|
УДК 552.578.2.061.4(574.1) |
Т.А. ЮГАЙ, В.Б. ЩЕГЛОВ (НВ НИИГ), О.Н. МАРЧЕНКО, Н.Г. МАТЛОШИНСКИЙ (Уральскнефтегазгеология)
В последние годы появились работы, в которых развивается представление о суперколлекторах - горизонтально-плитчатых породах со сверхвысокой проницаемостью [2 и др.]. Поскольку при изучении керна карбонатных отложений литологи встречают тонколинзовидно-горизонтально-трещиноватые породы-коллекторы, это представление было воспринято как реальность. Суперколлекторам было придано кардинальное значение в формировании залежей УВ и, что особенно важно, в разработке таких месторождений, как Оренбургское, Карачаганакское, Астраханское [2]. Позднее появилось сомнение, что суперколлекторы развиты в резервуарах указанных месторождений [5, 8 и др.]. Поскольку создание оптимальной системы разработки этих месторождений имеет важное народнохозяйственное значение, объективное решение вопроса о суперколлекторах является необходимым.
Концепция об их существовании базируется на изучении керна, проходке скважин, данных о разработке месторождений, теоретических предпосылках и ряде допущений и предположений. Поэтому определение меры ее достоверности требует детального рассмотрения всех этих аспектов.
Суперколлекторы выделяются в качестве одного из компонентов пластовой модели месторождения, которые должны рассматриваться в ассоциации с другими составными частями. На основе анализа строения месторождений, приуроченных к крупным карбонатным массивам, в них выделяются следующие главные элементы: Толщи с преобладанием пород-коллекторов (базисные резервуары); толщи низкопоровых слабопроницаемых пород, примыкающие к базисным резервуарам (дополнительные резервуары - низкопоровые толщи); пачки (толщи) плотных, практически непроницаемых пород, являющиеся в процессе разработки экранами (перемычками) для толщ-резервуаров либо обладающие затрудненной гидродинамической связью - экранирующие пачки; пласты-суперколлекторы малой мощности со сверхвысокой, по сравнению с вмещающими толщами, проницаемостью.
Наличие указанных элементов продуктивных массивов горных пород закономерно и обусловлено ритмичностью процессов осадконакопления» [1, с. 4].
Локализация нефтегазоконденсатных месторождений при этом связывается с крупными высокоамплитудными карбонатными ловушками, образованными в результате тектонических движений. В процессе формирования ловушки при проявлении тектонических усилий неизбежно появление субгоризонтальной трещиноватости и так называемых пород-суперколлекторов (И.П. Жабрев, М.А. Политыкина, 1983 г.).
Выделены две разновидности: горизонтально-трещиноватый плитчатый суперколлектор, где сверхвысокая проницаемость обеспечена системой субгоризонтальных трещин, обладающих сверхкапиллярной раскрытостью в пластовых условиях; массивно-рыхлый, в котором сверхпроницаемость обусловлена межгранулярной матричной проницаемостью. Обладая проницаемостью на несколько порядков выше проницаемости вмещающих пород-коллекторов, пласты-суперколлекторы представляют собой главную транспортную систему поступления УВ в массив, по ним же идет основной поток флюидов в скважину. Мощность пластов-суперколлекторов колеблется от 0,1 до 3,5 м, их доля в разрезе составляет 3-5 % эффективной толщи, а сосредоточенные в них запасы газа исчисляются единицами процентов (И.П. Жабрев, М.А. Политыкина, 1979 г.).
Наличие сверхпроницаемых пластов в продуктивном разрезе доказывается проникновением глинистого раствора в керн по горизонтальным трещинам, катастрофическим поглощением глинистого раствора при бурении, а также цемента при установке мостов [6].
И, наконец, эти авторы утверждают еще одно важное положение, что субвертикальные трещины формируются преимущественно в уплотненных малопроницаемых и непроницаемых разностях, а субгоризонтальные развиваются в основном в породах-коллекторах с пористостью более 6 %. При этом, как правило, вертикальные трещины закрытые (заполнены кальцитом, гипсом, реже кремнеземом), субгоризонтальные - открытые. Эта особенность трещиноватости была установлена на Оренбургском месторождении и перенесена на Карачаганакское.
Считается, что плитчатые суперколлекторы широко распространены в пределах прибортовых зон Прикаспийской синеклизы, установлены по керну на Карачаганакском, Тенгизском, Астраханском и Жанажольском месторождениях (И.П. Жабрев, М.А. Политыкина, 1983 г.).
