическими определениями [1]. На северо-западе Башкортостана отложения башкирского яруса представлены исключительно мелководными карбонатными породами с многочисленными признаками выхода на поверхность. Процессы гипергенеза привели к широкому развитию карста, брекчий обрушения, а также неравномерной доломитизации осадков. В разрезе чередуются прослои органогенно-обломочных известняков литорали, калькрет и карбонатных брекчий. Для первых характерно развитие межформенных пор, для калькрет и брекчий пустотное пространство имеет более сложное строение и связано преимущественно с кавернами. Отмечается развитие брекчий в кровле башкирского яруса, что свидетельствует о региональном перерыве перед началом верейской трансгрессии.

В верейское время вновь началось наступление моря на запад, которое постепенно охватило практически всю территорию Русской платформы. На территории Западного Башкортостана верейское время ознаменовалось интенсивным поступлением терригенного материала и накоплением, наряду с карбонатными осадками, глин, в меньшей степени алевролитов и песчаников. Основные источники сноса терригенного материала находились на западе-северо-западе. Из-за смешанного терригенно-карбонатного состава разрез верейского горизонта имеет четко выраженное циклическое строение. На каротажных диаграммах выделяются три крупномасштабных обмеляющихся вверх циклита, которые начинаются с отложений терригенного материала (глины алевритистые, реже песчанистые) и сменяются вверх карбонатными осадками. На изучаемой территории циклиты в нижней части представлены плотными породами - глинами и интенсивно биотурбированными глинистыми известняками сублиторали, которые вверх сменяются органогенно-обломочными и фораминиферовыми хорошо сортированными известняками литорали. Последние по фильтрационно-емкостным свойствам (ФЕС) сравнимы с терригенными гранулярными коллекторами с преобладающим межформенным поровым пространством.

В начале каширского времени продолжилась трансгрессия моря на запад. В каширское и подольское время на северо-западе Башкортостана накапливались исключительно мелководные карбонатные осадки с большой долей доломитов в разрезе. Вероятно, на данной территории при достаточно активной гидродинамике зоны литорали накапливались органогенно-обломочные известняки в виде неравномерно распределенных баров и островов. При падении относительного уровня моря сложная система баровых тел создавала внутренние полуизолированные водоемы лагунного типа. В условиях семиаридного климата такие водоемы быстро осолонялись в результате испарения морской воды, что способствовало осаждению высокомагнезиальных карбонатов и сульфатов при активном участии микробиальных сообществ. Совокупность вышеуказанных процессов привела к кристаллизации из рыхлого осадка раннедиагенетических доломитов с очень высокой микропористостью. Таким образом, в разрезе каширского и подольского горизонтов неравномерно распределены тела органогенно-обломочных известняков, иногда измененных вторичной доломитизацией "просачивания", которые являются традиционными поровыми и каверново-поровыми коллекторами. Также неравномерно в разрезе распределены тела микропоровых доломитов с низкой проницаемостью, которые могут служить коллекторами при наличии проводящих каналов в микропористой матрице.

При геологическом изучении разреза создана единая классификация пород отложений среднего карбона, в основе которой лежит взаимосвязь литологических типов и условий их накопления. Основные литотипы встречены во всем рассматриваемом разрезе, но некоторые литологические особенности характерны для конкретных стратиграфических отложений. Данный факт позволил авторам применить единый подход к созданию петрофизической модели отложений среднего карбона.

При переходе к петрофизической классификации пород рассматриваемых отложений проведено сопоставление выделенных литотипов с результатами как стандартных лабораторных исследований (пористость, проницаемость, капилляриметрия, акустические параметры), так и специальных исследований на керне (томография и ядерномагнитный резонанс). Известно, что литологическая неоднородность и разнообразие структуры пустотного пространства лежат в основе наиболее используемых на практике классификаций карбонатных пород [2-7]. В работе предпринята попытка объяснить влияние этих факторов на петрофизические свойства отложений среднего карбона.

Детальное петрографическое изучение выборки образцов по каждому стратиграфическому объекту среднего карбона позволило выделить внутри отдельных литотипов признаки, оказывающие влияние на формирование пустотного пространства пород, что, в первую очередь, связано с особенностями седиментации бассейна в разный период времени. Так, например, изучение биоморфных фораминиферовых известняков башкирского яруса и верейского горизонта показало, что лучшими коллекторскими свойствами характеризуются образцы известняков биоморфных фораминиферовых с крустификационным цементом, образованные в зоне верхней литорали, а ухудшенными фильтрационно-емкостными параметрами обладают кальцитизированные биоморфные форами- ниферовые известняки перекристаллизованные (рис. 2 а, б). Для аналогичного литотипа в каширо-подольских отложениях характерна вторичная доломитизация, ухудшающая ФЕС данной группы пород (рис. 2 в).

