|
© И.Н. Плотникова, 2004 |
ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОН КОЛЛЕКТОРОВ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ФУНДАМЕНТА В РАЗРЕЗЕ СКВ. 20009 НОВОЕЛХОВСКАЯ
И.Н. Плотникова (МЭПР РТ)
В последние годы изучение кристаллических пород фундамента и оценка перспектив их нефтегазоносности приобретают все большую актуальность. Это обусловлено тем, что к настоящему моменту промышленные скопления нефти и газа, а также признаки нефтегазоносности выявлены в магматических, метаморфических, эффузивных породах и их корах выветривания практически во всех нефтегазоносных провинциях мира. Оценка ресурсного потенциала кристаллических пород невозможна без детального изучения их фильтрационно-емкостных свойств. Это в свою очередь предполагает решение целого ряда задач, связанных с изучением природы образования и структуры пустотного пространства коллекторов кристаллического фундамента и влиянием на них петрологического состава, тектонического фактора и интенсивности процессов вторичного преобразования пород. В пределах древней Восточно-Европейской платформы изучение коллекторских свойств пород кристаллического докембрийского массива впервые было выполнено на основе результатов бурения скв. 20000 Миннибаевская и 20009 Новоелховская, а также ряда других поисково-оценочных скважин, вскрывших кристаллический фундамент на значительную глубину.
Приведем результаты исследования зависимостей распределения зон коллекторов по разрезу скв. 20009 Новоелховская от минерального состава слагающих его пород.
Выбор скв. 20009 Новоелховская в качестве объекта исследования обусловлен следующим. Во-первых, глубина вскрытия докембрийского кристаллического массива составила 4077 м (забой 5881 м), что является максимальной для Волго-Уральской области. Во-вторых, петрографический разрез скважины составлен по керну и шламу, причем последний отбирался регулярно и изучался макроскопически. В-третьих, в скважине выполнен широкий комплекс геофизических исследований (ГИС), что позволило с высокой долей вероятности выделить перспективные зоны коллекторов. В-четвертых, наряду с геолого-техническими исследованиями (ГТИ), проводимыми постоянно, включая периоды промывки и проработки ствола скважины, выполнялись исследования газовой составляющей глубинных проб глинистого раствора, что позволило косвенно оценить коллекторские свойства и флюидонасыщенность проницаемых зон.
Основным источником информации для построения геологического разреза по скв. 20009 являлся керн. Всего по породам кристаллического фундамента скв. 20009 за 1988-1999 гг. было сделано 120 долблений с отбором керна в общем интервале 1870-5357 м мощностью 3487 м. Интервалы между долблениями менялись от 0 до 60,3 м и в среднем составили 26,4 м. Средняя длина рейса с отбором керна равнялась 3,1 м. Общая проходка по породам фундамента с отбором керна достигла 372 м (9 % вскрытой части кристаллического фундамента), выход керна составил 186 м, что соответствует 50 % проходки с отбором керна, или 4,6 % вскрытой части кристаллического фундамента. Шлам отбирался с каждого 1 м проходки и использовался для изучения минерального и петрографического состава, выяснения закономерностей изменения состава пород по разрезу скважины, установления особенностей поведения отдельных минералов, определения возможности использования информации по шламу для корректировки данных по керну.
В результате комплексного анализа каменного материала и данных ГИС в разрезе скважины достаточно уверенно выделено 5 толщ различных состава и строения [2]. В каждой из них доминирующую роль играют породы, относящиеся к одному из структурно-вещественных комплексов архея, а локальные колебания состава и свойств обусловлены наложенными на них более поздними процессами разноэтапной гранитизации и высокотемпературного диафтореза.
