книги из ГПНТБ / Смехов Е.М. Теоретические и методические основы поисков трещинных коллекторов нефти и газа

Известны также данные об общности простираний основных систем трещин в горных породах различных структурных этажей, даже отделенных друг от друга стратиграфическими и угловыми несогласиями. Примером могут служить ориентировки основных систем трещин в породах известняковой (верхняя юра) и песчано­ аргиллитовой (средняя юра) свит в Средней Азии; они те же, что и в породах палеозойского комплекса и в меловых и палеогено­ вых (бухарский ярус) отложениях. Меж тем, как известно, юрские отложения здесь отделены от выше- и нижележащих образований перерывами.

Можно указать и на другой пример, по Иркутскому району. Здесь между нижнекембрийскими и верхнепалеозойскими отло­ жениями, а также последними и юрскими осадками различаются

ориентировок направлений основных систем трещин в толще оса­ дочных пород сохраняется даже при наличии перерывов между составляющими ее отдельными стратиграфическими подразделе­ ниями. Эти данные свидетельствуют о возможности прогнозиро­ вания направлений трещиноватости из верхних горизонтов в ниже­

наличие известных связей между простираниями основных систем трещиноватости и продуктивностью скважин. Наблюдениями было установлено, что при соответствии тектонических планов верхних и нижних горизонтов относительно максимальные дебиты были получены в скважинах, расположенных по линиям, совпада­ ющим как с направлением основных систем трещиноватости, так и с простираниями отдельных элементов локальных поднятий. По­ добная закономерность в направлении зон фильтрации отмечена также по ряду месторождений (Карлы, Кинзебулатово, Малышевка) Башкирского Приуралья. Здесь при анализе начальных дебитов скважин методом построения диаграмм-роз направления фильтрации было установлено, что последняя следует к забоям скважин по крыльям к своду поднятия по двум взаимно перпен­ дикулярным направлениям, соответствующим ориентировкам ос­ новных систем трещиноватости.

Весьма показателен пример с разработкой месторождения Стилмен (Канада), где в продуктивных карбонатных отложениях формации Чарльз (миссисипский возраст) производились работы по их заводнению для поддержания давления. При этих работах учитывались данные по основным простираниям естественных тре­ щин и густоте последних [242]. В скважинах-наблюдательницах была обнаружена хорошая гидродинамическая сообщаемость

20

всей продуктивной площади, а данные о простираниях и густотах трещин, полученные в результате изучения керна, были подтверж­ дены промысловыми наблюдениями.

Учет ориентировки трещин также крайне важен при гидрораз­ рыве пласта. Установлено, что применяемая кислотная обработка в основном влияет на два главных типа трещин — вертикальный (поток кислоты линейный и направлен от точки закачки) и гори­ зонтальный (поток кислоты распределяется радиально от точки закачки).

Исследование зависимости между способностью соляной ки­ слоты вступать в реакцию с карбонатными породами и скоростью ее течения показало, что при отсутствии трещин эффект кислот­ ной обработки незначителен; он ограничен призабойной зоной скважин. В случае наличия трещин основное количество кислоты проходит через трещины.

Знание параметров трещиноватости, и в первую очередь ориен­ тировки трещин, крайне важно при выборе системы размещения нагнетательных скважин для заводнения трещинного пласта-кол­ лектора. Так, по расчетным данным анализа пластовых давлений в 55 скважинах на площади Драйвер (месторождение Спраберри), простирающейся на расстояние 8 км, установлено, что основная система трещин ориентирована на северо-восток (56°). Оказалось, что трещинная проницаемость по этому направлению в 13 раз больше (104 мд), чем в перпендикулярном к нему направлении (8 мд). Кроме того, выяснилось, что снижение пластового давле­ ния распространяется не в виде окружности, как это обычно на­ блюдается в однородных пористых средах, а имеет эллиптическую форму [91]. Большая ось этого эллипса указала на простирание основной системы трещин, в данном случае северо-восточное. Эта ориентировка трещиноватости являлась основным направлением фильтрации. Малая ось эллипса была направлением подчиненной системы трещин.

