Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общие геологические сведения о районе проведения работ 10
1.1. Геологическая изученность 11
1.2. Геологическое строение надсеноманских отложений на примере Медвежьего месторождения 12
1.3. Характеристика пород-коллекторов региона работ 14
1.4. Состояние минерально-сырьевой базы Надымского района ЯНАО и его ресурсный потенциал 16
Глава 2. Анализ современных методик интерпретации каротажного материала с целью выделения газогидратных коллекторов геофизическими методами 23
2.1. Петрофизические признаки природных скоплений газового гидрата в надсеноманских отложениях 23
Градиенты пластовых давлений и температур месторождений севера Тюменской области (по данным ООО «ТюменНИИгипрогаз») 28
2.2. Определение границ залегания коллекторов, содержащих природные скопления газогидратов 32
2.3. Комплексная интерпретация результатов стандартного каротажа для выделения природных скоплений газового гидрата 38
2.4. Задачи исследования 46
Глава 3. Разработка метода нормализованных кривых 48
3.1. Анализ применения стандартного методического приёма для выделения сложнопостроенных коллекторов 48
3.2. Способ нормализованных кривых для выделения в разрезах скважин газогидратных скоплений 51
3.3. Приём количественной оценки коэффициента газонасыщенности в коллекторах содержащих природные скопления газового гидрата 56
3.4. Определение пористости 65
Глава 4. Оценка результатов проведённых исследований 69
4.1. Определение коэффициента газоносности продуктивного горизонта различными методами 74
4.2. Сравнительный анализ результатов расчётов 79
4.3. Опробование надсеноманских залежей 82
4.4. Параметр порового водородосодержания 89
4.5. Картирование продуктивных пород в отложениях сенона 93
Заключение 97
Список использованной литературы 100
- Состояние минерально-сырьевой базы Надымского района ЯНАО и его ресурсный потенциал
- Комплексная интерпретация результатов стандартного каротажа для выделения природных скоплений газового гидрата
- Приём количественной оценки коэффициента газонасыщенности в коллекторах содержащих природные скопления газового гидрата
- Картирование продуктивных пород в отложениях сенона
Состояние минерально-сырьевой базы Надымского района ЯНАО и его ресурсный потенциал
Российская Федерация обладает значительными запасами энергоресурсов. По данным Министерства природных ресурсов, разведанные промышленные запасы природного газа по состоянию на 2003 год составляли 47 трлн.м3. Более половины запасов газа приходится на Западно-Сибирский регион, в основном на Ямало-Ненецкий автономный округ. В исследуемом районе работ наиболее крупным является Медвежье газоконденсатное месторождение. Оно расположено на территории Надымского района Ямало-Ненецкого АО Тюменской области. С момента введения в разработку Медвежьего месторождения темпы отборов газа постоянно увеличивались и в 1992 году достигли своего пика. В последующие годы добыча газа снижалась. Связано это с истощенностью сеноманской залежи. Степень выработки месторождения составляет 7 9%.
Это может существенно повлиять на энергоснабжение удаленных потребителей газа.
В условиях исчерпания запасов сеноманской газовой залежи с целью поддержания темпов отбора газа необходимо проводить оптимизацию процесса разработки, реконструировать газотранспортную систему, а также вводить в эксплуатацию новые эксплуатационные объекты. При этом Федеральный Закон о Недрах обязывает недропользователя оптимально использовать ресурсы известных месторождений, что не может быть осуществлено без детального изучения ёмкостных свойств и характеристик насыщения всего разреза вскрытых пород, в том числе, ранее отнесённых к неколлекторам. В практике встречаются случаи, когда удаётся сделать значительные открытия, уделив внимание «пропущенным залежам», вскрытым большим количеством поисковых и эксплуатационных скважин.
