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

тонических трещин, он отличается лишь масштабом явления. По существу, механизм образования трещин и дизъюнктивных дисло­ каций является единым, что доказывается по данным как полевых наблюдений, так и лабораторного моделирования.

Различается несколько стадий в образовании разрывов. На первой стадии происходит образование многочисленных элемен­ тарных трещин. На второй стадии благодаря концентрации напря­ жений у ослабленных мелкими трещинами зон возникают укруп­ ненные трещины, и на третьей стадии формируются крупные раз­ рывы, рассекающие все тело осадочного покрова и нередко уходя­ щие своими корнями в кристаллический фундамент.

Известны попытки количественной оценки протяженности раз­ личных типов трещин. Элементарные мелкие трещины (с единич­ ными поверхностями раздела горных пород) обладают малой про­ тяженностью— до нескольких метров; крупные (и сложные) тре­ щины (сочетание сближенных, кулисообразных трещин) обладают протяженностью во многие десятки и сотни метров, а иногда и несколько километров. Протяженность же разломов измеряется первыми тысячами километров. Важно отметить, что разрывные смещения типа сбросов, надвигов и сдвигов имеют локальное рас­ пространение, хотя линейная их протяженность может быть и большой.

Многими исследователями отмечается приуроченность дизъюн­ ктивных дислокаций к имеющимся в породах поверхностям с ос­ лабленной плотностью (трещиноватость, сланцеватость, слоис­ тость). Обычно этими дислокациями завершается процесс склад­ кообразования. По существу, к моменту возникновения указанных дислокаций складчатость и трещиноватость пород оказываются сформированными, и рассматриваемая толща пород представляет собой уже анизотропное тело, обладающее направлениями пре­ имущественной разрядки напряжений — направлениями наимень­ ших сопротивлений.

Моделирование процессов образования крупных тектонических разрывов показало, что предваряющие их трещины интенсивно развиваются в сравнительно узкой локальной зоне, в которой и формируется крупный разрыв. Известно, что в зонах крупных тек­ тонических разрывов кроме обычных региональных трещин разви­ ваются новые оперяющие трещины; эти «производные» (сопря­ женные) трещины по мере удаления от зоны тектонических раз­ рывов постепенно исчезают.

Для сравнительной оценки связи между тектонической трещи­ новатостью и дизъюнктивными нарушениями приведем некоторые опубликованные данные. Так, например, Дж. Г. Деннис (78] по­ лагает, что между генезисом общей тектонической трещиновато­ сти горных пород и дизъюнктивными нарушениями (и, в частно­ сти, сдвигами) существует принципиальное различие. Согласно его представлениям трещиноватость возникает на обширных тер­ риториях под действием длительных пластических деформаций,

тогда как дизъюнктивные нарушения образуются вследствие крат­ ковременных упругих деформаций. Простирания сбросов и сдви­ гов согласно его данным обычно связаны с зонами тектонической трещиноватости.

трещин, вдоль поверхности которых движения не происходило, через трещины с очень малым смещением слоев к мелким разры­ вам, а затем и к крупным...» ч что «поскольку густота трещин не зависит от наличия сбросов, можно предположить, что трещи­ ны образовались на ранней ста­ дии воздействия напряжений...».

Вероятнее всего, трещины чаще образовывались одновременно со складчатостью.

При изучении трещиноватости докембрийских и нижнепалеозой­ ских отложений в Таласском Ала­ тау (Северный Тянь-Шань) было установлено, что большинство трещин имеет тектоническое про­ исхождение. Ориентировки тре­

щин не только тесно связаны с пространственным направлением пластов, но и с простираниями крупных тектонических элементов, свойственных всей территории Тянь-Шаня.

Результаты исследований В. А. Невского и Л. И. Симоновой [178] показали, что трещиноватость пород возникает при склад­ кообразовании, а разломы и глыбовые передвижки являются по­ следующими деформациями.

Такая же закономерность в развитии крупных разрывов но тектоническим трещинам отмечена [95] в Даалдан-Алакинском алмазоносном районе, где ориентировки крупных разрывов, с ко­ торыми связаны трапповые дайки, совпадают с одним из главных лучей вертикальных тектонических трещин (рис. 20).

Значительный интерес представляют данные В. И. Коноплевой [122], касающиеся густоты (частоты) распределения тектониче­ ских трещин в зависимости от зон нарушений. Исследования про­ изводились в мезозойских отложениях долины верхнего Амура, в так называемом Черняево-Калиновском тектоническом блоке. Здесь установлено, что на участках, удаленных от дизъюнктивных нарушений на расстояние более 500 м, густота тектонических тре­ щин находится только в зависимости от литологического состава горных пород, их механических свойств и структурно-текстурных особенностей.

