К оглавлению	УДК 552.578.2.061.4
	© Е.В. Постников, А. И. Андрющенко, 1991

Оценочно-генетическая классификация карбонатных коллекторов

Е. В. ПОСТНИКОВ, А. И. АНДРЮЩЕНКО (ВНИГНИ)

Степень достоверности подсчета запасов месторождений УВ во многом зависит от точности оценки эффективного объема залежей, закономерности изменения которого в продуктивных карбонатных комплексах еще не вполне понятны. С целью совершенствования методики прогнозирования и повышения точности определения эффективного объема пористо-проницаемых зон проведена работа по выявлению закономерностей пространственного распределения карбонатных коллекторов и оценке их ФЕС на месторождениях Припятской и Прикаспийской впадин, Байкитской и Непско-Ботуобинской антеклиз.

Породы-коллекторы входят в состав продуктивных карбонатных комплексов, характеризующихся цикличностью строения и значительной фациальной неоднородностью, обусловленной различиями условий седиментации в локальных структурно-фациальных зонах со специфическими литологическим составом и мощностью циклов [4].

Образование карбонатного коллектора возможно при наличии осадков с высокой первичной пористостью и благоприятном воздействии на них постседиментационных факторов [1, 2]. Первично-пористые осадки приурочены к верхним частям карбонатных циклов мелководной фациальной зоны, воздействие же вторичных процессов на ту или иную часть циклов проявляется по-разному. Доломитизация повышается вверх по разрезу циклов и от пониженных участков палеоструктур к приподнятым. Ангидритизация и засолонение, связанные с пористо-кавернозными зонами, увеличиваются вниз по разрезу циклов, достигая максимума в основании пластов-коллекторов, и резко возрастают в мелководных застойных участках.

На преобразование карбонатного осадка оказывают влияние геостатическое уплотнение, перекристаллизация, трещинообразование, выщелачивание (карстовые явления), доломитизация и минералообразование в пустотном пространстве.

Литификация карбонатных осадков происходит на ранней стадии диагенеза, что сводит к минимуму их гравитационное уплотнение. Отрицательное воздействие гравитационного уплотнения выражается в снижении первичной ёмкости карбонатно-глинистых осадков в основании циклов, положительное - в отжимании элизионных вод из глинистых реперных частей циклов в надреперные неглинистые и из пониженных частей структур в присводовые. Погребенные воды двигались по слабо уплотненным оолито-онколитовым разностям и водорослевым образованиям с комочковой микроструктурой, увеличивая емкость и сообщаемость первичных пор в верхних частях циклов.

Перекристаллизация карбонатных пород определяется их первичными структурно-текстурными особенностями и уменьшается с увеличением глинистости и гидрогеологической закрытости территории [2]. Следовательно, глинистые обогащенные ОВ нижние части седиментационных циклов и разрезы пониженных участков шельфа перекристаллизованы слабо. С наибольшей интенсивностью процесс протекает в рыхлых слабоглинистых породах верхних частей циклов в зоне активного водообмена, что способствует образованию неравномерно-кристаллической микроструктуры пород, по которой происходят растрескивание и выщелачивание.

Трещины играют важную роль в формировании коллектора, расширяя пути фильтрации выщелачивающих растворов, но не могут рассматриваться как основная нефтесодержащая емкость природных резервуаров. Их положительная роль сводится к созданию гидродинамической связи между тонкими пористо-кавернозными нефтенасыщенными пластами, улучшению ФЕС пород, а отрицательная - к затушевыванию картины распределения запасов и усложнению процесса разработки залежи сильным обводнением объектов.

Большое значение при формировании вторичной емкости имеет выщелачивание, которое осуществляется главным образом инфильтрационными водами в зоне активного водообмена во время перерывов в осадконакоплении [3]. Д.С. Соколовым (1962 г.) сформулированы четыре необходимых условия проявления карста: наличие растворимых горных пород, их водопроницаемость, существование движущихся вод и их растворяющая способность. Основным фактором, снижающим растворимость карбонатных пород, является наличие битуминозно-глинистой составляющей в нижних частях циклов и разрезов относительно погруженных фациальных зон, в связи с чем карстовый процесс развивается в наиболее чистых верхних частях циклов и постепенно затухает по направлению к реперному пласту по мере увеличения глинистости разреза.

