МЕТОДИКА ПОИСКОВ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ В ПОГРЕБЕННЫХ КОРАХ ВЫВЕТРИВАНИЯ ВУЛКАНОГЕННЫХ ПОРОД

Б.М. Авербух, Г.Я. Шилов (АГНА), Р.С. Надиров (ИГАНА)

В различных странах мира выявлены залежи углеводородов, приуроченные к сложным ловушкам литологического и комбинированного типов в погребенных корах выветривания вулканогенных образований, которые иногда имеют значительные запасы. Такие залежи были открыты в России (Западная Сибирь, Якутия), США (Техас), на Кубе, в Мексике, Ливии, Китае, Туркмении, а также Азербайджане [1,4].

Характерная особенность местоскоплений УВ такого типа - наличие трещиноватости вулканогенно-пирокластических пород в продуктивных зонах, что обусловлено как тектоническими движениями, так и процессами внутреннего приспособления, присущего переходу лавовых и пирокластических образований в современную метавулканическую породу, а также влиянием выветривания, денудации и эрозии. При этом нефтенасыщение эффузивных пород, как правило, является вторичным и происходит, по всей вероятности, за счет миграции УВ из сопредельных перекрывающих, примыкающих или подстилающих регионально-нефтегазоносных осадочных образований.

Залежь УВ, выявленная в эффузивных породах верхнего мела на месторождении Мурадханлы (Азербайджан), относится к сложному типу комбинированных структурно-литолого-стратиграфических залежей с резко изменяющимися коллекторскими свойствами в вулканогенных образованиях, несогласно перекрытых непроницаемыми породами [1].

Здесь отмечается повсеместное присутствие трещин, особенно в верхних частях эффузивного покрова. Трещинные поверхности ориентированы относительно оси керна в одном, двух и трех направлениях. Выветрелые эффузивы были изучены и на других площадях Среднекуринской впадины, где расположено и месторождение Мурадханлы. Как показал статистический анализ результатов изучения образцов вулканогенных пород, средние значения удельной плотности макротрещин этих образований изменяются от 0,4 до 0,86 см/см². Трещины, как правило, заполнены кальцитом, цеолитом, гидроксидами железа, хлоритом и глинистым материалом. Встречаются также и незаполненные трещины. Эффузивные породы характеризуются в основном низкой проницаемостью (0,0003-47,5 мкм²), которая в значительной степени связана с трещиноватостью. Пористость выветрелых эффузивных пород по площади Мурадханлы по керну колеблется от 1 до 25% при среднем значении 13,7%.

На основании детальных исследований кернового материала и результатов интерпретации данных ГИС [1-3,5] установлено, что в местах скопления УВ, приуроченных к вулканогенным породам северо-восточного борта Евлах-Агджабединского прогиба Среднекуринской впадины (площади Мурадханлы, Зардоб, Джафарлы), нефтенасыщение неравномерное и связано с порами, кавернами, трещинами и межзерновым пространством. Нефть встречается в виде скоплений, пятен различной формы, прожилок и точечного (эффузивного) распределения в породе. Происхождение межзерновых пор, по-видимому, объясняется процессами образования пузырьков различного диаметра при остывании лавовых потоков. Такие пустоты, как правило, не создают эффективной емкости, если они не соединены между собой трещинами.

Таким образом, важной характеристикой эффузивных пород для прогноза возможного их насыщения УВ является наличие в них коллекторов (трещинных, порово-трещинных, порово-трещинно-кавернозных), особенно в тех частях вулкано-генного разреза, которые контактируют с нормальными осадочными образованиями. Обычно в таких частях эффузивного массива, подвергшихся выветриванию, часто образуется кора выветривания, в которой выделяются следующие геохимические зоны (снизу вверх): дезинтеграции, выщелачивания, гидролиза и конечных продуктов выщелачивания. При этом трещинно-поровые коллекторы располагаются в основном в зонах дезинтеграции и выщелачивания. Необходимо отметить, что в силу ряда геологических и геохимических особенностей того или иного района мощность каждой геохимической зоны значительно изменяется по площади распространения коры выветривания, вплоть до полного выклинивания как отдельных зон, так и всей коры выветривания (рис.1).