Обычно породами-коллекторами в Западной Сибири являются песчаники. Однако стоит понимать, что любые породы, которые обладают необходимыми геологическими характеристиками, могут содержать углеводород в промышленных количествах. В качестве перспектив прироста запасов УВ можно предложить нетрадиционные для севера Тюменской области коллекторы. В первую очередь -это отложения сенона. Залежи в них приурочены к кремнистым опокам и опоковидным глинам [2, 7, 13], и, по мнению автора, могут содержать природные скопления газового гидрата (ГГ).
В 40-е годы прошлого века советские учёные высказывали гипотезу о наличии залежей ГГ в зоне вечной мерзлоты (Стрижов и др.) . В 60-е годы исследования геологических и технологических проблем газовых гидратов были начаты специалистами ВНИИГАЗ. В 1969 г. началась разработка Мессояхского месторождения в Сибири, где, как считается, впервые удалось извлечь природный газ непосредственно из гидратов (до 36% от общего объёма добычи по состоянию на 1990 г.) [29, 61]. С этого момента газовые гидраты начинают рассматриваться как потенциальный источник топлива. По различным оценкам, запасы углеводородов в гидратах составляют от 1,8х1014 до 7,6х1018 м3 [49]. В последние годы (после проведения в 2003 году совещания в ОАО «Газпром») исследования по нетрадиционным источникам углеводородов, включая газовые гидраты, продолжаются в 000 «Газпром ВНИИГАЗ», а также в институтах Российской академии наук и университетах.
Освоение месторождений севера Западной Сибири с самого начала столкнулось с проблемой выбросов газа из неглубоких интервалов криолитозоны. Длительное время они объяснялись перетоками газа из более глубоких продуктивных горизонтов. В дальнейшем исследования показали, что это самостоятельные скопления углеводородного сырья. Таким образом, сформировались представления о новом типе газовых залежей, которые представляют собой не только осложняющий фактор, но и определенную ресурсную базу [32, 36, 37].
Вместе с тем стоит отметить, что внутримерзлотные залежи ГГ содержат лишь незначительную часть ресурсов газа, которые связывают с природными газогидратами, и вряд ли интересны с точки зрения разработки этих скоплений. Объяснения этому весьма просты. Газ, сконцентрированный в этих объектах, находится в относительно небольших, разобщённых, внутримерзлотных линзах, что предопределяет необходимость строительства большого числа скважин в случае освоения этих ресурсов. При этом в силу небольших глубин залегания, пластовое давление этих источников невелико, что потребует значительных расходов на транспортировку газа. Учитывая эти обстоятельства, вряд ли можно рекомендовать внутримерзлотные газогидраты для поддержания объёмов добычи. И здесь вполне можно согласиться со специалистами 000 «Газпром ВНИИГАЗ», что этот нетрадиционный источник газа будет в дальнейшем представлять только потенциальную опасность газовых выбросов [55, 59, 64] .
Основная же часть ресурсов подземных газогидратов приурочена к подмерзлотной зоне стабильности - тем глубинам, где имеют место термодинамические условия для гидратообразования. На севере Западной Сибири это интервал глубин 400-1000 м. Именно в этих интервалах, к которым приурочены нетрадиционные для Западной Сибири коллекторы - трещинные породы в глинистых отложениях, обнаружена основная масса природных газогидратов.
Понятие о традиционных и нетрадиционных коллекторах условно. Оно связано с распространённой в нефтепромысловой практике классификацией, разработанной группой научных сотрудников под руководством Смехова Е.М. [47, 57], которая основана на ёмкостных и фильтрационных свойствах пород-коллекторов. В самом широком смысле к нетрадиционным относятся коллекторы с негранулярной пористостью [5 6]. Примером таких объектов могут быть опоки и опоковидные глины турон-датского возраста [23].
Коллекторы в глинах возникают как зоны разуплотнения вследствие преобразования глинистых минералов, выделения связной воды, генерации из органического вещества жидких продуктов и газов. При этом какой-то участок породы, вследствие роста внутреннего давления, пронизывается системой трещин и возникает природный резервуар. Затем под влиянием низких температур и высокого порового давления газ и вода могут образовывать кристаллические соединения -гидраты [38, 41] .
