Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткая характеристика и особенности геологического строения сложнопостроенных залежей нефти и газа в трещинных и трешинно-карстовых коллекторах 10
1.1. Трещинные и трещинно-карстовые резервуары Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции 10
1.1.1. Трещинно-карстовые карбонатные резервуары 10
1.1.2. Трещиноватые глинистые и песчаные резервуры 18
1.1.3. Трещиноватые резервуары кремнисто-глинисто-карбонатных отложений доманиковых фаций (доманикиты) 44
1.1.4. Трещиноватые пласты-коллекторы пород фундамента 54
1.2. Трещиноватые пласты-коллекторы. Примеры из мировой практики 58
Глава 2. Основные методические принципы изучения трещинных коллекторов и факторов, определяющих их пространственную зональность и неоднородность 67
2.1. Состояние изученности вопроса и основные методические принципы исследований трещинных и трещинно-карстовых резервуаров 67
2.2. Моделирование образования трещин на антиклинальных структурах в лабораторных условиях 71
2.3. Влияние тектонической трещиноватости на морфологию и пространственное распространение высокопроницаемых зон в пределах залежей УВ 83
2.4. Парагенезис серы и нефти и формирование карстовых нефтегазоносных резервуаров 100
2.5. Коллекторские свойства пород. Типы коллекторов и их неоднородность 121 386
Глава 3. Методологические аспекты систематики и морфологии трещинных коллекторов и их роль при поисках, разведке и разработке залежей УВ 133
3.1. Основы системного подхода к трещинным и трещинно-карстовым коллекторам при поисках, разведке и разработке залежей УВ 133
3.1.1. Понятие системы 134
3.1.2. Возможные представления и типы систем трещинных коллекторов.. 3.1.3. Структурные уровни трещинных природных резервуаров 141
3.1.4. Роль системного подхода при изучении залежей нефти и газа 151
3.2. Роль высокопроницаемых трещинных зон в формировании нефтяных и газовых залежей 156
3.3. Морфологические особенности распространения высокопроницаемых трещинных зон и эффективность поисков и разведки залежей нефти и газа 165
3.4. Распространение высокопроницаемых трещинных зон в пределах нефтегазоносных резервуаров и особенности разработки залежей 178
Глава 4. Методы оценки трещиноватости и оконтуривания высоко проницаемых зон 184
4.1. Методы прямой оценки трещиноватости 184
4.1.1. Изучение трещиноватости в шлифах и керне 184
4.1.2. Дистанционные методы изучения трещиноватости 188
4.2. Геофизические методы изучения трещиноватости и оконтуривания высокопроницаемых зон 192
4.2.1. Полевые геофизические методы 193
4.2.2. Скважинные геофизические методы 198
4.2.3. Способ выявления дизъюнктивных дислокаций нефтяных и газовых месторождений 204
4.3. Косвенные методы оценки трещиноватости и закарстованности про дуктивных пород 208
4.3.1. Анализ данных поглощения промывочной жидкости при бурении скважин 209
4.3.2. Механический каротаж 210
4.3.3. Гидродинамические исследования скважин 212
4.3.4. Использование методов математической статистики при изучении трещиноватости 219
Глава 5. Разработка комплексной методики выявления и оконтуривания высокопроницаемых трещинных зон с целью повышения эффективности поисков, разведки и разработки залежей УВ 229
5.1. Комплексная методика выявления и оконтуривания высокопроницаемых зон в сложнопостроенных резервуарах 229
5.1.1. Особенности реализации разработанной методики при изучении сложнопостроенных карбонатных резервуарах 230
5.1.2. Особенности применения разработанной методики при изучении терригенных коллекторов трещинного типа 239
5.2. Пути повьппения эффективности поисков, разведки и разработки залежей нефти и газа с использованием разработанной методики 247
5.2.1. Методика поисков и разведки сложнопостроенных нефтяных и газовых залежей в трещинных коллекторах 247
5.2.2. Способ разведки мелких залежей нефти и газа, связанных с неструктурными ловушками в пределах открытых месторождений 249
5.2.3. Технология разработки сложнопостроенных залежей УВ с использованием горизонтальных добывающих скважин 254
Глава 6. Практические примеры использования разработанной методологии и комплексной интерпретации геолого-геофизических данных в процессе поисково-разведочных работ и разработки залежей УВ в трещинных коллекторах 261
6.1. Месторождения нефти и газа Тимано-Печорской провинции 261
6.2. Месторождения нефти и газа Волго-Уральской провинции 302
'6.3. Месторождения нефти и газа Западно-Сибирской мегапровинции 326
Заключение 350
Библиографический список. 353
- Трещинные и трещинно-карстовые резервуары Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции
- Моделирование образования трещин на антиклинальных структурах в лабораторных условиях
- Основы системного подхода к трещинным и трещинно-карстовым коллекторам при поисках, разведке и разработке залежей УВ
Введение к работе
Актуальность исследований. История изучения трещинных коллекторов нефти и газа такая же древняя, как и история самой нефтедобычи, отсчет которой в Тимано-Печорской провинции (ТПП) ведется с 1745 г., с организации кустарного промысла на реке Ухта архангелогородцем Федором Прядуновым, Нефть, всплывающую из трещин на дне реки, Ф. Прядунов собирал в специально построенные и установленные над ее выходами деревянные срубы - ловушки, где она скапливалась, а затем вычерпывалась в подготовленные бочки.
