УДК 552.578.2.061.4(574.13)

Кавернозность карбонатных пород-коллекторов Карачаганакского месторождения

Т.А. ЮГАЙ, В.И. КЛЮЕВ, В.А. БАШМАКОВ (НВ НИИГГ)

Породы-коллекторы Карачаганакского месторождения относятся к сложному типу. Они имеют известковый, известково-доломитовый и доломитовый состав скелета. Пустотное пространство их представлено порами, кавернами и трещинами. При этом каверновая составляющая имеет существенное значение.

Продуктивный карбонатный комплекс месторождения включает рифогенные постройки нижнепермского и нижнекаменноугольного возраста. Глубокими скважинами вскрыты верхнедевонские, видимо, также рифогенные отложения. В нижнепермской постройке выделяются фации рифового ядра, межрифовой лагуны, рифового склона и шлейфа, в каменноугольной - фации внутренней лагуны, кольцевого рифа и рифового склона (рис. 1). Основными седиментационными типами рифогенных пород являются: 1) биогермный, водорослевый, 2) органогенно-детритовый, 3) органогенно-обломочный, 4) биохемогенный. Карбонатные породы в различной степени подвержены вторичным изменениям: доломитизации, кальцитизации, ангидритизации, перекристаллизации. Эти процессы сопровождались цементацией пустотного пространства. Наряду с этим в продуктивном комплексе развивалась трещиноватость и благодаря выщелачиванию происходило формирование вторичных пор и каверн.

Особенности распределения кавернозности в продуктивном карбонатном комплексе и морфогенетические характеристики каверн были изучены при послойном описании керна из всех пробуренных на месторождении скважин и исследовании ФЕС более чем 3000 образцов. Каверны установлены в 18,2 % образцов пород, в интервале глубин 3,7-5,3 км. Интервалы развития кавернозных пород варьируют от 0,5 до 50 м, распределение их по разрезу неравномерное. Кавернозность более характерна для биогермных и водорослевых пород, которые распространены преимущественно в фации рифового ядра и кольцевого рифа. Во внутририфовой лагуне с органогенно-детритовыми отложениями и в рифовом шлейфе с органогенно-обломочными, органогенно-детритовыми и биохемогенными осадками кавернозность минимальна (см. рис. 1).

Нужно отметить, что в породах-коллекторах частота встречаемости каверн вдвое больше, чем во всей совокупности пород, и для продуктивных отложений нижнего карбона и нижней перми составляет 35,5 %. В основном каверны имеют небольшие размеры, изометричную, удлиненную, либо сильно удлиненную, щелевидную форму, простые, слабоволнистые, либо сложные, фестончатые очертания. Выделяются первичные и вторичные каверны. Первичные представляют собой полости между каркасными организмами в биогермных породах, внутриформенные пустоты в раковинах. Реже первичные каверны образуются между крупными раковинами и обломками пород. При постседиментационных изменениях они частично или полностью цементировались аутигенными карбонатами и сульфатами с образованием корковых и друзовых инкрустаций.

Благодаря процессам выщелачивания, развивавшимся по органогенным остаткам, матрице пород вдоль трещин и по первичным порам и кавернам, происходило образование вторичной кавернозности. Вторичные каверны распространены значительно шире первичных. Механизм их образования был неодинаковым. Следует отметить, что оно происходило стадийно, через разуплотнение компонентов карбонатной породы. На пришлифовках разуплотненные участки обычно сохраняют порой довольно тонкие структурные элементы породы. Однако они отличаются низкой прочностью и очень высокой тонкой пористостью. При слабом механическом воздействии такие участки превращаются в мучнистую массу, состоящую из мельчайших кристалликов доломита, кальцита и вторичного кварца. Количество последнего по рентгеноминералогическим определениям достигает 20 %. Наличие аутигенного кварца в разуплотненных участках свидетельствует о прохождении через них пластовых вод с пониженными значениями рН, что и вызвало их частичное растворение. При дальнейшем выщелачивании происходило образование собственно каверн.

Нередко на боковых поверхностях керна наблюдается большое количество каверн сложной формы. На свежих сколах их меньше и они мельче. Обычно такое явление отмечается в керне биогермных и водорослевых пород. Внешние каверны образовывались в основном по разуплотненным участкам пород при выбуривании керна. Их объем не должен учитываться при измерении емкости коллектора.