О сложной структуре порового пространства вулканогеннных коллекторов свидетельствует несовпадение оценок коллекторских свойств по керну с результатами опробования, что объясняется невозможностью отбора керна из нефтенасыщенной трещинно-поровой зоны коллектора и фактическими исследованиями фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) пород непродуктивной части разреза. Трещиноватые продуктивные зоны, выделяемые в отдельных скважинах, могут быть объединены в крупные блоки, которые, однако, гидродинамически плохо связаны между собой [3]. Необходимо отметить, что, несмотря на достигнутые положительные результаты по выявлению залежей УВ в погребенных вулканогенных толщах, большинство открытий залежей такого типа произошло в связи с разведкой антиклинальных структур, в разрезе которых предполагались обычные терригенно-карбонатные породы, и поэтому эффективность проведенных работ была очень низкой. Одной из причин этого является недостаточное научно-методическое обоснование постановки поисково-разведочных работ на таком сложном объекте, как ловушки УВ в корах выветривания. В связи с этим рассмотрим вопросы методики комплексных исследований для повышения эффективности поисков залежей УВ в погребенных корах выветривания эффузивов. Несмотря на то, что исходными данными при разработке предлагаемой методики были в основном материалы изучения вулканогенных пород нефтегазоносных районов Среднекуринской впадины, эта методика может быть использована и для поисков залежей УВ в других нефтегазоперспективных регионах. В рассматриваемой методике, помимо основных критериев нефтегазоносности, учитываются специфическое залегание УВ в эффузивно-пирокластовых образованиях, палеогеоморфологические особенности погребенного палеорельефа, наличие и длительность перерывов в осадконакоплении после формирования эффузивно-пирокластового массива, возраст и литолого-петрофизическая характеристика пород-покрышек, наличие и мощность отдельных геохимических зон в корах выветривания. Основные виды необходимых геолого-геофизических исследований на различных стадиях поискового этапа работ по предлагаемой методике для поисков залежей УВ в корах выветривания вулканогенных образованиях приведены в таблице

Как видно из таблицы, поисковый этап разведки залежи УВ в корах выветривания эффузивных образований состоит из трех стадий предварительной подготовки к поисковому бурению и поискового бурения. На первой предварительной стадии поисков предусматриваются комплексные исследования территории аэрокосмическими, геохимическими и полевыми геофизическими методами разведки. Эти работы следует считать частью "бассейнового" анализа, в результате чего осуществляют моделирование седиментационной, геодинамической, геотермической и других составляющих нефтегазогенерационно-аккумулирующей системы

При этом выявляют наиболее перспективные районы для развития выветрелых погребенных вулканогенных образований в благоприятных для возможного нефтегазонакопления геологических условиях. Геохимические методы позволяют выделить зоны, где прогнозируются подходящие условия для концентрации УВ.

После выявления благоприятных зон на 2-й стадии поискового этапа проводится комплекс специальных геохимических исследований, направленных на выделение в разрезах параметрических скважин погребенной коры выветривания и определение в ней в первом приближении границ отдельных геохимических зон (выщелачивания, дезинтеграции), которые обладают наибольшей пористостью и проницаемостью. Методика таких геохимических исследований основана на результатах статистической обработки большого массива данных, полученных по корам выветривания разного состава, изучения динамики изменения химического состава профиля выветривания различных типов вулканогенных пород, проведения математического моделирования физико-химических процессов выветривания эффузивов, изучения закономерностей миграции и накопления оксидов основных металлов в различных зонах кор выветривания. Для этого при бурении параметрических, а также поисковых скважин производятся равномерный отбор и анализ образцов пород из различных интервалов кор выветривания. Геохимический анализ заключается в определении содержания основных породообразующих оксидов железа, алюминия, титана, магния, кальция и натрия. Распределительный критерий К подсчитывается по формуле

где а, b, с, d, e, f - процентное содержание соответствующего породообразующегося оксида в образце, подсчитанное относительно его среднего содержания в нижезалегающих невыветрелых вулканитах.

