Глава 13 литологические основы прогнозирования

КОЛЛЕКТОРСКИХ И ЭКРАНИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ПОРОД ПРИРОДНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ НЕФТИ И ГАЗА

Прогнозирование природных резервуаров нефти и газа одна из акту-альных задач нефтегазовой геологии. Знание местоположения и качества природного резервуара – одна из главных предпосылок, позволяющих пра-вильно и успешно осуществлять поиски, разведку и разработку месторож-дений углеводородов. Таким образом, цель прогнозирования – установить местоположение, размер, форму, глубину залегания и качество природного резервуара. Основой для прогнозирования служат представления о том, что параметры природного резервуара в значительной мере предопреде-ляются физико-географическими обстановками в стадию седиментогенеза, а также направленностью и интенсивностью вторичных преобразований пород, в том числе и под влиянием тектонических процессов.

В каждом конкретном регионе вследствие специфики геологического развития в образовании геологических тел и формировании коллекторских свойств пород имеются свои закономерности и аномалии. При прогнозиро-вании следует учитывать, что вследствие особенностей геологического раз-вития и периодичности осадконакопления на территории России в кайнозой-ских и мезозой-кайнозойских отложениях распространены преимущественно терригенные породы (Западная Сибирь, Урало-Поволжье, Северный Кавказ,

др.). В палеозойских отложениях широко развиты карбонатные породы (Урало-Поволжье, Западная Сибирь, Восточная Сибирь), но часто встреча-ются терригенные и соляные (Урало-Поволжский, Тимано-Печорский, При-каспийский, Днепровско-Донецкий, Тунгусский регионы).

Такое распространение пород обусловливает развитие в кайнозойских

мезозойских отложениях преимущественно песчаных и алевритовых коллекторов порового типа. Породами-экранами в этих случаях чаще всего служат глинистые образования. В палеозойских отложениях типичны кар-бонатные породы-коллекторы (известняки, доломиты и разности промежу-точного состава) со смешанной структурой порового пространства – поро-во-трещинной, каверново-трещинной и трещинной. Наряду с этим породы-коллекторы нередко бывают представлены песчаниками и алевролитами с поровым и порово-трещинным пустотным пространством. Экранирующие толщи слагаются глинистыми породами, каменной солью и сульфатами.

Природные резервуары флюидов в осадочных породах практически распространены повсеместно, но неизвестны их глубинное положение, стратиграфическая принадлежность, размер, форма, литологический со-став и коллекторские параметры. Исходя из целей и специфики методиче-ских приемов, применяемых при изучении природных резервуаров, задача

134

разделяется на определение пространственного положения природного ре-зервуара и качественный прогноз пород-коллекторов и пород-экранов, со-ставляющих природный резервуар.

Определение пространственного положения природного резер-

вуара. Для решения этой задачи необходимо определенное литологиче-ское обеспечение – литологические или литолого-фациальные карты за-данного стратиграфического подразделения и литологические колонки (или геолого-геофизические разрезы) по скважинам.

Решение задачи начинается с сопоставления литологических колонок по профильным направлениям, по возможности ориентированным взаим-но-перпендикулярно. Графические построения, с использованием принци-пов метода интерполяции, позволяют наметить границы коллекторских и экранирующих тел в разрезе. После этого, используя результаты графиче-ского сопоставления литологических колонок, на литологической карте проводят контуры распространения коллекторов (в данном случае пред-ставленного песчаными и алевритовыми породами) и экранов. Литологи-ческая карта обеспечивает более точное проведение контуров распростра-нения коллекторских и экранирующих тел природного резервуара. Если литологической карты нет и составить ее не представляется возможным, то примерные границы распространения природных резервуаров можно про-гнозировать, опираясь на единичные скважины, используя естественные обнажения пород и горные выработки, учитывая местоположение области сноса осадочного материала и осадочную дифференциацию. По мере по-лучения новых литологических данных карты распространения природных резервуаров могут быть детализированы.

Качественный прогноз коллекторских и экранирующих тел. По-

сле определения пространственного положения природного резервуара приступают к решению второй части задачи – качественному прогнозу коллекторского и экранирующего тел. Если коллекторские и экранирую-щие тела вскрыты скважинами и получен керн из изучаемых отложений, задача сводится к лабораторным исследованиям, в частности к прямому определению коллекторских параметров и к интерпретации результатов геофизических исследований скважин. Если же каменного материала и оп-ределений коллекторских параметров пород нет, то при оценке качества коллекторов и экранов следует использовать косвенные признаки.

Существенную помощь при прогнозировании природных явлений, объ-ектов и их свойств в условиях дефицита данных оказывают методы экстра-поляции, аналогии, экспертных оценок, моделирования. Эти методы реко-мендуется использовать и при прогнозировании коллекторских свойств.

