Моделирование геологического разреза, типа коллектора доюрского фундамента при нефтегазопрогнознопоисковых работах в окраинной восточной части ХМАО-Югры (на примере Тыньярской площади) (часть 1)

В последние годы в связи с необходимостью подготовки ресурсной базы углеводородного сырья отчетливо проявляется тенденция к формированию новых нефтегазоносных регионов. В Ханты-Мансийском автономном округе к таковым относятся восточные районы его окраинной части, не опоискованные бурением. Форпостом для их изучения по сути «белых пятен» можно рассматривать Тыньярскую площадь. Заложением поисковой скв. 100 в 2004 г. ожидалось вскрытие продуктивной карбонатной толщи пород. Однако названной и последующей пробуренной скв. 101 (2005 г.) были вскрыты магматические и метаморфические образования (рис. 1).

Рис. 1. Схема сейсмической и буровой изученности окраинной части ХМАО-Югры

Физические поля таких комплексов зависят не только от литологии, но и от их деформационных состояний. Поэтому интерпретация не всех геофизических методов реализуется в полной мере. Приходится изучать все более глубокие и сложнопостроенные среды. Из-за возникших трудностей большое внимание будет уделено углубленному анализу всей имеющейся информации об этих новых объектах, в т.ч. привлечению и опробованию дистанционных нетрадиционных методов. Только с таких позиций можно подойти к адекватной оценке перспектив нефтегазоносности любого региона. Ранее [9] мы затрагивали отдельные стороны комплексного изучения пород фундамента. Здесь же рассматривается более широкий и более полный круг вопросов обозначенной проблемы.

 

Литологическое расчленение разреза скважин

Магматическая деятельность и тектоническая активность вызвали образование различных видов сложных по вещественному составу пород. Установление их литологической принадлежности показало, что наиболее информативны радиоактивные методы (РК) и, в частности, их спектрометрические модификации, нацеленные на элементный анализ пород. Для этого были обобщены такие результаты керновой гамма-спектрометрии, выполненной в лаборатории по обработке и исследованию кернового материала ГП «НАЦ РН им. В.И. Шпильмана» в г. Ханты-Мансийске.

Экспресс-анализ включал измерения интегральной гамма-активности (в единицах АРI) и долевой оценки содержания элементов (радионуклидов): урана, тория, изотопа калия по всей длине керна через каждые 0,2 м. Осредненные величины замеров были соотнесены с разными литотипами пород в соответствии с их описанием, выполненным А.Е. Ковешниковым (НАЦ РН). Изучение особенностей вещественного состава производилось по шлифам. Как видно на рис. 2, доюрский разрез скв. 100 сложен породами: эффузивными (трахиты, риолиты, их измененные разности) и интрузивными (граниты, гранит-порфиры, гранит-пегматиты). Наибольшей гамма-активностью характеризуются гранит-порфиры (137 ед.) и граниты (126 ед.). Повышенные содержания калия (до 7,7%) и урана (до 15,6%) отмечены в гранит-пегматитах, а тория (35.6%) — в риолитах.

Рис. 2. Характеристики литологических разностей пород фундамента по данным лабора-торных исследований естественной гамма-активности в спектрометрическом варианте по K, U, Th и видов радиоактивного каротажа в разрезе скв. 100 (А), 101 (Б) Тыньярской площади

В разрезе скв. 101 основную долю пород составляют сланцы, гамма-активность которых существенно ниже, чем магматических образований (рис. 2). Заметим, что под понятием сланцы на данной площади мы понимаем осадочную глинисто-карбонатно-кремнистую породу, претерпевшую в результате регионального метаморфизма значительную смену первичных минералов. Четкая смена показаний фиксируется на контакте (2065.8 м) упомянутых пород как по общей гамма-активности (113 и 41 ед.), так и по относительной концентрации радионуклидов. Указанная граница подтверждается керновыми данными (интервал отбора 2057–2070 м, вынос 100%). В верхней части интервала порода представлена риолитами, а в нижней — сланцами. Аналогичная граница раздела проведена и на глубине 2206,2 м. При сравнении риолитов обеих скважин интересным оказалось то, что в разрезе скв. 101 они более радиоактивны по всем компонентам, чем в скв. 100. Отмеченное позволяет высказать предположение о разновозрастности этих пород.

