Балушкина Наталья Сергеевна
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
|
содержание |
В главе показаны предпосылки для реализации комплексного подхода к интерпретации нефтегеологической информации для оценки внутреннего строения и нефтеносности пород баженовского горизонта.
Значительное за последние годы усовершенствование технической базы лабораторных и скважинных исследований, технологий бурения и отбора керна, позволяют подойти к изучению баженовского горизонта на новом уровне. Благодаря изолированному отбору увеличился вынос керна, привязка керна осуществляется с использованием профильных замеров гамма-излучения и скоростей акустических волн на полноразмерном керне. Разрабатываются новые методики исследования вещественного состава пород, адаптированные к обогащенным ОВ отложениям (Коровина Т.А., Чухланцева В.Я., Шлыков В.Г., Калмыков Г.А.). Для изучения структуры порового пространства все чаще применяются высокоточные методы, имеющие под собой чётко определенные физические основы (рентгеновская томография, растровая электронная микроскопия и др.). Проводимый в скважинах комплекс ГИС расширяется за счёт специальных методов (спектрометрический гамма-каротаж, ядерно-магнитый каротаж и др.), в том числе и методов, позволяющих определять вещественный состав и объёмное содержание различных компонентов породы.
При подготовке работы была осуществлена единая схема исследования, включающая в себя несколько взаимосвязанных блоков: литологический, петрофизический, геохимический и механико-прочностной.
Литологический блок является основным и позволяет определить минеральный и химический состав пород, текстурные и структурные особенности, охарактеризовать интенсивность и последовательность проявления наложенных процессов, которые привели к формированию современного облика пород. В рамках петрофизического блока проводится определение основных петрофизических величин (ФЕС, скорость прохождения продольной волны, электрическое сопротивление, плотность и др.), изучение структуры порового пространства. Геохимические исследования ОВ пород позволяют определить количество и тип керогена, стадию катагенеза, содержание в породах автохтонных и миграционных битумоидов, оценить нефтегенерационный потенциал пород. Под автохтонными понимаются битумоиды, образованные из исходного ОВ, не утратившие с ним связь и не мигрировавшие в природный резервуар (О.К. Баженова, 2004 г.). Выделяются ещё параавтохтонные битумоиды, утратившие связь с исходным ОВ, но не покинувшие толщу, т.е. смесь автохтонного и миграционного битумоидов пограничного участка толщи (О.К. Баженова, 2004).
Блок изучения механико-прочностных свойств позволяет определять условия, при которых в пласте происходят пластическая и упругая деформация различных типов пород. В сочетании с информацией о степени преобразованности ОВ, пластовых давлениях, тектонической активности в пределах района, изучение механических и упруго-прочностных свойств пород позволяет, с одной стороны, дать прогноз наличия в толще трещиноватых пород, а с другой, оценить условия проведения и эффективность гидроразрыва пласта.
В результате проведенных комплексных исследований было установлено, что породы баженовской свиты и нижнетутлеймской подсвиты характеризуются одинаковым набором и соотношением породообразующих компонентов: минералов группы кремнезёма, глинистых, карбонатных минералов, пирита, ОВ.
Кремнистые минералы присутствуют в породах преимущественно в виде агрегатов кварца-халцедона и представляют собой в различной степени перекристаллизованные остатки скелетов радиолярий.
Обработка результатов рентгенофазового анализа более, чем по 200 образцам, показала, что концентрация кремнёзема в породах составляет 60-90%.
В единичных случаях зёрна кварца алевритовой размерности встречаются в составе обломочной примеси, количество которой не превышает 1-3%.
Результаты обработки данных рентгенофлуоресцентного и рентгенофазового анализов позволяют говорить о том, что содержание глинистых минералов в породах как баженовской свиты, так и нижнетутлеймской подсвиты не превышает 30%, чаще всего составляет 5-15%, в среднем 11%. Среди глинистых минералов преобладают гидрослюда и смешаннослойные минералы ряда гидрослюда-монтмориллонит, с числом разбухающих пакетов около 30%. На территории Красноленинского свода в составе глинистых минералов пород нижнетутлеймской подсвиты присутствует хлорит, максимальные его концентрации (15% на долю глинистых минералов), а также наибольшее содержание в глинистых минералах каолинита (21%), характерны для Рогожниковской площади, тогда как в баженовской свите на долю каолинита приходится 10%, а на Средне-Назымской площади суммарная доля каолинита и хлорита составляет 10%.
