image
energas.ru

Газовая промышленность № 4 2017

Геология и разработка месторождения

01.04.2017 11:00 ПРИЧИНЫ ЗАСОЛОНЕНИЯ ТЕРРИГЕННЫХ ПОРОД В ПРЕДЕЛАХ ВЕРХНЕЧОНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (ВОСТОЧНАЯ СИБИРЬ)
В работе дано детальное описание типов фаций, слагающих вендские терригенные отложения в пределах Верхнечонского месторождения. Для каждой из фаций приведены степень цементации пород за счет засолонения (галитизации), фильтрационно-емкостные параметры до вторичного минералообразования и на текущий момент. С учетом накопленных геолого-геофизических данных по месторождению проанализированы основные теории засолонения. Показана связь зон распространения солей в пластах ВЧ1 и ВЧ2 с палеотектоническими процессами и зонами стояния древних водонефтяных контактов (ВНК) на этапах формирования залежи. Авторами работы установлено, что галитизация является одним из основных факторов, наряду с условиями осадконакопления, определяющим продуктивность скважин в пределах как Верхнечонского месторождения, так и других месторождений непского свода. Максимальная степень заполнения характерна для коллекторов с высокой первоначальной пористостью и проницаемостью (фация мигрирующих русел). Установлено, что галитизация приурочена к разломным зонам, а также к зонам палео ВНК. Горизонтальными и наклонно-направленными скважинами доказано, что по мере удаления от разломов северо-западного простирания, которые были активны на момент засолонения, а также при наличии глинистых минералов (породы с более низкими исходными фильтрационно-емкостными свойствами) в составе породы степень засолонения порового пространства снижается.
Ключевые слова: ЗАСОЛОНЕНИЕ, ГАЛИТ, ТЕРРИГЕННЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ, НЕПСКИЙ СВОД, ВЕРХНЕЧОНСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ, ПАЛЕО ВНК, ПЕСЧАНИК, ГРАВЕЛИТ.
Открыть PDF


Для отложений Сибирской платформы характерно наличие пластовых солей и цементация ими других пород. Засолонение распространено по площади и разрезу крайне неравномерно и связано с особенностями осадконакопления региона, а также с палеотектоническими процессами. Наиболее сильному запечатыванию были подвержены кембрийские карбонаты и вендские обломочные породы. В пределах Верхнечонского месторождения (ВЧНГКМ) это преимущественно осинский и верхнечонские продуктивные горизонты. Для других основных месторождений провинции (Чаяндинское, Талаканское, Ярактинское, Вакунайское, Тымпучиканское, Игнялинское, Даниловское) проблема прогноза зон улучшенных и засолоненных коллекторов также является ключевой. Песчаные пласты из­за условий их формирования в целом равномерно покрывают изучаемый район работ, отсутствие коллекторов за счет глинизации не характерно. Основную роль играет вторичное минералообразование – галитизация и ангидритизация, именно наличие солей определяет эффективность бурения скважин и их продуктивность. Накопленный материал современных геофизических исследований, бурения и выполненных ранее научных работ позволил провести анализ основных теорий распределения NaCl в терригенном комплексе ВЧНГКМ, а также сформировать основную гипотезу засолонения пород. С ее применением по вертикальным и наклонно­направленным скважинам, а также по материалам сейсморазведки 3D построены карты процентного содержания галита, использующиеся для прогноза перспективных зон под разведочное и эксплуатационное бурение. 

1.png

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕСТОРОЖДЕНИИ

ВЧНГКМ расположено в Иркутской области на расстоянии 1100 км севернее г. Иркутска.
В тектоническом плане оно приурочено к западному склону Непского свода Непско­Ботуобинской антеклизы (рис. 1). В нефтегазогеологическом отношении ВЧНГКМ находится на территории Непско­Ботуобинской НГО Лено­Тунгусской нефтегазоносной провинции. Промышленные запасы углеводородов сосредоточены в осинском (карбонаты), усть­кутских (карбонаты), преображенском (карбонаты) и верхнечонских (обломочные породы) продуктивных горизонтах (рис. 2). В настоящее время разрабатываются терригенные отложения верхнечонских пластов (ВЧ1 и ВЧ2), залегающих на архей­протерозойском выветрелом и метаморфизованном фундаменте [1, 2].