В настоящее время установлено, что к месторождениям с трещиноватыми коллекторами относится значительная часть мировых запасов и добычи нефти и газа. Широко известны регионы и страны, где поиски, разведка и добыча нефти и газа связаны преимущественно с трещинными резервуарами. Это Ближний и Средний Восток, Северный Кавказ, Прикаспийская впадина, Европейский Северо-Восток России, Восточная Сибирь, Иран, Ирак, Саудовская Аравия, Сирия, Алжир, Венесуэла, Мексика, Казахстан, США, Канада, Китай, Вьетнам и др. Однако практика показывает, что эффективность поисково-разведочных работ и разработки залежей углеводородов (УВ), связанных с трещинными коллекторами, гораздо ниже, чем в традиционных коллекторах порового типа. Залежи УВ в резервуарах трещинного типа вполне правомерно относят к сложнопостроенным, а их запасы к -трудноизвлекаемым. Поиски, разведка и разработка таких залежей значительно затруднены из-за резкой изменчивости фильтрационно-емкостных свойств и избирательного развития высоко проницаемых участков.
Исходя из этого, представляется весьма актуальным дальнейшее совершен-ствование теоретических представлений и методологии изучения структурно-пространственной зональности трещинных коллекторов нефти и газа, разработки новых методов и способов их комплексных исследований, выявление закономерностей формирования высокопроницаемых зон, оценки роли тектонических факторов в образовании и размещении трещинных резервуаров, а также скоплений УВ в них.
Исследования проводились на кафедре геологии нефти и газа Ухтинского государственного технического университета в рамках научно-исследовательских госбюджетных и хоздоговорных работ, выполняемых для различных научно-исследовательских и производственных организаций. Решение некоторых важных вопросов и проблем, рассмотренных в данной работе, осуществлялось автором в рамках международных программ и проектов, таких как IGCP Project 299 "Geology, Climate, Hydrology and Karst Formation" и IGCP Project 379 "Karst Processes and Carbon Cycle", а также AAPG Hedberg Conference "Carbonate Reservoirs of the World: Problems, Solutions and Strategies For the Future".
Цель работы - обоснование и разработка теоретических принципов и методологии изучения структурно-пространственной зональности трещинных коллекторов на основе системного анализа, комплексного использования геолого-геофизических и других методов с целью повышения эффективности поисков, разведки и разработки залежей нефти и газа.
Основные задачи исследований: 1) создание методологии изучения структурно-пространственной зональности трещинных и трещинно-карстовых коллекторов; 2) обоснование дискретной слоисто-блоковой структуры и уточнение системных представлений о трещинных резервуарах нефти и газа; 3) изучение закономерностей локализации и пространственной зональности трещинных коллекторов в нефтегазоносных комплексах различного лито логического состава и возраста; 4) разработка комплексной методики опережающего прогноза высокопроницаемых трещинных зон; 5) создание концептуальной модели формирования карста в нефтегазоносных карбонатных комплексах; 6) обоснование практических и научных рекомендаций повышения эффективности разведки и разработки конкретных залежей нефти и газа ТПП.