Характерной особенностью разреза скв. 20009 является чередование двух петрохимических ассоциаций пород - существенно глиноземистого и кальциевого рядов. По данным Т.А. Лапинской, А.В. Постникова и др., преобладающая часть сложена породами большечеремшанской серии (табл. 1). Гранулитовые образования отрадненской серии представлены в основном амфибол-двупироксеновыми кристаллическими сланцами и биотит-гиперстеновыми плагиогнейсами в соотношении примерно 1:10, что типично для серии в целом. В скв. 20009 установлено изменение степени дислоцированности пород вниз по разрезу. Для верхней его части (толщи I-III) характерно преимущественно согласное залегание пород под углом 30-45° к оси керна, что свойственно гранулитам всего региона. В толще IV углы наклона гнейсовидности и полосчатости выполаживаются и достигают 60°. Толща V наиболее дислоцирована, в ней наблюдаются частая смена пространственной ориентировки элементов залегания (0-60°), развитие мелких форм складчатости. Таким образом, отмечается общее увеличение степени бластокатакластических преобразований пород вниз по разрезу.
В табл. 1 нижняя граница толщи V соответствует забою скважины и обоснована изучением шлама в интервале 5357-5881 м, не охарактеризованном керном. Согласно комплексному обобщению результатов бурения скважины, которое было выполнено ранее [2], нижняя граница толщи V была определена на глубине 5400 м (к тому моменту скв. 20009 находилась в бурении). Отнесение нижней части разреза к толще V, выполненной породами большечеремшанской серии, не вызывает сомнения, тем не менее в данной статье приводится анализ распределения коллекторов в разрезе скв. 20009 для интервала 1870-5400 м.
Рассмотрим характер распределения в разрезе скв. 20009 зон коллекторов, выделенных по ГИС. Здесь, прежде всего, необходимо отметить, что все без исключения зоны коллекторов кристаллического фундамента следует относить к сложному типу коллекторов и флюидальных систем, что обусловлено сложной структурой фильтрационных каналов и широким диапазоном изменения проницаемости матрицы.
На основании комплекса геофизических исследований скв. 20009 в ее разрезе (интервал 1804-5881 м) по данным Р.Ш. Хайретдинова выделены 63 зоны коллекторов, мощность которых варьирует от 1 до 76 м (в интервале 1870-5400 м выделены 53 зоны коллекторов).
Общая мощность зон коллекторов достигла 1034,2 м, что соответствует 25,8 % общей мощности пяти толщ. Однако распределение коллекторов по разрезу неравномерно. Из табл. 2 видно, что наибольшей мощностью коллекторов отличаются толщи III и V. В целом зоны коллекторов приурочены к породам большечеремшанской серии, в частности наиболее часто они встречаются в нижней части разреза, где их мощность также увеличивается (рис. 1). Необходимо отметить, что в общей мощности разреза, представленной породами большечеремшанской серии, доля коллекторов составляет 37,7 %, тогда как для отрадненской серии она практически не превышает 8 %.
Косвенным признаком наличия коллекторов в толще кристаллического фундамента является увеличение газонасыщенности бурового раствора в процессе бурения. Изучением свободных газов на протяжении всего периода бурения скв. 20009 занимались несколько организаций и велось оно по нескольким направлениям. Углеводородные газы, сорбированные породами на поверхности зерен, изучались в Раменском филиале ВНИИгеосистем под руководством В.И. Федорова. Объектом исследований являлся шлам из интервала 1886-4330 м. Газовая составляющая флюидных включений в минералах (по керну) изучалась под руководством Р.П. Готтих. Изучение свободных газов, фиксируемых в процессе бурения и промывки скважины, проводилось специализированной газокаротажной партией.
