|
УДК 552.578.2.061.4:551.72(470.41) |
Породы-коллекторы кристаллического фундамента Татарии
А.Б. БЛИЗЕЕВ, К.Н. ДОРОНКИН, В.П. СТЕПАНОВ (ТатНИПИнефть), Р.X. МУСЛИМОВ (Татнефть)
Выявление разуплотненных зон в кристаллическом фундаменте стало возможным лишь в результате сверхглубокого [3], глубокого параметрического [1] и поискового бурения на кристаллические и рифей-вендские осадочные образования [2], проводимого в последние годы на Кольском полуострове и в Татарии. В настоящее время в Татарии закончено бурение свыше 10 глубоких скважин, вскрывших породы кристаллического фундамента на глубину от нескольких сотен до 3250 м (скв. 20000 Миннибаевская; рис. 1). Данные бурения этих скважин свидетельствует о наличии в толще фундамента на значительной глубине (до 3200 м) проницаемых трещиноватых зон коллекторов, по которым свободно циркулируют газонасыщенные флюиды. Как показало бурение скв. 20000 Миннибаевской, число газонасыщенных проницаемых зон возрастает с глубиной, значительная насыщенность подземных вод углеводородными газами и битумными веществами позволяет предполагать возможную нефтегазоносность трещиноватых, кавернозных и брекчированных участков фундамента за счет миграции УВ, либо, по данным Б.М. Юсупова (1963 г.) и В.А. Лобова (1970 г.), из глубоких впадин, либо, по представлениям Л.Н. Еланского (1966 г.) и В.А. Краюшкина (1984 г.), из глубинных очагов, или, наконец, генерации УВ в самом фундаменте [5].
Все эти факты меняют наши представления о фундаменте как о монолитной толще, непроницаемой для эндогенных газов и растворов.
Информацию о коллекторах в фундаменте дает комплекс ГИС, состоящий из бокового (БК), гамма-(ГК), нейтронного гамма-(НГК), акустического (АК) каротажей и кавернометрии (KB). Кривые стандартного каротажа (КС и ПС) являются менее информативными, поскольку породы фундамента, представленные, как правило, метаморфическими образованиями, обладают большим сопротивлением (105- 106 Ом*м), тогда как сопротивление глинистого раствора всего 0,8-0,9 Ом*м. Разность потенциалов между измерительными электродами стандартного электрокаротажного зонда зависит от плотности тока в скважине, которая, в свою очередь, определяется сечением ствола. Таким образом, показания КС осложняются влиянием скважины, что приводит к сглаженной форме кривой КС, по которой невозможно определить границу коллектора в случае его незначительной мощности. Более удовлетворительные результаты по отбивке пластов малой мощности (2-5 м) получаются по БК, так как они в этом случае меньше зависят от скважинных условий и позволяют судить об истинном удельном сопротивлении пород. Это подтверждается при сопоставлении скважинных и лабораторных исследований.. Однако лучшие данные получаются при изучении пород с сопротивлением 100-800 Ом*м. Низкие показания БК (до 15 Ом-м) обусловлены, по-видимому, наличием в породах трещин, заполненных пластовым флюидом или фильтратом бурового раствора.
KB позволяет установить наличие глинистой корки в скважине, которая формируется у пород с проницаемостью выше (0,5-1,0) *10-15 м , что указывает на определенные их коллекторские свойства. При меньших значениях проницаемости образования корки не происходит.
Трещиноватость кристаллических пород характеризуется показаниями ГК, по кривым которого также можно судить о степени однородности разреза и интенсивности его гранитизации.
НГК и АК позволяют определить содержание флюида в трещиноватых породах фундамента. Однако в плотных метаморфических породах показания НГК зависят от количества в них воды и железа. Водоносные имеют минимальные показания.
АК с аппаратурой СПАК-4 сильно занижает глубину исследования скважины, так как высокая частота собственных колебаний датчиков и узкополосная характеристика приемника снижают точность определения скоростей упругих волн.
