К оглавлению

УДК 552.578.2.061 .4(574.12)

Типы и свойства коллекторов нефтяного месторождения Тенгиз в Прикаспийской впадине

К. И. БАГРИНЦЕВА, Г. Е. БЕЛОЗЕРОВА (ВНИГНИ)

Продуктивные отложения месторождения Тенгиз, изученные с различной степенью детальности по нескольким скважинам, отличаются неоднородностью литологического состава, частым чередованием прослоев известняков с различными текстурно-структурными особенностями, сильной рассланцованностью керна. Последний обычно представлен тонкими (1-2 мм) пластинками с примазками бурового раствора, иногда погруженными как бы в равномернозернистую «муку» или песок. Подобная порода без плотных пропластков обнаружена в скв. 14. Этот дает основание предполагать, что иногда щебенка является остатками плотной части породы, которая, по-видимому, состояла из часто чередующихся плотных и рыхлых разностей. В других случаях рассланцованность керна, возможно, связана с естественной трещиноватостью либо частично образовалась в процессе бурения при аномально высоких пластовых давлениях. При изучении керна первых скважин по макроскопическим признакам было выделено шесть разновидностей известняков, которые существенно различались по соотношению пор, каверн и трещин.

К вопросам, требующим решения на стадии разведки этого месторождения, можно отнести обоснование типов коллекторов в разрезе, оценку доли поровых коллекторов и установление качественной и количественной характеристик трещиноватости пород.

Наиболее детально изучен керн скв. 4 и 7, вскрывших отложения нижнего и среднего карбона на глубинах 3900-4200 м. При литологическом изучении пород выявлены существенные различия в строении разрезов этих скважин. В скв. 4 преобладают органогенные разности известняков, которые в пределах нижнебашкирского и серпуховского ярусов часто имеют биогермный характер. Среди них выделены биоморфные, изобилующие остатками водорослей, органогенно-детритовые, сгустковые и в меньшем количестве органогенно-обломочные разности. Встречены прослои микрозернистых известняков.

Породы сильно изменены в результате перекристаллизации и кальцитизации, при этом большая часть первичных пор «залечена» кальцитом. Характерно развитие новообразований кальцита в виде мелких щеточек по стенкам пор и каверн. В то же время заметное развитие процессов растворения и выноса материала способствовало формированию вторичных пустот выщелачивания размером от 0,06 до 3-5 мм, реже до 10 мм. Резко подчинённое значение имеют реликтовые поры (до 0,06-0,08 мм). Кавернозность отмечается по всему разрезу, каверны различны по генезису. Одни унаследованные, развиты в пористо-проницаемых разностях; другие - вновь образованные в породах с плотной матрицей. Существенные различия их заключаются в неодинаковом влиянии на фильтрационно-емкостные свойства пород и объемы запасов, приуроченных к ним.

В разрезе скв. 7 преобладают органогенно-обломочные и оолитовые известняки, среди которых встречены прослои водорослево-детритовых, органогенно-детритовых и шламовых разностей. Породы подверглись значительной грануляции и перекристаллизации, последняя интенсивнее развивалась по цементу, хотя иногда известняки перекристаллизованы полностью и превращены в реликтово-органогенные или реликтово-оолитовые разности. Значительно проявились и процессы запечатывания первичных пустот кристаллическим кальцитом. Растворение и выщелачивание пород в скв. 7 не получили интенсивного развития, чем объясняется незначительная по сравнению со скв. 3 кавернозность пород.

В поровом пространстве изученных отложений преобладают реликтовые пустоты размером до 0,08 мм, достаточно часты также поры, генетически связанные с процессами перекристаллизации, размеры которых достигают 0,1-0,3 мм. Более крупные пустоты выщелачивания органических остатков, оолитов и других компонентов породы встречаются редко, в отдельных прослоях. В большинстве случаев размеры вторичных пустот выщелачивания не превышают 1-1,5 мм, хотя в единичных образцах наблюдаются сквозные каверны, имеющие выход на две грани кубика, внутри которого они образуют широкие каналы диаметром 1.5 мм, обеспечивающие высокую проницаемость.

Характерно, что продуктивные отложения, изученные в обеих скважинах, а также в скв. 5, содержат в большом количестве сильно обуглероженное черное ОВ, которое частично заполняет первичные пустоты, располагается между кристаллами кальцита на участках перекристаллизации, а иногда (скв. 5) цементирует органические остатки и их обломки. Это вещество твердое, нерастворимое и является минеральной частью породы. Сформировавшаяся позже система вторичных пустот, каналов выщелачивания и трещин в основном свободна от черного ОВ.

