Неоднородность строения терригенных коллекторов и типы структуры их пустотного пространства (на примере верхней части тюменской свиты Урненского нефтяного месторождения Западной Сибири)

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. На сегодняшний день прирост запасов нефти и газа, поддержание и увеличение добычи в Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции связываются, прежде всего, с привлечением коллекторов, приуроченных к осадочным толщам смешанного состава, с частой сменой литологических типов пород по вертикали и латерали, характеризующихся существенными вторичными преобразованиями и, как следствие, сложным строением пустотного пространства.

Разработка достоверной петрофизической модели таких коллекторов, необходимой для объективной оценки продуктивности нефтегазоносных объектов, требует специальных подходов к их изучению с привлечением широкого комплекса современных методов лабораторных исследований.

К числу важнейших характеристик породы, определяющих ее фильтрационно-емкостные свойства (пористость, проницаемость, остаточную водонасыщенность), относится структура пустотного пространства. Однако существующие методы ее оценки являются полуинтегральными и основываются на предполагаемом идеальном строении пор, что приводит к многочисленным погрешностям при прогнозе петрофизических характеристик. На современном этапе изучения коллекторов представляется крайне актуальным использование уникальных исследовательских методик (различные минеральные и элементные анализы, компьютерная микротомография, электронная микроскопия и т.д.), позволяющих рассчитывать статистические параметры пустотного пространства, базируясь на реальном характере взаимоотношений отдельных компонент породы.

Объектом исследований являлись полифациальные отложения верхней части тюменской свиты (пласт Ю₂) Урненского месторождения, характеризующиеся широким спектром условий формирования коллекторов, их различным вещественным составом и структурой емкостного пространства.

Цель работы: выявление закономерностей изменения основных фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) полимиктовых коллекторов тюменской свиты Урненского месторождения в зависимости от условий их формирования; выявление связей между строением пустотного пространства пород-коллекторов и их ФЕС с применением современных аналитических методов.

Основные задачи исследования:
1. Обобщение данных по геологическому строению Урненского нефтяного месторождения.
2. Детальный анализ вещественного состава и петрофизических свойств пласта Ю2 Урненского нефтяного месторождения. Выделение основных типов пород-коллекторов и диагностика их генезиса. Выявление влияния литологической неоднородности пласта на его ФЕС.
3. Изучение состава и свойств полимиктовых пород-коллекторов тюменской свиты, используя современные стереологические методы исследований (компьютерная микротомография (μКТ) и др.)
4. Установление закономерностей изменения ФЕС пород в зависимости от строения пустотного пространства, взаимного расположения компонентов минеральной матрицы, пустотного пространства и остаточной воды.
5. Выделение основных типов строения пустотного пространства коллекторов пласта Ю₂ Урненского месторождения и провести их генетическую интерпретацию.

Научная новизна и практическая значимость.

1. Впервые для терригенных отложений тюменской свиты Западно-Сибирской провинции был проведен анализ представительной коллекции образцов, включающий расширенный комплекс литолого-петрофизических исследований (в т.ч., μКТ).

2. Обоснован рациональный комплекс лабораторного изучения пород смешанного состава, характеризующихся высокой степенью литологической неоднородности, позволяющий определять эффективные свойства коллекторов. Доказано, что сокращение описанного комплекса исследований повлечет за собой неучет особенностей строения отдельных частей продуктивного разреза и, как следствие, ошибки при построении моделей, подсчете запасов и выборе режимов интенсификации и разработки месторождений.

3. Результатом изучения структуры пустотного пространства пород методом μКТ стала типизация отложений по этому параметру. Впервые для изучаемого объекта была разработана система классификации и оценки качества пород-коллекторов, основанная на анализе типов строения пустотного пространства. Анализ основных ФЕС и их соотношения со строением порового пространства показал, что подобный подход может служить отдельным классификационным признаком при выделении коллекторов и определении их качества.

4. Были разработаны авторские методики интерпретации строения и состава горных пород методом μКТ, совмещенным со сканирующим микрозондовым комплексом, и изучения двух флюидов разного фазового состояния (газ/жидкость), заполняющих пустотное пространство коллекторов

5. На основании μКТ исследований обоснованы основные вещественно-структурные факторы, определяющие наличие связанной воды.

В работе защищаются следующие положения:

1. Основные типы пород-коллекторов пласта Ю₂ Урненского нефтяного месторождения формировались в различных условиях (аллювиальных и прибрежно-морских), предопределивших тип и интенсивность протекавших впоследствии вторичных преобразований и, как следствие, неоднородность строения и распределения фильтрационно-емкостных свойств пласта. Это обусловило образование коллекторов первично-реликтового и вторичного генезиса.