Для выделения коллекторов в кристаллической толще фундамента необходимо применять комплекс промыслово-геофизических методов, включающий как БК, ГК, НГК и АК, так и термометрию, позволяющую определить геотермический градиент в скважине и места поступления в нее газожидкостных флюидов. Кроме того, целесообразно создать новую аппаратуру для дифференциации по электрическим свойствам объектов высокого сопротивления и фиксации рельефа стенок скважины при исследовании ее ядерно-физическими методами.
Рассмотрим некоторые примеры трещинных коллекторов в кристаллической толще фундамента по данным ГИС.
Скв. 20005 Карачевская
вскрыла кровлю архейских пород на абсолютной глубине -3637 м и прошла по ним
256 м. Породы представлены эпидот-кварц-плагиоклазовыми гнейсами, содержащими
маломощные прослои эпидотизированных амфиболитов, а также многочисленные
реликты интенсивного воздействия на гнейсы низкотемпературных гидротермальных
процессов. Данные ГИС (рис. 2) позволяют установить в
интервалах 3976-3984 м самое низкое по БК (до 10-15 Ом-м) сопротивление,
3970-3992 м - наличие глинистой корки, 3976-3980 м - минимальную
радиоактивность 4 мкР/ч на фоне средней радиоактивности около 7 мкР/ч, а также
максимальные 
по АК.
Таким образом, данные ГИС свидетельствуют о возможности выделения в интервале 3968-3986 м трещинных коллекторов в интенсивно перемятом брекчированном «слое», где развиты низкотемпературные гидротермальные изменения пород с газожидкостными флюидами в трещинных зонах.
Скв. 20011 Бавлинской вскрыты породы фундамента мощностью 1633 м.
Зоны воздействия низкотемпературных процессов выявлены в интервалах 1955-1960, 2010-2015, 2080-2087, 3064-3101, 3494-3500 м. На глубине 1955-1960 м установлены интенсивная серицитизация плагиоклаза, серпентинизация и хлоритизация амфибола и пироксена. В интервале глубин 2010- 2015 м породы, кроме того, сильно брекчированы.
Скв. 20015 Сотниковская прошла по породам фундамента 682 м, где на глубинах 1926-1936, 2000-2032, 2098-2140 м обнаружены трещинные коллекторы. По материалам ГИС здесь зафиксированы аномальные значения НГК, КС, ПС и резкое увеличение проводимости по БК.
Скв. 752 Уратьминской пробурена 495-метровая толща кристаллических пород, в разрезе выявлены большие каверны в интервале глубин 1716-2235 м.
Скв. 183 Суранчанская прошла 693-метровую толщу рифей-вендских отложений, дайку диабазовых пород и вскрыла на 156 м кристаллический фундамент. ГК и НГК позволили выявить в интервалах 2591-2594 и 2649-2659 м разуплотненные кристаллические породы, обладающие коллекторскими свойствами. Так, показания ГК и НГК здесь снижаются против фоновых (12-14 мкР/ч и 4 усл. ед.) до 8 мкР/ч и 2,8-3 усл. ед. Породы в интервале 2591-2594 м представлены габбро-диабазами, а в интервале 2649-2659 м - переслаивающимися гранито-гнейсами и биотит-амфиболовыми гнейсами с амфиболитами и пироксеновыми амфиболитами. Термометрические исследования позволили установить, что геотермический градиент в породах кристаллического фундамента, равный в верхней части вскрытого разреза 3 °С/100 м, увеличивается к забою до 5,6°С/100 м, а в среднем составляет 3,9°С/100 м.
Средние геотермические градиенты по измерениям в параметрических скв. 2000 Туймазинской, 20005 Карачевской, 20000 Миннибаевской, 663 Нурлатской, пробуренных на Татарском своде и его обрамлениях, соответственно равны 0,9, 0,95, 1,65, 2,67 °С/100 м. Таким образом, в скв. 183 Суранчанской самый высокий геотермический градиент для пород фундамента до глубины 3500 м. Плотность теплового потока в скв. 183 Суранчанской составляет 85,8 мВт/м2, что оказалось в 2 раза выше этой величины в кристаллических породах Восточно-Европейской платформы [4]. Приведенные факты свидетельствуют о высокой тектонической активности района, где пробурена скв. 183 Суранчанская, приведшей к образованию трещиноватости пород и обусловившей миграцию геотермальных флюидов и газов.