О направленной фильтрации при заводнении карбонатных продуктивных пластов свидетельствуют также данные по место­ рождению Кирк (Техас). Здесь наблюдения показали, что сква­ жины, расположенные в направлениях с севера на юг и с северозапада на юго-восток от нагнетательных скважин, дали почти в 3 раза больше нефти, чем скважины, расположенные с востока на запад и с северо-востока на юго-запад. Это явление анизотро­ пии трещиноватых пород получило название «эффекта трещино­ ватости» пород.

Наглядным примером нефтяного месторождения, характери­ зующегося значительной анизотропностью, является упомянутое месторождение Стилмен в Канаде. Здесь нефть заключена в доломитизированных известняках на глубине 1430 м. Визуальными геологическими и гидродинамическими исследованиями установ­ лено широкое развитие открытых трещин, обладающих высокой проницаемостью. Трещины вертикальные (относительно слоисто­

21

сти) и ориентированы с северо-востока на юго-запад, что и обус­ ловило анизотропию коллектора. Так, проницаемость в направле­

Таблица 2

Встречаемость значений трещинной проницаемости по типам пород, %

(на примере нижнекембрийских отложений Иркутского амфитеатра)

Трещинная проницаемость, мд

лена фильтрация нефти и газа в трещиноватых породах к забоям скважин.

Г. К. Максимович [162] справедливо указывал, что « ...н ал и ­ чие сообщающихся трещин шириной 1 мм и более маловероятно,

22

так как продуктивные пласты всегда нагружены весом вышеле­ жащих пород, и стенки горизонтальных трещин должны быть плотно прижаты друг к другу. Вертикальные трещины в плот­ ных породах могут оставаться несомкнутыми, так как боковое гор­ ное давление значительно меньше вертикального, но такие несом­ кнутые трещины должны иметь огромную проницаемость, что не подтверждается работой скважин».

Об указанном свидетельствуют приведенные ниже примеры. Так, раскрытие трещин в породах франского яруса в ДнепровскоДонецкой впадине колеблется от 0,01 до 0,04 мм с преобладанием 0,02 мм. Трещинная проницаемость составляет десятки и сотни миллидарси [214].

В работе [57] приведены данные о параметрах трещиновато­ сти для верхнемеловой толщи известняков Карабулак-Ачалукского месторождения (табл. 3).

Микроскопическое изучение керна трещиноватых известково­ доломитовых и глинисто-карбонатных пород артинского яруса Башкирского Приуралья показало, что наибольшие значения ве­ личины трещинной проницаемости характерны для органогенных доломитовых и доломитистых известняков (рис. 6).

мд

2 0 0 -

/00

о

Рис. 6. Средние значения трещинной проницаемости карбонатных и глинисто-карбонатных пород Башкирского Приуралья (Малышевское, Цветаевское и Бурановское месторождения).

1 — доломиты слабонзвестковистые; 2 — доломиты известковистые; 3 — органо­ генные доломитовые известняки; 4 — органогенные доломитистые известняки; 5 — органогенные слабодоломитистые известняки; 6 — органогенные известняки; 7 — мергели.

Относительно пределов изменения раскрытое™ (ширины) тре­ щин и факторов, обусловливающих эти изменения, пока не суще­ ствует единого мнения. Известные в литературе данные о раскры-

23

тости трещин основаны главным образом на визуальных наблюде­ ниях в естественных обнажениях и описаниях трещин в шлифах. Прямых же методов, позволяющих измерить раскрытость трещин непосредственно на глубине, пока не существует.

Статистическая обработка многочисленных измерений трещин в шлифах по верхнемеловым флишевым отложениям Новороссий­ ского прогиба и ордовикским карбонатным породам Дурбенской

Рис. 7. Распределение раскрытости трещин в различных ти­ пах пород (Новороссийский прогиб).

род пределы изменения ширины раскрытия трещин оказались при­ мерно одинаковыми. В аргиллитах и алевролитах раскрытия тре­ щин 20—30, а в известняках 10—20 мкм. Наиболее широкий диа­

измеряются первыми десятками микрон; эти данные также свиде­ тельствуют о том, что трещины с такими раскрытиями не могут содержать запасы нефти или газа в значительных промышленных количествах.