Заслуживают также внимания данные о продуктивности бориславского песчаника в Предкарпатье. Построенная карта продук­ тивности этого горизонта показала, что наибольшей продуктив­ ностью выделяется восточная часть залежи, где нет никаких дизъюнктивных нарушений, тогда как участки, расположенные

.вдоль таковых, оказались мало продуктивными [118].

Можно указать и на результаты исследования Ф. И. Денисова

.[77] по Азербайджану (табл. 6), из которых видно, что роль раз-

Таблица 6

Эффект дополнительного прироста добычи нефти при применении гидравлического разрыва пласта в зависимости от положения скважин относительно дизъюнктивных нарушений. Азербайджан, по Ф. И. Денисову [77]

рывов в увеличении густоты трещин в рассматриваемом районе не является ведущей. Причину этого явления Ф. И. Денисов усмат­ ривает в том, что участки интенсивной трещиноватости, обуслов­ ливающей эффективность гидравлического разрыва, размещаются за пределами зон нарушений.

Примечательно, что простирание дизъюнктивных нарушений часто соответствует простиранию трещин более молодой генера­ ции. По данным указанных выше исследований допускается, что трещиноватость обусловливает заложение дизъюнктивных нару­ шений. Можно предположить, что последние развиваются по сис­ темам трещин I порядка. При разнонаправленных тектонических

•Специальное изучение этого вопроса производилось в Восточных Карпатах (складчатая область) и в районе Самарской Луки (платформа) в условиях естественной обнаженности горных пород 'С наличием в них большого количества дизъюнктивных нарушений

-52

[89]. В первом из указанных районов (Скибовая зона Восточных; Карпат) изучался характер распределения трещиноватости в зо­ нах развития крупных надвигов (флишевое чередование песчани-

Рис. 21. Густота трещин в песчаниках на различном удалении от линии нарушения [89].

/ — 0—100 м от линии нарушения; 2 — 100—500 м от линии нарушения; 3 — свыше 500 м от линии нарушения.

ков, аргиллитов и алевролитов с редкими прослоями мергелей в известняков по разрезу верхний мел—палеоген). Зависимость между густотой макротрещин в песчаниках и близостью к линии -

Рис. 22. Густота макро- и микротрещин в песчаниках на различном удалении от линии нарушения {89].

а — висячее крыло; б —лежачее крыло; / — линия наруше­ ния; 2 — осредненная кривая густоты микротрещин; 3 — осредценная кривая густоты макротрещин.

надвига станций наблюдения по результатам исследования оказа­ лась следующей. Так, согласно этим данным (рис. 21) видно, что при приближении к линии надвига густота трещин в песчаниках не увеличивается. Такие же результаты показали исследования зависимости между густотой трещин и близостью к надвигу пород как висячего, так и лежачего крыльев последнего (рис. 22). В рзс-

53

сматриваемом случае исследование производилось как для макро-, так и для микротрещин.

блюдаются многочисленные разноориентированные трещины (тре­ щины оперения), часто заполненные кальцитом. Эти разноориен­

дизъюнктивными нарушениями, проведенное в Восточных Карпа­ тах на месторождении Спас [61], показало зависимость густоты трещин от литологического состава пород и связь систем трещин с нарушением. Последняя выражается в совпадении ориентировки систем трещин и нарушения. На месторождении Битков в этом же регионе также установлено, что изменение интенсивности тре­ щиноватости (и пористости) по площади и разрезу происходит преимущественно в зависимости от структурного положения и литологического состава пород, а не от положения относительно дизъюнктивного нарушения. Аналогичный результат был получен и по месторождению Долина. В целом эти исследования показали, что на густоте региональных тектонических трещин близость дизъюнктивных нарушений, очевидно, не сказывается. Связь тре­ щиноватости с нарушениями здесь заключается в общности на­ правлений простираний нарушений и одной из основных систем трещин.

Полученные данные (на примере Карпат) находятся в извест­ ном противоречии с представлениями некоторых исследователей [83, 97, 125, 126], указывающих на ширину зон интенсивной тре­ щиноватости пород вблизи дизъюнктивных нарушений до 3—10 км и более. Но это кажущееся противоречие, так как этими исследо­ вателями рассматриваются не отдельные дизъюнктивные наруше­ ния, а региональные разрывы типа глубинных разломов, обычно представляющих собой системы локальных нарушений, каждая из которых, в свою очередь, сопровождается узкой зоной повышенной густоты трещин.