Фильтрационно-емкостные свойства изученных пород меняются в широких пределах (табл. 1). В продуктивной части разреза обеих скважин уверенно выделяются коллекторы порового типа. Породы в этих интервалах отличаются высокой емкостью: минимальные значения пористости 8 %, максимальные 17-18,6 %. Проницаемость пород изменяется в пределах (0,8-42,5) *10^-15 м², в образце со сквозной каверной составляет более 2*10^-12 м². Содержание остаточной воды колеблется от 15,5 до 32,2 %.

При исследовании геометрии порового пространства органогенных известняков методом ртутной порометрии (рис. 1) впервые было выявлено наличие типично поровых коллекторов и установлены существенные различия в их размерах - присутствие крупно- и тонкопористых разностей. Крупнопористые разности органогенных известняков характеризуются широким диапазоном радиусов фильтрующих пор - от 5 до 50 мкм, отсутствием четко выраженного максимума и значительным превышением величины проницаемости (теоретической), рассчитанной с учетом размеров фильтрующих пор, над проницаемостью, замеренной в лаборатории (табл. 2). В поровом пространстве пород с более тонкопористой структурой радиусы фильтрующих пор изменяются в пределах 0,5-5 мкм или 2,5-10 мкм. Для них типично наличие четкого максимума в зоне фильтрующих пор и меньшие различия между теоретической и фактической проницаемостью. Как видно из табл. 2, обе разновидности пористых известняков содержат незначительное (не более 20.5 %) количество пор радиусом менее 0,1 мкм. Исходя из этого можно считать, что содержание связанной воды меняется от 11,9 до 20,5 % в пористых разностях. Характерно, что известняки с различной структурой пор встречаются в одних и тех же интервалах и не имеют какой-либо четкой приуроченности в разрезе.

Высокая и повсеместная трещиноватость пород Тенгизского месторождения и особенно интенсивное развитие горизонтальных трещин требуют детального изучения. С помощью способа насыщения пород люминесцирующими жидкостями (К.И. Багринцева, 1982 г.) выявили различную интенсивность трещиноватости, морфологию и сообщаемость трещин (рис. 2). Анализ полученных данных показал, что трещины развиты в различных типах пород: и в пористо-проницаемых разностях, емкость которых достигает 7,3-9,1 %, и в относительно более плотных породах с пористостью до 4 %. Максимальная трещиноватость свойственна более плотным известнякам (пористость до 20 %). Наличие трещин в них определяет резко выраженную анизотропию проницаемости, которая меняется по взаимно перпендикулярным направлениям на 2-3 порядка (см. табл. 1, интервал 3981-3987 м). Средние значения поверхностной плотности трещин в подобных разностях 0,74-1,06 см/см², раскрытость их 5-200 мкм, а средняя раскрытость фильтрующих трещин 54- 84 мкм. Трещины длинные и секущие, слабо извилистые, иногда оперенные короткими прямыми трещинами. По данным ртутной порометрии, в известняках с пористостью 1,4-4,6 % преобладают микропоры радиусом менее 0,1 мкм, количество которых возрастает до 67-77 %. Радиусы фильтрующих поровых каналов не превышают 5 мкм. Теоретическая проницаемость матрицы невысокая (0,04-0,05)*10^-15 м² (рис. 3).

Аналогичный характер пористости отмечается и в разностях с плотной матрицей, в которых зафиксированы трещины и каверны. Содержание пор менее 0,1 мкм составляет 57-61 %. Максимальный размер фильтрующих каналов возрастает за счет трещин и каверн до 25 мкм. Теоретическая проницаемость этих разностей (6,9-11,3)*10^-15 м².

В более пористых разностях количество трещин снижается, средняя плотность их около 0,2 см/см², средняя раскрытость не превышает 21-23 мкм, для фильтрующих - 25 мкм, анизотропия проницаемости не наблюдается. В целом для изучаемого разреза характерны горизонтальные трещины, длинные и секущие, нередко ветвящиеся, что обеспечивает хорошее соединение их друг с другом. В ряде образцов встречены наклонные трещины и отчетливо выраженные вертикальные. Мощность интервалов, представленных трещиноватыми породами, меняется от 10 до 40 м, они чередуются с пористо-проницаемыми разностями.