Повышенной седиментационной пористостью и водопроницаемостью обладают породы верхних частей циклов, поэтому вторичная емкость выщелачивания возрастает к кровле цикла.

Наибольшее влияние на формирование емкости выщелачивания оказало гравитационное движение атмосферных и морских инфильтрационных вод в периоды внутриформационных перерывов в осадконакоплении. На завершающем этапе формирования цикла органогенные карбонатные породы его верхней надреперной части, обладавшие первичной пористостью, выводились в экзогенную зону и образовывали резервуары, насыщенные морскими водами. Движение выщелачивающих вод происходило за счет волновой активности бассейна, приливно-отливных явлений и отжимания элизионных вод из глинистых реперных пластов.

Разрезы карбонатных комплексов в значительной степени представлены доломитами, вторичность которых доказана многими исследователями [1, 2]. Интенсивность доломитизации, так же как и перекристаллизации и выщелачивания, снижается с увеличением глинистости пород, вследствие чего слабоглинистые части циклов доломитизированы сильнее глинистых реперных пластов. Распределение доломитизированных разностей в разрезах седиментационных циклов и структурно-фациальных зонах позволяет предположить их генетическую связь с застойными участками, возникавшими на мелководье в конце формирования каждого седиментационного цикла. Активное накопление органогенно-водорослевых образований на приподнятых участках морского дна создавало барьеры, препятствовавшие поступлению в отшнурованные участки бассейна слабоминерализованных вод открытого моря. Сильная нарушенность фундамента и подсолевого ложа способствовала повышению трещиноватости в зоне флексурных сочленений блоков, что создавало пути поступления магнезиальных ювенильных рассолов в замкнутые лагуны. Концентрация рассолов в лагунах постепенно увеличивалась, и тяжелые минерализованные воды начинали вытеснять более легкие пресные и слабоминерализованные из выщелоченных к этому моменту пористо-кавернозных верхних частей циклов, создавая условия для доломитизации известняков. С увеличением длительности перерывов в осадконакоплении соленость воды в лагунах повышалась, и процесс доломитизации быстро сменялся сульфатизацией и галитизацией.

Детальное рассмотрение условий карбонатного осадконакопления и анализ воздействия постседиментационных факторов на осадки циклически построенных разрезов позволили определить приуроченность пород-коллекторов к верхним надреперным частям карбонатных циклов (рис. 1).

Определение ФЕС пород (открытой пористости и газопроницаемости в трех направлениях) осуществлялось по принятой методике на 300 кубиках размером 3X3 см в лаборатории подсчетных параметров ВНИГНИ. По проницаемости все образцы разделились на анизотропные, представленные слоистыми разностями и составившие меньшую группу, и изотропные, к которым отнесены неслоистые, комковатые разности, для которых построен график зависимости проницаемости и открытой пористости (см. рис. 2). Вся выборка выстроилась в довольно четкую зависимость, за исключением образцов с аномально высокой проницаемостью, вызванной наличием открытых трещин. По граничным значениям проницаемости, предложенным К.И. Багринцевой (1971 г.), на графике выделены соответствующие зоны, в каждой из которых сосредоточилась некоторая совокупность образцов, относящихся к определенному классу коллектора и, как показало их литолого-петрофизическое изучение, к определенному генетическому типу первичных известняков.

На основе генетической типизации первичных известняков и проведенной оценки ФЕС доломитов разработана оценочно-генетическая классификация коллекторов (таблица). Все изотропные образцы укладываются в группу В, характеризующуюся малой полезной емкостью и низкими фильтрационными свойствами, и группу Б со средними ФЕС. К группе В относятся два класса коллекторов - VII и VI, к группе Б - V и IV-III классы. Часть исследованных образцов обладала проницаемостью менее 0,2*10^-3 мкм². что соответствует ее нижнему пределу. Пористость этих образцов не превышала 5 %, что в Белоруссии принято за нижний предел пористости. Низкопоровые коллекторы развивались по строматолитовым комковатым массивным известнякам со сгустковой микроструктурой водорослевых образований. При наличии трещин проницаемость этих пород повышается до (1-50)*10^-3 мкм², что позволяет включать их в состав эффективных мощностей и относить к порово-трещинному типу и VII классу.