Таковы общие положения концепции о суперколлекторах. Сущность сверхпроницаемых пород заключается в том, что они усиливают различия между резервуарами массивного и пластового типа, что не может не учитываться при создании рациональной системы разработки месторождений. Однако в пластовой модели с суперколлекторами, предлагаемой для крупных карбонатных резервуаров Прикаспийской впадины, не все позиции достаточно проработаны и бесспорны. Дискуссионными являются следующие: 1) формирование продуктивных карбонатных отложений, их структурные формы, роль тектонических деформаций в возникновении суперколлекторов; 2) дифференциация разнонаправленных трещин по раскрытости, интерпретация данных о частоте встречаемости вертикальных и горизонтальных трещин; 3) соотношение пропластков горизонтально-плитчатых суперколлекторов с зонами поглощения и дебитами газоконденсата.
Рассмотрим эти положения подробнее. Продуктивные карбонатные комплексы Прикаспийской впадины представлены слоистыми мелководно-морскими и рифогенными отложениями (табл. 1). Антиклинальные ловушки в слоистых мелководно-морских карбонатах, несмотря на большие амплитуды, являются типичными платформенными структурами и имеют весьма пологие крылья. На сводах структур породы залегают горизонтально. Возникает сомнение, что столь слабые складчатые движения привели к образованию протяженных пластов суперколлекторов, особенно если обратиться к геодинамике сильнодислоцированных структур, где развиты кливаж течения и разломы (В.В. Белоусов, 1985 г.).
Рифогенные постройки имеют крутые (до 35°) склоны, но представляют собой тектоно-седиментационные поднятия (Ю.С. Кононов и др., 1986 г.). Они созданы в результате высоких темпов седиментации в рифовых фациях и низких - в предрифовых при слабых тектонических дислокациях, которые не могли способствовать образованию непрерывных горизонтальных разрывов, протягивающихся на многие километры.
Развитие трещиноватости зависит также от состава и структурно-текстурных особенностей пород. В рифогенных фациях наряду со слоистыми органогенно-детритовыми, шламовыми, биохемогенными и обломочными отложениями существенная роль принадлежит массивным биогермным и водорослевым. В разрезе и по простиранию они замещают друг друга. Мелководно-морские слоистые представлены преимущественно органогенно-детритовыми, шламовыми породами, относительно хорошо выдержанными по простиранию. В них возможно проявление послойного кливажа, усиливающего первичную слоистость. Он образуется путем ламинарного скольжения вдоль плоскостей, параллельных слоистости при складкообразовании.
В карбонатных массивах Прикаспийской впадины послойный кливаж в разрезе и по простиранию может иметь ограниченное распространение из-за слабых тектонических дислокаций. Особенно это касается фациально невыдержанных рифогенных отложений. В этой связи отметим, что отнесение серпуховско-визейских пород месторождения Карачаганак к мелководно-шельфовым [6] является ошибочным. Установлено, что породами нижнего карбона сложен полифациальный атолловидный риф (Ю.С. Кононов и др., 1986 г.).
Несмотря на существенные различия в строении и геологической позиции, роли тектоники и седиментации в формировании Оренбургского, Карачаганакского, Тенгизского и Астраханского поднятий, для них предлагается единая модель трещиноватости, согласно которой вертикальные трещины развиты в основном в плотных породах и запечатаны, а горизонтальные - в пористых и раскрыты [2]. Эта модель не согласуется с теоретическими представлениями о деформации и разрушении твердых тел, развитии тектонических дислокаций, гидрогеохимии и аутигенном минералообразовании. Естественно, она не подтверждается результатами изучения керна.
В условиях трехосного объемного напряжения максимальные сжимающие складкообразующие нагрузки, ориентированные вкрест простирания пород, сочетаются с сильными вертикальными и относительно слабыми горизонтальными напряжениями, совпадающими с простиранием пород. Согласно механизму деформации, перпендикулярно направлению наименьшего главного напряжения возникнут трещины отрыва (К.И. Багринцева, 1982 г.). Под небольшими углами к максимальному главному напряжению возникают трещины скалывания - послойного кливажа. Таким образом, вертикальные трещины отрыва и горизонтальные скалывания образуются одновременно. Если формирование тектонического поднятия происходило с выгибанием вверх слоев в условиях растяжения, то и в этом случае наряду с субгоризонтальными трещинами послойного кливажа одновременно должны появляться вертикальные. При этом горизонтальные трещины послойного кливажа, образованные в условиях больших геостатических нагрузок, должны быть сомкнуты, а вертикальные, менее сжатые - раскрыты. В реальных анизотропных средах, кроме вертикальных и горизонтальных, имеются раскрытые и сжатые, наклоненные под разными углами трещины. Отметим, что в обсуждаемой модели трещиноватости [2] косые трещины не принимаются во внимание несмотря на то, что для карбонатных пород перечисленных выше месторождений характерны трещины, имеющие различную ориентировку [3, 4, 7, 8].