Рис. 2. Известняки биоморфные форамини- феровые: а) с крустификационным цементом пористый, б) перекристаллизованный (кальцитизи- рованный), в) доломитизированный. Фото шлифа с параллельными николями. Длина фотографии - 2 мм

Разделение известняков по типу цементации определило основные различия отложений среднего карбона в структуре пустотного пространства. Образцы известняка биоморфного с крустификационным цементом характеризуются наличием межформенных пор и развитыми по ним кавернами, а известняки кальцитизированные - преимущественно поровым типом пустотного пространства [8]. В случае зернистых известняков размер зерен имеет подчиненное значение. Кроме того, была отмечена повышенная интенсивность процессов выщелачивания в отложениях башкирского яруса. Томографические исследования подтвердили наличие "трещиноподобных" проницаемых зон для образцов башкирского яруса, что позволило обосновать выделение трещинно-каверново-порового типа пород.

Для верейского горизонта в западной части Башкортостана характерно наличие терригенной составляющей в породах, которая сильно ухудшает ФЕС пород.

В отложениях каширского и подольского горизонтов практически повсеместно развиты процессы доломитизации. Активных процессов выщелачивания, которые бы приводили к образованию трещиноподобных каналов, для данных отложений на северо- западе Башкортостана не выявлено. Поэтому выделяются всего два типа пустотного пространства - каверново-поровый и поровый. При этом поровый тип делится на два петрофизических класса в зависимости от минералогического состава, а именно от степени вторичной доломитизации, ухудшающей ФЕС. Полностью перекристаллизованные доломиты хорошо разделяются между собой по зернистости: тонкозернистые и микрозернистые.

Такой подход к типизации пород позволил не только выделить основные петрофизические особенности изучаемого разреза, но и получить петрофизические уравнения и константы для каждого типа (рис. 3). В условиях высокой литолого-петрофизической дифференциации разреза были предложены критерии для выделения основных типов пород по комплексу ГИС.

Рис. 3. Принцип выделения петрофизических классов в зависимости от литологической неоднородности отложений среднего карбона: а) известняки; б) доломиты

Выделение типов пород методами ГИС

Решение задачи выделения типов пород в разрезе карбонатной толщи среднего карбона представлено на примере скважины одного из месторождений северо-западной части Башкортостана (рис. 4). Важным этапом решения данной задачи является идентификация типа породы по комплексу гиС. Это требует формирования определенных подходов к обоснованию методики интерпретации данных гиС, к выделению типов коллекторов по гиС и определению подсчетных параметров.

Для разделения изучаемого разреза по литологии предлагается использовать объемную литологическую модель, построенную на основе радиоактивных методов, а именно нейтронного каротажа (НК), гамма каротажа (гК), плотностного гамма-гамма каротажа (ггКп), а также с привлечением акустического каротажа (АК). Параметры модели настроены с учетом лабораторных исследований интервального времени пробега продольной волны и минералогической плотности. Необходимо отметить, что решение задачи литологического расчленения по данным акустического каротажа является не однозначным, т.к. на акустические параметры влияет структура пустотного пространства. При этом привлечение лито-плотностного каротажа (ггКлп) обеспечивает 100% совпадение литологической колонки по гиС с керновыми данными.

Рис. 4. Пример выделения типов пород методами ГИС: А - поровый тип; Б - каверново-поровый тип; В - трещинно-каверново-поровый тип коллектора

Рис. 5. Выделение типов пород с использованием палетки ДТ(Кп): а) по пластам КТСК, б) для характерных прослоев по ГИС порового типа - А; каверново-порового типа - Б; трещинно-каверново- порового типа - В

Важной интерпретационной задачей остается устранение структурной неопределенности в интервалах коллекторов, представленных известняками и доломитами. При разделении пород по структуре пустотного пространства можно использовать зависимости интервального времени пробега продольной упругой волны от открытой пористости [9], представленные на рис. 5. На графиках нанесены теоретические изолинии номограммы, показывающие отношение емкости каверн (или трещин) к межзерновой пористости. Соответственно, можно выделить зоны, характеризующие связь параметров для коллекторов разного типа: трещинного, порово-трещинного, порового, кавернового и каверново-порового.

Также в карбонатном разрезе может быть использован способ нормализации кривых НК и бокового каротажа (БК) (метод функциональных преобразований Заляева Н.З.) как для выделения коллектора, так и оценки характера насыщенности [10]. известно, что расхождение нормированных кривых при превышении показаний БК над НК свидетельствует о наличии продуктивного коллектора. Прослои, имеющие Кп>Кп_гр, но не обладающие расхождением нормализованных кривых БК и НК, могут быть отнесены к водонасыщенным коллекторам в известняках и микропоровым породам, представленным доломитами [11].