ОВ баженовской свиты и нижнетутлеймской подсвиты относится к морскому гумусо-сапропелевому типу, сформированному из некромы фито-, зоопланктона, бактерий, с небольшой долей наземной растительности, преобразовано до градаций мезокатагенеза МК1-МК2. Массовая концентрация органического углерода (Сорг) в породах достигает 30%, средние значения составляют 5%. Массовая концентрация битумоида, выделенного из пород при экстракции их органическими растворителями, составляет 0,1-1,7% на породу.
Карбонатные минералы представлены кальцитом и доломитом, в единичных случаях встречается сидерит. К первичным биогенным относятся карбонаты, слагающие остатки раковин двустворчатых моллюсков (в основном, бухий и иноцерамов). Скопления остатков двустворок установлены как в баженовской свите, так и нижнетутлеймской подсвите. Массовая доля карбонатных минералов в породах, обогащённых биогенным карбонатом, не превышает 35%.
Основная часть изученных карбонатных минералов относятся к вторичным, образованным в результате хемогенного замещения биогенного кремнезёма, которое происходило с различной интенсивностью в литогенезе. Биоморфная радиоляриевая структура при карбонатизации чаще всего сохраняется, но кремнистый состав меняется на карбонатный. В зависимости от интенсивности процессов карбонатизации доля карбонатного материала в отдельных прослоях может достигать 95%.
Пирит также является постоянным компонентом пород. В баженовской свите и нижнетутлеймской подсвите пирит присутствует в виде маломощных прослоев до нескольких см, конкреций и стяжений. Его концентрация, как правило, коррелируется с содержанием в породах ОВ. Вероятно, пирит образуется в диагенезе в результате анаэробной сульфатредукции, когда ОВ окисляется, а сульфаты восстанавливаются до сульфидов.
Принадлежность породы к тому или иному литотипу определяется следующими признаками: долевое и морфологическое соотношение породообразующих минералов и неминеральных компонентов, способность к деформационному разуплотнению. Породы имеют весьма неоднородное строение, отличаются многокомпонентностью. Типизация пород имеет своей целью также дальнейшую интерпретацию каротажных данных, поэтому дополнительным условием выделения литипов является их мощность, которая должна быть сопоставима с разрешающей способностью каротажа.
По текстурному признаку выделяются массивные (неяснослоистые) и тонкослоистые разности. Тонкая горизонтальная слоистость характерна для пород, в которых содержание глинистых минералов превышает 10%. Массивные разности имеют кремнистый, карбонатно-кремнистый и карбонатный состав.
Деформационно-прочностные характеристики пород довольно контрастны. Самыми пластичными являются тонкослоистые глинистые силициты. Известняки и доломиты пластичные, но с большим, по сравнению с глинистыми силицитами, пределом прочности. К хрупким относятся силициты и их карбонатизированные разности. Как было установлено М.Ю.Зубковым, В.П.Соничем, В.Я.Чухланцевой (1985), максимальной прочностной анизотропией обладают микрослоистые разности, массивные породы более изотропны в прочностном отношении. В рамках настоящей работы было подтверждено, что на прочностные свойства пород прямое влияние оказывает содержание ОВ и биогенного кремнезёма, который увеличивает предел прочности. Так как ОВ обладает низкой механической прочностью, то при прочих равных, выполняется условие: чем больше содержание в породе ОВ, тем ниже её предел прочности. Поэтому дополнительно породы были подразделены на группы по содержанию в них ОВ: более и менее 5%. Хрупкость, как способность к растрескиванию, также определяется в основном содержанием вышеуказанных компонентов, а также карбонатных минералов, относящихся к категории хрупких.