Будучи связанными с этапами тектонической активности, процессы трещинообразо-вания проявлялись в карбонатных массивах неоднократно. При этом благодаря усилению движения пластовых вод и нарушению геохимического равновесия происходило выщелачивание либо цементация пустот, включая и трещины. В сопряженных раскрытых трещинах, находящихся в одних и тех же породах, в одинаковых баротермических и гидрохимических условиях аутигенное минералообразование и заполнение битумом должно быть аналогичным независимо от направления трещин. Вопрос о причине запечатывания преимущественно вертикальных трещин поднимался авторами рассматриваемой модели трещиноватости [2], однако какого-либо объяснения они дать не смогли.
Нужно обратить внимание на то обстоятельство, что при анализе частоты встречаемости трещин различной ориентировки допускается систематическая ошибка из-за того, что в керне вертикальных скважин регистрируются все горизонтальные трещины и лишь очень небольшая часть имеющихся в массиве вертикальных. Такая ошибка допущена при оценке количественного соотношения горизонтальных и вертикальных трещин в карбонатном массиве на Оренбургском месторождении. При изучении керна было установлено [2], что в породах с пористостью больше 6 % частота встречаемости вертикальных трещин составляет 25,9 %, а горизонтальных - 81,9 %. На основе этих данных сделано заключение о преимущественном развитии в пластах-коллекторах горизонтальных трещин, а не вертикальных, что является, по меньшей мере, дискуссионным и распространять его на другие объекты [6] не следовало бы.
Нужно отметить, что для получения объективных данных о строении резервуаров, особенно с большим этажом продуктивности (Карачаганак, Тенгиз), необходимо изучать керн наклонных (под углом 45°) скважин. Только такие исследования позволят дать реальную оценку роли трещин в строении резервуаров.
Далее, для оценки достоверности концепции о суперколлекторах рассмотрим функциональные и морфогенетические признаки горизонтально-плитчатых пород, которые приняты в качестве доказательства существования в карбонатных массивах сверхпроницаемых пропластков большой протяженности. Считается, что подтверждением раскрытости горизонтальных трещин суперколлекторов на глубине является проникновение промывочной жидкости между плитками, а сверхпроницаемость обусловливает наличие зон поглощения и сверхбольшие притоки [6].
В связи с вышеизложенным заметим, что на разведочных площадях Северо-Западного (Ровенская, Краснокутская, Мокроусовская площади) и Восточного (Кенкиякская) Прикаспия в керне девонских и нижнепермских слоистых алевролито-глинистых пород, поднятых с глубины 4-5 км, проникновение бурового раствора по плоскостям отслоения наблюдается достаточно часто. Но стабильных притоков УВ из них пока не получено. Можно думать, что сжатые в недрах трещины послойного кливажа или поверхности микрослоистости при выбуривании и подъеме керна преобразовывались в раскрытые трещины, благодаря чему происходило проникновение глинистого раствора в его периферийные части.
О проницаемости продуктивных отложений и, в частности, пропластков горизонтально-плитчатых пород можно судить по результатам опробования скважин. Для этой цели по 87 испытанным объектам были подсчитаны удельные коэффициенты продуктивности Кпрод - приток газоконденсата (в тыс. м3/сут) или нефти (в т/сут) на 1 м эффективной толщины при неодинаковых депрессиях на пласт. В различных частях резервуара удельная продуктивность неодинакова. Значение Кпрод варьирует от 0,02 до 27, составляя в среднем 2.
Из 87 объектов опробования семь совпадают с интервалами отбора керна, где при послойном описании были отмечены горизонтально-плитчатые породы. Значения Кпрод в них показаны в табл. 2.
Самые высокие коэффициенты продуктивности установлены в скв. 2, которая вскрыла пористо-кавернозные породы с высокими ФЕС, а самые низкие - в скв. 4, в породах с предельными для коллекторов значениями пористости и проницаемости. Промежуточными коллекторскими свойствами обладают породы опробованных интервалов скв. 16 и 33.
Если исходить из представлений И.П. Жабрева и М.А. Политыкиной (1983 г.), то интервалы развития горизонтально-плитчатых пород должны иметь максимальную проницаемость. Однако анализ табл. 2 этого не подтверждает.