Точную границу между корой выветривания и коренными вулканитами устанавливают с помощью термомагнитометрического анализа керна.

Как показали результаты исследований, коры выветривания эффузивных пород характеризуются значениями К, изменяющимися от 1 до 250, тогда как неизмененные разности эффузивов имеют значения K<1. С учетом граничных значений коэффициента К определяют приуроченность каждого образца к той или иной зоне профиля коры выветривания по графику зависимости K=f(H), т.е. изменение распределительного критерия с глубиной (рис.2).

Промыслово-геофизические исследования в этот этап должны проводиться максимально полным комплексом методов каротажа, особенно в интервалах выявленных геохимическими методами различных зон коры выветривания, в целях определения литологического состава, выделения коллекторов и оценки характера их насыщения. Опыт исследований вулканогенных массивов в Среднекуринской впадине [2,5] продемонстрировал высокую эффективность методов ГИС при решении этих задач.

Статистический анализ изменения геофизических параметров вулканогенных пород показал, что использование отдельных геофизических параметров для решения задач выделения коллекторов и определения их насыщения затруднительно в связи с наличием неоднозначных зон между параметрами, характеризующими водонасыщенные, нефтенасыщенные и "плотные" пласты. Поэтому для решения задачи выделения продуктивных вулканогенных коллекторов применяют различные комплексные методы интерпретации данных электрического (ЭК), радиоактивного (ГК, НГК, ННК, КНК) и акустического (АК) или плотностного (ГГК-П) каротажей.

Наличие коллекторов в эффузивном разрезе по данным ГИС определяют после количественной оценки эффективной и вторичной пористости пород и сравнения их с критическими значениями, установленными для этих видов пористости и соответственно равными 10 и 0,5 %. При определении эффективной пористости поправку за глинистость и "литологию" в значение общей пористости не вносят, лишь за влияние остаточного нефтегазонасыщения.

Блоковую пористость эффузивных образований оценивают по данным ЭК с использованием петрофизической зависимости типа "керн - керн":

Р_{п =} K_п^-2,15

где Р_п - параметр пористости пластов.

Общую (эффективную) пористость определяют с помощью графического способа сопоставления геофизических параметров Р_п и показаний НГК (J_ng), сущность которого заключается в нахождении корреляционной связи (линии водоносных гранулярных пород) между Р_п и J_ng с использованием опорных пластов и последующим получением зависимости между общей пористостью и показаниями НГК. Пористость эффузивных пород с помощью АК рассчитывается по известной формуле "среднего времени", где значение интервального времени пробега упругой волны в минеральном скелете составило 200 мкс/м.

Значительный интерес представляет также сравнительный анализ значений пористости эффузивных пород, определенных по данным электрического, акустического и нейтронного гамма-каротажа (рис.3).

Блоковая пористость водоносных эффузивных коллекторов, вычисленная по данным ЭК или АК (при отсутствии трещиноватости), в среднем составила 16,3%, тогда как общая пористость по НГК - 17,4%. Значение вторичной пористости, рассматриваемой как разность общей пористости НГК и блоковой пористости, составила здесь около 1 %. Таким образом, среди эффузивных пород распространены в основном порово-трещинные коллекторы с относительно высокой блоковой пористостью.

Для оценки характера насыщения вулканогенных коллекторов разработан способ графической интерпретации параметров р_п и J_ng [2], учитывающий незначительное влияние трещиноватости на показания ЭК. Способ заключается в том, что откладывая по оси абсцисс значения J_ng в линейном масштабе и по оси ординат значения удельных сопротивлений пластов r_п в обратном степенном масштабе, отмечая на графике точки, соответствующие явно водоносным пластам, получают кривую r_вп со значениями К_в=1. Аналогично проводится кривая, соответствующая коллекторам с К_в=0.5, причем величины удельных сопротивлений на этой кривой будут соответствовать 4r_вп. Если нанести на такой график оценки геофизических параметров исследуемых пластов (р_п и J_ng), то точки, соответствующие водоносным коллекторам, будут находиться между кривыми К_в=1 и К_в=0,5, тогда как точки, характеризующие продуктивные пласты, расположатся ниже кривой 4r_вп. Выделение нефтенасыщенных эффузивных коллекторов осуществляется также по результатам расчета коэффициента водонасыщенности с помощью известной формулы Арчи-Дахнова.

