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

ный из многочисленных блоков горной породы (рассеченных тре­ щинами), межзерновая (первичная и вторичная) пористость кото­ рых представляет собой основную емкость для нефти (газа). В таком коллекторе трещинная проницаемость во много раз боль­ ше межзерновой (поровой) проницаемости, а аккумуляция нефти

в таком коллекторе процессы стационарной фильтрации определя­ ются величиной трещинной проницаемости. Согласно современным представлениям [45, 209] фильтрация флюидов в таком типе тре­ щинного коллектора характеризуется обменом фазами между его поровой и трещинной составляющими.

Сложившееся представление о строении трещинного коллекто­ ра как обладающего «двойной» емкостной средой — поровой и трещинной, как бы «вложенных» друг в друга, в настоящее время получило общее признание. Подобными типами трещинных кол­ лекторов с «двойной» пористостью характеризуется, в частности, большинство (до 85%) залежей газа, приуроченных к карбонат­ ным породам. Если учесть то обстоятельство, что пористость таких трещинных коллекторов часто представлена совокупностью пустот вторичного происхождения, развивающихся как по трещинам, так

ипо первичным межзерновым и межформенным порам, естествен­ но, что такие коллекторы являются благоприятными объектами для применения к ним различных видов гидравлического разрыва

икислотной обработки пласта при интенсификации добычи нефти

игаза.

Правильное представление о строении трещинного коллектора весьма важно как в теоретическом, так и в практическом отноше­ ниях. В последнем случае оно позволяет, например, при опробова­ нии скважин избирать наиболее рациональную методику испыта­ ния пласта. Как известно, основными факторами, определяющими выбор метода воздействия на призабойную зону любых пластовколлекторов, являются их геолого-физические особенности. Учет последних особо важен для трещинных коллекторов нефти и газа. Это тем более важно, что в настоящее время пока еще не опреде­ лились представления о структуре различных типов этих коллек­ торов и особенностях фильтрации в них флюидов. Усугубляется это положение к тому же еще и тем, что различными исследовате­ лями по одному и тому же месторождению в недавнем прошлом давались разные оценки параметров пластов-коллекторов, что в основном объяснялось различными подходами к определению последних.

.60

Однако результаты исследований за последние годы показали, что представления о строении трещинных коллекторов существен­ но изменились. Свидетельством указанному, в частности, может служить эволюция во взглядах на емкость трещинного коллектора

угрозненских исследователей. Известно, что объектами изучения

упоследних служат месторождения нефти Терско-Сунженской об­ ласти, где на долю одних верхнемеловых известняков приходится

до 90% от общей добычи нефти. Прежние представления о нали­ чии здесь нефти только в одних трещинах подверглись ревизии. В настоящее время справедливо признается, что указанные тре­ щиноватые известняки-коллекторы обладают «двойной» пористо­ стью. Так, согласно современным представлениям В. Н. Майдебора [159] пористость этих известняков составлена из совокупности пустот, приуроченных к трещинам, каверн и стилолитовых пустот. Допускается также, что на отдельных участках залежей нефть может содержаться и в межзерновых порах матрицы горной по­ роды.

Грозненские исследователи [205] полагают, что на месторож­ дениях Терско-Сунженской области трещинные коллекторы харак­ теризуются пустотами различной формы, в большинстве случаев соединяющимися между собой посредством микротрещин. Значи­ тельные суммарные отборы нефти из скважин здесь за безводный период и продолжительные сроки разработки указывают на отсут­ ствие трещин большой раскрытое™, соединяющих водонефтяную зону с забоем скважины.

Трещинная пористость карбонатных пород по указанным оте­

0,15%). Однако и эти сравнительно небольшие величины, видимо,

двух блоков нефтяной залежи на месторождении Карабулак-Ача- луки показали значения полезной емкости 0,32—0,3 (первый блок)

и0,18% (второй блок). Подобный расчет был произведен и для верхнемеловой залежи на Малгобек-Вознесенском месторождении. Здесь в предположении, что нефть содержится только в трещинах

иприуроченных к ним кавернах, была определена емкость пород продуктивного пласта — 0,246 %.