В результате комплексного анализа были выделены следующие литотипы пород:
1. Метасоматические карбонаты (известняки и доломиты) массивные
2. Силициты массивные:
подтип 2.1. ОВ >5%; подтип 2.2. ОВ< 5%;
3. Карбонатизированные силициты массивные
4. Глинистые силициты тонкослоистые:
подтип 4.1. ОВ >5%; подтип 4.2. ОВ< 5%;
5. Смешанные карбонатно-глинистые силициты:
подтип 5.1. ОВ >5%; подтип 5.2. ОВ < 5%;
После выделения основных литотипов был построен ряд литолого-геохимических разрезов. На них сведена информация о слагающих баженовскую и тутлеймскую свиты типах пород, их повторяемости в разрезах, содержании ОВ, миграционных битумоидов, открытой пористости и проницаемости пород. Дополнительно на разрезы были вынесены данные об интервалах притока нефти из пласта в скважину, полученные при обработке результатов промыслово-геофизических исследований.
В ходе анализа литолого-геохимических разрезов была подтверждена установленная ранее для баженовской свиты на территории Среднего Приобья (Смолин А.С., 2006) взаимосвязь между концентрацией ОВ и содержанием в породах минералов группы кремнезёма. По сравнению с подстилающими и перекрывающими отложениями, породы баженовской свиты обогащены ОВ и кремнезёмом. На контактирующих границах существенно падает концентрация кремнезёма и ОВ и возрастает доля терригенной алеврито-глинистой составляющей. Аналогичным образом распределены компоненты в нижнетутлеймской подсвите, подстилающих и перекрывающих её отложениях.
Зоны, в которых породы обладают переходными свойствами от баженовской свиты (нижнетутлеймской подсвиты) к вмещающим отложениям, были отнесены к переходным зонам.
Состав пород нижней переходной зоны преимущественно алеврито-глинистый, ОВ относится к III типу с бедным и средним генерационным потенциалом, концентрация ОВ не превышает 2%. При этом в породах установлены линзы кремнистого материала, характерные для баженовской свиты и нижнетутлеймской подсвиты. Мощность нижней переходной зоны составляет 1-3 м.
Породы верхней переходной зоны обогащены ОВ II типа с высоким генерационным потенциалом, концентрация ОВ достигает 16%. В составе пород преобладает глинистый материал, что указывает на переход от некомпенсированного баженовского осадконакопления к неокомскому этапу седиментации.
Мощность верхней переходной зоны от нижнетутлеймской подсвиты к фроловской свите может превышать 10 м. По составу и мощности породы верхней переходной зоны соответствуют верхнетутлеймской подсвите.
К собственно баженовской свите и нижнеутлеймской подсвите отнесены породы, в которых отмечается дефицит терригенной составляющей на фоне высокой концентрации морского ОВ, обладающего высоким генерационным потенциалом. Установлены следующие закономерности внутреннего строения разрезов баженовской свиты и нижнетутлеймской подсвиты:
в разрезах происходит циклическое чередование пород с большей (глинистость более 10%) и меньшей (менее 10%) глинистостью. В баженовской свите таких циклов в разрезе больше, чем в нижнетутлеймской подсвите.
от подошвы к кровле происходит постепенное увеличение концентрации ОВ. Такой же характер распределения имеет параметр остаточного генерационного потенциала (S2 мгУВ/г породы). При этом в верхней части разрезов находятся породы с содержанием ОВ более 5%, породы нижней части разрезов содержат ОВ менее 5%.
общий тренд увеличения содержания ОВ и генерационного потенциала пород от подошвы к кровле сохраняется в разрезах всех исследованных скважин. На фоне такого распределения выделяются интервалы, которые характеризуются резким падением значений пиролитических параметров, отражающих генерационные свойства пород, что отмечается в карбонатизированных силицитах и метасоматических карбонатах.