Достоверным признаком высокой проницаемости являются зоны поглощений промывочной жидкости. В настоящее время на Карачаганакском месторождении в интервале 4041-5360 м в отложениях нижней перми и карбона выявлено 20 зон поглощения. В пермских породах из шести зон три вскрыты скв. 18, две - скв. 2, по одной - скв. 4 и 23; семью скважинами зоны поглощения не обнаружены. В каменноугольных отложениях из 13 зон пять установлены скв. 38, три - скв. 35, две - скв. 30, по одной - скв. 16, 22, 33; в 21 скважине, вскрывшей каменноугольные отложения, зоны поглощения не отмечались.
Таким образом, 3/4 скважин в продуктивных карбонатах карбона и перми зон поглощения не вскрыли. В скважинах, где такие зоны имеются, их число варьирует от 1 до 5. Поэтому прокоррелировать в резервуаре зоны поглощения как субгоризонтальные пропластки большой протяженности не представляется возможным.
Керн из зоны поглощения на Карачаганакском месторождении был поднят дважды. В скв. 2 на глубине 4193-4202 м вскрыты кремовато-серые биогермные кавернозные известняки. Каверны имеют зонально-полосовое распространение с углом падения полосчатости 60°. Имеются щелевидные каверны, связанные с оперяющими трещинами. По стенкам каверн развиты крустификационные каемки доломита, а в интервале 4185-4193 м биоморфный известняк метасоматически замещен кремнеземом, что происходит при снижении рН пластовых вод и неустойчивости кальцита. Поглощение в данном случае, очевидно, связано с крутопадающей зоной трещиноватости, вдоль которой проявилось выщелачивание образованием хорошо сообщающихся каверн. В зоне повышенной проницаемости происходили процессы аутигенного минералообразования.
В скв. 33 в интервале 4934-4941 м висячий бок зоны поглощения характеризуется весьма низким выносом керна (4,2%). Кавернозные водорослевые известняки с плотной матрицей (Кп=3,5 %) здесь разбиты сетью разноориентированных трещин. Однако из-за малого выноса керна трудно определить, что послужило причиной поглощения бурового раствора. Вместе с тем можно достаточно уверенно оценить, каково поглощение промывочной жидкости пропластками горизонтально-плитчатых пород. В Карачаганакском карбонатном массиве при послойном описании керна они обнаружены на различных глубинах в разновозрастных породах различной фациальной принадлежности. Так, в скв. 2 было зафиксировано четыре пропластка горизонтально-трещиноватых пород, в скв. 4 - девять, в скв. 9 - восемь, в скв. 11 - три и т. д. Специально исследовалась горизонтальная трещиноватость в керне скв. 26, пробуренной на безводном растворе. Совпадения зон поглощения с горизонтально-плитчатыми породами не установлено. В скв. 26 на глубине 4600-4617 м в пористых органогенно-детритовых породах внутренней лагуны каменноугольного атолла обнаружено четыре пропластка горизонтально-плитчатых пород толщиной 0,8-6 м. В них керн представлен плитками различной толщины с зияющими трещинами, раскрытость которых уменьшается к центру керна. Трещины либо протягиваются через весь образец, либо размещаются прерывисто, кулисно, местами соединяясь и образуя линзовидную отдельность. В ряде случаев по периферии керна образуется затирочная кайма толщиной 1-2 см, где трещины не видны. Однако эти образцы легко разламываются руками и нередко имеют сланцеватую структуру. Следов битума и признаков аутигенной минерализации в таких трещинах не наблюдается.
При шлифовке некоторых образцов на круге корундовым порошком в массивном образце керна (скв. 26) появляются тончайшие прерывистые горизонтальные трещинки. Распил этих образцов отрезным кругом приводит к сильному увеличению числа трещин и их раскрытости. В разрезанных образцах, прошедших горячую экстракцию, раскрытость трещин в плитчатых породах достигает 2-3 мм.
Т.Д. Голф-Рахт (1986 г.) выделяет индуктированные трещины. Они отличаются свежим изломом и образуются в результате изгибающих и крутящих усилий, возникающих в керне при его выбуривании. Таким путем появляются горизонтальные трещины в плотных массивных биогермных породах. Плитки керна довольно часто имеют блюдцеобразную выпукло-вогнутую форму. Максимальная выпуклость совпадает с осью керна, поэтому техногенная природа этих трещин очевидна. Вместе с тем особенности первичных структурно-текстурных характеристик пород, несомненно, оказывают влияние на формирование природных и индуктивных трещин. Тонко- и криптослоистая структура пород определяет развитие послойного кливажа. Трещины кливажа, если связывать их со складкообразованием (Оренбургское и Астраханское поднятия), являются ранними и отсутствие в них минерального выполнения объясняется тем, что в недрах под влиянием горного давления они сжаты и циркуляции флюидов по ним не происходило. Это согласуется с тем, что интервалы продуктивного разреза, где в керне были обнаружены горизонтально-плитчатые породы как пористые, так и плотные, не дают больших притоков газоконденсата, не являются зонами поглощения, т. е. не обладают сверхвысокой проницаемостью. При выбуривании керна и снятии геостатической нагрузки происходит раскрытие трещин и его деление на плитки, что и послужило причиной появления концепции о суперколлекторах.