Если учесть современные данные о возможности извлечения нефти из межзерновых пор пород (матрицы), то значительную часть (вероятно, большую) общей полезной емкости, полученной

61

по указанным выше расчетам, придется, видимо, отнести на долю пор.

Из указанного выше видно, что большое практическое значе­ ние имеет правильная оценка величины межзерновой пористости матрицы горной породы. В этой связи большой интерес представ­ ляют данные о распределении значений величин межзерновой по­ ристости (как первичного, так и вторичного происхождения) в разрезе карбонатных пород турнейского яруса на Ермекеевской площади (Башкирия). Здесь при изучении пачки Д верхнефаменского подъяруса 75% всех лабораторных определений межзерно­

вой пористости карбонатных пород-коллекторов на кри­ вой распределения ее значе­ ний оказались размещенны­ ми в интервале 5—11%, что определило среднюю вели­ чину пористости рассматри­ ваемых пород равной 6— 7% (рис. 23).

Другим наглядным при­ мером оценки емкости (стро­ ения) карбонатных трещи­ новатых пород может слу­

Рис. 23. Кривая распределения значений жить Речицкое месторожде­ межзерновой пористости [68]. ние в Белоруссии. Здесь за­ лежь нефти приурочена к верхнедевонским карбонат­

ным породам. Ранее на этом месторождении полагали, что нефть содержится в них только в трещинах. В настоящее время призна­ ется [134], что емкость рассматриваемого коллектора здесь состав­ ляют не только микротрещины, но и межзерновые поры матрицы, несмотря на их небольшую открытую пористость (в среднем 3,1%) и большую остаточную водонасыщенность пор (в среднем 60%). Величина трещинной пористости (0,23—0,33%), указываемая для рассматриваемого коллектора, очевидно, завышена, так как она рассчитывалась по промысловым данным с учетом густоты трещин, полученной по фотокаротажу и равной 1,35 1/см. Последняя циф­ ра вызывает сомнение, так как развитая здесь толща продуктив­ ных известняков мощностью 200 м едва ли может обладать такой плотностью открытых (эффективных) трещин. В целом можно пред­ положить, что трещинная пористость этих продуктивных известня­ ков, вероятнее всего, составляет сотые доли процента, а также и то, что даже в карбонатных породах, наиболее выщелачиваемых, ка­ верны, развитые по трещинам, распространены сравнительно редко. Из приведенных данных прежде всего следует, что емкости самих трещин в общей пористости Речицкого коллектора отведено вто­ ростепенное значение, а во-вторых, признается наличие нефти в

62

межзерновой среде блоков горной породы. Ведущая роль в фильт­ рации нефти отводится микротрещинам.

Эти современные представления имеют большое прогрессивное значение, поскольку они аргументируются не только данными гео­ логического порядка, но, как указано ниже, и особенностями фильтрации нефти в трещинах и межзерновой среде. Поскольку этот вопрос продолжает в какой-то мере дискутироваться, очевид­ но, потребуется известное время, чтобы был признан тот факт, что поровые пространства (первичного и вторичного происхождения) матрицы рассматриваемых пород-коллекторов принимают суще­ ственное участие в аккумуляции и фильтрации нефти, содержа­ щейся в трещинных коллекторах.

Учитывая многочисленные данные результатов исследования трещинных коллекторов, можно заключить, что трещинная порис­ тость их, как правило, редко превышает величину 0,1 %• Однако это не означает, что емкостью трещин можно пренебречь. Благо­ даря высоким значениям коэффициентов нефтеотдачи и нефтенасыщения емкость трещин (трещинная пористость) может содер­ жать извлекаемые запасы нефти, соизмеримые с запасами в порах блоков коллектора, что подтверждается данными исследования многих месторождений [202, 238]. Сравнительные данные приве­ дены в главе V.

ТЕРМИНОЛОГИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ ТРЕЩИННЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

Специфика проблемы трещинных коллекторов нефти и газа обусловливает возникновение новых терминов и понятий. Одни из них являются уже общепризнанными, как, например, «трещинная пористость», «трещинная проницаемость», «густота трещин» и т. д ., другие еще не получили должного распространения ввиду сравнительно слабой изученности отдельных аспектов проблемы. На отдельных терминах при обсуждении общих вопросов трещи­ новатости горных пород и закономерностей ее развития мы выше уже останавливались.

Здесь укажем на некоторые термины, которыми в последую­ щем тексте нам придется пользоваться. Приведем их краткое определение.

Трещины — визуально наблюдаемые разрывы сплошности гор­ ной породы без видимого смещения или со смещением, но в плос­ кости разрыва. По своему происхождению трещины могут быть тектоническими и нетектоническими (литогенетическими). Текто­ нические трещины обладают закономерной ориентировкой и груп­ пируются в определенные системы,, тесно связанные со структур­ ными элементами локальных поднятий. В зависимости от харак­ тера напряжений тектонические трещины различаются как трещи­ ны отрыва и скола. По протяженности тектонические трещины,

63;

пересекающие слои, подразделяются на трещины первого и второ­ го порядков. Первые рассекают группу слоев различного литоло­ гического состава, вторые обычно ограничены по своей протяжен­ ности одним или несколькими слоями сходного литологического состава. По характеру заполнения тектонические трещины могут быть полностью или частично заполнены перетертым материалом обломков горных пород, минеральными образованиями, в том чис­ ле органическим веществом, нефтью или битумом, либо быть от­ крытыми.

У литогенетических трещин закономерная ориентировка, как правило, отсутствует. Они характеризуются невыдержанностью своих направлений на весьма коротких расстояниях, малой протя­ женностью и заполнением материалом вмещающей либо перекры­

оруженным глазом в обнажениях на дневной поверхности, горных выработках и керне из буровых скважин.

Микротрещины — трещины, невидимые невооруженным глазом. Их раскрытое™ измеряется единицами и десятками микрон. Верх­ ний предел раскрытое™ микротрещин при исследовании в шлифах и пришлифовках под микроскопом условно принят равным 0,1 мм (100 мкм). Выше этого предела трещины рассматриваются как макротрещины. Трещинная пористость ( т т) — величина, характе­ ризующая удельный объем открытых трещин в горной породе. Трещинная пористость измеряется отношением пустот, которые составлены открытыми трещинами, секущими некоторый объем горной породы, к величине этого объема.

Трещинная проницаемость (Ат)— проницаемость горной поро­ ды, обусловленная наличием в ней трещин. Трещинная проницае­ мость определяется величиной раскрытия трещин, их густотой и

•ориентировкой в пространстве.

Полярная диаграмма трещинной проницаемости — геометриче­ ское место точек концов векторов направлений проницаемости. По данным гидродинамических исследований взаимодействия сква­ жин могут быть определены величины направленных проницаемо­ стей первого рода, а по данным геологических исследований — второго. Полярные диаграммы трещинной проницаемости позво­ ляют устанавливать основные направления фильтрации в трещи­ новатых горных породах.

Трещинные, коллекторы, как и трещиноватость горных пород, принадлежат к тому разряду сложных геолого-физических явле­ ний, классификация которых крайне затруднена. Классификация

64

трещинных коллекторов возможна лишь при правильном пред­ ставлении об их строении. Классификация трещинных коллекто­ ров обычно встречает затруднения, вызываемые сменой одного класса или группы коллекторов другим, от порового к трещинно­ му (характеризующихся разнородными условиями фильтрации) или обратно. Такие смены (переходы) можно наблюдать как по разрезу, так и в пространстве; они обычно затрудняют подразде­ ление коллекторов при изучении конкретных объектов. Вследствие недостаточной изученности трещинных коллекторов установление границ между классами коллекторов и их типами часто затруд­ нено.