До недавнего времени изучению надсеноманских отложений не уделялось должного внимания. Эти отложения никогда ранее не рассматривались в качестве потенциального газоносного объекта. Этому могла способствовать доказанная высокая продуктивность и плотность запасов в нижележащих горизонтах. Также недостаток внимание отложениям сенонского возраста связан с тем, что в практике поисково-разведочных работ на нефть и газ изучению, в основном, подвергаются песчано-алевритистые породы-коллекторы. Остальным породам, в том числе и непосредственно флюидоупорам, уделяется значительно меньше внимания. В тех случаях, когда под ними на локальных объектах обнаруживают залежи УВ, их рассматривают только в качестве покрышек.
Комплексная интерпретация результатов стандартного каротажа для выделения природных скоплений газового гидрата
Близкое соседство с многолетнемерзлыми породами и возможность перехода газа в газогидратное состояние отрицательно сказываются на возможностях стандартного комплекса ГИС. Когда гидраты образуются в поровом пространстве уплотняющейся осадочной породы, пустоты заполняются не водой, а твёрдыми соединениями льда и метана. Считается, что скорость распространения звуковых волн в чистых гидратах соответствует скорости звуковых волн в скоплениях льда. Тем не менее, эта скорость не постоянна и, возможно, она зависит от химического состава гидратов. Из этого следует, что выявить гидраты в трещинных отложениях глин по данным одного метода каротажа затруднительно, кроме того хорошо известно, что глинистость оказывает существенное влияние на показания большинства геофизических методов [26. 28].
Используя комбинацию нескольких методов ГИС, можно получить лучшие результаты. Данные акустического каротажа схожи с теми, которые даёт лёд. Методы электрического и стационарного нейтронного каротажа дадут большие значения измеряемых параметров, что характерно для углеводородов. Увеличение содержания фонового газа по результатам газового каротажа является одним из лучших показателем присутствия гидратов.
Несмотря на известные взаимосвязи гидратонасыщенных пород с геофизическими полями, в специальной литературе не удалось встретить чётких рекомендаций интерпретации каротажного материала стандартного комплекса ГИС для данного типа коллектора. Также нет методических советов по учёту особенностей минерального скелета и порового пространства пород, имеющих структурную глинистость. Высказывается лишь общее мнение: для уменьшения неоднозначности интерпретации данных, необходимо использовать комплексный подход, привлекая для решения задачи набор методов, имеющих различные физические основы.
Сложно поспорить с тем, что комплексирование геофизических методов для получения геолого-геофизической информации это абсолютно правильный подход. Именно поэтому в практике геофизических работ для оценки ФЕС имеет широкое распространение сочетание акустического, нейтронного, плотностного гамма-гамма-каротажа и электрометрии. Все эти методы исследования входят в состав стандартного (основного, обязательного) комплекса ГИС.
Преимущества и недостатки комплекса ГИС, включённого в обязательный комплекс общих и детальных исследований, очевидны и всем известны. Основными плюсами являются многолетний опыт применения комплекса, разработанные и отлаженные принципы интерпретации, низкая стоимость. Однако результаты большинства видов геофизических исследований скважин в условиях сложного геологического строения и отсутствие фильтрации при газогидратном насыщении не обеспечивают надёжного выделения и оценку геолого-геофизических параметров. Причин тому несколько. В частности, каротажные кривые в подобных условиях обычно слабо дифференцированы, поэтому выделить интервалы коллекторы по стандартным данным ГИС трудно, а зачастую невозможно.
Одним из основных способов оценки нефтегазоносности осадочной породы по стандартному комплексу ГИС является метод электрометрии, так как удельное электрическое сопротивление среды в том числе зависит от таких свойств коллектора, как коэффициент пористости, форма сечения и извилистость поровых каналов, удельная поверхность фильтрующих пор и конечно состава флюида, заполняющего поровое пространство. Оценка нефтегазосодержания породы опирается на две основополагающие формулы Арчи Г.Е. и Дахнова В.Н. [15, 16, 17, 18, 42] .
