3. Геологические методы оценки перспективности структур
Простые приемы, на основе которых делаются предположения о возможной нефтегазоносности выявленных локальных объектов в двучленном природном резервуаре, давно сложились и повсеместно применяются на практике. Однако в последнее время было установлено, что в нефтегазоносных областях, наряду с резервуарами двучленного строения, широко распространены трехчленные природные резервуары, включающие в себя не только коллектор и истинную покрышку, но еще и так называемую "ложную покрышку". Для таких резервуаров традиционные приемы прогноза оказались непригодными, попытки применения их приводили к существенным ошибкам в определении направлений поисково-разведочных работ.
Следует отметить, что разработанные приемы в полной мере применимы только к прогнозированию залежей в верхней части трехчленного резервуара непосредственно под межрезервуарной и ложной покрышками. Методика прогнозирования залежей внутри резервуара, под внутрирезервуарными покрышками требует дальнейшей разработки, так как у этих покрышек способность экранировать залежи УВ меняется при изменении геологических условий в очень широком диапазоне.
Необходимым условием прогноза является наличие достоверной структурной карты по продуктивному горизонту или подошве истинной покрышки и данных о литологии и петрофизических свойствах отложений, непосредственно перекрывающих пласты-коллекторы продуктивного горизонта. Из этого следует, что прогноз нефтегазоносности локальных объектов может проводиться в районах с достаточно высоким уровнем геологической изученности, когда известно распределение в разрезе продуктивных пластов-коллекторов и пластов-покрышек, обеспечено высокое качество подготовки локальных поисковых объектов к бурению и могут быть выделены составные элементы природных резервуаров.
Геологические основы прогноза нефтегазоносности локальных объектов.
В практике поисково-разведочных работ на нефть и газ изучению, в основном, подвергаются породы-коллекторы продуктивных горизонтов. Остальным породам, в том числе и непосредственно перекрывающим продуктивные горизонты, уделяется значительно меньше внимания. В тех случаях, когда под ними на локальных объектах обнаруживают в породах-коллекторах залежи УВ, их рассматривают в качестве покрышек (флюидоупоров). Такой подход привел к общепринятому представлению о двучленной структуре природного резервуара, составными элементами которого являются порода-коллектор и порода-покрышка. Если это сочетание пород образует локальное поднятие, то оно рассматривается как перспективный для поиска залежей УВ объект. На основе таких представлений о природном резервуаре и ловушке понятие "локальное поднятие" обычно отождествляется с понятием "ловушка", а высота поднятия по кровле коллектора в замкнутом контуре принимается за высоту ловушки. Наблюдаемые в практике поисково-разведочных работ случаи заполнения УВ только части высоты локальных поднятий до последнего времени объяснялись либо нехваткой УВ, либо изменением высоты поднятия после того, как в нем прекратилось формирование залежей УВ, либо нарушением непроницаемости покрышки, либо сочетанием вышеуказанных факторов. Недозаполненность поднятий рассматривается как один из критериев масштабов генерации, региональной миграции УВ и формирования залежей.
Исследования последних лет показали, что эти широко распространенные представления нуждаются в существенном пересмотре. Можно считать установленным, что среди пород, рассматриваемых в качестве флюидоупоров, широко распространены породы, обладающие флюидопроводностью, но из-за своей незначительной емкости не являющиеся коллекторами. В этих породах проводящими каналами служат трещины, чаще всего не наблюдаемые в образцах керна. В случае залегания этих пород над коллекторами они образуют так называемые "ложные покрышки", которые не являются экранами для УВ. Наличие таких пород было отмечено Б.В.Филипповым еще в 1963г. Использование понятия "ложных покрышек" для объяснения формирования ловушек УВ привело к пересмотру традиционного представления о природном резервуаре как о двучленной системе (коллектор-покрышка).
Установлено, что природный резервуар часто состоит не из двух, а из трех равнозначных элементов: коллектора, покрышки ложной и покрышки истинной. Введение в практику представлений о трехчленном строении природных резервуаров заставляет по иному взглянуть на проблему флюидоупоров.
До настоящего времени большинством исследователей под покрышкой или флюидоупором понимается порода, которая для данного флюида при определенном перепаде давления и данной температуре является практически непроницаемой. Признается, что диффузия и фильтрация по порам и трещинам настолько низки, что порода задерживает значительные скопления УВ в перекрываемом коллекторе. При этом качество флюидоупора не учитывается, он рассматривается в общем, без подразделения на группы.
Представляется целесообразным выделять среди истинных покрышек (флюидоупоров) межрезервуарные и внутрирезервуарные.