Методической основой решения поставленной геологической задачи является интерпре-тационная модель методов ГИС. Поэтому для перехода от измеряемых физических характеристик к геофизическим параметрам и далее от последних к геологическим результаты керновой гамма-спектрометрии были сопоставлены с данными ГИС (рис. 2).

На рис. 1, 2 видно, что измерения на каменном материале петрофизически достаточно хорошо согласуются с исследованиями ГК, НКТ в скважинах. Несколько выпадают из названной связи характеристики гранит-пегматитов в скв. 100 (интервалы 2100,2–2104,8 и 2151,4–2154 м, которые при сравнительно повышенной гамма-активности (108–119 ед.) выделяются самыми низкими показаниями ГК — 5–8 мкР/ч. Это требует своего разрешения и, по-видимому, в части проверки соблюдения методических приемов измерений кернов. Идентификация пород по методам РК позволяет более уверенно осуществлять и привязку керна к разрезу. Так, указанной границе раздела (2065.8 м) двух литотипов он будет «жестко» привязан к разрезу, если данный интервал сместить вверх на 1 м. Аналогично керн из интервала 2204,1–2215,2 м следует поднять на 1,8 м. В скв. 100 дать однозначную оценку привязки керна, сложенного собственно магматическими породами, затруднительно.

 

Использование статистических связей типа ГИС-ГИС для установления литотипов пород

Связи такого рода для гранитоидов ввиду сложности минералогического состава и очень низкой пористости изучаются значительно реже в отличие от терригенных пород. С этой целью была предпринята попытка их использования путем сопоставлений геофизических характеристик отдельных интервалов, литология которых надежно определена по керновым данным.

Выяснилось (рис. 3), что поля расположения точек, соответствующих магматическим и сланцевым породам, четко разделяются между собой.

Рис. 3. Сопоставление показаний геофизических характеристик пород фундамента различного литологического состава по скв. 100 и 101 Тыньярской площади

Небольшое количество данных затрудняет уверенное проведение разграничивающих линий (полос неоднозначности), поскольку они могут оказаться как перпендикулярными к осям координат, так и наклонными. Однако даже при этом отмечаются некоторые особенности поведения в разрезе выделенных литотипов. Так, плотность магматических пород варьирует в сравнительно узком интервале — 2,36–2,42 г/см³ (рис. 3а, б). Плотность сланцев отмечена иным характером изменения в изучаемом пространстве — она с глубиной возрастает. На тех же рисунках видно, что их точки группируются в тренд в системе показаний ГГК и НКТ, АК. За зону неоднозначности раздела сравниваемых пород ориентировочно можно принять естественную радиоактивность в диапазоне 10–12 мкР/ч (рис. 3в, г). Разграничение собственно магматических образований можно заметить на рис. 3 г. Зона неопределенности приходится на интервал значений 19–20 мкР/ч. При меньших величинах порода соответствует области расположения трахитового состава, а при больших — риолитового. Как видим, предварительные результаты показывают возможность детальной типизации пород.

Для более глубокой интерпретации данных РК целесообразно в комплекс ГИС включать спектрометрический гамма-каротаж (СГК), позволяющий дифференцированно определять концентрации радионуклидов в разрезе, т.е. выявить, с излучением каких элементов связана радиоактивность тех или иных литологических разностей пород. Приоритеты СГК при изучении магматических образований исследованы далеко не полностью. Это касается, например, такого интересного вопроса, как имеется ли связь аномалий ГК с битуминозностью и даже с УВ.