При этом известно, что трещиноватость снижает удельное электрическое сопротивление пород благодаря уменьшению извилистости токовых каналов и увеличению роли поверхностной (по поверхности трещин) проводимости. В свою очередь и глинистость также влияет на удельное электрическое сопротивление. Рядом отечественных и зарубежных специалистов было показано, что параметр пористости Рп не является константой и зависит также от содержания в породе высокодисперсных минеральных компонентов, в первую очередь, глинистых.
Поскольку в большинстве случаев на этапах поисково-оценочного бурения исследователи не располагают зависимостью Ри = /(Кв), а также не имеют данных о величинах граничных (критических) значений, в этом случае используются усреднённые зависимости [34], а это, зачастую приводит к некорректным выводам [14] . Конечно, использование палеток, номограмм и кроссплотов [68] может несколько облегчить интерпретационный процесс, но не позволяет избавиться от всех неоднозначных выводов и требует большого количества «ручного» труда, что делает его применение в практических целях неудобным.
Ещё одним отрицательным фактором для применения уравнения Арчи-Дахнова для отложений берёзовскои свиты может быть то обстоятельство, что при формировании газогидратных отложений может нарушаться гидрофильность породы [5] . В этом случае газогидрат покрывает всю поверхность зерен горной породы, что является препятствием для распространения электрического тока, поскольку газогидрат, как и лёд, является изолятором.
Иными словами, для таких пород как природные газогидратные скопления, настройка алгоритмов интерпретации данных ГИС по усредненным характеристикам влечёт существенную погрешность, соответственно величина подсчётных параметров лишается информационной ценности.
С учётом всех перечисленных обстоятельств можно утверждать, что методика получения уверенной геолого-геофизической информации с учётом специфики сложных ГГ коллекторов на сегодняшний день отсутствует, а стандартный комплекс ГИС, основанный на изучении пористости и удельного электрического сопротивления, малоэффективен. Поэтому актуальной задачей является разработка и практическое применение методических подходов интерпретации стандартного комплекса ГИС, не нуждающихся в петрофизическом сопровождении. Одним из возможных решений может быть метод графического сопоставления геофизических полей.
Метод графического сопоставления геофизических данных и способ нормализации
Для классификации пород, слагающих разрез скважины, по литологическим типам и характеру насыщающих флюидов разработаны методики графического сопоставления и нормализации диаграмм геофизических методов. Более наглядным и удобным при автоматической интерпретации ГИС является метод нормализации, впервые предложенный Заляевым Н.З. [19, 20], предусматривающий непрерывную обработку и сравнение диаграмм нейтронных методов с данными электрического каротажа. Этот подход позволяет достаточно надёжно устанавливать границы залегания сложнопостроенных коллекторов, например, таких как трещинные карбонаты.
Приём количественной оценки коэффициента газонасыщенности в коллекторах содержащих природные скопления газового гидрата
В пластах горной породы гидраты могут быть распространены как в виде микроскопических включений, так называемые гель-кристаллы, образующиеся в объёме воды из растворённого в ней газа, так и образовывать крупные частицы, вплоть до протяжённых пластов. В зависимости от морфологии газогидратов будет различен их вклад в параметры, регистрируемые геофизической аппаратурой. Это даёт предпосылки для определения содержания газогидратов .
Традиционно оценка коэффициента газонасыщения коллекторов, опирается на две основополагающие формулы Арчи Г.Е. и Дахнова В.Н., основанные на взаимосвязи коэффициента увеличения удельного электрического сопротивления (УЭС) при частичном насыщении газом относительно того же пласта при 100% насыщении его пор водой. В основе этого метода лежат данные электрометрии.