Самый низкий (VII) класс коллекторов проницаемостью (0,2-1)*10^-3 мкм² представлен доломитами неравномерно-тонко- и мелкокристаллическими с размером ромбоэдров 0,03-0,15 мм, развивавшимися по строматолитовым комковатым массивным известнякам. Более крупные кристаллы и поры выщелачивания размером 0,08-0,2 мм соответствуют водорослевым образованиям с комочковой микроструктурой. Пористость образцов колеблется в пределах 5-7 %. Крупные поры соединены тонкими каналами, создающими пути фильтрации. При наличии открытых трещин проницаемость образцов увеличивается до 200*10^-3 мкм². Тип коллекторов поровый или порово-трещинный.

Коллекторы VI класса проницаемостью (1 - 10)-10^-3 мкм² и пористостью 6-10% соответствуют двум генетическим типам известняков: строматолитовым комковатым массивным с равномерной комочковой микроструктурой и оолито-онколитовым с комками водорослевых образований комочковой микроструктуры. Коллекторы, сформировавшиеся по строматолитовым известнякам, представлены равномерно-мелкокристаллическими, равномерно-пористыми доломитами с мелкими редкими кавернами размером до 1 мм. По оолито-онколитовым разностям образуются неравномерно-тонко- и мелкокристаллические доломиты с крупными порами выщелачивания (до 0,8 мм) и кавернами (до 1-2 мм), развивавшимися между органогенными остатками. Коллекторы VI класса относятся к поровому и каверно-поровому типу, а при наличии трещин образуют смешанный трещинно-каверново-поровый тип с проницаемостью до 500*10^-3 мкм² (см. таблицу).

Коллекторы группы Б делятся на три класса: V, IV и III (см. таблицу). Последние два рассматриваются совместно. Коллекторы V класса представлены доломитами метасоматическими равномерно-мелкокристаллическими, развитыми по строматолитовым комковатым массивным известнякам с однородной комочковой микроструктурой с остатками харовых водорослей и серпул. Наличие утрикул харовых водорослей и серпул резко увеличивает проницаемость породы до 100*10^-3 мкм² и пористость до 14%. Порода равномерно выщелочена с образованием крупных пор и каверн размером 1-2 мм, развивающихся по остаткам харовых водорослей и серпул. Тип коллекторов - каверново-поровый, а при наличии трещин - трещинно-каверново-поровый с проницаемостью до 1*10^-3 мкм2.

Коллекторы IV-III классов с проницаемостью до 150*10^-3 мкм² и пористостью 14-20 % представлены доломитами мелкокристаллическими, развитыми по известнякам харофито-серпуловым, основная емкость которых связана с выщелачиванием многочисленных остатков харовых водорослей и серпул. Породы равномерно-пористые и кавернозные, трещины не наблюдаются. Тип коллектора - каверново-поровый.

Коллекторы, образованные по строматолитовым слоистым известнякам, анизотропны, обладают низкой полезной емкостью, низкими ФЕС и входят в группу В. Проницаемость в направлении, перпендикулярном слоистости, не превышает (0,3-0,5)*10^-3 мкм², а параллельно слоистости достигает 10*10^-3 мкм² при открытой пористости до 15 %. Коллектор относится к VI классу и представлен доломитами неравномерно-тонко- и мелкокристаллическими. Емкость коллектора формируется порами от 0,05 до 0,2 мм, соединенными тонкими каналами.