Месторождение открыто в 1978 г. По запасам оно относится к крупным и находится на второй стадии разработки. В 2005 г. начато эксплуатационное бурение, а в октябре 2008 г. объект был введен в разработку. К середине 2015 г. пробурено около 500 скважин, 350 из которых – горизонтальные (проектная длина ГС – 500 м). На площади проведен большой объем геофизических исследований, включающий 100%­е покрытие территории лицензионного участка сейсморазведкой 3D, качественный комплекс геофизических исследований скважин (ГК, НГК, АК, БК, МБК, КС, КВ) в разведочных и расширенный (дополнительно ЯМК, СГК, ГГКП, ГГКЛп, FMI, азимутальные ГИС и пр.) – в эксплуатационных скважинах. Богатый объем кернового материала и данных ГИС позволил создать петрофизическую модель [3, 4], применение которой обеспечивает возможность количественного прогноза не только коллекторских свойств обломочных пород, но и доли пор, занятых вторично отложившимися минералами (в первую очередь, галита). Именно этот параметр дает возможность выполнить детальный анализ теорий образования и распределения NaCl в терригенном разрезе.

1_1.png 

СТРОЕНИЕ ПЛАСТОВ ВЧ1 И ВЧ2

Пласты ВЧ1 и ВЧ2 характеризуются сложным строением из­за невыдержанности коллекторов, обусловленной фациальной изменчивостью песчаников и их вторичным засолонением. По 38 добывающим вертикальным скважинам ВЧНГКМ отобран керн и проведены общие и специальные его исследования. Выделены 11 литотипов и 8 фаций, слагающих объект разработки. Толща имеет неоднородное строение. Она накапливалась в прибрежно­континентальных условиях под влиянием ритмичного чередования двух основных факторов: сноса терригенного материала с возвышенностей на северо­западе и трансгрессии моря с юго­востока. По мере наступления моря и накопления терригенных осадков источник сноса материала отдалялся на северо­запад, а глубина бассейна осадконакопления увеличивалась. Об этом свидетельствуют как литолого­петрографические исследования керна, так и основанные на рентгенофазовом анализе (РФА) геохимические модули Fe/Mn, Ti/Zr. Первый является индикатором глубины бассейна осадконакопления [5] и увеличивается снизу вверх по разрезу. Второй отражает лучшую сохранность цирконов по сравнению с титансодержащими минералами при длительной транспортировке [6] и уменьшается от подошвы объекта ВЧ к его кровле. Высокие значения модуля Ti/Zr говорят о том, что источник материала расположен недалеко от образованных пород.

Палеорельеф дна бассейна на момент накопления непской свиты имел вид изрезанной рифейским оледенением слаботеррасированной поверхности. Процесс осадочной дифференциации вещества интервала ВЧ2, вероятно, происходил следующим образом. На отложения фундамента и коры выветривания ложились гравелитовые покровы (рис. 3а), толщина которых определяется неровностями рельефа фундамента. По мере наступления морского бассейна осаждение крупнозернистого материала контролировалось тремя уровнями террас ЮЗ­СВ простирания: первая – вблизи скв. 98, 108, 107, 48; вторая – 102, 40, 1436; третья – вдоль линии выклинивания пласта ВЧ2. Отличительным литотипом покровов являются гравелиты. Формирование дресвяно­гравелитовых отложений проходило на стадии пенепленизации архейско­раннепротерозойского гранито­гнейсового фундамента платформы при активной роли физического и химического выветривания кристаллических пород. По генезису комплекс является гетерогенным и включает материал пролювиально­делювиального и элювиального генезиса, с характерной плохой сортировкой обломочного материала и его слабой окатанностью. Некоторые специалисты полагают, что формирование базальных гравелитов связано с флювиально­гляциальными процессами [7]. По данным ГИС, пачка уверенно выделяется по ГК, обладая характерными повышенными значениями, существенно превышающими радиоактивность в аргиллитах за счет примеси монацита. Верхняя часть пласта ВЧ2 в значительной степени глинизирована. Ее формирование связано с илисто­песчаным мелководьем (рис. 3б). Накопление алевролитов и песчаников происходило в относительно умеренных гидродинамических условиях при ритмичных периодических приливно­отливных колебаниях уровня бассейна.
В массиве отложений отмечаются зоны улучшенных свойств, связанные с фацией приливно­отливных каналов (рис. 3в). Песчаники в них откладывались в активных гидродинамических условиях при ритмичной смене направления потока во время периодических приливно­отливных колебаний уровня бассейна. Перемещение обломочного материала по приливно­отливным каналам обусловило сортировку песчаников и их максимальную зрелость. Глинистый материал встречается в виде интракластов, представляющих собой фрагменты глинисто­алевритистых корочек илистого и илисто­песчаного мелководья. Толщины пласта ВЧ2 изменяются от 0 м на северо­западе месторождения до 21 м на юго­востоке, составляя в среднем 12 м.