Не менее интересными оказались результаты исследований трещиноватости горных пород в районе Жигулевской дислокации (Самарская Лука). Здесь в породах вблизи этой дислокации так­ же не наблюдалось увеличения густоты трещин. Рассмотрение данных об ориентировках основных систем тектонической трещи­ новатости и направления Жигулевской дислокации показало, что первые не могут быть отнесены к оперяющим трещинам, посколь­ ку простирание дислокации согласуется лишь с направлением вто­ ростепенной системы трещин. Эти данные позволили сделать за­ ключение о независимости образования тектонической трещинова­ тости от развития дизъюнктивных нарушений [87]. Указанный

54

Глава III

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ УЧЕНИЯ О ТРЕЩИННЫХ КОЛЛЕКТОРАХ НЕФТИ И ГАЗА

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О НАИБОЛЕЕ ВЕРОЯТНОЙ МОДЕЛИ ТРЕЩИННОГО КОЛЛЕКТОРА (СТРОЕНИЕ ТРЕЩИННОГО КОЛЛЕКТОРА)

Современное состояние изученности проблемы трещинных кол­ лекторов характеризуется возрастающим интересом к познанию структуры пустотного пространства и особенностей фильтрации в них нефти и газа. Именно эти вопросы, имеющие прямое отно­ шение к оценке емкости подобных коллекторов, являются в по­ следние годы предметом изучения многих исследователей различ­ ных профилей и специальностей. Объектами этих исследований служат в основном карбонатные породы, в которых трещинные коллекторы имеют наибольшее развитие. Однако такие коллекто­ ры нефти и газа обладают наиболее сложной структурой пустот­ ного пространства. В подобных сложных коллекторах процессы фильтрации флюидов протекают одновременно в разнородных средах (межзерновые поры и каверны в блоках — матрице трещи­ новатой горной породы и трещины с развитыми по ним каверна­

что среди трещиноватых карбонатных пород наиболее распростра­ ненными являются именно такие сложные типы трещинных кол­ лекторов.

При характеристике отдельных типов пустот (или их совокуп­ ности) и трещинного коллектора в целом некоторые исследовате­ ли, в частности промысловые геофизики, широко пользуются тер­ мином «вторичная пористость». Указанными исследователями «вторичной пористостью» обычно именуется межблоковое про­ странство, представленное совокупностью трещин, разделяющих блоки (матрица) горной породы, и развитых по ним вторичных пустот (каверны, стилолитовые полости).

Согласно представлениям других исследователей, еще более переоценивающих роль трещиноватости в формировании трещин­ ных коллекторов, блоки (матрица) горных пород, будучи, «заселе­

56

ны» обильными микротрещинами, отграничены друг от друга макротрещинами, по которым развиты каверны и многие пустоты различных размеров. В соответствии с этой моделью трещинного коллектора микротрещины в матрице породы низкопроницаемы, а макротрещины, ограничивающие блоки породы, высокопрони­

цаемы.

На базе указанных представлений возникли такие модели кар­ бонатных трещинных коллекторов, в которых роль межзерновой среды матрицы горной породы в емкости и фильтрации почти на­

носных горизонтов девона в северо-восточной части Припятского прогиба различаются две системы трещин. Одна из них характе­ ризуется низкой проницаемостью. Трещины ее приурочены к бло­ кам горных пород; они обладают капиллярными размерами.. Вторая система трещин обладает высокой проницаемостью. Тре­ щины этой системы ограничивают блоки горных пород; они обла­ дают раскрытиями сверхкапиллярных размеров, обеспечивающи­ ми наибольшие притоки нефти в скважину.

В рассматриваемой модели коллектора, в частности для Речицкого месторождения, принимается наличие двух типов коллектора: каверново-трещинного и трещинно-кавернового. Нетрудно видеть, что указанной моделью отрицается роль межзерновых пор в акку­ муляции и фильтрации нефти на рассматриваемом месторождении.

Согласно другим построениям [155] в модели трещинного кол­ лектора верхнемеловых известняков месторождения Карабулак (Грозненский район) межзерновые поры преимущественно запол­ нены реликтовой водой; матрица рассечена сетью бессистемных мелких и крупных трещин и дизъюнктивными нарушениями не­ большой амплитуды. Нетрудно видеть, что эти представления по существу мало чем отличаются от взглядов вышеупомянутых ис­ следователей. С такими представлениями о модели трещинного коллектора в недавнем прошлом солидаризировались и другие ис­

нефть...». Было высказано предположение о том, что «очень гус­ тая сеть микротрещин в верхнемеловых известняках месторожде­ ния Карабулак и характер фильтрации по массиву в некоторой

мостью микротрещин и сообщающимися порами, вторая обуслов­ лена крупными открытыми трещинами. Хотя эта модель трещцнного коллектора и учитывает проницаемость межзерновых пор

57

в совокупности с проницаемостью микротрещин, но проницаемость пород в целом здесь также приписывается преимущественно круп­

ным трещинам.