Ошибочность представлений о приуроченности промышленных запасов нефти в основном к трещинам можно найти в работе [184]. Здесь указывается, что по месторождениям Рыпне, Карлам

24

и Яреге, где соответственно на глубинах 400, 250 и 150 м трещины имеют большие раскрытия и, следовательно, трещинная пористость

Рис. 8. Распределение раскрытое™ трещин в различных типах по­ род (Дурбенская площадь в Прибалтике).

/ — мергели; 2 — кристаллические известняки; 3 — органогенные известняки.

возрастает, промышленные запасы нефти «почти целиком опреде­ ляются емкостью непорового пространства — трещинами .. . ».

25

Глава II

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ТРЕЩИНОВАТОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД

РАЗВИТИЕ ТРЕЩИНОВАТОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД НА ЛОКАЛЬНЫХ СТРУКТУРАХ

Одной из проблем в изучении тектонической трещиноватости горных пород применительно к их коллекторским свойствам явля­ ется определение закономерностей ее развития как по разрезу, так и на тектонических структурах различного типа. Здесь, в ча­ стности, имеет большое значение выяснение соотношения между морфологией локальных складок и трещиноватостью, а также ус­ тановление характера деформации, обусловливающих образова­ ние различных типов трещин.

Как известно, основными параметрами, определяющими текто­ ническую трещиноватость, являются густота трещин и их ориенти­ ровка. Для определения количества трещин и их систем был пред­ ложен векторный метод, основанный на предварительном изуче­ нии закона распределения вероятностей направлений трещин, от­ носящихся к одной системе [114].

О характере связи между направлениями трещин и структур­ ным планом локальных поднятий существуют различные представ­ ления. Одни исследователи полагают, что какие-либо связи между направлениями трещин и элементами структур отсутствуют или наряду с трещинами, сопряженными со складками, присутствуют трещины, наложенные на складчатость (но не связанные с ней). При этом некоторые исследователи полагают, что отсутствие гео­ метрической (и генетической) связи между ориентировками глав­ ных (основных) систем трещин и элементами локальных подня­ тий объясняется развитием указанных трещин в последнем этапе тектонических деформаций, после процессов складкообразования. Другие — объясняют отсутствие таких связей наличием так назы­ ваемых планетарных трещин с направлениями, общими для боль­ ших регионов. Некоторые геологи различают связь направлений трещин со всей складкой в целом, с ее формой, простиранием оси и др.

Согласно представлениям (более обоснованным) других геоло­ гов направления трещин характеризуют отдельные точки складки. Эти направления, будучи связаны с плоскостью наслоения, зако­ номерно изменяются с изменением залегания слоя от точки к точке.

26

Анализ диаграмм распределения ориентировок суммирующих векторов систем тектонических трещин, произведенный для ряда локальных структур различного типа, показал видимое отсутствие систем трещин, сохраняющих общее направление в целом по структуре, но установил преимущественное наличие направлений трещин, тесно связанных с элементами залегания слоя. На струк­ турных диаграммах, построенных для различных точек наблюде­ ния по изученным поднятиям, изменение угла падения слоя сопро­ вождается пространственным изменением положения трещин. Наи­ более отчетливо эти связи проявляются на локальных структурах складчатой области, где ориентировки трещин меняются в зависи­ мости не только от угла падения слоя, но и от его простирания. С каждым поворотом слоя (изменением простирания и падения) соответственно изменяют свои направления системы трещин.

Соответствующий анализ структурных диаграмм вместе с тем показал, что по отношению к элементам залегания слоя можно различать ряд систем трещин. Выделяются системы трещин: пер­

систем); наклонные к слою, простирающиеся параллельно прости­ ранию его (одна пара сопряженных систем) и наклонные к слою и расположенные косо по отношению к элементам его залегания.

Было установлено, что каждая указанная выше система (или пара сопряженных систем) трещин как в складчатых, так и в платформенных областях является следствием влияния опреде­ ленного поля напряжений. При изучении закономерностей распре­ деления каждой системы трещин представляется возможным вос­ становить поля напряжений и их распределение внутри рассмат­ риваемой структуры.