Так, для отложений каширского горизонта преобладающим типом является поровый тип пустотного пространства, хотя для известняков встречается и кавернозный тип. Кроме того, большое распространение в разрезе имеют микрозернистые породы, обладающие микропоровым типом, который обеспечивается преобладанием капилляров радиусом менее 0,1 мкм. Эти породы характеризуются низкой радиоактивностью и высокой пористостью (до 30%), при этом эффективная пористость за счет высокого процента связанной воды (до 70%) стремится к нулю. Применение комплексирования методов АК и НК с использованием палетки ДТ(Кп) позволяет констатировать, что пласт С 2ks.4 каширского горизонта имеет преобладающий поровый тип пустотного пространства [9] (рис. 5 а). "Вылетевшие" интервалы имеют глинистую составляющую, которую можно отметить на показаниях ГК и на спектре ядерно-магнитного каротажа (ЯМК). Выделенный интервал коллектора на рис. 4 А четко лежит на линии Кп=Кп_межзерн (рис. 5 б). Спектр на ЯМК достаточно узкий и однородный вдоль отсечки 100 мс.

Интервал микрозернистого доломита выделяется повышенной проводимостью на электрическом микроимиджере STAR и по нормализации методов пористости и электрического каротажа (НК и БК) не имеет приращения, в отличие от нефтенасыщенных поровых коллекторов (рис. 4 А).

Пласт C2vr.1 более глинистый, чем C2vr.3, что также совпадает с концепцией осадконакопления на рассматриваемой территории верейских отложений. Коллектор пласта C2vr.3 характеризуется кавернозной структурой пустотного пространства (рис. 5 а, б). Точки на палетке лежат ниже линии Кп_кав/Кп=0.1. Кроме того, на спектре ЯМК данный интервал достаточно широкий выше отсечки 100 мс.

Пласты башкирского яруса по результатам применения палетки характеризуются поровым и каверновым типом пустотного пространства. Однако спектр ЯМК показывает преобладание каверновой составляющей, так как основной спектр гораздо выше отсечки 100 мс и практически достигает 1000 мс (рис. 4 В). Вероятнее всего, в данном случае идет компенсация показаний акустического каротажа за счет трещинной составляющей, которая, как правило, увеличивает значения интервального времени (рис. 5 б). Этот интервал выделяется повышенной проводимостью на показаниях микроимиджера (водонасыщенный коллектор). Комплексная интерпретация методов позволяет нам отнести интервал к трещинно-каверново-поровому типу.

Выводы

1. Созданная в ходе работы литологопетрофизическая модель отложений среднего карбона платформенной части территории Башкортостана несет в себе информацию о литологической и петрофизической неоднородности разреза. Принципы выделения петрофизических классов базируются на зависимости от литологической неоднородности, структуры пустотного пространства и зернистости отложений.

2. Для выделения типов пород методами гиС выработаны критерии выявления литологических и структурных неоднородностей по стандартному комплексу. Привлечение специальных методов гиС позволяет повысить достоверность оценки подсчетных параметров продуктивных интервалов.

Литература

1. Виссарионова А.Я. Стратиграфия и фации средне-нижнекаменноугольных отложений Башкирии и их нефтеносность. Москва, 1959. 222 с.

2. Литология. Осадочные горные породы и их изучение: учеб. пособие для вузов / сост. Кузнецов В.Г. M.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2007. 511 с.

3. Nelson R.A. Geologic analysis of naturally fractured reservoirs. 2nd ed. 2001. ISBN 088415-317-7, 320 р.

4. Смехов Е.М., Дорофеева Т.В. Вторичная пористость горных пород-коллекторов нефти и газа. Ленинград: Недра, 1987. 96 с.

5. Багринцева К.И. Карбонатные породы-коллекторы нефти и газа. М.: Недра, 1977. 247 с.

6. Александров Б.Л. Изучение карбонатных коллекторов геофизическими методами. М.: Недра, 1979. 200 с.

7. Лусиа Ф.Дж. Построение геолого-гидродинамической модели карбонатного коллектора: интегрированный подход. М.-Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", Ижевский институт компьютерных исследований, 2010. 384 с.

8. Бурикова Т.В., Савельева Е.Н, Хусаинова А.М., Привалова О.Р., Нугаева А.Н., Корост Д.В., Ги- лязетдинова Д.А. Литолого-петрофизическая типизация карбонатных пород отложений среднего карбона (на примере месторождений северо-западной части Башкортостана)// Нефтяное хозяйство. 2017. № 10. С. 18-21.