Пористость и характер насыщения пирокластовых пород определялись в основном с использованием петрофизических зависимостей типа "керн - геофизика", установленных для этого типа пород [2].

Применение испытателей пластов на трубах на этой стадии поисковых работ носит на первых порах экспериментальный характер для выяснения оптимальных параметров режима испытания (величина депрессии, время от вскрытия до опробования, длина испытуемого интервала) и служит также для оценки промышленного значения выделенных по ГИС коллекторов и установления начального пластового давления. Так, для вулканогенных пород площадей Среднекуринской впадины оптимальный режим испытания соблюдается, если выполняется технологическое условие Р_депр/Р_репр = 1.5 (отношение депрессии при испытании к репрессии при вскрытии коллекторов бурением). В то же время при перекрытии эффузивного массива пластичными глинистыми породами, когда возможно проявление так называемого "арочного" эффекта, это отношение может равняться 3, что, однако, не приводит к смыканию трещин.

Последняя третья стадия поискового этапа (поисковое бурение) включает детальную сейсморазведку (в том числе объемную) отдельных участков ловушки, проведение ВСП в поисковых скважинах в целях определения контуров залежи УВ и уточнения строения ловушки в коре выветрения. Эти же цели преследуют литологические исследования кернового материала, что позволит получить параметры для подсчета запасов по категории С₁.

Геохимические исследования грунтов на содержание основных оксидов направлены на уточнение выделенных границ, наиболее благоприятных для насыщения УВ зон коры выветривания. Кроме того, проводится геохимический анализ газов, нефтей, пластовых вод для установления их генетических особенностей и типов.

На этой стадии поисково-разведочных работ при выполнении промыслово-геофизических исследований необходимо предусмотреть применение наклономера. Помимо оценки литологического состава, пористости и нефтенасыщенности эффузивных пород, целью ГИС и наклонометрии являются выделение ритмофаций согласно количественной генетической каротажной модели элементарной ритмофаций [5], проведение корреляции разрезов скважин и выявление наиболее благоприятных по коллекторским свойствам переходных зон и конечных фаз элементарных ритмов эффузивных излияний, а также зон повышенной трещиноватости. Все это также позволит получить подсчетные параметры для оценки запасов УВ в залежи.

В результате комплексных исследований ловушек в вулканогенных толщах предполагается построение ряда дополнительных картографических материалов, к которым относятся: историко-палеогеографические карты поверхности несогласия осадочного чехла и выветрелых вулканитов; профильные разрезы по выветрелым участкам вулканогенных пород с точным выделением отдельных геохимичских зон выветривания (см.рис.1); карты распространения и мощностей наиболее благоприятных для углеводородного насыщения зон геохимической коры выветривания, имеющих повышенные ФЕС.

Последовательное применение разработанной методики комплексных исследований при прогнозе, поисках и разведке залежей УВ в ловушках структурно-литолого-стратиграфического типа в корах выветривания позволит существенно повысить эффективность разведочных работ в районах, где могут быть встречены погребенные эффузивные массивы, в том числе в Мурадханлинском НГР Азербайджана, на территории которого аналогичные залежи ожидаются на площадях Дальмамедлы, Карадонлы, Мильская, Амирарх, Южно-Саатлинская, Дуздаг, Борсунлы и др. [1].