Присутствие трещин в слабопористых (2-4 %) породах, имеющих проницаемость (0,6-2,5) *10^-15 м², а также резко выраженную анизотропию, позволяет говорить о наличии коллекторов порово-трещинного типа.

Характер чередования пород, мощности и свойства коллекторов различного типа показаны в скв. 7 (рис. 4). Особенности строения продуктивной части палеозойского разреза месторождения Тенгиз обусловили развитие здесь коллекторов порового, трещинного и каверново-трещинного типов.

Коллекторы порового типа представлены слабосцементированными разностями органогенных и органогеннообломочных известняков или относительно плотными разновидностями пород с широко развитыми вторичной пористостью и кавернозностью. Они характеризуются значениями пористости 8-18,6 %, изменением проницаемости в пределах (0,8-42,5)*10^-15 м² и, по классификации К.И. Багринцевой (1977 г.), относятся к V-VI классам (возможно присутствие коллекторов более высоких классов). Мощности пористых прослоев варьируют в широких пределах - от 2-3 до 13-15 м.

Коллекторы каверново-трещинного типа, часто содержащие и поры, обладают пористостью от 4 до 8 %, проницаемостью (0,6-2,5)*10^-15 м². В ряде случаев при развитии «сквозных» каверн их емкость увеличивается до 13 %, а проницаемость, характеризующаяся резкой анизотропией, достигает 2*10^-12 м² (по лабораторным данным). Как правило, они сложены плотными разностями известняков с неравномерно распределенной пористостью при одновременном присутствии в них выщелоченных трещин и каверн. Мощности, прослоев подобных коллекторов составляют 3-12 м.

Трещинный коллектор устанавливается по наличию образцов с низкой (менее 2 %) пористостью и с проницаемостью более 0,1*10^-15 м², которая изменяется по взаимно перпендикулярным направлениям на один-два порядка. Мощности подобных прослоев пока неизвестны из-за сложности определения фильтрационных свойств трещиноватых разностей. Однако можно уверенно говорить о том, что, переслаиваясь с другими типами коллекторов, они создают сложно построенные пласты общей мощностью до 15 м (см. рис. 4).

Следует отметить, что, несмотря на относительно глубокое погружение продуктивных пород месторождения Тенгиз (свыше 4 км), в них широко развиты типичные коллекторы порового типа, а трещины сохраняют значительную протяженность и раскрытость и обеспечивают сообщаемость пластов.

Таблица 1 Результаты определения коллекторских свойств пород месторождения Тенгиз

Глубина, м	Объемная масса образца, г/см^3	Пористость, %	Остаточная вода,%	Проницаемость n*10^-15, м^2				Литологическая характеристика пород
				абсолютная			эффективная
				I	II	III
3981-3987	2,55			0,008	2,2	Скв. 7 1,3	-	Известняк органогенно детритовый с тонко рассеянным черным ОВ, с единичными порами, трещиноватый
3981-3987	2,55	2,0		0,23	0,97	1,7		Известняк органогеннообломочный с оолитами, кальцитизированный, с реликтовыми порами
3991,4-3997	2,17	18,3	32,1	1,0	1,1	1,1	0,07	Известняк оолитово-комковатый, перекристаллизованный, тонкопористый
3991,4-3997	2,32	13,0			2478,8			Известняк комковатооолитовый, перекристаллизованный с черным ОВ по межформенному пространству, пористый со сквозными кавернами
3991,4-3997		13,5 теор.		17,9	42,5			Известняк водорослевокомковатый, доломитизированный, сильно насыщен черным ОВ, пористый
3991,4-3997	2,40	8,6		0,32	0,96	0,3		Известняк органогеннообломочный с оолитами, перекристаллизованный пористый, с черным ОВ, по порам
4009-4015	2,60	2,1	-	0,01	0,92	0,70	-	То же, поры заполнены вторичным СаСО3
4015-4021	2,35	13,6	32,2	12,7	7,9	10,8	6,4	Известняк реликтовооолитовый, перекристаллизованный доломитизированный, пористый
4015-4021	2,33	14,0	26,3	1,6	13,2	3,3	12,6	То же, с выщелоченными оолитами, со сгустками черного ОВ
4015-4021	2,56	10,7	47,8	0,2	0,3	0,3	0,003	Известняк органогеннообломочный с оолитами, с черным ОВ по порам, пористый
4069-4075	2,23	15,5	15,5	20,3	19,1	21,6	14,5	Известняк брахиоподово-криноидный с остатками водорослей, кальцитизированный, пористый
4118-4125	2,38	10,9		3,2	3,1	3,5		Известняк органогеннообломочный с оолитами, пористый с черным ОВ по органическим остаткам
4118-4125	2,35	12,7	47	6,3	6,0	6,1	-	Известняк обломочный, пористый
Скв. 4
4055-4059	2,21	16,6	-	15,9 теор.	-	-	-	Доломит тонкозернистый, пористый
4055-4059	2,40	7,4	48,9	0,4	3,8	2,0	0,17	Известняк водорослевый, доломитизированный, пористый
4099-4106		11,7		75,6 теор.				Известняк реликтово-биоморфный, пористый, с черным ОВ
4167-4174	2,67	1,2		6,9 теор.				Известняк органогенный трещиноватый, с единичными порами