По данным ГТИ фоновая газонасыщенность промывочной жидкости (Гхсум) была принята равной 0,0005 % и менее. Газы, зафиксированные в процессе бурения станцией ГТИ, представляют собой совокупность газов различной природы. Условно газы можно разделить на 4 основные группы: 1) сорбированные на поверхности пород; 2) окклюдированные в первичных, первичновторичных и вторичных газовых, газожидких включениях в породообразующих минералах; 3) свободные, связанные с флюидами проницаемых зон, а также насыщающие открытое трещинно-поровое пространство кристаллических пород; 4) возникающие при механохимических реакциях, обусловленных тектоническими нагрузками. К сожалению, определение доли каждой составляющей в совокупном объеме газа, поступившего в промывочную жидкость, не представляется возможным. Тем не менее, можно предположить, что незначительные повышения газопоказаний над фоновыми могут быть обусловлены выделением в процессе бурения и разрушения пород сорбированных и окклюдированных газов, в то время как сильные аномалии, превышающие фоновые на несколько порядков, скорее всего, будут связаны с флюидонасыщенными трещиноватыми участками разреза кристаллического фундамента.
В связи с этим все интервалы газовых аномалий, зафиксированные по данным ГТИ в процессе бурения скважины, были условно разделены на 3 категории. Газонасыщенность первой из них варьировала от 0,001 до 0,002 %, второй - от 0,002 до 0,01 %. К третьей категории аномалий были отнесены наиболее интенсивные, газонасыщенность которых превышала 0,01 %, достигая в отдельных случаях 0,05-0,06 % (рис. 2).
Анализ распределения аномалий по разрезу скв. 20009 показал, что газовые аномалии первой категории, которые могут быть связаны с газами всех четырех групп, зафиксированы во всех пяти толщах и максимально проявили себя в III и V (табл. 3). Отмечается постепенное увеличение суммарной мощности интервалов аномалий с глубиной. Наибольшая доля этих аномалий связана с породами большечеремшанской серии, хотя частота встречаемости аномалий в обеих сериях пород различается незначительно.
Что касается второй категории газовых аномалий, здесь различия между породами большечеремшанской и отрадненской серий выражены более четко. Если в первой из них на долю газовых аномалий приходится 23,2 % мощности, то во второй лишь 9,7 %.
Наиболее интенсивные аномалии 3-й категории зафиксированы лишь в интервале нижней толщи V. В участках разреза, выполненных породными комплексами отрадненской серии, подобных аномалий не встречено.
Таким образом, проявление коллекторских свойств кристаллических пород и их газонасыщенность в большей степени связаны с теми участками разреза скв. 20009,которые представлены породами большечеремшанской серии.
Приоритетное место в выделении коллекторов кристаллического докембрийского массива принадлежит термометрии [4]. В связи с этим в скв. 20009 постоянно проводились термометрические исследования по различным методикам. Анализ распределения в разрезе скважины температурных аномалий, выделенных по данным высокоточной термометрии (Христофорова Н.Н. и др., 1999), позволил подтвердить вывод о приуроченности зон коллекторов фундамента к определенным генетическим типам пород.
Всего по результатам промысловых температурных исследований, выполненных по специальной методике, разработанной в Казанском государственном университете, в интервале 1804-5322 м были выделены 62 основные температурные аномалии с различной температурно-градиентной характеристикой. Подробное сопоставление температурных аномалий с характеристикой разреза скв. 20009 было выполнено ранее [3]. Общий анализ их приуроченности к пяти толщам в разрезе скв. 20009 показал, что наибольшее число аномалий также связано с породами большечеремшанской серии (табл. 4).
При исследованиях разреза Кольской скважины СГ-3 было установлено, что интенсивной трещиноватости и дроблению в первую очередь подвергаются лейкократовые, обогащенные кварцем породы типа гранитов, пегматитов, мигматитов, лейкократовых гранат-биотит-плагиоклазовых гнейсов. Аналогичная картина наблюдается и в скв. 20009 - обогащенные кварцем породы, как правило, отличаются повышенной степенью трещиноватости и поэтому являются наиболее вероятными потенциальными коллекторами. В частности, первая толща пород представляет собой единый комплекс генетически связанных метаморфических образований, среди которых преобладают лейкократовые разновидности - плагиоклазовые и полевошпатовые. По частоте встречаемости в первой толще преобладают лейкократовые плагиогнейсы [2].