Image_006.jpg

Пласт ВЧ2 отделяется от ВЧ1 развитой не повсеместно перемычкой, мощность которой увеличивается в юго­восточном направлении до 25 м, а отложения представлены преимущественно аргиллитами. Перемычка на территории ВЧНГКМ образовывалась в условиях мелководного бассейна, на что указывает большое количество песчаных примесей внутри нее.

Накопление отложений ВЧ1 происходило в зоне береговой линии: частично в обстановках временных потоков, частично в обстановках приливно­отливной зоны. Преобладают породы из осадков, формировавшихся во временных палеопотоках с повышенной скоростью переноса обломочного материала, который поступал с северо­запада и широким шлейфом переносился в восточном направлении. Осадки рассматриваемой территории – с примесью гравийных и крупнозернистых зерен. Другой вид направления палеопотоков прослеживается на северо­востоке и юге. Это осадки временных палеопотоков с пониженной скоростью переноса обломочного материала, сложенных преимущественно породами алеврито­глинистого состава.
В отличие от первого вида здесь породы лучше отсортированы, значительно меньше по гранулометрическому составу [8].
В нижней части разреза уверенно прослежена фация конусов выноса (рис. 3г). Ее формирование происходило в условиях активного привноса в краевую зону бассейна осадконакопления грубообломочного материала с континента. Активная импульсивная динамика проявляется в наличии разнообразного дресвяно­гравийного и даже дресвяно­галечного материала с низкой степенью окатанности и зрелости, базальных эрозионных поверхностей, частых поверхностей внутриформационных врезаний. По аналогии с гравелитовыми покровами ВЧ2 для фации конусов выноса характерна повышенная радиоактивность. Выше по разрезу залегает основная продуктивная пачка пласта, сложенная фацией мигрирующих русел (рис. 3д) временных палеопотоков. Накопление песчаников мигрирующих русел происходило в условиях активной флювиальной гидродинамики, что проявляется в развитии серий крупной однонаправленной косой слоистости, наличии перемещенного гравийного материала, частых поверхностях внутриформационных врезаний. В подошве пачек фации мигрирующих русел (МР) типичны эрозионные поверхности врезания в подстилающие фации конусов выноса (КВ), илистого (ИМ) и илисто­песчаного мелководья (ИПМ). В кровле пласта ВЧ1 отмечаются отложения приливно­отливных каналов, схожие с одноименной фацией интервала ВЧ2. В пределах ВЧ1 приливно­отливные каналы формируют пачки мощностью 0,6–1,3 м, в то время как в ВЧ2 – от 0,2 до 1,0 м. Толщины ВЧ1 изменяются от 7 м на северо­западе месторождения до 23 м на юго­востоке, составляя в среднем 12 м.