Первичные и вторичные каверны на пришлифовках распределены неравномерно. В нижнепермских каркасных биогермных отложениях они развиты сильнее, чем в каменноугольных (корковых, строматолитовых, водорослевых). Размещение каверн в породах хаотично-гнездовое, реже зонально-полосовое, иногда сетчатое. Первое обусловлено различными литогенетическими факторами, такими как седиментационный тип пород, состав и структура органогенных остатков, минеральный состав скелета, распределение более ранних пор, каверн и трещин. Зонально-полосовое размещение каверн наблюдается вдоль трещин при корковой структуре водорослей, сетчатое создается ориентировкой трещинных систем в нескольких направлениях. Встречаются каверны в плотных (Кп=2...6 %) и в различной степени пористых (Кп=6...28 %) породах. В плотных вторичные каверны обычно имеют зонально-полосовое и сетчатое расположение.

При изучении кавернозности особое значение приобретает определение каверновой емкости пород-коллекторов. Это объясняется тем, что при оценке открытой пористости методом Преображенского не учитывается объем каверн, свободно сообщающихся с поверхностью образца. Ранее применялись различные способы определения объема внешних каверн и полной открытой пористости каверново-поровых коллекторов [1, 2].

Каверновая составляющая является компонентой, создающей емкостно-фильтрационную неоднородность коллекторов. Поэтому знание общей емкости или объема внешних каверн недостаточно для характеристики пустотного пространства сложно построенных коллекторов. Для селективной оценки кавернозности и пористости А.И. Хегай предлагал определять полную пористость образца и матрицы в сколах. Разность между полученными величинами принимали за каверновую составляющую. Отметим, что пористость матрицы в каверново-поровых коллекторах в разных частях образца неодинакова. Кроме того, сколы могут содержать внутренние каверны. Поэтому определение каверновой составляющей остается задачей, пока еще не решенной.

Структуру пустотного пространства каверново-поровых коллекторов Карачаганакского месторождения мы изучали методом автоматизированной обработки фотографий пришлифовок. Сходная методика была использована В.И. Тюриным, А.Т. Бояровым, И.Ф. Костенко (1977 г) при исследовании микроструктур поровых коллекторов. Для получения контрастной черно-белой фотографии пустотного пространства пришлифовку размером 4x6 см прокрашивали концентрированным раствором марганцевокислого калия, просушивали, после чего пустоты заполняли тонкодиспергированным мелом. Оптико-механическим устройством «Штрих-М», сблокированным с вычислительной машиной М-6000, производилась запись изображения на магнитную ленту. Обрабатывались записи на ЭВМ ЕС.

Основы методов анализа структуры пустотного пространства на шлифах были заложены П.П. Авдусиным, М.А. Цветковой, Г.И. Теодоровичем и Ф.И. Котяховым. Для определения структурных параметров обычно используют метод строчной развертки. На объект исследования накладывается серия параллельных линий (строк) с определенным шагом между ними. С помощью визуального или автоматизированного способа замеряют длину хорд, секущих пустоты или скелет пород по линии сканирования. Далее вычисляют среднее сечение пор, распределение их по размерам, долю емкости различных метрических классов пор и каверн в породе-коллекторе, удельную поверхность скелета, средний гидравлический радиус, извилистость пустот, количество хорд на строке.

Визуальное изучение фотографий, их группирование по морфогенетическим признакам позволяет разносторонне оценить кавернозность. Недостатком метода является малый размер образцов. Для его устранения необходим набор статистически значимых выборок каверновой емкости, что при машинной обработке фотографий сделать несложно.

Каверновая емкость автоматизированным способом определялась в 137 образцах, в том числе из ядра нижнепермского рифа - в 39, каменноугольного кольцевого рифа - в 98. В первом объекте она варьирует от 0,4 до 14,8 %, в среднем составляя 4,2 %, во втором от 0,2 до 11,7 %, в среднем - 2,1 %. Для всей совокупности среднее значение этого параметра составляет 2,7 %.