Некоторые исследователи [32], правильно представляя себе ■строение трещинного коллектора (две взаимосвязанные среды — поровая и трещинная), размеры блоков оценивают очень высоко. Так, например, согласно их предположениям миоценовая залежь месторождения Зыбза (Краснодарский край) составлена из 150 блоков. Однако эти данные находятся в противоречии с известны­ ми результатами исследований, согласно которым размеры бло­ ков, исчисленные по густоте трещин, достигают приблизительно лишь 10—30 см. Можно предположить, что указанные 150 блоков по рассматриваемой залежи ограничены дизъюнктивными дисло­ кациями тина сбросов и взбросов.

В работе [6], посвященной добыче газа, оценка роли трещино­ ватости в емкости и фильтрации трещинного коллектора дана

спозиций современных представлений о строении последнего. Так,

вчастности, указывается, что в трещиноватой горной породе раз­ личаются межзерновая и трещинная пористости, причем послед­

няя мало влияет на величину общей пористости, тогда как тре­ щинная проницаемость определяет величину общей проницае­ мости коллектора. Сообщается также, что в песчаниках и алевро­ литах, а также в глинах преобладают открытые микротрещины, в мергелях и доломитах наблюдаются открытые и закрытые мик­ ротрещины.

Современные представления о модели трещинного коллектора приведены в работе [8], в которой рассматриваются известные продуктивные эоценовые асмарийские известняки и доломиты Ирана. Этот коллектор представляет собой систему, составленную из пористых блоков и сети трещин. Основные запасы нефти содер­ жатся в малопроницаемых блоках, тогда как трещины содержат незначительные объемы нефти, но зато обусловливают фильтра­ цию жидкостей. Примечательно, что параллельно с изучением керна из буровых скважин карбонатные породы асмарийской фор­

трещин в указанном коллекторе сказывается также и в том, что конвекционные токи благодаря хорошей сообщаемое™ по систе­ мам трещин, обусловливают перемещение нефти по всему коллек­ тору. Вследствие этого состав нефти сохраняется неизменным по всему месторождению.

Укажем также, что специалисты по рудам при исследованиях зависимости между степенью трещиноватости и содержанием руд­

выше, чем во вмещающей горной породе. Часто основные запасы, например, свинца и молибдена оказываются приуроченными к по-

58

ровой среде горной породы. В работе [229] справедливо отмеча­ ется, что в рассматриваемых случаях зоны повышенной трещино­ ватости служат «хорошей рудовмещающей структурой», но мине­ рализация часто происходит не в самих трещинах, а в межзерно­ вых порах вмещающих пород. Эти представления вполне согласу­ ются с современными взглядами на модель трещинного коллекто­ ра нефти и газа.

В результате широких геологических и литолого-петрографи- ческих исследований было показано, что трещиноватые карбонат­ ные породы-коллекторы нефти и газа обладают пористостью как седиментационного и диагенетического, так и постдиагенетического (эпигенетического) происхождения; первая из них рассматри­ вается как первичная пористость, а вторая — как вторичная.

Структура первичной пористости карбонатных пород опреде­ ляется характером укладки зерен карбоната или органических остатков, оолитов и других форменных образований, а также сте­ пенью их отсортированное™, окатанности и характером цемента­ ции. Первичная пористость формируется в еще рыхлом, незатвер­ девшем осадке при погружении его на сравнительно небольшие глубины, где происходит уплотнение осадка, перекристаллизация

или слабом проявлении в горной породе более поздних вторичных процессов аутогенного минералообразования и при отсутствии в осадках заметного количества примесей терригенного глинисто­ го, глинисто-органического и другого вещества. Первичная пори­ стость в карбонатных породах в общем балансе емкости коллек­

В связи с указанным различаются унаследованная и вновь обра­ зованная вторичная пористость; первая из них в карбонатных по­ родах обладает наибольшим распространением. Из сказанного выше видно, что вторичная пористость отнюдь не исчерпывается

общей величины вторичной пористости.

Таким образом, руководствуясь приведенными выше данными, обобщенной моделью наиболее распространенного в природных условиях сложного (диффузионного) типа трещинного коллектора (в основном карбонатного) следует считать коллектор, составлен­

59