Такие системы, в которых нельзя провести четкого разграниче­ ния между изучаемыми явлениями различной физической приро­ ды, в математической статистике, как известно, именуют диффуз­ ными.

Трещинные коллекторы характеризуются непрерывностью сис­ тем фильтрационных каналов, обусловленной физическим осред­ нением множества микропотоков в общий фильтрационный поток. Такую фильтрационную среду составляют не только межзерновые поры, соединяющиеся друТ с другом, но и каверны, непосредствен­ но связанные между собой, так как такая среда принципиально не отличается от обычной поровой среды.

Отсутствие четких границ между классами (поровый, трещин­ ный) и типами коллекторов дает основание для разработки и об­ условливает возникновение частных региональных схем классифи­ кации коллекторов. При общности их принципиальных основ они будут хотя и различными, но не антагонистическими. В этих слу­ чаях разработки региональных схем классификаций коллекторов, основанные на одних и тех лее принципиальных данных, могут оказаться весьма полезными как в методическом, так и особенно в практическом отношении. Опыты подобных как общих, так и региональных (оценочных) классификаций ниже приведены.

Как известно, ранее А. И. Леворсен [148] предлагал классифи­ цировать горные породы-коллекторы по происхождению слагаю­ щих их пород, полагая, что любая классификация нефтяных кол­ лекторов по существу представляет собой классификацию осадоч­ ных пород. В этой связи он выделял обломочные (кластические), хемогенные и смешанные (изверженные и метаморфизованные по­ роды) коллекторы.

К числу первых классификаций коллекторов нефти и газа при­ надлежит схема М. К. Калинко [106]. По этой схеме коллекторы нефти и газа выделялись в три крупные группы: межзерновые, межагрегатные и смешанные. Трещинные коллекторы были отне­ сены в самостоятельную подгруппу, очевидно входящую в группу смешанных коллекторов Предлагаемая классификация коллекто­ ров в дальнейшем способствовала последующей разработке схем их классификации применительно к природным условиям.

впервые предлагалось выделять сложный тип трещинного коллек­ тора как наиболее распространенный в природных условиях.

В последующем при разработке многих региональных класси­ фикаций коллекторов в той или иной степени учитывались прин­

ных коллекторов разреза карбона Волгоградского Поволжья была

лекторы, руководствуясь критерием характеристики емкости. Так, в работе [139] по характеристике порового пространства коллек­ торы нефти подразделены на три типа: поровые, каверновые и трещинные. Выделены также смешанные коллекторы (порово-тре- щинный, каверново-трещинный и др.). Эта схема разработана применительно к условиям Татарии. Преобладающее большинство карбонатных коллекторов для этой территории справедливо рас­ сматривается как коллекторы смешанного типа [72].

По результатам позднейших исследований [140] предлагается выделять среди коллекторов нефти и газа этого района уже не­ сколько иные три группы: поровые, порово-трещинные (смешан­ ные) и трещинные. Эта классификация в основном отвечает сов­ ременным представлениям о подразделении коллекторов. Такой же примерно классификации придерживаются исследователи Днеп­ ровско-Донецкой впадины [255], где по ряду газонефтяных место­ рождений в разрезе палеозоя и мезозоя установлены три типа коллекторов: поровый (по всей территории), грещинно-поровый (в основном на северо-западе Донбасса, в Днепровско-Донецкой впадине, на глубине более 3 км) и трещинный (редко развитый, карбонатные породы малой мощности в толще терригенных от­ ложений).