В соответствии с оценочно-генетической классификацией и на основе схемы соотношения седиментационных моделей карбонатных циклов различных локальных структурно-фациальных зон (рис. 3, а) показаны распределение и качество коллекторов в пределах карбонатного цикла (см. рис. 3, б). Лучшие коллекторы V-III классов сосредоточены на повышенных, слабо погружавшихся участках палеоструктур, в то время как коллекторы VI-V классов характерны для высоких интенсивно погружавшихся участков. На пониженных блоках преобладают коллекторы VII-VI классов, развивающиеся по слоистым разностям строматолитовых известняков. Здесь пустотное пространство коллекторов нередко залечено сульфатом и галитом, поступавшими из засолоненных лагун, формировавшихся в пониженных участках во время перерывов осадконакопления. Мощности коллекторов незначительны по сравнению с повышенными блоками. На низких участках палеоструктур породы, благоприятные для образования коллекторов, не отлагались. Влияние перерывов в осадконакоплении было минимальным, выщелачивания пород не происходило, и коллекторы не формировались.

В соответствии с изложенными представлениями о циклическом строении межсолевого карбонатного комплекса и с учетом оценочно-генетической классификации коллекторов удалось провести корректировку выделения эффективных мощностей на Южно-Сосновском и Судовицком нефтяных месторождениях и показать характер изменения эффективного объема природного резервуара (см. рис. 3, в). На Южно-Сосновском месторождении по материалам разведочных и эксплуатационных скважин, пробуренных на расстоянии 350-400 м друг от друга, выявлено шесть блоков субширотного простирания, образующих локальные структурно-фациальные зоны, для которых характерны определенные значения средневзвешенной пористости и показателя mh (m - открытая пористость, средневзвешенная на эффективную мощность; h - эффективная мощность). Максимальная пористость отмечается вблизи зоны отсутствия межсолевых отложений, на блоке, примыкавшем к палеоострову. Самые высокие значения зафиксированы также на приподнятых, но интенсивно погружавшихся в период накопления продуктивной толщи блоках.

Низкие показатели эффективного объема резервуара установлены эксплуатационными скв. 100, 102, 113 в центральной части структуры, что связано с приуроченностью разрезов к пониженным, затишным, участкам бассейна. Некоторое увеличение в скв. 53 и 48 объясняется незначительным повышением палеорельефа на периферии структуры. На блоках, удаленных от зоны отсутствия отложений и тяготеющих к наиболее погруженным участкам бассейна, коллекторы отсутствуют.

На Судовицком месторождении (см. рис. 3, в) характер изменения параметров m и mh также согласуется со структурно-фациальной зональностью площади. Максимальный эффективный объем резервуара отмечен в скв. 6 и 15, расположенных вблизи зоны отсутствия продуктивных отложений, на блоках, испытавших интенсивное погружение в мелководных условиях.

На основании изложенного можно сделать следующие выводы.

1. Закономерности распределения коллекторов определяются цикличностью строения карбонатной толщи и структурно-фациальной зональностью региона.

2. Наиболее благоприятные условия для образования коллектора (наличие осадков с высокими первичными ФЕС и положительное влияние вторичных процессов) создаются в надреперных слабоглинистых частях элементарных циклов и мезоциклов, формировавшихся на высоких участках палеоструктур.

3. Различные первичная водопроницаемость и пористость осадков, отлагавшихся в надреперных частях циклов, обусловливают изменение ФЕС коллекторов по разрезу цикла в соответствии с генетическими типами первичных известняков.

4. Выделение эффективных мощностей и определение открытой пористости пород в карбонатных комплексах по материалам ГИС следует осуществлять в соответствии с представлениями о приуроченности пористо-проницаемых зон к верхним частям тектоно-седиментационных циклов и на основе разработанной оценочно-генетической классификации коллекторов.

5. С целью повышения точности карт их построение следует осуществлять по принципу кусочно-линейной интерполяции с учетом блокового строения и структурно-фациальной зональности площади.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Демидович Л.А. Формирование коллекторов нефтеносных комплексов Припятского прогиба.- Минск: Наука и техника,- 1979.

2. Махнач А.А. Постседиментационные изменения межсолевых девонских отложений Припятского прогиба.- Минск: Наука и техника.- 1980.