1_1_1.png

Степень галитизации пустотного пространства неравномерна и изменяется от первых процентов до практически полного заполнения. На небольшом расстоянии (первые десятки и сотни метров) литологическое строение пластов может кардинально меняться [9]. Более того, засолонение по­разному проявляется в различных типах пород и фаций. Исследование количества солей на керне, основанное на данных рентгеноструктурного анализа, отмыва пород от галита дистиллированной водой, описания шлифов показывают, что наибольшему засолонению подвержены первоначально лучшие коллекторы с минимальной глинистостью и максимальными значениями пористости/проницаемости. И наоборот, высокоглинистые песчаники практически не содержат в настоящее время NaCl (рис. 4). На рис. 5 приведена статистика распределения галита по фациям ВЧ1 и ВЧ2 Верхнечонского месторождения. Максимальному вторичному выполнению поваренной солью подвержена фация мигрирующих русел пласта ВЧ1. Результаты отмыва стандартных 30­миллиметровых образцов показывают, что до галитизации эти породы обладали крайне высокими фильтрационно­емкостными свойствами. Так, пористость образцов фации МР для ближайших к Верхнечонскому Тымпучиканского, Вакунайского и Игнялинского месторождений в среднем составляла 14,6 % при текущих 7,6 %, а проницаемость – 1173·10­6 мкм2 при текущих 92·10­6 мкм2. Для КВ и гравийных покровов, засолонение которых сопоставимо, пористость составляла 12,5 % при текущих 10 %, а проницаемость – 1750·10­6 мкм2 при текущих 176·10­6 мкм2. В противоположность коллекторам изначально высокого класса глинисто­алевритовые комплексы (включая песчаные прослои внутри них) засолонены слабо. Начальные пористость и проницаемость равнялись 11,6 % и 50¸100·10­6 мкм2 по сравнению с текущими 9 % и 25¸50·10­6 мкм2.

1_1_2.png

В ряде научных публикаций обсуждается роль засолонения. С одной стороны, это процесс, уменьшающий долю коллекторов в пласте и их фильтрационно­емкостные свойства, но с другой – галит запечатывает залежи, обеспечивая их сохранность. Приведенная статистика по исходным и текущим параметрам пластов совместно с доказанным блоковым строением месторождений Непско­Ботуобинской антеклизы (экранирующая роль крупных разломов не вызывает сомнений для большинства месторождений нефтегазоносной области) позволяет авторам уверенно характеризовать засолонение как негативный фактор.

 1_1_3.png

ПРИЧИНЫ ЗАСОЛОНЕНИЯ ТЕРРИГЕННЫХ ПОРОД

Существует большое количество теорий галитизации пустотного пространства терригенного комплекса в пределах Непско­Ботуобинской антеклизы. Подавляющее большинство их сходятся в том, что NaCl в порах –
вторичный минерал, поступивший в вендские отложения из вышележащих пластов в качестве рассола посредством гравитационного просачивания, а также по активным разломам и зонам высокой трещиноватости, в дальнейшем кристаллизовавшийся из него. Стадиальный анализ, выполненный в ООО «Тюменский нефтяной научный центр» на основе структурных взаимоотношений аутигенных минералов в шлифах, показал их устойчивый ряд: регенерация кварца ® хлорит, серицит, гидрослюда ® карбонаты ® сульфаты ® галит. Схожая последовательность – инкорпорация и регенерация зерен кварца и полевого шпата ® карбонатизация и выщелачивание ® ангидритизация ® галитизация [7] – отмечается по Ярактинскому, Вакунайскому, Тымпучиканскому и Игнялинскому месторождениям [10] и зарубежным формациям [11, 12].

Занимавшиеся геологией месторождений Восточной Сибири специалисты приводят доводы в пользу того или иного процесса, внесшего наибольший вклад по выпадению солей в порах из высокоминерализованных рассолов. В.И. Городничев и Д.И. Дробот, а также А.В. Городнов и В.Н. Черноглазов [13, 14] показывают влияние траппового магматизма на нефтегазоносность и вторичное преобразование пород ярактинского горизонта одноименного месторождения. Поскольку на ВЧНГКМ трапповые тела расположены на глубинах в первые сотни метров, а целевой интервал находится на расстоянии около 1 км от магматических образований, влияние последних на вторичные процессы в пластах ВЧ вызывает определенные сомнения и не установлено. Л.А. Барышев [15] связывает внутриконтурную галитизацию с разломной тектоникой. Анализ более чем 250 добывающих скважин показал, что данная гипотеза подтверждается в ряде случаев, особенно для крупных разломов северо­западного простирания (рис. 6).