Известно, что трещиноватость снижает УЭС пород благодаря уменьшению извилистости токовых каналов и увеличению роли поверхностной проводимости. Кроме этого рядом специалистов показано, что параметр насыщения Рн не является константой и зависит также от содержания в породе высокодисперсных минералов, в первую очередь, глинистых, оказывающих значительное влияет на удельное электрическое сопротивление.
Отложения сенона практически не исследованы керном. По отдельным извлечённым образцам горной породы невозможно достоверно определить петрофизические зависимости, так как в процессе бурения керн пропитывался фильтратом бурового раствора. Соответственно при интерпретации исследователи не располагают зависимостью Рн = /(Кв) . На практике используют усреднённые данные, а это зачастую приводит к некорректным выводам.
Отрицательным фактором применения уравнения Арчи Дахнова для определения ] отложений берёзовскои свиты является то, что при формировании газогидратных отложений может нарушаться гидрофильность породы. В этом случае возможность оценки содержания ГГ по величине УЭС становится невозможной.
С учётом всего перечисленного можно утверждать, что методика получения подсчётных параметров на основе стандартного комплекса ГИС, с учётом геологической специфики надсеноманского комплекса, отсутствует.
Вместе с тем, из технической литературы известно, что имеется возможность определения газонасыщения пластов стационарными нейтронными методами каротажа (НК) . В отсутствии аномальных поглотителей нейтронов {С1, В), показания НК зависят в основном от содержания водорода в среде, окружающей прибор.
В работах Дахнова [17], Вендельштейна [9], и других авторов [44, 62, 66] приводятся теоретические выкладки определения водородосодержания горной породы. На основании данных, описанных в этих трудах, ниже приводятся формулы для расчёта водородного индекса компонентов в отдельности и породы геологического разреза в целом. Водородосодержание газа, воды и нефти, заполняющих поры горной породы, а также минералов, содержащих в своём составе связанную воду, удобно выражать через их водородный индекс (ВИ) Q) , равный отношению объёмной атомной концентрации водорода в жидкости, газе или минерале к его концентрации в пресной воде при нормальных условиях. Водородный индекс пресной воды по определению равен 1.
Поскольку пласты-коллекторы региона проведения работ не содержат нефти, то водородный индекс флюида 0)фЛ можно выразить формулой
Поскольку содержание метана в пластовом газе надсеноманских и сеноманских отложений района проведения работ превышает 98%, содержанием остальных компонентов можно пренебречь. В этом случае водородный индекс пластового газа будет равен водородному индексу метана ф . Так как водород может находиться не только во флюиде, заполняющем поровое пространство, но и в составе связанной воды в единице объёма глинистой фракции, формула для определения водородного индекса пласта щш с пористостью fcu и объёмной глинистостью гл можно представить в виде
В условиях, когда известны все параметры залегания пласта (ФЕС, компонентный состав породы и флюида, минерализация пластовой воды) используя теоретические выкладки, описанные в технической литературе, можно решить систему уравнений и тем самым рассчитать текущий коэффициент газонасыщенности т (назовём его теоретическим). Формула для расчёта примет вид (по Дахнову В.И.):
Для пластов сеноманской залежи, в которых отобрано большое количество образцов кернового материала, надёжно определены свойства пород и петрофизические зависимости, используя выражение (3.7), достаточно просто рассчитать . Но как быть с отложениями берёзовскои свиты? Породы этих отложений не освещены керном, следовательно, нет возможности учесть влияние глинистого материала на показание нейтронных методов каротажа.
Для решения этой задачи, по мнению автора, наилучшие результаты можно получить по разработанной методике нормализованных кривых, основанной на ранее описанном соотношение п fc для газо- и гидратонасыщенных коллекторов.