Список литературы

1. Авербух Б.М. Перспективы нефтегазоносности и методы поисков разведки залежей УВ в сложных структурно-стратиграфических ловушках вулканогенных образований верхнего мела СВ борта Евлах-Агджабединского прогиба // Ученые записки АГНА. - 1992. - №6. - С. 3-12.
2. Керимов В.Ю., Шилов Г.Я., Джавадов Я.Дж. Анализ эффективности изучения ловушек в вулканогенных толщах геолого-геофизическими методами: Обзор. Сер. Нефтегазодобывающая промышленность - Баку: АзНИИНТИ, 1990.
3. Кондрушкин Ю.М., Буряковский Л.А., Крутых Л.Г. Коллекторские свойства эффузивных пород месторождения Мурадханлы // Геология нефти и газа. -1987. - №7. - С. 35-39.
4. Рябухин Т.Е., Судариков Ю.А. Промышленная нефтегазоносность погребенных кор выветривания и трещиноватых зон магматических и метаморфических пород / / Геология нефти и газа. - 1993. - №4. - С. 6-9.
5. Шилов Г.Я. Генетический подход к обоснованию перспективных объектов в эффузивных породах по данным ГИС // Изв. вузов. Нефть и газ. - 1993. -№4. - С. 6-9.

Abstract

>The method of integrated investigations, increasing effectiveness of prospecting works, is proposed in connection with revealing in different countries hydrocarbon pools in crusts of effusive rocks weathering of different content and with complex structure. The regarded method, in addition to main criteria of oil and gas content, takes under consideration specific hydrocarbon occurence in effusive-piroclastic formations, pale-ogeomorphological features of buried paleorelief, presence and duration of break in sedimentation after formation of effusive-piroclastic massif, age and litho-petrographic characteristics of seals, presence and thickness of some geochemical zones in weathering crusts. There are three stages in hydrocarbon pools prospecting in crusts of effusives weathering: preliminary, preparing to prospecting drilling and prospecting drilling. At the first preliminary stage integrated investigations are supposed to be carried out by aerospace, geochemical and field geophisical methods. The result of the first stage is modeling of sedimentary, geo-dynamic, geothermal and other components of oil and gas generating-accumulating system.

Special geochemical study, directed at revealing of buried weathering crusts in parametric wells sections are carried out at the second prospecting stage. Geochemical zones (of leaching, desintegration), which are characterized by the greatest porosity and permeability are picked up in weathring crusts. Precise limit between weathering crust and indigenous volcanic rocks is revealed by thermo-magnetometric core analysis.

Prospecting geophisical investigations at this stage should be carried out by the fullest complex of logging methods: electric, radioactivity, acustic, density ones. The last stage of prospecting works contains detailed seismic survey (including the volume one) at some parts of traps, vertical seismic profiling in prospecting wells for pools counters defining and precising of a trap structure in weathering crust.

Some additional map materials are supposed to be presented as a result of integrated study of traps in volcanic formations: historical-paleogeographical maps of unconformity surface of sedimentary cover and weathered vocanic rocks, sequences along weathered areas of volcanic rocks with picking up of geochemical zones at some points of weathering crust, maps of location and thicknesses of weathering crust geochemical zone, chararterized by high filtrational and holding capacity features and favorable for hydrocarbon saturation. Subsequente use of the method will considerably increase prospecting works effectiveness at regions, where buried effusive massives can be met.

Методы комплексных исследований для поисков залежей УВ в погребенных корах выветривания в вулканогенных образованиях

Рис.1. Схематический геологический профиль зоны развития погребенных эффузивов кор выветривания:

I - массив неизменных эффузивов; II-V - геологические зоны коры выветривания (II - дезинтеграции, III - выщелачивания, IV - гидролиза, V - конечных продуктов разложения); VI - перекрывающие терригенно-карбонатные образования

Рис.2. Зависимость распределительного критерия К от глубины в различных зонах коры выветривания эффузивных образований.

Рис.3. Вариационные кривые распределения значений пористости К_п , определенных по данным ЭК (1), НГК (2) и АК (3) для водоносных (а) и "плотных" (б) эффузивных пород Евлах-Агджабединского прогиба