Метод экстраполяции базируется на четко выраженной тенденции в изменении явлений и объектов в пространстве или времени. Если такая тенденция прослеживается и есть основание считать, что она будет про-должаться и дальше, то можно предсказать, каким будет объект на задан-

135

ном отрезке. В нашем случае – каким будет коллектор при погружении от поверхности до заданной глубины. Если тенденция развития объекта меня-ет направление или знак, то она не может быть использована для экстрапо-ляции. При этом методе прогнозирования пород-коллекторов есть и другие слабые стороны, снижающие достоверность получаемых результатов. Имеется в виду знакопеременность движений блоков земной коры, нерав-номерность катагенного изменения коллекторских свойств пород при по-гружении на разные уровни, а также в пределах пласта по площади. Для внесения соответствующих корректив следует познать факторы или про-цессы, управляющие этими отклонениями, применительно к изучаемому объекту. В случае с породами-коллекторами, управляющими процессами являются седиментогенез и катагенез.

Метод использования аналогий основывается на том, что природные объекты одного ранга в сходных условиях проходят сходные пути разви-тия. Если мы знаем качество одного из этих объектов, то по методу анало-гий подобные качества надо ожидать и у другого объекта. Например, уста-новив качество породы-коллектора в одном из пунктов района, можно предсказать коллекторские свойства подобной породы в другом пункте этого же региона. Для повышения достоверности прогноза при этом необ-ходимо использовать результаты литолого-фациальных исследований.

Метод экспертных оценок пожалуй менее достоверен, чем предыдущие. Его результаты отражают опыт, эрудицию и интуицию специалистов, зани-мающихся прогнозированием тех или иных явлений и объектов. Тем не ме-нее при ограниченном фактическом материале, при прогнозировании пород-коллекторов и пород-экранов этот метод находит широкое применение.

Метод моделирования весьма перспективен для прогнозирования, од-нако в настоящее время в подавляющем большинстве случаев исследова-тели не располагают достаточными данными для выполнения прогноза. Особенно это касается материалов по вторичным изменениям пород, учету влияния структурного положения коллектора. Несмотря на имеющиеся сложности, при все углубляющемся познании недр и широком внедрении ЭВМ в практику научно-исследовательских работ этот метод может стать одним из наиболее эффективных для прогнозирования коллекторов и эк-ранирующих толщ, особенно на больших глубинах.

При прогнозировании коллекторских и экранирующих свойств со-ставных частей природных резервуаров наибольшую помощь могут ока-зать знание литологического состава; литологической однородности кол-лекторских и экранирующих тел; наличия и степени размыва пород и пе-рерывов в осадконакоплении; направленность и последствия катагенеза.

Перечисленные выше признаки и свойства при определенных значе-ниях или условиях могут способствовать как сохранению (и даже повыше-нию), так и понижению коллекторских и экранирующих свойств пород. В связи с этим ниже отмечаются условия и значения признаков и свойств,

136

которые благоприятствуют формированию коллекторских и экранирую-щих свойств природных резервуаров нефти и газа. Благоприятствуют су-ществованию пород-коллекторов следующие факторы.

Литологический состав. В случае обломочных пород благоприятнее мономинеральные кварцевые песчаники средне- или крупнозернистые, хуже мелкозернистые песчаники и алевролиты без цемента, однако, уже в условиях умеренного погружения (2,5–3,5 км), в таких породах возможна регенерация обломочных зерен и «залечивание» порового пространства. Благоприятны также песчаные и алевритовые породы с небольшим коли-чеством (до 10–15 %) гидрослюдистого, каолинитового и кальцитового цементов контактного, пленочного и сгусткового типов. Среди карбонат-ных пород наиболее благоприятны для формирования коллекторских тел биогенные известняки. Они обладают высокими первичными пористостью и проницаемостью, которые, однако, с погружением понижаются.

Литологическая однородность коллекторского тела отражает ста-

бильность фациальной обстановки в бассейне осадконакопления. Она пре-допределяет равнозначность коллекторских свойств пород пласта в раз-личных пунктах региона. В связи с этим, для успешности прогнозирования коллекторских свойств необходимо произвести литолого-фациальное кар-тирование, установить наличие и степень литологической неоднородности. Оценивают коллекторские свойства литологически неоднородных пластов раздельно для каждой из литолого-фациальных зон, используя известные фактические данные и методы аналогии или интерполяции.

Размывы и перерывы в осадконакоплении отражаются на коллекторских свойствах пород. Гипергенные процессы, происходящие при этом, способст-вуют повышению коллекторских свойств карбонатных пород под поверхно-стями размыва или перерыва в осадконакоплении. На коллекторских свойст-вах обломочных пород эти процессы отражаются менее определенно. Вместе с тем, размывы и перерывы в осадконакоплении часто сменяются отложени-ем базальных терригенных толщ, в которых широко развиты обломочные по-роды-коллекторы. Таким образом, в терригенных породах коллекторские те-ла более характерны для отложений над поверхностями размыва и перерыва. Следует иметь в виду, что в условиях гумидного климата чем продолжитель-нее размыв или перерыв в осадконакоплении, тем мощнее зона развития вто-ричных коллекторов в карбонатных породах.