Нейтронное поле (плотность потока нейтронов) в том числе, определяется суммарным содержанием водорода в среде, т.е. зависит в первую очередь от характера насыщения пор (количества атомов водорода). При этом водородосодержание газового гидрата мало отличается от водородосодержания воды. Это может препятствовать подсчёту газа заключённого в стабильном ГГ. Однако при вскрытии газогидратных скоплений бурением происходит разложение газового гидрата на составляющие. Выделившиеся газ и вода заполняют поровое пространство горной породы в непосредственной близости от стенки скважины, формируя тем самым условия схожие с пластом, насыщенным природным газом. Из-за относительно малого радиуса исследования нейтронными методами каротажа в зону исследования приборов попадает только область разложившегося ГГ, водородосодержание которой зависит от соотношения отдельных компонентов (воды и газа).
Картирование продуктивных пород в отложениях сенона
Обобщив полученные данные с ранее проведёнными исследованиями газо-, газоконденсатных месторождениях ЯНАО, стало возможным установить определённые закономерности изменения данных нейтронных методов от характера насыщения трещинных коллекторов, сложенных кремнистыми опоковидными глинами турон-датского возраста. Замечено, что в зависимости от того, являются коллекторы газоносными или нет, соотношения между амплитудами приращений показаний нейтронного (НКТ, НГК) и плотностного (ГГКп) каротажей относительно вмещающих пород описываются разными статистическими закономерностями, что вполне логично. Эти факты позволяют разделить всю совокупность пород на газоносные коллекторы и вмещающие породы. Графическое сопоставление данных нейтрон-нейтронного и плотностного гамма-гамма каротажа позволяют надёжно фиксировать наличие в разрезе газо- и гидратонасыщенного коллектора по данным ГИС.
Сделанные предположения и основанные на них выводы, не противоречат теоретическим основам выделения продуктивных залежей при помощи нейтронных методов. Полученные данные подтверждают изыскания других исследователей [3, 7, 11, 35, 63] в области изучения перспективности надсеноманских отложений. Выявленные залежи углеводородов уверенно фиксируются по нейтронному, газовому, электрическому каротажу, сейсморазведке и подтверждаются газопроявлениям во время бурения скважин и испытания объектов. Всё это сделало возможным картирование газо-, гидратонасыщенных коллекторов (рис. 4.9) . При этом на построенной обзорной карте нефтегазопроявлений выделяется единая залежь, включающая в себя Медвежью, Уренгойскую, Ямбургскую площади.
В ряде скважин произведено опробование исследуемого горизонта. В скважинах 61 Медвежьего НГКМ, 431 Комсомольской, 1С Вэнгаяхинской и 152 Венъеганской площадей, получены притоки газа. В скважине 431 дебит составил на б-ти миллиметровом штуцере 4,5 тыс. м3/сут, в скважине 1С - дебит не замерялся, но отмечалось, что длина факела составляла 3-5 м, в скважине 152 -замеренный дебит 3,5 тыс. м3/сут. на 3-х миллиметровом штуцере [2] .
Обнаруженные залежи УВ в отложениях сенона не могут быть связаны с искусственными перетоками флюидов, возникшими при разбуривании месторождений. В первых же поисково-разведочных скважинах, пробуренных в сводах перечисленных структур, фиксировались повышенные газопоказания, выбросы бурового раствора, аварийные фонтаны газа. Предполагаемые и уже доказанные залежи в отложениях турон-датского возраста принадлежат самостоятельному газоносному горизонту, на это указывают и другие исследователи [30].
Всё это подтверждает несомненную перспективность надсеноманских отложений. При усовершенствовании технологии отбора газа из газогидратных скоплений, отложения сенона должны использоваться в качестве объекта эксплуатации. Учитывая небольшие глубины и число разведочных и эксплуатационных скважин, вскрывших газовые залежи, надсеноманские отложения можно рассматривать в качестве возвратного объекта разработки, после выработки запасов газа в сеноманских отложениях. Экономическая целесообразность как разведки, так и эксплуатации этих залежей дополнительно подчеркивается практическим отсутствием затрат на создание инфраструктуры месторождений, меньшими затратами на бурение. Большое значение рассматриваемые залежи могут приобрести при использовании их в качестве источника муниципального газоснабжения.