66

Исходя из оценки емкости трещинного коллектора, Ш.К-Гима- тудинов [54] предлагает выделять коллекторы кавернового типа, коллекторы трещинного типа и коллекторы смешанные. Здесь сме­ шанный коллектор представляет собой сочетание (и переходы по площади и по разрезу) трещинного или кавернового с поровым коллектором. По той же характеристике емкости трещинные кол­ лекторы согласно данным [189] подразделяются на каверновые, карстовые, порово-трещинные и смешанные (порово-каверновый, карстово-каверновый, порово-стилолитовый и др.).

В. Н. Дахнов и А. П. Лебедев [176] в основу своей классифи­ кации карбонатных коллекторов по существу положили также критерий емкости; они выделили по характеристике структуры порового пространства коллекторы поровый, каверновый, трещин­ ный и смешанный. Такую же классификацию коллекторов нефти и газа для девонских и нижнекаменноугольных отложений Орен­ бургской области предлагают Н. А. Мельникова и др. [167]. Они также выделяют группы поровых, трещинных и смешанных кол­ лекторов.

Известным недостатком приведенных выше классификаций яв­ ляется отсутствие в них критерия условий фильтрации. По этой 'же причине в указанных схемах наряду со смешанным типом тре­ щинного коллектора выделяются каверновый и порово-трещинный, тогда как последние по существу представляют собой подтипы смешанных коллекторов.

Пермскими исследователями [164] выделяются три группы так называемых палеокарстовых карбонатных коллекторов: рифо­ вые, карстово-останцовые и региональные. Эти исследователи по­ лагают, что карстовые карбонатные коллекторы имеют самостоя­ тельное значение и пользуются широким распространением. Дока­

провалы бурового инструмента и др.). Наличие в разрезах карбо­ натных пород пустот палеокарстового происхождения невозможно отрицать. Однако сомнительно, чтобы они обладали широким распространением как по разрезу, так и в пространстве, о чем, кстати, свидетельствует эпизодический характер поглощения раст­ вора и провала инструмента. Поскольку карстовые пустоты в кар­ бонатных коллекторах связаны между собой по системам трещин, такие коллекторы целесообразно относить к смешанным коллек­ торам.

В работе [20], исходя из соотношений объемов порового про­ странства блоков и трещин, а также соотношения проницаемостей этих двух сред (поровой и трещинной), трещинные коллекторы подразделены на три основных типа:

— чисто трещинный коллектор, в котором основные запасы нефти содержатся в трещинах, они же служат и емкостью, и пу­ тями движения для нефти;

в нем пористость и проницаемость блоков и трещин сопоставимы; обе среды являются вместилищами нефти и проводящими путями жидкости к скважинам.

щую из двух (или более) однородных пористых сред, вложенных друг в друга [21, 22].

Указанная схема классификации трещинных коллекторов, учи­ тывающая гидродинамические их особенности, в значительной мере способствовала дальнейшей разработке основ классифика­ ции этого класса коллекторов. Заметим здесь, что трещинный тип трещинного коллектора в указанной классификации по существу является также представителем типа смешанного коллектора, так как он (трещинный тип) подобно смешанному также обладает

двумя (хотя и несопоставимыми) системами пористости и прони­ цаемости.

На настоящей стадии изученности проблемы коллекторов неф­ ти и газа разработана принципиальная схема их подразделения [169, 119]. В соответствии с этой схемой, основанной на современ­ ных представлениях о процессах аккумуляции и фильтрации в горных породах, все известные коллекторы нефти и газа пред­

прежде всего общие условия их фильтрации. Оба типа коллекто­ ров встречаются как в терригенных, так и карбонатных породах. Однако поровый тип коллектора развит преимущественно в тер­ ригенных породах, а трещинный тип — в карбонатных. Кроме

в основном в трещинах и приуроченных к ним пустотах выщела­

( S8

П р и м е ч а н и е : /< — межзерновая проницаемость; К т — трещинная проницаемость; т ^ 3 — межзерновая пористость; т Т — трещинная пористость