Межрезервуарные покрышки состоят из пород, через которые до их разрушения возможна лишь весьма ограниченная фильтрация УВ только в диффузионном виде. Они имеют региональное распространение по площади и ограничивают собой комплекс проницаемых и слабопроницаемых осадочных пород, для которого характерно наличие гидродинамической связи между пластами коллекторов. Вследствие своих текстурно-структурных особенностей межрезервуарные покрышки являются самыми надежными флюидоупорами. Микропоровое (субкапиллярное) строение емкостного пространства обусловливает существование высоких капиллярных давлений на границе раздела порода-вода-УВ, что является препятствием для вертикальной фильтрации УВ в непрерывной фазе по порам и существенным затруднением для диффузии их через покрышку. В связи с плохой проводимостью пород для межрезервуарных покрышек, как правило, характерны максимальные градиенты поровых давлений. В случае, если давление поровых флюидов достигает значений предела прочности породы, происходит хрупкое разрушение покрышек с образованием трещиноватости. При этом истинная покрышка либо вообще теряет свои экранирующие свойства, либо частично становится снизу ложной покрышкой (если трещины появляются только в ее нижней части). После образования трещиноватости через покрышку осуществляется вертикальный переток УВ, происходит расформирование залежи и ловушки. Очевидно, возникает гидродинамическая связь между бывшими двумя резервуарами, и из них формируется один природный резервуар. При давлении поровых флюидов меньше предела прочности породы межрезервуарные покрышки являются надежными флюидоупорами вследствие очень низких скоростей диффузии через них. Соизмеримость, а часто и незначительность размеров поровых каналов по сравнению со свободной длиной пробега молекул газа обеспечивают небольшое рассеивание УВ и способствуют формированию под указанными покрышками самых крупных залежей нефти и газа.
Внутрирезервуарные покрышки имеют локальное или зональное распространение по площади. Это или линзы флюидоупоров или пласты пород, через которые только на ограниченных участках в определенном диапазоне геологических условий (перепад давления, температура) практически не происходит фильтрация УВ в непрерывной фазе.
Внутрирезервуарные покрышки, по сравнению с межрезервуарными, формировались из более неоднородного материала, что сказывается на строении их емкостного пространства. Наряду со значительным количеством субкапиллярных пор, в них присутствуют капиллярные поры, по которым осуществляется основное движение поровых флюидов. При давлении в залежи, превышающем капиллярное давление в порах, через внутрирезервуарную покрышку начинается фильтрация УВ из залежи в непрерывной фазе, т.е. переток УВ в вышележащий пласт-коллектор. Наличие пор капиллярной размерности и довольно свободный отток поровых флюидов приводит к тому, что для внутрирезервуарных покрышек не характерны высокие градиенты поровых давлений и под ними не формируются залежи УВ такой же высоты, как под межрезервуарными покрышками. Поэтому локальные поднятия, выделенные по подошве внутрирезервуарной покрышки в замкнутом контуре, далеко не всегда бывают полностью (до уровня критической седловины) заполнены УВ; в определенных условиях такая покрышка вообще не удерживает под собою УВ, и залежи, следовательно, не образуются.
В связи с выделением различных типов флюидоупоров расширяется и само понятие природного резервуара. В случае, если в толще пород, заключенной между двумя межрезервуарными покрышками, имеется несколько пластов-коллекторов и разделяющих их внутрирезервуарных покрышек, их следует объединять в один природный резервуар. Обязательным условием выделения единого природного резервуара является существование гидродинамической связи между всеми пластами-коллекторами и наличие перекрывающих и подстилающих межрезервуарных покрышек.
На основании вышесказанного под природным резервуаром понимается следующее.
Природный резервуар - это геологическое тело, состоящее из пластов-коллекторов, часто содержащее также пласты и линзы слабопроницаемых пород внутрирезервуарных покрышек и проницаемых пород - неколлекторов, образующих единую гидродинамическую систему и ограниченное сверху и снизу межрезервуарными покрышками. Среди проницаемых пород-неколлекторов, то есть пород, обладающих проницаемостью, но не имеющих существенной емкости, наиболее важное значение имеют породы, залегающие под межрезервуарной покрышкой и образующие ложную покрышку. На этом основании по строению различаются двучленные и трехчленные природные резервуары простого и сложного строения. Резервуары простого строения содержат залежи массивного, массивно-пластового и однопластового типов. В данных методических указаниях представлены рекомендации по прогнозу нефтегазоносности локальных объектов в трехчленных природных резервуарах простого строения.