В породах фундамента (интервалы 2591-2594 и 2649-2659 м) наблюдается также снижение величины геотермического градиента от 50*10-8 до 25*10-3 °С/м для первого интервала и от 75*10-3 до 25*10-3 °С/м для второго (рис. 3). Такие аномальные величины геотермического градиента в интервалах пород фундамента, обладающих коллекторскими свойствами по показаниям ГК. и НГК, свидетельствуют, по-видимому, о местах поступления в скважину метана. При испытании из этих интервалов получен газированный фильтрат бурового раствора, состав газа (%) которого следующий: СН4 40,68, С2Н6 27,52, С3Н8 19,5, С4Н10 2,35, n-С4Н10 5,61, С5Н12 1,84 и С7Н16 0,62.
Повышенные газопоказания фиксировались пластоиспытателем на трубах КИИ-146 и в ряде других скважин. Так, в скв. 20000 Миннибаевской в интервалах 4456-4495 и 4876-5005 м в пробах жидкости зафиксирован метан (90-92 %), а также все компоненты до гексана включительно. Газ из интервала 4876-5005 м представлен следующими компонентами (%): СН4 96,11, С2Н6 3,62, С3Н8 0,233, С3Н6 0,0061, С4Н10 0,0015, n-С4Н,0 0,0103, С4Н8 0,0015, С5Н12 0,00133, n-С5Н12 0,00375, С6Н14 0,00622. Кроме того, в пробах объемное содержание (%) Не 5,196, Н2 8,287, N2 55,245 и СН4 30,056, возможно, эндогенного генезиса [6, 7].
Таким образом, по результатам ИПТ и газового каротажа в скв. 20000 Миннибаевской и скв. 183 Суранчанской интервалы 4703-5005, 2591-2594 и 2649-2659 м представлены трещинными газоотдающими коллекторами. Нижняя граница распространения коллекторов в фундаменте Татарии пока не установлена. Однако бурение скв. СГ-3 Кольской показало [3], что коллекторы трещинно-жильного типа прослеживаются до глубины 8,9-9 км, ниже которой резко уменьшаются число и мощность зон трещиноватости, содержащих подземные воды. Это свидетельствует о необходимости продолжения бурения других скважин и, в частности, скв. 20009 Новоелховской с проектной глубиной 7000 м для выявления коллекторов в кристаллической толще фундамента на больших глубинах, чем в скв. 20000 Миннибаевской.
В настоящее время в Татарии в кристаллической толще фундамента с трещинным типом коллектора выявлено и испытано более 80 объектов. В 10 из них получен приток пластовой жидкости, а в восьми - небольшие притоки бурового раствора. В остальных случаях притока не было. Однако установлено, что, если притока при испытании не отмечено, то это часто объясняется не отсутствием флюидов в фундаменте, а ухудшением проницаемости призабойной зоны пласта (ПЗП) вследствие закупорки трещин в коллекторе при воздействии промывочной жидкости и создаваемых в процессе бурения скважины значительных депрессий.
Распространенное в начальный период бурения мнение о необходимости создания при испытании объектов с большими депрессиями на пласт для вызова притока привело к тому, что большинство из них при депрессиях, равных 0,5-0,8 от пластового, оказалось «бесприточными».
Анализ данных, полученных
при испытании скв. 20000 Миннибаевской, показал, что в интервале глубин
4457-5005 м средний дебит пластового флюида, равный 81 м3/сут, был
получен при депрессии на пласт 8,2 МПа или
= =0,23рпл. При депрессиях на пласт 14,3
МПа или 
=0,3рпл
приток жидкости уменьшается до 19 м3/сут и затем происходит
закупорка ПЗП.
