CC BY
51
УДК 550.832.05
В. В. Пыхалов, О. В. Тинакин*
Астраханский государственный технический университет ООО «Астраханьгазпром»
ОСОБЕННОСТИ ВЫДЕЛЕНИЯ ЗОН С АНОМАЛЬНО ПЛОХИМИ КОЛЛЕКТОРСКИМИ СВОЙСТВАМИ НИЖНЕБАШКИРСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ АСТРАХАНСКОГО СВОДА
Карбонатные коллекторы являются одним из сложнейших типов ре-зурвуаров нефти и газа в связи с резкой изменчивостью их фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) и по латерали, и по вертикали. Последнее зависит как от условий формирования осадков на стадии литогенеза и раннего диагенеза, так и от их эпигенетических преобразований.
В строении турней-башкирского комплекса отложений выделяются зоны с разной степенью инкрустации порового пространства, в том числе с неудовлетворительными коллекторскими свойствами. Как правило, такие зоны приурочены к выявленным по данным сейсморазведки малоразмерным и малоамплитудным положительным структурным формам в серпуховских и башкирских отложениях [1, 2]. На сейсмических разрезах такие формы фиксируются в виде непротяженных отражающих площадок, залегающих с заметным угловым несогласием с перекрывающими отложениями.
Размеры таких структурных форм различны. Выделяемые на юго-западе Астраханского свода структурные формы охватывают практически весь рассматриваемый комплекс отложений (район скважин 1-Ивановская, 200-Николаевская и др.) и в плане образуют обширные поля. В северном и северо-восточном направлении размеры объектов уменьшаются. Так, в районе скважин 1-Д, как и на самом Астраханском газоконденсатном месторождении (АГКМ), структурные формы охватывают временной интервал, соответствующий отложениям нижнебашкирского и краснополянского горизонтов, либо лишь верхнюю часть нижнебашкирской толщи. Описываемые неоднородности крупных размеров отмечаются в восточной и северной бортовой зоне Астраханского свода (район скважин 2-Еленовская, 2-Харабалинская и др.).
Выделяемые по данным сейсморазведки структурные формы тяготеют к апикальным и склоновым частям внутрикоровых неоднородностей -«рефлективити». Последние приурочены к толще кристаллического фундамента [2-4]. В зонах отсутствия приподнятых частей «рефлективити» такие объекты малоразмерны и трудновыделяемы.
Кроме малоамплитудных антиклинальных форм, в сейсмическом волновом поле, в пределах верхней части описываемого комплекса, выделяются корытообразные неоднородности (район скважины 3-Д), также обладающие низкими ФЕС.
По данным геофизического исследования скважин (ГИС) и бурения, вскрытые интервалы, соответствующие описываемым структурным формам, характеризуются катастрофически низкими коллекторскими свойствами.
По данным керна и шламовых определений, отложения, приуроченные к антиклинальным формам, представлены преимущественно известняками -олитово-обломочными, оолитово-органогенно-обломочными, детритовыми. Доминируют грейстоуны, встречаются пакстоуны и вакстоуны. Поры и трещины (преимущественно вертикальные) закольматированы кальцием.
Корытообразные тела в большей степени ассоциируются с калько-ренитовыми образованиями. В меньшей степени они охарактеризованы оолитовыми разностями.
На такое распространение коллекторских свойств оказывают влияние седиментационные процессы накопления и уплотнения первичных осадков, а затем и пород. Именно в этот период создаются благоприятные или неблагоприятные условия для движения флюидов через породы. Условия формирования первичной пористости основных групп растворимых карбонатных пород различны и тесно связаны с их генезисом [5, 6].
В раннем диагенезе осадок представляет собой высокопористую, сильно обводненную, резко неуравновешенную, неустойчивую многокомпонентную физико-химическую систему легкоподвижных и реакционноспособных веществ.
Осаждаемые известковистые илы проходят диагенетическую стадию преобразования, после чего будет сформирована горная порода карбонаты, т. е. горная порода со значением первичной пористости не менее 30 %. Дальнейшее преобразование уже сформированной горной породы пройдёт в стадии позднего диагенеза и эпигенеза.