Как известно, прочность породы зависит от ее петрологического состава, структурных и текстурных свойств, температуры и давления. Какие факторы в большей степени будут влиять на образование пустотного пространства кристаллических пород и его структуру? Исследования, проведенные В.А. Кошляком по гранитоидным коллекторам месторождения Белый Тигр, позволили ему сделать вывод о том, что петрологический фактор практически не влияет на развитие трещиноватости и вторичной пустотности. Также им отмечена зависимость всех типов пустотности гранитоидных коллекторов от структурнотектонического фактора, которым определяются продолжительность и интенсивность процессов вторичного преобразования пород [1].
Анализ распределения зон коллекторов, выделенных в разрезе скв. 20009 по ГИС, показал, что они, как правило, совпадают с интервалами интенсивных вторичных изменений и дробления пород или с контактами толщ и пластов пород, резко отличающихся по физикомеханическим свойствам. Около половины потенциальных зон коллекторов характеризуются явной, четко выраженной трещиноватостью, которая определялась по керну, шламу, каверномеру.
В целом геологический разрез скв. 20009 характеризуется сложным, многократным чередованием практически неизмененных кристаллических пород с хорошей сохранностью высокотемпературных парагенезисов и частично разрушенных пород, претерпевших многократные проявления деформации, диафтореза, милонитизации и др. с общей тенденцией повышения степени деформации с глубиной. Интервалы предполагаемых коллекторов приурочены в основном к зонам вторичных наложенных преобразований, а также к участкам смены петрографического состава пород и границам петрографических разностей. Данный факт может быть объяснен как минимум с двух позиций. С одной стороны, изменение вещественного состава пород является следствием проявления многогранных и многоступенчатых глубинных процессов, которые наиболее интенсивно будут протекать в разуплотненной среде, т.е. там, где перемещение жидких и газообразных фаз, а также теплового потока будет наименее затруднено. Поэтому зоны трещиноватости и дезинтеграции, сопровождающие, к примеру, участок мигматизированных разностей, являются в какой-то степени унаследованными и обновленными (активизированными) уже в постдокембрийское время. С другой стороны, наличие смены вещественного состава на границе слоев, пачек, толщ и т.д. обусловливает развитие в данном месте повышенной трещиноватости пород за счет их различных физико-механических свойств. Поскольку ввиду различной пластичности пород их реакция на сбросо-, взбрососдвиговые деформации, растяжение, сжатие и т.д. также различна, то это может явиться еще одной причиной образования трещиноватости.
Присутствие в разрезе скв. 20009 многочисленных аномальных зон не вызывает сомнения, как и длительная геологическая история их развития. Наблюдается увеличение числа выделенных зон коллекторов с глубиной, что также указывает на прямую зависимость наличия коллекторов от степени вторичных изменений и структурно-тектонических процессов. При этом логично предположить, что породы большечеремшанской серии в большей степени испытали неоднократное воздействие наложенных процессов (милонитизация, диафторез, мигматизация и др.) либо были наиболее подвержены данным процессам, что и обусловило характерное распределение по разрезу скважины зон коллекторов, температурных и газовых аномалий.
Литература
1. Кошляк В.А. Гранитоидные коллекторы нефти и газа. - Уфа: Изд-во ТАУ, 2002. - 256 с.
2. Муслимов Р.Х. Кристаллический фундамент Татарстана и проблемы его нефтегазоносности // Р.Х. Муслимов, Н.Е. Галдин, С.М. Гвоздь, Р.П. Готтих и др. - Казань: Дента, 1996. - 488 с.
3. Плотникова И.Н. Сравнительный анализ интервалов-коллекторов, выделенных в разрезе скв. 20009 различными геофизическими методами // Георесурсы. - Казань: Изд-во Казанского ун-та, 2003. - № 4(12). - С. 11-16.