Кроме установления вещественного состава пород следующим вопросом является выявление возможных коллекторов. В изучаемых разрезах встречены породы, которые нами отнесены к отдельным подтипам (рис. 3): кластолавам («класто» — раздробленный) эффузивов и измененным влиянием расплавов сланцам. Поскольку они, вероятнее всего, могут иметь повышенную пустотность, т.е. представлять собой самостоятельный вид нефтепромыслового резервуара, то прежде остановимся на некоторых общих структурно-физических особенностях образования трещиноватых пород.

 

Некоторые аспекты характера развития трещиноватости

Образование пустотного пространства в фундаменте обычно связывают с тектоническими процессами, создающими разломы, системы их оперяющих трещин, зоны катаклаза и т.д. Начальная фаза их формирования в гранитоидах начинается с остывания магматического расплава. Возникающая при этом усадка интрузивного тела приводит к уменьшению его внешних размеров и созданию внутри контракционной пустотности [17]. Результатом процесса дегидратации пород являются трещины гидроразрыва, которые высокотемпературные расплавы расширяют как в гранитоидах, так и в контактирующих с ними сланцах. Наконец, гипергенные процессы способствуют возникновению вторичных коллекторов в эрозионных выступах фундамента, обычно занимающих, в силу своей устойчивости, повышенные участки рельефа.

Классическим примером является нефтяное месторождение Белый Тигр на шельфе Кыулонской впадины Вьетнама [20]. Фундамент его слагают гранитоиды мелового возраста, рассеченные многочисленными дайками эффузивов. Поднятие разбито серией разломов. Запасы нефти связаны с зонами трещиноватости, кавернозности. Повышенные ФЕС (притоки до 1000 т/сут) приурочены к наиболее кислым породам (гранитам). В керне наблюдаются трещины шириной от 0,1 до 30 мм, а в шлифах — от 0,01 до 0,1 мм, в распределении которых установлено две системы по углам их падения: 50–750 и 30–4700. Это позволило исследователям сделать вывод о том, что часть из них являются первичными по отношению к разломам. Изучение трещин производилось с помощью электрического микросканирования (FMS/FMI) [10].

Зоны трещиноватости могут транзитно проходить через породы с неодинаковыми физико-механическими свойствами по разным направлениям. В таких приконтактных поверхностях наблюдается истертый материал, что убеждает о значении трещин как ослабленных зон, благоприятствующих движению флюидов. То есть, на каждой конкретной площади могут быть свои локальные их системы, обусловленные особенностями деформаций, что, конечно, затрудняет интерпретацию геофизических данных. Например, многие эффекты, связанные с нарушениями осей синфазности на сейсмических разрезах, обусловлены трещинами открытыми или заполненными минеральными наполнителями разной ориентировки. Поэтому рассмотрим подробнее отмеченный фактор.

Проведенный нами анализ числовых значений размеров трещин в породах фундамента Тыньярской площади, по данным разных специалистов, показал, что в гранитоидах их ширина не превышает 1 мм, а в сланцах изменяется от 0,01 до 3 мм.

Относительно направленности трещин по отношению к оси керна мы пришли к следующим предварительным выводам:
для гранитов характерны косые трещины;
в гранит-пегматитах и гранит-порфирах преимущественно развиты вертикальные и раз-нонаправленные трещины;
риолитам и трахитам более свойственны вертикальные и субвертикальные трещины;
в сланцах преобладают вертикальные и разнонаправленные трещины.

Е.А. Яцканич при просмотре шлифов (скв. 100) отметила в трахитах трещины с корочками по ним кальцит-кварцевого состава, которые секут вкрапленники полевых шпатов. Это может свидетельствовать об их разных генерациях.

Как видим, фактические данные по обеим площадям указывают на сходные черты как по развитию трещиноватости, так и по ориентировке их трещин в пространстве.