Таблица 2 Характеристика структуры пустотного пространства пород месторождения Тенгиз

Глубина, м	Пористость,%	Проницаемость			Содержание пор с радиусом <0,1 мкм	Средний радиус пор, мкм	Радиусы пор, определяющих фильтрацию, мкм	Количество пор, определяющих фильтрацию, %	Теоретическая проницаемость, м^2	Объем пор на грамм породы, см^3/г
		Типы коллекторов
		I	II	III
Скв. 4
4055-4059	16,6				40,0	0,163	5-20	7,0	15,9	0,049
4055-4059	7,4	.-	-	-	26,3	1,5	8-25	25,0	53,0	0,028
4092-4099	4,3 (теор.)	-	-	-	61,4	0,0312	12,5-25	7,2	11,3	0,017
4099-4106	11,7 (теор.)	-	-	-	33,1	0,2	16-32	7,0	75,6	0,05
4160-4167	1,4	-	-	-	77,0	0,0101	0,75-5	6,5	0,04	0,011
4167-4174	1,2	-	-	-	56,7	0,0312	12,5-20	19,4	6,9	0,005
Скв. 7
3991,4-3997	13,5 (теор.)	17,9	42,5	-	17,5	1,0	12,5-50	13,5	145,2	0,058
3991,4-3997	8,6	0,32	0,96	0,3	15,9	0,5	0,5-5	56,8	0,3	0,048
4015-4021	14,0	1,6	13,3	3,3	14,5	1,0	6,7-32	15,0	56,7	0,045
4033-4039	6,9	-	-	-	37,0	0,125	0,375-5	23,0	0,17	0,025
4069-4075	15,5	-	-	-	7,5	1,25	3,75-25	19,5	23,3	0,070
4118-4125	10,9	3,2	3,1	3,5	20,5	2,0	2,5-10	47,0	9,3	0,034
4118-4125	12,7	6,3	6,0	6,1	11,9	2,5	5-32	39,2	58,3	0,053

Рис. 1. Порометрические кривые для пористо-проницаемых карбонатных пород скв. 7.

1 - содержание пор данного размера; 2 - долевое участие пор в фильтрации; 3 - поры, определяющие фильтрацию

Рис. 2. Характер трещиноватости карбонатных пород месторождения Тенгиз.

Скв. 7, глубина 4091-4097 м, средняя поверхностная плотность трещин 1,06 1/см², средняя раскрытость трещин 32 мкм, фильтрующих 54 мкм

Рис. 3. Порометрические кривые для трещиноватых карбонатных пород скв. 4.

Уел. обозн. см. на рис. 1

Рис. 4. Литологическая характеристика и распределение фильтрационно-емкостных свойств в разрезе скв. 7.

1 - известняки; разности: 2 - органогенно-обломочные, 3 - органогенно-детритовые, 4 - оолитовые; 5 - перекристаллизация; 6 - кальцитизация; 7 - битуминозность; 8 - стилолитовые швы; 9 - нефтенасыщенность; 10 - поры; 11 - каверны выщелачивания в породах с пористой матрицей; 12 - каверны выщелачивания по трещинам в породах с плотной матрицей; 13 - трещины и их ориентировка; 14 - тонкопористые породы; величины: 15- пористости, 16 - проницаемости, 17 - граничные пористости и проницаемости для коллекторов порового типа