4. Хайретдинов Р.Ш. О выделении коллекторов в разрезах кристаллического фундамента сверхглубоких скважин // Георесурсы. - Казань: Изд-во Казанского ун-та, 2003. - № 4(12). - С. 8-10.
The article is devoted to the problem of studying the crystalline basement of Tatarstan, in particular - analysis of reservoirs distribution regularities in the section of magmatic and metamorphic rocks of parametric well No 20009. It is presented the analysis of factual material, and conclusions were made concerning regularities of reservoirs confinement to the particular genotypes of crystalline rocks.
Таблица 1 Краткая характеристика основных толщ кристаллических пород, выделенных в разрезе скв. 20009 [2]
|
Толща |
Описание пород |
Глубина кровли, м |
Глубина подошвы, м |
Мощность, м |
|
I |
Большечеремшанская серия Микропертитовые граниты с гранатом и силлиманитом с редкими тонкими прослоями биотит-гранатовых гнейсов и плагиогранитов. Микропертитовые граниты представлены разностями, типичными для рахмановского комплекса |
1870 |
2026 |
156 |
|
II |
Отрадненская серия Биотит-амфибол-пироксеновые кристаллосланцы и гнейсы (эндербитогнейсы) и связанные с ними гранитоиды (эндербиты и чарнокиты). Участками породы претерпели диафторическую переработку, в результате которой образовались биотит-амфибиловые гнейсы и гранитоиды ранне- и позднебакалинского комплексов |
2026 |
2325 |
299 |
|
III |
Большечеремшанская серия Высокоглиноземистые и глиноземистые гнейсы, в различной степени мигматизированные. Гранитоидный материал слагает прожилки и образует мощные тела (до 10 м). Гранитоиды типичны для рахмановского комплекса |
2325 |
3117 |
792 |
|
IV |
Отрадненская серия Имеет сложное строение и представлена породами отрадненской серии и связанными с ними гранитоидами свияжского, ранне- и позднебакалинского комплексов, а также продуктами их диафторической переработки. Многие разности пород довольно специфичны и ранее не встречались в подобных объеме и сочетаниях |
3117 |
4428 |
1311 |
|
V |
Большечеремшанская серия Высокоглиноземистые гнейсы и кристаллосланцы большечеремшанской серии, гранитоиды рахмановского комплекса, наличие следов проявления диафтореза, редкие прослои габброидов |
4428 |
5881 |
1453 |
|
|
Итого мощность пород большечеремшанской серии |
|
|
2401 |
|
|
Итого мощность пород отрадненской серии |
|
|
1610 |
Таблица 2 Распределение зон коллекторов в разрезе скв. 20009
|
Толща кристаллических пород |
Зоны коллекторов |
|||||
|
Толща |
Кровля, м |
Подошва, м |
Мощность, м |
Число интервалов |
Суммарная мощность интервалов, м |
Мощность интервалов от общей мощности толщи, % |
|
1 |
1870 |
2026 |
156 |
1 |
10,0 |
6,40 |
|
II |
2026 |
2325 |
299 |
3 |
12,0 |
4,00 |
|
III |
2325 |
3117 |
792 |
6 |
237,0 |
29,90 |
|
IV |
3117 |
4428 |
1311 |
13 |
117,0 |
8,90 |
|
V |
4428 |
5400 |
972 |
30 |