В трехчленном резервуаре в отличие от двучленного выделяется третий элемент — ложная покрышка, залегающий между коллектором и межрезервуарной покрышкой.
Ложной покрышкой (иногда ее называют флюидопроводящей толщей, проницаемым неколлектором, полупокрышкой, промежуточной толщей рассеивания, неэффективной покрышкой) могут быть слои или толщи любых плотных пород, если они обладают трещинной флюидопроводностью и залегают между коллектором и истинной покрышкой. Наиболее часто свойством трещинной флюидопроводности обладают слои и толщи массивных ангидритов, чистых массивных и слоистых плотных известняков, аргиллитов, неразбухающих глин.
По физическим свойствам сами указанные породы являются непроницаемыми для углеводородов и могли бы быть покрышками, если бы не текстурные особенности (наличие трещин, слоистость, сланцеватость) всей толщи, делающие ее флюидопроводящей, не способной экранировать залежи углеводородов.
Ложные и внутрирезервуарные покрышки имеют большое внешнее сходство, так как представлены плотными породами, но принципиально отличаются типом емкостного пространства, по которому осуществляется фильтрация флюидов (УВ). В ложных покрышках этот процесс идет по системам открытых трещин, в которых совсем не действуют силы капиллярного натяжения, тогда как во внутрирезервуарных покрышках фильтрация происходит по системам поровых каналов и затруднена капиллярными силами.
Основанием для выделения ложных покрышек и отделения их от истинных покрышек являются следующие факторы:
- наличие в керне редких трещин, иногда заполненных битумом, окисленной нефтью;
- газопоказания в интервале плотных пород над пластом-коллектором на диаграммах газового каротажа;
- содержание в породе миграционного битума и определенная доля низкомолекулярных углеводородов в составе углеводородов;
- данные временных замеров электрических методов ГИС;
- данные гамма-спектрального каротажа;
- нефтегазопроявления при опробовании скважин.
Кроме того, могут быть использованы и косвенные признаки. Так, недозаполненность УВ поднятия под межрезервуарной покрышкой косвенно указывает на наличие ложной покрышки между коллектором и истинной покрышкой. Наблюдаемые на диаграммах геофизических исследований скважин изменения уровней записи также позволяют намечать ложную покрышку в интервале перехода от пласта-коллектора к покрышке .
Выделение между коллектором и истинной покрышкой флюидопроводящей ложной покрышки существенно меняет представление об объеме ловушки. Раньше за объем сводовой ловушки принимался объем коллекторов, заключенный в локальном поднятии, выделенном по кровле коллекторов, а высотой ловушки считалась высота этого поднятия. В трехчленном природном резервуаре между коллектором и истинной покрышкой залегает ложная покрышка, не способная экранировать залежь УВ, поэтому поднятие, выделенное по кровле коллекторов, в направлении регионального подъема слоев на участие "критической седловины" (КС) оказывается частично раскрытым и может удерживать залежь УВ лишь в своей верхней части, выше уровня отметки кровли ложной покрышки (подошвы истинной покрышки) на участке критической седловины. Только эта часть локального поднятия и является ловушкой УВ (рис. 3.4.9).
Рис. 3.4.9. Схематическое изображение в поперечном разрезе и в плане ловушки в простом трехчленном природном резервуаре
1 – коллектор; 2 - залежь УВ; 3 - граница площади структуры по кровле продуктивного горизонта, неправильно отождествляемая с площадью ловушки; 4 - граница площади истинной ловушки, выделенная с учетом толщины ложной покрышки; 5 - изогипсы поверхности продуктивного горизонта; 6 - линия геологического профиля. Буквами на схеме обозначены: П - истинная покрышка; ЛП - ложная покрышка; Нп -высота поднятия, неправильно отождествляемая с высотой ловушки; Нл- высота истинной ловушки, определенная с учетом толщины ложной покрышки; КС - критическая седловина; К – коллектор.
Прогноз нефтегазоносности локальных объектов базируется на трех геологических предпосылках.
1. Природные резервуары по своему строению трехчленны, третий элемент - ложная покрышка.
2. Ловушкой в трехчленном природном резервуаре является не весь объем локального поднятия в замкнутом контуре по кровле коллектора, а лишь его верхняя часть, высота которой равна разности, между высотой поднятия по кровле коллектора и толщиной ложной покрышки на участке критической седловины.
3. В нефтегазосодержащих комплексах, как правило, все ловушки, выделенные с учетом толщины ложной покрышки, заполнены углеводородами до замка, то есть полностью.