Густота трещин, как известно, является мерой количественной оценки интенсивности растресканности горной породы. Густота трещин определяется для той или иной системы трещин в целом и обозначает то количество трещин данной системы, которое при­ ходится на единицу нормали к плоскости, соответствующей сум­ марному вектору системы. Для оценки связей густоты трещин со структурой важное значение имеет учет влияния на их густоту литологического состава слоя и его мощности. Влиянием же дру­ гих факторов на густоту трещин можно пренебречь, поскольку оно невелико.

Сравнительный анализ густот трещин, произведенный на при­ мере Аруктауской складки [105], показал, что в известняках и доломитах изменение густоты трещин следует в направлении, об­ щем для всех систем трещин, без какого-либо различия их меха­ нического типа (отрыва или скола). По этому признаку предста­ вилась возможность в общем случае выделить группу менее тре­

27

щиноватых пород — песчаники и чистые известняки и более тре­ щиноватых— доломиты и глинистые известняки. Такой вывод ока­ зался справедливым и для структур в иных геологических усло­ виях, с той лишь разницей, что платформенные структуры сравни­ тельно со складчатыми характеризуются меньшей густотой тре­ щин. В целом можно заключить, что менее прочные горные по­ роды более интенсивно разбиты трещинами и что платформенные структуры, которые характеризуются малыми скоростями пласти­ ческих деформаций, обладают меньшей густотой трещин.

Примечательно, что результаты анализа направлений сопря­ женных трещин скола различных систем дают возможность вос­ становить поля напряжений, существовавшие в период формиро­

в указанных условиях позволяют выделять участки с наибольшей густотой трещин, что в свою очередь определяет перспективность развития здесь трещинных коллекторов.

риклиналях поднятия и на наиболее крутых частях крыльев. Ука­ занная закономерность в распределении участков интенсивной трещиноватости отмечена и в других. районах. Установлено [85, 103 и др.], что распределение участков интенсивной трещиновато­ сти на локальных поднятиях не зависит от общего регионального тектонического строения территории. Размещение этих участков на локальных поднятиях обнаруживает тесную связь с особенно­ стями их строения. Для всех типов локальных поднятий (и глав­ ным образом платформенных) участками повышенной трещино­ ватости, как правило, являются их периклинали, поскольку де­ формация пород на этих участках происходит на всем протяже­

Вельское, 11— Боханское, 1 — Осинское, 3 — Кузнецовское и дру­

28

сивной трещиноватости по локальным поднятиям обусловлены их строением и ростом, вызваны характером и величиной напряже­ ний, развивавшихся на рассматриваемом участке земной коры в различные этапы геологического времени.

Рис. 9. Схема размещения участков максимальной трещиноватости на поднятиях различного типа '[102].

Платформенный тип поднятий: 1—7 — в южной части Сибирской платформы; 8 — на Русской платформе. Складчатый тип поднятий: 9— 10— Южно-Минусинская впадина. Заштрихованы участки повышенной трещиноватости. 11 — антиклиналь Западный Аруктау.

В качестве примера, иллюстрирующего особенности распреде­ ления участков с максимальной густотой трещиноватости по ло­ кальной структуре, приведем Осинское поднятие. По его площади были построены карты распределения подобных участков по доло­ митам ангарской свиты нижнего кембрия и терригенным породам среднего — верхнего кембрия (рис. 10). Из анализа карт прежде всего можно заключить, что участки с наибольшей густотой тре­ щин в породах верхнего кембрия соответствуют таковым в доло­ митах ангарской свиты. Другим весьма важным выводом является приуроченность участков с наиболее интенсивной трещиновато­ стью к периклиналям, крутым крыльям и узким синклинальным прогибам. Подобная закономерность в распределении трещинова­ тости на локальных поднятиях с теми или иными отклонениями, вызванными особенностями строения складок, свойственна боль­ шинству структур юга Сибирской платформы.

Известно, что в Иране изучалась трещиноватость известняков на дневной поверхности, в обнажениях, методом аэросъемок в мас­

29