Распределение пустот по размерам и их емкостная характеристика приведены в таблице, из которой следует, что при относительно небольшой частоте встречаемости каверн (>1 мм) их доля в емкости каверново-поровых коллекторов весьма существенна в отложениях как нижней перми, так и карбона.

Промыслово-геофизическими методами карбонатные породы разделяются на преимущественно известковые (доломит 0-33 %), известково-доломитовые (33-66 %) и преимущественно доломитовые (66-100%). Поскольку минеральный состав влияет на определение пористости и выделение каверновой составляющей методами АК и НГК, выборка изученных образцов была подразделена на литологические типы в соответствии с указанным группированием. При этом для известняков средняя емкость каверн составила 3,2 %, для известково-доломитовых пород -2,5 %, для доломитов -2,2%.(рис. 2).

Каверновая составляющая как разность между значениями пористости по НГК и АК для всех скважин месторождения была определена В.П. Ветровой. Нами при сопоставлении кавернозности по ГИС и керну были получены близкие значения (соответственно 34 и 35,5 %). Близки и средние каверновые составляющие для всей выборки (соответственно 2,5 и 2,7 %).

Вместе с тем не во всех случаях устанавливается удовлетворительная сходимость кавернозных интервалов по керну и ГИС. Так, в скв. 19 среднее отношение каверновых емкостей керн-ГИС составляет 1,2, но в отдельных интервалах оно варьирует от 0,2 до 3. Не всегда совпадают интервалы кавернозных пород по керну и ГИС. Указанные несоответствия связаны с различными причинами, такими, как вещественный состав и структура пород, неполный вынос керна, отличия в методах оценки кавернозности по керну и ГИС. Керновые пробы в 2500 раз меньше объема пород, изучаемого ГИС при вертикальном интервале 0,6 м и зоне влияния 0,2 м. Из этого следует, что в каждой точке продуктивного разреза объекты измерения различными методами были неодинаковы. При неоднородности структуры пустотного пространства выявленные расхождения неизбежны. Но они имеют случайный характер и подчиняются статистическим закономерностям. Это доказывается совпадением или сходством средних величин по ГИС и керну. Представляется, что данные о кавернозности по ГИС могут быть использованы для общей оценки того или иного подсчетного блока или фациальной зоны, но недостаточно корректны для оценки отдельного интервала.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методические рекомендации по исследованию пород-коллекторов нефти и газа физическими и петрографическими методами.- М.: ВНИГНИ- 1978.

2. Потапов В.П. Методика изучения физических свойств пористо-кавернозных пород // В кн.: Коллекторы нефти и газа и флюидоупоры.- Новосибирск.- 1982.- С. 85-86.

Таблица

Фациальные зоны	Размер пустот, мм	Частота встречаемости пустот (пределы значений), %	Доля емкости пустот различного размера (пределы значений), %
Ядро рифа P₁	0,01-0,1	25,5(0-52,7)	5,7(0-22,0)
	0,1 - 0,25	29,8(10,3-48,6)	14,9(1,7-49,5)
	0,25-0,5	23,5(10,0-36,8)	19,9(8,2-34,0)
	0,5-1,0	13,1(1,1-30,8)	20,3(4,9-45,0)
	>1,0	10,2(0,1-26,0)	39,1(0,4-75,6)
Кольцевой риф С	0,01-0,1	26,2(0-55,4)	8,1(0-28,7)
	0,1-0,25	37,3(18,2-76,2)	22,9(6,5-51,2)
	0,25-0,5	22,2(10,2-38,4)	26,2(14,1-43,8)
	0,5- 1,0	9,9(1,4-23,7)	21,3(5,6-36,5)
	>1,0	4,4(0,03-13,4)	21,4(0,2-56,5)

Рис.1. Схемы распространения кавернозных пород в нижнепермской (а) и каменноугольной (б) постройках карачаганакского комплекса:

1 - границы между фациальными зонами; фации: 2 - рифового ядра и кольцевого рифа, 3 - межрифовой и внутририфовой лагун, 4 - рифового склона, 5 - рифового шлейфа, 6 - депрессионные; 7 - частость кавернозных пород, %

Рис. 2. График распределения каверновой емкости в известняках (1), доломитах (2), известково-доломитовых породах (3), во всех породах (4)