По генерационным пиролитическим характеристикам породы баженовской свиты и нижнетутлеймской подсвиты можно разделить на следующие группы:
метасоматические карбонаты с низким генерационным потенциалом (диапазон 2-10 кгУВ/т породы);
глинистые и карбонатно-глинистые силициты породы нижней части разрезов со средним генерационным потенциалом (15-60 кгУВ/т породы, средние значения 25 кгУВ/т породы);
глинистые и карбонатно-глинистые силициты верхней части разреза с высоким генерационным потенциалом (30-130 кгУВ/т породы, средние значения 50 кгУВ/т породы,);
карбонатизированные силициты (диапазон 10-30 кгУВ/т породы);
силициты (диапазон 12-30 кгУВ/т породы)
Процессы наложенной карбонатизации, вплоть до образования метасоматических карбонатов, наиболее полно проявились в низкоглинистых силицитах. Характерной особенностью карбонатизированных силицитов и метасоматических карбонатов является крайне низкое содержание в них ОВ, часто менее 1%. В этих породах концентрация ОВ убывает прямо пропорционально содержанию в них карбонатных минералов вне зависимости от положения в разрезе (рис.1).
 |
| Рис.1. Содержание органического углерода (ТОС) в породах баженовской свиты и нижнетутлеймской подсвиты, содержащих более 35% карбонатных минералов |
Результаты исследования стабильных изотопов кислорода (δ18О) и углерода (δ13С) кальцита и доломита карбонатизированных силицитов и метасоматических карбонатов позволяют предположить, что образование карбонатов началось в низкоглинистом осадке на стадии диагенеза. На это указывают значения δ18О (-5,34 ÷ 0,98) PDB одной группы карбонатов, которые не сильно отличаются от изотопного состава кислорода белемнитов абалакской свиты δ18О (-0,36 ÷ 1,02) PDB. В диагенезе в низкоглинистом радиоляриевом иле в процессе деструкции ОВ образуется CO2 и органические кислоты, удаление которых из осадка в придонные воды осуществляется беспрепятственно. При удалении из осадка CO2 происходит увеличение pH поровых вод. В щелочной среде возрастает подвижность кремнезёма, происходит активное растворение опаловых скелетных остатков радиолярий. Соответственно, в местах выщелачивания опала в осадок выпадают карбонаты, имеющие низкую растворимость в щелочной среде. Интенсивность этих процессов падает или они вовсе прекращаются при возрастании концентрации CO2 в осадке. Формирование карбонатных минералов продолжилось и в катагенезе, на что указывает облегчённый изотопный состав кислорода другой группы карбонатов. Источником углерода для всех групп карбонатов послужили остатки раковин морских организмов, растворённых в диагенезе, и преобразующееся ОВ. На смешанный источник указывает изотопный состав углерода δ13С(-10,5 ÷ -0,9) PDB. Видимо, происходило смешивание изотопно-тяжелой седиментационной и облегчённой, поступающей из преобразующегося ОВ, углекислоты.
Привлечение данных о концентрации U в карбонатизированных силицитах позволило выявить, что его распределение аналогично ОВ: концентрация урана понижается с повышением степени наложенной карбонатизации.
Изучение распределения урана и его связи с компонентами породы является особенно важным, так как уран на 90% определяет радиоактивность пород [1].
Для выявления связи урана с компонентами породы и определения его максимально возможных концентраций, были использованы результаты f-радиографических измерений. Установлено, что концентрация урана в минеральной части пород является относительно постоянной величиной, составляет 10-4 n-10-3n % и определяется способностью, главным образом, глинистых минералов сорбировать на себе уран. Концентрация урана в ОВ не является постоянной величиной. При постепенном возрастании содержания в породах количества ОВ от подошвы к кровле отложений, концентрация урана в органике меняется резко: в верхней части разреза на порядок выше (до n%), чем в нижней (до 0,1*n%), постепенно снижается до кларка (2-4*10-4%) в переходной зоне в подстилающих породах (рис.2а). В карбонатизированных силицитах, вне зависимости от их положения в разрезе, ОВ меньше 5%, урана в нём меньше n*0,1%. Метасоматические карбонаты содержат минимальные концентрации ОВ и урана.
 |
Рис.2. Геолого-геофизический планшет скважины А западного склона Сургутского свода.