3. Обморышев К.М. О формировании вторичной емкости карбонатных коллекторов в условиях галогенных бассейнов // ДАН СССР.- 1979,- Т. 247.- № 2.

4. Постникова И. Е. Методы изучения карбонатных формаций платформенных областей.- М.: Недра.- 1988.

Abstract

Based on the analysis of the effects of postsedimenta- tion processes on carbonate cycle deposits in various local structural-facies zones, essential confinement of reservoir rocks to the upper parts of the cycles formed within the uplifted areas of paleostructures are being substantiated. Considered are capacity models for the Sudovitskoye and Yuzhno-Sosnovskoye oil fields constructed on the basis of sedimentation models of the carbonate cycles and the developed assessment-genetic classification of the reservoirs.

Таблица Оценочно-генетическая классификация карбонатных коллекторов задонско-елецких отложений северо-восточной части Припятской впадины

Группа	Класс	Абсолютная проницаемость, 10^-3 мкм^2	Пористость открытая, %	Тип и характеристика коллектора
Коллектор по известнякам строматолитовым комковатым массивным, оолито-онколитовым и оолито-харофито-серпуловым
Б	III-IV	50-150	14-20	Каверново-поровый	Средняя полезная емкость и средние фильтрационные свойства
	V	5-100	8-14	Каверново-поровый
		20-1000 (наличие трещин)		Трещино-каверново-поровый
В	VI	1 - 10	6-10	Поровый, каверново-поровый	Низкая полезная емкость и низкие фильтрационные свойства
		1 - 10	6-10	Поровый, каверново-поровый
	VII	0,2-1	5-7	Поровый
		10-200 (наличие трещин)		Порово-трещинный
		0,2	5	Поровый
		1-50 (наличие трещин)		Порово-трещинный
Коллектор по известнякам строматолитовым слоистым
В	VI	0,5-3 (I направление)	5-15	Каверново-поровый	Низкая полезная емкость и низкие фильтрационные свойства
		1 -10 (II направление)		Поровый

Примечание: группы и классы даны по К. И. Багринцевой (1980 г.).

Рис. 1. Схема формирования коллектора в элементарном карбонатном цикле (ЭЦКЛ).

Рис. 2. График зависимости абсолютной газопроницаемости (К_пр) и открытой пористости (Кп) для различных генетических типов пород.

Доломит по известняку строматолитовому комковатому массивному. Комки водорослевых образований с микроструктурой: I - сгустковой, 2 - комочковой, 3 - однородной комочковой, 4 - сгустково-комочковой и комочковой с остатками харовых водорослей и серпул. Доломит по известняку: 5 - оолито-онколитовому с комками водорослевых образований, 6 - оолито-харофито-серпуловому с комками водорослевых образований; 7 - наличие трещин в коллекторе; 8 - класс коллектора

Рис. 3. Схема соотношения седиментационных (а) и литологических (б) моделей элементарных карбонатных циклов (ЭЦКЛ) различных локальных структурно-фациальных зон и емкостных моделей Южно-Сосновского и Судовицкого месторождений (в).

Гипсометрическое положение участка палеоструктуры (цифры в кружках): 1 - низкое, 2 - пониженное, 3 - повышенное, 4 - высокое, 5 - пониженное, 6 - очень высокое, 7 - остров (отсутствие отложений); 1 - карбонатные брекчии; известняки: 2 - микрозернистые с тонкослоистыми водорослевыми образованиями, 3 - строматолитовые слоистые с глинисто-карбонатными прослоями и 4 - без них, 5 - строматолитовые комковатые брекчиевидные и 6 - массивные, 7 - с остатками харовых водорослей и серпул; 8 - комочковая микроструктура водорослевых образований; 9 - органогенно-детритовые и цельно-раковинные известняки; 10 - онколиты; известняки: 11 - оолито-онколитовые, 12 - глинистые, 13 - слабодоломитизированные; 14 - доломиты; 15 - выщелачивание с образованием пор и каверн; 16 - вторичный сульфат в порах и кавернах; 17 - блоки фундамента; графики изменения параметров: 18 и 19 - m, 20 и 21 - mh