Основными факторами физико-химических (и гидродинамических) условий, контролирующими осаждение карбонатов, являются:
1) состав вод седиментационного бассейна - общая их минерализация и солевой состав, поскольку растворимость карбонатов в разных растворах солей (соответственно - в водах различных водоемов) будет различной;
2) газовый фактор - количество растворенной в водах свободной углекислоты (СО2);
3) температура и давление, изменение которых вызывает изменение содержания в водах свободной СО2. Повышение температуры (снижение давления) способствует удалению СО2 из водной среды и, следовательно, выделению карбонатов в осадок. Наоборот, при понижении температуры вод (повышении давления) растворимость СО2 в них возрастает, соответственно повышается растворимость СаСО3, что препятствует его осаждению;
4) щелочной резерв (рН) водной среды - для возможностей осадки карбонатов она должна быть щелочной, со значениями рН > 8, не только в поверхностных, но и в придонных слоях бассейна, т. к. иначе отложения карбонатов вновь будут переходить из осадка в раствор;
5) гидродинамический режим водных бассейнов, который создается различными движениями вод - волновыми, течениями и в подчиненной степени -приливно-отливными движениями и конвекционными потоками. Все эти пе-
ремещения, перемешивая водные массы, меняют физико-химические условия в различных участках седиментационного бассейна. Кроме того, они вызывают горизонтальные переносы осевшего на дно карбонатного материала (известковых илов), пока он еще не зафиксирован в осадок.
При формировании карбонатных осадков на стадии раннего диагенеза могут происходить процессы ангидритизации и доломитизации, т. е. превращение и осаждение гипса (с дальнейшим формированием ангидритов) и первичных доломитов.
Карбонаты и терригенно-карбонатные породы формируются в условиях нормальной солености. При повышении солёности воды и застойности бассейна откладываются доломиты. При резком изменении солёности воды происходит формирование сульфатов (гипсование и осаждение ангидритов). Следует отметить, что, вероятно, последнему процессу помогает резкая гибель организмов.
По мере погружения осадочного бассейна влияние поверхностных условий уменьшается, давление вышележащих осадков увеличивается и происходит формирование горных пород. На этой стадии диагенеза основными процессами являются процессы диагенетического уплотнения и перекристаллизации.
Уплотнение осадков в раннем диагенезе связано с отжиманием из них захороненных вод, которое происходит в основном под влиянием все возрастающей нагрузки перекрывающих отложений. Уплотнение осадков приводит к уменьшению их влажности, возрастанию их плотности и сокращению их пористости с глубиной.
Наиболее резко сказывается уплотнение на пелитоморфных карбонатных илах, значительно меньше - на карбонатных осадках, состоящих в основном (40-50 % и более) из форменных карбонатных образований. Последние слабо подвергаются уплотнению.
Органогенные, органогенно-обломочные и обломочные породы характеризуются высокими значениями первичной и раннедиагенетической пористости, а геометрическое строение их порового пространства благоприятно для движения растворов.
Осадки калькоренитового типа изначально мелкопоровые, и на стадии раннего диагенеза их свойства будут только ухудшаться.
Изначально крупных форменных образований (рифов, биогермов) на Астраханском своде и его периферии не обнаружено, следовательно, отложения в наиболее приподнятой в палеоплане части свода были связаны с зонами повышенной биологической активности и представляли собой банки, на которых образовывались биостромные поля небольшой площади и отдельные крупные скопления органогенных образований и продуктов жизнедеятельности последних. Такие условия в районе банковых зон приводят к формированию оолитово-обломочных и детритовых скоплений. В процессе раннего диагенеза последние могут преобразовываться в сцементированные форменные образования.
Развитие калькоренитовых отложений связано с наименее приподнятыми частями свода и свидетельствует о наличии подводных течений из наи-
более приподнятых областей карбонатного массива в более погруженную сторону. В связи с этим форменных образований, сформировавшихся на стадии диагенеза (а тем более в более позднее время), в этих осадках ожидать трудно. Начальные ФЕС у этих осадков плохие.