По другим позициям, связанным с разработкой месторождений, таким, как характеристика КВД, прорыв подошвенных вод, равно, как и поглощение бурового раствора, удовлетворительное объяснение может быть дано с позиции развития в резервуарах высокопроницаемых зон, связанных с системой разноориентированных трещин, в том числе вертикальных и крутонаклонных. Если же построить проект разработки Астраханского ГКМ с учетом суперколлекторов, то здесь, как и на Оренбургском месторождении, проявится раннее обводнение эксплуатационных скважин [5]. Разработка Карачаганакского ГКМ как пластового резервуара с суперколлекторами не позволит рационально использовать технологию обратной закачки сухого газа для более полного извлечения конденсата. Эти обстоятельства диктуют необходимость критического, осмысленного отношения к концепции о горизонтально-плитчатых сверхпроницаемых суперколлекторах при составлении проектов эксплуатации Астраханского и Карачаганакского месторождений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Жабрев И.П., Политыкина М.А. Особенности литологии коллекторов Оренбургского газоконденсатного месторождения // Обзор. Сер. Геол. и разв. газов, и газоконд. м-ний.- М.- ВНИИЭгазпром.- 1982.- Вып. 2.
2. Жабрев И.П., Закиров С.Н., Политыкина М.А. Суперколлекторы и их роль в управлении системой разработки месторождений // Геология нефти и газа.- 1986.- № 8.- С. 1-6.
3. Курышев А.Д., Умнов Е.С. К вопросу о выделении типов карбонатных коллекторов Астраханского газоконденсатного месторождения по данным исследования керна // В кн.: Геологическое строение и нефтегазоносность Нижнего Поволжья.- Саратов.- 1984.- С. 15-19.
4. Мухин С.И. Фильтрационно-емкостные свойства и типы коллекторов Тенгизского месторождения (Прикаспийская впадина). Коллекторы нефти и газа на больших глубинах // Тез. докл. IV Всесоюз. конф.-М.-1987.-С. 132-134.
5. О разработке Оренбургского газоконденсатного нефтяного месторождения / В.Ф. Перепеличенко, К.И. Багринцева, С.П. Максимов и др. // Геология нефти и газа.- 1987.- № 9.- С. 44-50.
6. Политыкина М.А., Кан В.Е. Особенности геологического строения Карачаганакского газоконденсатного месторождения в связи с проектированием разработки // Обзор. Сер. Геол. и разв. газов, и конд. м-ний.- М.- ВНИИЭгазпром,- 1984.- Вып. 9.
7. Трещиноватость низкопористых карбонатных пород и методы ее изучения / К.И. Багринцева, Г.Е. Белозерова, С.В. Суханова и др. // Обзор. Сер. Геол., методы поисков и разв. м-ний нефти и газа.- М.- ВИЭМС- 1986.
8. Югай Т.А., Щеглов В.Б., Бадоев Т.И. Трещиноватость карбонатных отложений и структура резервуара Карачаганакского месторождения // Геология нефти и газа.- 1987.- № 11.- С. 21-25.
|
Месторождения |
Тип отложений и структуры |
Максимальные углы наклона крыльев, град |
|
Астраханское |
Слоистые, мелководноморские; антиклиналь |
6 |
|
Жанажольское |
То же |
7 |
|
Оренбургское |
» » |
4 |
|
Карачаганакское |
Рифогенные; Тектоноседиментационная |
35 |
|
Тенгизское |
То же |
30 |
|
Номер скважины |
Кпрод интервалов горизонтально-плитчатых пород |
Интервалы опробования плитчатых пород |
Кпрод в интервале плитчатых пород |
|
2 |
0,6-27,0 |
3672-3679 |
1,8 |
|
7,1 |
4021,5-4033 |
5,7 |
|
|
4 |
0,02-0,2 |
4423-4432 |
0,2 |
|
0,06 |
|||
|
16 |
0,2-2,4 |
4522-4595 |
0,5 |
|
1,0 |
4880-4904 |
0,8 |
|
|
33 |
0,1-0,9 |
4957-4967 |
0,8 |
|
0,5 |
5024-5059 |
0,1 |
Примечание. В числителе - предельные значения, в знаменателе - средние.