394,2 |
40,60 |
|
Итого для всего разреза |
53 |
770,2 |
21,80 |
|||
|
Итого для большечеремшанской серии |
37 |
641,2 |
33,40 |
|||
|
Итого для отрадненской серии |
16 |
129,0 |
8,01 |
|||
Таблица 3 Распределение интервалов с аномальной газонасышенностью в разрезе скв. 20009 (газонасыщенность определена станцией ГТИ в процессе бурения скважины)
|
Толща кристаллических пород |
Интервалы повышенной газонасыщенности |
|||||
|
Толща |
Кровля, м |
Подошва, м |
Мощность, м |
Число интервалов |
Суммарная мощность, м |
Мощность от общей мощности толщи, % |
|
Газонасыщенность 0,001-0,002 % |
||||||
|
I |
1870 |
2026 |
156 |
8 |
52 |
33,30 |
|
II |
2026 |
2325 |
299 |
7 |
213 |
71,20 |
|
III |
2325 |
3117 |
792 |
36 |
459 |
58,00 |
|
IV |
3117 |
4428 |
1311 |
59 |
435 |
33,20 |
|
V |
4428 |
5400 |
972 |
32 |
536 |
55,14 |
|
Итого для всего разреза |
142 |
1695 |
48,00 |
|||
|
Итого для большечеремшанской серии |
76 |
1047 |
54,50 |
|||
|
Итого для отрадненской серии |
66 |
648 |
40,20 |
|||
|
Газонасыщенность 0,002-0,01 % |
||||||
|
I |
1870 |
2026 |
156 |
- |
- |
- |
|
II |
2026 |
2325 |
299 |
11 |
33 |
11,00 |
|
III |
2325 |
3117 |
792 |
33 |
99 |
11,50 |
|
IV |
3117 |
4428 |
1311 |
38 |
123 |
9,90 |
|
V |
4428 |
5400 |
972 |
57 |
346 |
35,60 |
|
Итого для всего разреза |
139 |
601 |
17,03 |
|||
|
Итого для большечеремшанской серии |
90 |
445 |
23,20 |
|||
|
Итого для отрадненской серии |
49 |
156 |
9,70 |
|||
|
Газонасыщенность > 0,01 % |
||||||
|
I |
1870 |
2026 |
156 |
- |
- |
- |
|
II |
2026 |
2325 |
299 |
- |
- |
- |
|
III |
2325 |
3117 |
792 |
- |
- |
- |
|
IV |
3117 |
4428 |
1311 |
- |
- |
- |
|
V |
4428 |
5400 |
972 |
18 |
61 |
6,30 |
|
Итого для всего разреза |
18 |
61 |
1,73 |
|||
|
Итого для большечеремшанской серии |
18 |
61 |
6,30 |
|||
|
Итого для отрадненской серии |
0 |
0 |
0 |
|||
Таблица 4 Распределение аномальных зон, выделенных по данным высокоточной термометрии в разрезе скв. 20009 (интервал 1870-5045 м)
|
Толща кристаллических пород |
Температурные аномалии по данным высокоточной термометрии |
|||||
|
Толща |
Кровля, м |
Подошва, м |
Мощность, м |
Число аномалий |
Суммарная мощность, м |
Мощность от общей мощности толщи, % |
|
I |
1870 |
2026 |
156 |
1 |
9 |
5,8 |
|
II |
2026 |
2325 |
299 |
3 |
119 |
39,8 |
|
III |
2325 |
3117 |
792 |
15 |
220 |
27,8 |
|
IV |
3117 |
4428 |
1311 |
23 |
326 |
24,9 |
|
V |
4428 |
5322 |
894 |
20 |
460 |
51,5 |
|
Итого по разрезу |
3452 |
62 |
1134 |
32,6 |
||
|
Итого по породам большечеремшанской серии |
1842 |
39 |
689 |
37,4 |
||
|
Итого по породам отрадненской серии |
1610 |
26 |
445 |
27,6 |
||
Рис. 1. ИЗМЕНЕНИЕ МОЩНОСТИ ЗОН КОЛЛЕКТОРОВ С ГЛУБИНОЙ В РАЗРЕЗЕ скв. 20009
Рис. 2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЗОВЫХ АНОМАЛИЙ В РАЗРЕЗЕ скв. 20009
Газонасыщенность, %: А - 0,001-0,002, Б - 0,002-0,01, В - > 0,01