При испытании скв. 20015
Нурлатской в интервалах глубин 2218-2359 и 2450-2503 м при 
= (0,6...0,8)рпл был
получен незначительный приток глинистого раствора. После установления
компрессором депрессии 0,35рпл в интервале 1850-2503 м
резистивиметром отмечено осолонение раствора. С глубины же 2328 м получен
приток пластовой воды плотностью 1,14-1,16 г/см3.
Приведенные факты и анализ результатов испытания трещинных коллекторов фундамента позволили подобрать способ определения и выбрать оптимальную величину создаваемых на пласт депрессий, которые обеспечивают получение представительных притоков пластового флюида:
где 
- депрессия на пласт, МПа; рпл
- пластовые давления, МПа, вычисленные по формуле
где Н - глубина интервала
испытания, м; А - альтитуда устья скважины, м. Этим способом были рассчитаны
величины депрессий на пласт при испытании на приточность объектов скв. 678
Тлянчи-Тамакской. При испытании интервала 2050-2082 м с помощью регулятора
депрессий, управляемого с поверхности, создавались 
, равные 0,3, 0,42, 0,9 пластового
давления. При 0,3рпл был получен фильтрат раствора средним дебитом
40 м3/сут, при 0,42рпл - 10 м3/сут, а при 0,9рпл
притока не было, но зарегистрирована относительно «быстрая» кривая
восстановления давления, характерная для случаев закупорки ПЗП. Результаты
испытания подтверждают вывод о возможности смыкания коллектора и закупорки ПЗП
при мгновенных и максимальных снижениях забойного давления в скважинах.
Таким образом, испытания трещинных коллекторов фундамента следует проводить в соответствии с расчетом оптимальных значений депрессий на пласт, поскольку мгновенные глубокие депрессии вызывают закупоривание проницаемых зон за счет смыкания трещин, что приводит к ошибочным заключениям.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Глубинные исследования архейского фундамента востока Русской платформы в Миннибаевской скважине 20000. Под ред. Р.X. Муслимова, Т.А. Лапинской и др. Казань, Тат. кн. изд-во, 1976.
2. Глубинные исследования докембрия востока Русской платформы. Под ред. Р.X. Муслимова, Т.А. Лапинской, И.X. Кавеева. Казань, Тат. кн. изд-во, 1980.
3. Кольская сверхглубокая. Исследование глубинного строения континентальной коры с помощью бурения Кольской сверхглубокой скважины. М., Недра, 1984.
4. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых: Справочник геофизика. Под ред. Н.Б. Дортман. М., Недра, 1984.
5. Черский Н.В., Мельников В.П., Царев В.П. Явления генерации углеводородов из предельно окисленных соединений углерода и воды.- Докл. АН СССР, Сер. геол., т. 288, № 1, 1986, с. 201 - 204.
6. Юсупов Б.М. Новая концепция проблемы происхождения нефти и природного газа. Уфа, БФАН СССР, 1982.
7. Gold Т., Soter S. The Deep-Earth-Gas Hypothesis.- Scientific American, 1980, No 6,p. 130-138.
Рис. 1. Схема расположения скважин, вскрывших кристаллический фундамент на значительную глубину.
1- изогипсы поверхности фундамента, м; 2 - границы выклинивания рифей-вендских отложений; 3 - границы структуРных элементов; 4 - скважины, вскрывшие кристаллические породы на глубину 500-3250 м. Тектонические элементы: I - Южно-Татарский, II - Северо-Татарский, III - Токмовский своды, IV - Мелекесская, V - Верхнекамская впадины; VI - Казанский прогиб
Рис. 2. Геофизическая характеристика кристаллических пород по данным ГИС (Верхнекамская впадина, скв. 20005).
1 - эпидот-кварц-плагиоклазовые гнейсы; 2 – интервалы отбора керна; 3 - интервалы развития трещиноватых пород (коллекторов)
Рис. 3. Термометрическая и газокаротажная характеристики кристаллических пород по данным ГИС (Верхнекамская впадина, скв. 183).
1 - переслаивание биотитовых амфиболитов и гнейсодиоритов; 2 - амфиболиты; 3 - пироксеновые амфиболиты; 4 - трещиноватые породы (коллектор)