Процесс раннего и позднего диагенеза толщи протекал главным образом в каменноугольно-докунгурское время. Под действием изостатиче-ских нагрузок для сформировавшихся форменных образований осуществлялся отток минерализованной воды, с формированием улучшенного по-рового коллектора. В полной противоположности протекали процессы вторичного преобразования у калькоренитовых осадков. Вследствие их изначально малого порового пространства, отжимаемая влага либо слабо улучшала их поровые характеристики, либо практически не изменяла.
Появление в кунгурское время эвапоритового экрана привело к закупорке путей миграции флюидов. Наибольшую роль при формировании коллекторских свойств на этой стадии стало играть распределение напряжений в земной коре.
По мере погружения массива начались процессы перекристаллизации карбонатов. При этом вынос кальция из пор и трещин каменноугольной толщи был затруднён, что приводило к избирательной кольматиро-ванности порового пространства. Существовавшее на то время поле напряжений в исследуемом интервале имело наименьшие значения над участками наибольших поднятий внутрикоровых неоднородностей и их склонов. Разгрузка глубинных агрессивных флюидов происходила через коро-вые волноводы, располагавшиеся в мульдовых частях, т. е. в междиапиро-вом пространстве внутрикоровых неоднородностей. Из этих же областей был основной поток подземных вод, обогащённых минеральными солями. Это приводило к резкому повышению минерализации поровых вод над наиболее приподнятыми частями внутрикоровых диапиров.
Из трещинного и порового пространства отжимаемая вода и углекислота через микротрещины, а также благодаря процессам диффузии, удалялись вверх, минуя эвапоритовую покрышку. Свободное поровое пространство претерпевало кольматацию пор.
Так как изначально форменные образования характеризовались наибольшей величиной порового пространства, то наибольшая разгрузка напряжений пришлась именно на последние. Кальцитизация и перекристаллизация в этих зонах привели к их полной кольматации, включая и трещины.
Катагенетическая стадия преобразования коллекторов происходила главным образом в юрско-четвертичный период уже в относительно тектонически спокойной обстановке. Согласно типизации А. Н. Резникова и В. С. Назаренко, исследуемый район относится к третьему типу по тек-тонодинамической возбужденности [7, 8]. Для этого типа характерно отсутствие зависимости пористости от глубины залегания. Большую роль играют уже не процессы перекристаллизации, а процессы выщелачивания, кальцинизации, доломитизации и ангидритизации. Процессы вторичных преобразований карбонатов и их ФЕС опять-таки подчиняются сложившемуся распределению напряжений в осадочном чехле.
На участках, где градиент давления не превышает пороговое значение, вода из уплотняющихся пустот будет удаляться по закону, отличающемуся от уравнения Дарси. В этом случае скорость удаления воды из пустот будет на несколько порядков ниже, чем при фильтрации. Это означает, что внутри карбонатного массива будут находиться пустоты или системы пустот, в которых сравнительно долго существует относительно повышенное гидростатическое давление. Учитывая, что давление положительно влияет на растворимость карбонатных минералов, правомерно сделать предположение о существовании в непосредственной близости растворов различной концентрации. Последнее, благодаря диффузионным процессам, обусловит перемещение карбонатного материала внутри массива. Карбонатный материал после попадания в область господства пониженных давлений будет способствовать перенасыщению раствора, что повлечет за собой его кристаллизацию. Иными словами, будет происходить кальцитизация пустотного пространства. Возможно, именно этим можно объяснить наличие участков повышенной кавернозности в отложениях нижнекаменноугольного возраста, расположенных под форменными образованиями, которые явились приёмниками избыточного кальция, магния и сульфатов.
Примером таких преобразований является вскрытый разрез (1-Ивановская, 200-Николаевская, 1-Безымянная и др.), где под известняками с аномально плохими коллекторскими свойствами вскрыты кавернозные известняки.