И.А. Кальвин [16] и А.С. Анциферов [17] доказывают, что наиболее интенсивное выпадение солей происходило в результате снижения температур при региональных подъемах платформы и неоднократных оледенениях территории. Максимально сильное выпадение NaCl происходило в юрско­меловой период. Следует с ними согласиться. Анализируя керновый материал, данные ГИС по скважинам и материалы сейсморазведки 3D, авторы установили, что галитизация не могла проходить раньше, чем в ордовике­девоне, поскольку только в это время накопилась критическая масса перекрывающих терригенные пласты пород и начался активный отжим эллизионных вод из вендских глин и песчаников. Позднее мела процесс осаждения солей также маловероятен исходя из пространственного распределения галита по пластам ВЧ, в целом связанного с палеокартами на данный момент времени.

1_1_4.png

Интересной с точки зрения вторичных преобразований пород является модель Р.С. Сахиб­гареева, согласно которой в приконтактовой зоне нефтяных залежей происходят интенсивные процессы вторичного преобразования коллекторов, главным результатом которых является формирование поясов вторичных хемогенных цементов. По керну ВЧНГКМ выделяются несколько уровней палеоконтактов [18].
К сожалению, в настоящий момент по поисковым и разведочным скважинам ВЧНГКМ сохранились лишь общее описание керна, таблицы фильтрационно­емкостных свойств. В то же время с начала разработки накоплен колоссальный объем исследований по новым скважинам – детальное описание керна, огромный объем общих и специальных исследований. С применением этих данных создана петрофизическая модель, позволяющая определять помимо основных параметров еще и коэффициент засолонения пород (Ksalt). Наблюдается достаточно уверенная корреляция Ksalt в пространстве. Выделяется основное направление анизотропии (северо­восточного простирания – 53°). Согласно вариограм­мному анализу ранг по основной оси – 11 км, по второстепенной – 4 км. Чтобы определить пространственное положение палеоконтактов на момент их формирования, необходимо восстановить палеорельеф кровли терригена. Авторами выполнены указанные построения на кембрий­ордовикское время. Более правильными были бы палеореконструкции для юры или мела, но из­за перерывов в осадконакоплении в посткембрийское время данная задача видится невыполнимой. Оптимальным для восстановления палеоположения кровли терригена является построение карты толщин между подошвой осинского горизонта (Б1) и кровлей пласта ВЧ1. Перед формированием пласта Б1 рельеф был относительно выровнен за счет накопления пачки подосинских солей (до 10–15 м). Карты коэффициента засолонения, построенные с учетом описанной выше анизотропии и совмещенные с изолиниями толщин между пластами Б1 и ВЧ1, полностью подтверждают данную теорию (рис. 7). По мере заполнения ловушки углеводородами происходило оттеснение воды и увеличение площади нефтеносности на юго­восток. Выделяется четыре уровня палео ВНК (I, II, III и IV). Уровень V, отмеченный на картах рис. 7б и 7в, соответствует описанному выше законтурному этапу. Представленная теория подтверждается прямыми исследованиями минералогии по методу рентгеноструктурного анализа. Зоны вторичной цементации, максимально отмеченные в верхнем терригенном пласте, отчетливо видны в керне
скважин.

 Image_013.jpg

ВЫВОДЫ

Восстановление условий на момент вторичной цементации, керновые исследования, а также ГИС по добывающим скважинам позволяют авторам сделать следующие выводы.

1. Галитизация – один из основных факторов (вторичный процесс), наряду с условиями осадконакопления определяющий продуктивность скважин в пределах как Верхнечонского месторождения, так и других месторождений непского свода.

1_1_5.png

2. Максимальная степень заполнения характерна для коллекторов с высокой первоначальной пористостью и проницаемостью (фация мигрирующих русел дистальной части аллювиальных конусов), наличие глинистых минералов в составе породы снижает исходные фильтрационно­емкостные свойства и возможную степень галитизации пустотного пространства.

3. Горизонтальными скважинами доказано увеличение доли солей по мере приближения к разломам северо­западного простирания.

4. Внутриконтурное засолонение развито вблизи основных четырех палеоуровней ВНК, установленных в керне скважин, по данным ГИС и палеотектонических реконструкций.



← Назад к списку