а) микрофотографии шлифа (слева) и лавсанового детектора с треками деления урана (справа) из образцов керна баженовского горизонта верхней части, нижней части разреза и подстилающих отложений переходной зоны; б) пример выделения границ отложений баженовской свиты и переходных зон к вмещающим отложениям георгиевской свиты и подачимовской пачки |
В процессе анализа литолого-геохимических разрезов очень важной явилась задача выделения параметров, указывающих на наличие в разрезе продуктивных коллекторов.
Результаты литолого-геохимических исследований, полученные при подготовке настоящей работы, подтвердили, что в интервале нижнетутлеймской подсвиты на Средне-Назымской площади коллектор приурочен к силицитам, в различной степени карбонатизированным. Убедительным доказательством факта наличия коллектора служат фотографии колонок полноразмерного керна, сделанные в ультрафиолетовом свете, на которых отчетливо выделяются зоны нефтенасыщения, минеральный состав нефтенасыщенных пород, определённый методом рентгенофазового анализа, взаимоотношения породообразующих компонентов пород, изученных в шлифах под поляризационным микроскопом, значения коэффициента пористости и проницаемости и геохимические параметры состава ОВ, указывающие на наличие в породах миграционных битумоидов. В разрезе свиты коллекторы располагаются непосредственно под толщей пород с высоким генерационным потенциалом. По составу алкановых углеводородов битумоиды пород с высоким генерационным потенциалом относятся к автохтонным. Образцы керна, отобранные на границе этой толщи и коллектора, были изучены с помощью рентгеновского микротомографа. Результаты рентгеновской микротомографии позволили выявить на границе нефтематеринской толщи и коллектора сеть перпендикулярных напластованию трещин, раскрытость которых составляет 10*n μm. Трещины не выходят на поверхность образца, следовательно, их формирование не связано с механическим повреждением образцов керна при пробоподготовке. Битумоиды, выделенные из этой группы пород, относятся к параавтохтонным.
Породы-коллекторы, залегающие ниже, имеют кремнисто-карбонатный и кремнистый состав. Среди карбонатных минералов могут присутствовать как кальцит, так и доломит. Пористость пород изменяется от 7,06% до 15,17%.
Микротомографический 3D анализ строения пустотного пространства пород-коллекторов позволяет утверждать, что они относятся к коллекторам порового типа с диаметром пустот n*0,1 мм. Основной объем порового пространства приурочен к пустотам, образованным вследствие растворения радиолярий, что отчетливо видно на фотографиях, сделанных под растровым электронным микроскопом (рис.3). Иногда в этих пустотах кристаллизуются карбонатные минералы. Проницаемость в коллекторах обеспечивается за счет мелких каналов в пределах карбонатно-кремнистого и кремнистого матрикса и может достигать 50 мД.
 |
| Рис.3. Пустоты выщелачивания радиолярий в карбонатизированном силиците, снятые под растровым электронным микроскопом. Коэффициент пористости составляет 12,11% |
Группа битумоидов, выделенных при экстракции пород-коллекторов, была отнесена к аллохтонным. Миграция битумоидов из нефтематеринской толщи в коллектор происходила по микротрещинам, развитым в породах, граничащих с нефтематеринскими (рис.4).
 |
| Рис.4. Состав битумоидов и свойства пород нижнетутлеймской подсвиты Средне-Назымского месторождения А) основной нефтематеринской толщи; Б) зоны перехода нефтематеринской толщи в коллектор; В) порового коллектора |
На Сургутском своде и на Рогожниковской площади все изученные в керне силициты и карбонатизированные силициты, содержащие миграционные битумоиды, низкопористые (Кп<3%) и непроницаемые. Однако их положение в разрезе в непосредственной близости к интервалам притока нефти из пласта в скважину, неполный вынос керна из этих интервалов, позволяет предполагать наличие коллектора, который не охарактеризован керном. Оценку литологического состава пород из этих интервалов необходимо проводить с использованием данных ГИС.
|