9. Хусаинова А.М., Бурикова Т.В., Привалова О.Р., Нугаева А.Н. Методика выделения типа пустотного пространства карбонатных коллекторов по комплексу геофизических исследований скважин с использованием палетки В.М. Добрынина // Нефтяное хозяйство. 2016. № 6. С. 60-63.

10. Заляев Н.З. Методика автоматизированной интерпретации геофизических исследований скважин. Минск: Университетское, 1990. 144 с.

11. Комарова А.Д, Дьяконова Т.Ф., Исакова Т.Г., Привалова О.Р., Аминева Г.Р. Особенности строения и выделения коллекторов в слож- нопостроенных каширо-подольских отложениях среднего карбона на примере одного из месторождений Башкортостана // Геофизика. 2016. № 49. С. 18-21.

R E F E R E N C E S

1. Vissarionova A. Ya. Stratigrafiya i fatsii sredne- nizhnekamennougolnykh otlozheniy Bashkirii i ikh neftenosnost [Stratigraphy and facies of the Middle-Lower Carboniferous deposits of Bashkiria and their oil potential]. Moscow, 1959. 222 p. (In Russian).

2. Litologiya. Osadochnye gornye porody i ikh izuchenie [Lithology. Sedimentary rocks and their study]. Textbook for higher education institutions. V.G. Kuznetsov (compiler). Moscow, Nedra- Biznestsentr, 2007. 511 p. (In Russian).

3. Nelson R.A. Geologic analysis of naturally fractured reservoirs. 2nd ed. 2001. ISBN 0-- 88415-317-7. 320 p.

4. Smekhov E.M., Dorofeeva T.V. Vtorichnaya poristost gornykh porod-kollektorov nefti i gaza [Secondary porosity of oil and gas reservoir rocks]. Leningrad, Nedra, 1987. 96 p. (In Russian).

5. Bagrintseva K.I. Karbonatnye porody-kollektory nefti i gaza [Carbonate oil and gas reservoir rocks]. Moscow, Nedra, 1977. 247 p. (In Russian).

6. Aleksandrov B.L. Izuchenie karbonatnykh kollektorov geofizicheskimi metodami [Studying carbonate reservoirs by geophysical methods]. Moscow, Nedra, 1979. 200 p. (In Russian).

7. Lusia F. Dzh. Postroenie geologo- gidrodinamicheskoy modeli karbonatnogo kollektora: integrirovannyy podkhod [Building a geological and hydrodynamic model of a carbonate reservoir: An integrated approach]. Moscow, Izhevsk, NITs "Regulyarnaya i khaoticheskaya dinamika", Izhevskiy institut kompyuternykh issledovaniy, 2010. 384 p. (In Russian).

8. Burikova T.V., Savelyeva E.N, Khusainova A.M., Privalova O.R., Nugaeva A.N., Korost D.V., Gilyazetdinova D.A. Litologo-petrofizicheskaya tipizatsiya karbonatnykh porod otlozheniy srednego karbona (na primere mestorozhdeniy severo-zapadnoy chasti Bashkortostana) [Lithological and petrophysical typification of carbonate rocks of Middle Carboniferous deposits: A case study of the deposits in northwestern Bashkortostan)]. Neftyanoe khozyaystvo - Oil Industry, 2017, no. 10, pp. 18--21. (In Russian).

9. Khusainova A.M., Burikova T.V., Privalova O.R., Nugaeva A.N. Metodika vydeleniya tipa pustot- nogo prostranstva karbonatnykh kollektorov po kompleksu geofizicheskikh issledovaniy skvazhin s ispolzovaniem paletki V.M. Dobrynina [The technique for identifying the type of interstitial space in carbonate reservoirs by a complex of geophysical well surveys using V.M. Dobrynin's palette]. Neftyanoe khozyaystvo - Oil Industry, 2016, no. 6, pp. 60--63. (In Russian).

10. Zalyaev N.Z. Metodika avtomatizirovannoy interpretatsii geofizicheskikh issledovaniy skvazhin [Technique for automated interpretation of geophysical well surveys], Minsk, izdatelstvo "Universitetskoe", 1990. 144 p. (In Russian).

11. Komarova A.D, Dyakonova T.F., Isakova T.G., Privalova O.R., Amineva G.R. Osobennosti stroeniya i vydeleniya kollektorov v slozhnopostroennykh kashiro-podolskikh otlozheniyakh srednego karbona na primere odnogo iz mestorozhdeniy Bashkortostana [Structural features to identify reservoirs in Middle Carboniferous complicated Kashira-Podolsk deposits using the example of one of the deposits in Bashkortostan]. Geofizika - Geophysics, 2016, no. 49, pp. 18--21. (In Russian).

Размещено на Allbest.ru