Не менее важным вопросом является установление связи между видом трещин и вещественным составом их наполнителя. Предварительная систематизация показала следующее:
в гранитах материалами, залечивающими трещины, являются кальцит с хлоритом;
для гранит-пегматитов доминирующими минералами выступают кальцит с кварцем;
в трахитах определяющим материалом становится кальцит с пиритом;
для риолитов более характерно наличие в вертикальных трещинах кальцита с хлоритом, а в разнонаправленных — кальцит-кварц-пиритовая ассоциация;
в плотных сланцах отмечается в вертикальных трещинах кальцитовая и карбонатно-глинистая составляющие, а в разнонаправленных к последней добавляется еще и пирит;
для измененных сланцев во всех видах трещин присутствует только кальцитовый или карбонатный материал.

Изложенные материалы представляют не только научный интерес с точки зрения познания истории геологического развития района, роли петрологического фактора, но и имеют практическое значение. Например, наличие в разрезе ферромагнитных минералов (магнетит, титаномагнетит) диктует необходимость изучения магнитных свойств пород как в шламе, так и в скважинах. Эти измерения окажут соответствующую помощь и при расшифровке данных геолого-технологических исследований (ГТИ) в скважинах, и наземной магниторазведке.

 

Особенности выделения трещиноватых участков разреза по ГИС

Резкая изменчивость минералогического состава пород, обусловившая высокую анизотропию физических свойств, и сложный тип коллекторов существенно затруднили выделение последних. Этими факторами объясняются неуверенные геофизические заключения (возможно коллектор, характер насыщения не ясен) различных специалистов.

Здесь необходимо отметить следующее. Трещины в плотных породах встречаются по-всеместно и чаще с ограниченным распространением, но только в случае сближенных между собой и протяженных они могут оказаться каналами вторичной миграции УВ и их скопления. Получив трещиноватость, порода снижает свою механическую прочность, что подтверждают лабораторные исследования керна.

Так, плотность образца монолитного сланца из скв. 101 (2135,3 м) составила 2,84, тогда как трещиноватого -2,76 г/см³; коэффициент крепости по Протодьяконову — 9,2 и 7,1, соответственно. Близким соотношением указанных свойств характеризуется и сланец на глубине 2206.6 м — по плотности 2.96 и 2.86 г/см³, коэффициенту крепости 27,1 и 10,2. Логично предположить, что такие «ослабленные» породы на фоне более монолитных отразятся свойственными им изменениями геофизических характеристик, и чем резче выражены отличия, тем большее развитие получила трещиноватость. Или иначе, чем больше будет дефицит плотности, тем выше могут быть фильтрационные свойства данного слоя. Остается доказать, является ли он достаточно подготовленным для коллектора.

Рис. 4. Выделение трещинного коллектора в риолитах скв. 100 по комплексу методов (ГИС, ГТИ) и керновых исследований

Исходя из всего вышеизложенного, на рис. 4 приведен пример типового поведения геофизических параметров против возможного трещинного коллектора в риолитах с привлечением данных ГТИ и керновых исследований.

Для лучшей наглядности ступенчатыми линиями показаны средние значения отсчетов, снятых с диаграмм ГИС против отдельных прослоев. Видно, что отмеченный коллектор хорошо обозначается по кривым РК, КВ. Резкое различие сопротивлений по МЗ, БК является показателем принадлежности их величин либо к матрице породы, либо к узким прослойкам с системами тонких трещин, заполненных слабопрочным материалом класса глин и т. п. Мозаика неоднородности создала данную вертикальную хаотичность. Иначе, в целом трещинный коллектор представляет собой чередование таких «разнофизических» слойков, а не весь, как можно подумать, с зияющими трещинами интервал разреза. Данные керна увязываются с материалами ГИС. Вероятность образования трещиноватых коллекторов в эффузивах и скопления в них нефти подтверждена на Рогожниковском месторождении, на котором ее добычные возможности связывают именно с лавобрекчиями и кластолавами триасового возраста [11] .

Следующие два примера относятся к сланцам, контактирующим с магматическими породами. В скв. 101 к числу предполагаемого коллектора отнесен интервал 2064,8–2072,8 м (рис. 5).

Автор: Ирбэ В.А., Конюхов В.И., Кулагина С.Ф., Тепляков Е.А., Толубаева Г.Е.