2. Вторичная пористость, образованная в результате частичного выщелачивания полевых шпатов и обломков пород в полимиктовых песчаниках, не вносит вклада в эффективную пористость коллекторов, поскольку связанная вода в реликтах и замещенных зернах полевых шпатов занимает весь объем пор.

3. Выделено шесть типов строения пустотного пространства: массивное, массивное неоднородное, слоистое, пятнистое, ячеистое, порфировидное, сгруппированных в две генетические группы: первично-реликтовые и вторично-преобразованные. Выделение типов пустотного пространства в разрезе позволяет проводить качественную оценку фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов.

Фактический материал и личный вклад автора.

В ходе реализации проекта "Создание лабораторного практикума для магистерской программы "Скважинные геофизические и петрофизические исследования месторождений нефти и газа" в рамках Конкурса грантов Компании ТНК-ВР для профильных Высших учебных заведений Российской Федерации автор принимал непосредственное участие в интерпретации сейсмической и скважинной информации по Урненскому месторождению и, в первую очередь, при выполнении комплексных литолого-петрофизических исследованиях кернового материала.

Автором лично были выполнены работы по изучению строения пород под сканирующим электронным микроскопом (20 образцов), определение коллекторских свойств пород (пористость, проницаемость, электрических свойств, акустические характеристики) в лабораторных и пластовых условиях (42 образца), капиллярометрические исследования (21 образец), минеральные и элементные анализы (21 образец), микротомографические исследования (съемка 25 образцов различного размера).

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 3 статьях, 1 учебном пособии. Результаты исследований докладывались на российских и международных конференциях: Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2007" (Москва, 2007); Международная конференция "Новые идеи в науках о земле" (Москва, 2007); 72nd EAGE Conference & Exhibition incorporating SPE EUROPEC (Barcelona, 2011); Всероссийская научно-практическая конференции молодых ученых и специалистов "Молодые в геологии нефти и газа" (Москва, 2011); "Современные вызовы при разработке и обустройстве месторождений нефти и газа Сибири" (Томск, 2011); Научно-практическая конференция "Суперкомпьютерные технологии в нефтегазовой отрасли" (Москва, 2010 и 2011).

Благодарности. Автор глубоко скорбит и чтит память о своем учителе, наставнике, замечательном Человеке, докторе геолого-минералогических наук, профессоре Михаиле Константиновиче Иванове, без поддержки и всесторонней помощи которого появление бы настоящей работы не состоялось.

Особую благодарность автор выражает сотрудникам кафедры, участвовавшим в работе по Гранту компании ТНК-ВР: доценту Калмыкову Г.А., профессору Бурлину Ю.К., профессору Карнюшиной Е.Е., ассистенту Коробовой Н.И., сотрудникам кафедры Крылову О.В., Хамидуллину Р.А., Полудеткиной Е.Н, Хотылеву О.В., Белохину В.С., Надежкину Д.В., Корост С.Р., а также студентам и аспирантам.

Автор выражает искреннюю признательность за неоценимую помощь, поддержку и консультации при подготовке работы: Ахманову Г.Г., Фадеевой Н.П., Конюхову А.И., Жемчуговой В.А., Кашиной Н.Л., Козловой Е.В., Яндарбиеву Н.Ш., Фролову С.В., Блиновой В.Н., Герке К.М., Япаскурту В.О., Барабошкину Е.Ю., Кощугу Д.Г., Токареву М.Ю.

Автор выражает благодарность компании ТНК-ВР за предоставленные материалы в рамках "Конкурса грантов компании ТНК-ВР для профильных высших учебных заведений Российской Федерации", финансовую и консультативную помощь, оказанную при проведении научно-исследовательских работ.

Автор выражает благодарность московскому научно-исследовательскому центру ООО "Технологическая компания Шлюмберже" и лично Писаренко Д.В., Спасенных М.Ю., Сафонову С.С., Богданович Н.Н., Мутиной А.Р. за финансовую и консультативную помощь, оказанную при проведении исследований, результаты которых легли в основу настоящей работы.

Автор глубоко признателен своей семье за огромную всестороннюю помощь на всех стадиях формирования работы.

Объем и структура работы

Диссертация общим объемом 175 страниц состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит 106 рисунков, 7 таблиц. Список литературы включает 136 наименований.