Катагенетические процессы в обстановке низких рН вод и в присутст-вии химически активных газов (СО₂, Н₂5) сопровождаются растворением и выносом продуктов реакции из пород. Наиболее интенсивны такие реакции в поровом пространстве и трещинах, что способствует повышению коллектор-ских свойств пород. Уплотнение терригенных и карбонатных пород с увели-чением глубины залегания сопровождается снижением пластичности, благо-даря чему породы становятся хрупкими и при разрядке тектонических на-пряжений в них развивается трещиноватость. Доломитизация известняков

137

нередко благоприятствует повышению коллекторских свойств пород-коллекторов, так как возрастают их пористость и проницаемость.

Перечисленные выше катагенетические процессы проявляются в раз-ных геологических регионах на неодинаковых глубинах, что регулируется термобарическими, геохимическими и гидрогеологическими условиями. При общей оценке коллекторских свойств пород, особенно на больших глубинах, это обстоятельство необходимо учитывать, базируясь на упомя-нутых методах прогнозирования.

Кроме литологических признаков и свойств пород, на колекторских свойствах отражаются и другие геологические процессы и признаки, среди которых отметим следующие.

Тектонический режим и структурное положение изучаемой террито-

рии на стадии седиментогенеза и катагенеза. Благоприятен стабильный тектонический режим большой продолжительности, способствующий формированию коллекторского тела значительной мощности. Последний признак, в свою очередь, благоприятствует сохранению коллекторских свойств на стадии катагенеза. После образования геологической структуры также благоприятна спокойная тектоническая обстановка, способствующая сохранению целостности коллекторского тела.

Аномально высокие пластовые давления препятствуют уплотнению пород, смыканию трещин и тем способствуют сохранению коллекторских свойств.

Геотермическая обстановка в недрах также отражается на коллектор-

ских свойствах пород. Высокие температуры интенсифицируют вторичные процессы – минеральное новообразование, растворение под давлением, преобразование органического вещества, что снижает коллекторские свой-ства пород. В связи с этим более благоприятны условия для сохранения коллекторских свойств, особенно на больших глубинах, в регионах с низ-ким геотермическим градиентом.

Большую помощь при прогнозировании и оценке коллекторских свойств пород оказывают результаты геофизических исследований скважин, позво-ляющие также выдать в разрезе пласты коллекторы. Если исследователь рас-полагает какими-либо другими геологическими данными их так же надо ис-пользовать при прогнозной оценке коллекторских свойств пород.

Существенно влияют на развитие экранирующих свойств пород сле-дующие факторы и процессы.

Литологический состав. Наиболее высокими экранирующими свойства-ми обладают регионально распространенные, без литологических окон мощ-ные толщи каменной соли и глинистых пород. Среди последних всего надеж-нее глины с высоким содержанием минералов группы монтмориллонита.

Литологическая неоднородность – отрицательный признак экрани-

рующих тел, поскольку среди надежных экранов залегают породы с низ-кими экранирующими свойствами, через которые может произойти утечка

138

и рассеяние углеводородов в окружающей среде. Для оценки литологиче-ской неоднородности экранирующего тела необходимо произвести лито-лого-фациальное картирование.

Размывы и перерывы в осадконакоплении оказывают преимущественно отрицательное влияние на экранирующие свойства пород. При этих процес-сах могут происходить сокращение площади распространения и мощности экранирующего тела, механическое и химическое выветривание, способст-вующие разуплотнению пород и появлению проницаемых окон.

Катагенетические изменения также преимущественно снижают экра-нирующие свойства пород. В глинах – за счет преобразования монтморил-лонита в смешаннослойные и гидрослюдистые глинистые минералы, а также вследствие понижения пластичности глин и перехода их в хрупкие аргиллиты, склонные к растрескиванию при тектонических напряжениях. Пласт каменной соли также может потерять свой экранирующий потенци-ал в результате перераспределения массы соли при образовании соляных куполов, гребней и других форм в одних участках, и выжимании соли в других, вследствие чего возможно появление проницаемых окон.

Положительное влияние на экранирующие свойства пластов-флюидоупоров оказывают повышенные поровые давления. Благоприятны спокойная тектоническая обстановка, не вызывающая нарушения сплош-ности экранирующего тела и некоторые другие геологические факторы.

Контрольные вопросы

Назовите литологические факторы, благоприятные для формирова-ния природных резервуаров нефти и газа.

Дайте литологическую характеристику пластового, массивного и литологически ограниченного природного резервуара.

Перечислите литологические признаки и свойства, используемые при прогнозировании природных резервуаров.

Назовите виды литологически ограниченных со всех сторон резер-вуаров нефти и газа.

Какова роль региональных размывов и перерывов в осадконакопле-нии при формировании природных резервуаров нефти и газа?

139