Следует отметить, что в краевых частях Астраханского свода начинают превалировать калькоренитовые разности, вскрытые скважинами (3-Д, Табаковские, Еленовские и др.). Вероятно, вследствие изначально ухудшенных коллекторских свойств и слабого влияния на них эпигенетических процессов, можно ожидать преобладания в этих осадках низкопо-рового матричного коллектора. Возможно, наличие подводного течения, следы которого выделяются по сейсмическим данным в виде корытообразной структурной формы, соответствует зоне осаждения калькоренито-вых осадков.
По результатам ГИС, в северо-восточной зоне АГКМ располагается зона с ухудшенными коллекторскими свойствами. Коэффициент пористости меняется в этой зоне от 10 до 6 и ниже. По результатам шламовых определений в скважинах с ухудшенными коллекторскими свойствами преобладают калькоренитовые отложения. Возможно, эта зона связана с наличием древнего палеотечения, куда осаждались калькоренитовые осадки. В районе скважины 3-Д, куда, вероятно, было направлено палеотечение, коллекторские свойства практически ничтожны.
Выделение подобных объектов только по данным сейсмических исследований проблематично. С целью выделения последних в условиях ограниченного количества данных керна необходима методика прогноза подобных потоков по данным ГИС и поиска критериев выделения по сейсмическим данным.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Бродский А. Я., Захарчук В. А., Токман А. К. Тектоно-седиментационные особенности продуктивного резервуара АГКМ. Разведка и освоение нефтяных газоконденсатных месторождений // Тр. АстраханьНИПИгаз. - 2004. - Вып. 5. -
С. 16-19.
2. Бродский А. Я., Пыхалов В. В. Модель формирования зон повышенной трещиноватости в палеозойских отложениях Астраханского свода // Недра Поволжья и Прикаспия / НВНИИГГ. - 2006. - Вып. 47. - С. 16-23.
3. Бродский А. Я. Глубинное строение южной бортовой зоны Прикаспийской впадины // Геология нефти и газа. - 1989. - № 6. - С. 22-25.
4. Строение верхней мантии и консолидированной коры в зоне сочленения кряжа
Карпинского и Астраханского свода / А. Я. Бродский, В. А. Шайдаков, А. Е.
Шлезингер, С. Ю. Штунь // Докл. АН РФ. - 1993. - Т. 33, № 3. - С. 341-343.
5. Браунлоу А. Х. Геохимия. - М.: Недра, 1984. - 463 с.
6. Вожов В. И., Чернова Л. С. Вторичное минералообразование в верхненижнекембрийских отложениях Непско-Ботуобинской антеклизы // Геология нефти и газа. - 1999. - № 11. - С. 15-19.
7. Назаренко В. С., Резников А. Н. Хронобарометрический анализ гидродинамических и гидрогеохимических процессов в нефтегазоносных бассейнах // Нефтегазовая геология на рубеже веков. Прогноз, поиски, разведка и освоение месторождений. Фундаментальные основы нефтяной геологии. - СПб.: ВНИГРИ, 1999. - С. 167-172.
8. Резников А. Н. Новый метод оценки перспективных и прогнозных ресурсов нефти и газа // Геология нефти и газа. - 1998. - № 2. - С. 20-24.
Получено 20.11.2006
PECULIARITIES OF ZONE ALLOCATION WITH ANOMALOUS DETRIMENTAL COLLECTOR CHARACTERISTICS OF LOWER BASHKIRIYA SEDIMENTS OF THE ASTRAKHAN ARCH
V. V. Pykhalov, O. V. Tinakin
During the exploitation of Astrakhan gas condensate fields geologists have problems with distribution irregularity of collector characteristics in a productive part of the slit. The analysis has shown that the observed distribution of filtration volume measures depends on the conditions of primary sediment formation and secondary transformation of carbonate sediments. In a number of cases the accumulation of small organogenic remains under the influence of epigene transformations forms sedimentary bodies. They are found by means of seismic methods of exploring. The discovery of the zones of calcarenaceous sediments is more complicated. It is possible that interconnecting of the data of geophysical research of holes, drilling and seismic methods will allow solving this problem.