Инструментом решения поставленных задач являются полевые геофизические, дистанционные, геохимические, гидродинамические, геолого-промысловые, промыслово-геофизические и вероятно-статистические методы, а также системный и геолого-промысловый анализ.
Научная новизна. Впервые на основе системного анализа, рационального комплекса геолого-геофизических, промысловых и других исследований получены следующие результаты:
1. Создана методология изучения пространственной зональности трещинных коллекторов нефти и газа.
2. Обоснована слоисто-блоковая дискретная структура трещинных коллекторов как сложная природная система, включающая 10 структурно-иерархических уровней.
3. Выявлены закономерности структурной локализации и пространственной зональности высокопроницаемых трещинных зон в пределах месторождений, обусловленные разрядкой тектонических напряжений в процессе образования складчатых и дизъюнктивных дислокаций.
4. Разработана комплексная методика опережающего прогноза высокопроницаемых трещинных зон при поисках, разведке и разработке залежей нефти и газа.
5. Предложена концептуальная модель формирования карста в карбонатных нефтегазоносных комплексах.
6. На базе интеграции разработанной методики выявления высокопроницаемых зон и современных технологий бурения горизонтальных скважин обоснованы и предложены к практической реализации мероприятия, направленные на повышение эффективности разведки и разработки сложнопостроенных залежей нефти и газа.
Все результаты настоящего исследования могут быть использованы в научно-методических целях при изучении сложнопостроенных трещинных и трещинно-карстовых резервуаров как в Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, так и в других регионах.
Практическая значимость работы определяется повышением геологической и экономической эффективности поисков, разведки и доразведки месторождений нефти и газа, связанных с трещинными и трещинно-карстовыми резервуарами, ускорением ввода в эксплуатацию малорентабельных и нетрадиционных ресурсов УВ в коллекторах трещинного типа, а также оптимизацией процесса разработки залежей на основе предлагаемых практических мероприятий.
Рекомендации по совершенствованию поисково-разведочных работ и процесса разработки залежей в сложнопостроенных трещинных и трещинно-карстовых резервуарах Тимано-Печорской провинции, разработанные на кафедре геологии нефти и газа УГТУ с участием автора, были переданы в различные министерства, производственные организации и научно-исследовательские институты, работающие по проблемам освоения УВ ресурсов ТПП.
Результаты исследовании отражены во многих научно-исследовательских, хоздоговорных и международных проектных отчетах, выполненных по заказу геологоразведочных и нефтегазодобывающих предприятий, в которых автор являлся исполнителем, ответственным исполнителем и руководителем.
Данные, полученные в процессе работы над диссертацией, использованы при написании учебных пособий и методических указаний для студентов нефтегазо-промыслового факультета УГТУ, проходящих обучение на кафедре геологии нефти и газа.
Фактический материал, послуживший основой для данной работы, был собран, обработан, проанализирован и обобщен автором в период с 1985 по 2002 г.г. Сюда вошли как данные личных полевых, лабораторных и тематических исследований, проведенных автором на Тимане, в Приуралье, Гряде Чернышева, Колвинском мегавале, в Хорейверской и Ижма-Печорской впадинах и других районах Тимано-Печорской провинции, так и геологические, геофизические, геохимические, дистанционные, промысловые и буровые материалы, имеющиеся в различных геологоразведочных, нефтегазодобывающих, научно-исследовательских организациях и геолфондах, таких как: Ухтанефтегазгеология, Севергазпром, Коми-нефть, Севергеофизика, Полярноуралгеология, Тимано-Печорский НИЦ, Печорни-пинефть, филиал ООО ВНИИГаза - «СеверНИПИгаз», ВНИГРИ и др.
Кроме того, в работе использованы многочисленные данные по исследованиям трещинных и трещинно-карстовых резервуаров, содержащиеся в отечественных и зарубежных публикациях. Важную роль в отношении поиска и сбора последних, а также в методологическом плане сыграли международные контакты и поездки автора для проведения стажировок и совместных научных исследований в Китай (гг. Гуйлинь, Липу, Пекин) и во Францию (гг. Париж и По).
Апробация работы. Теоретические, методические и практические результаты исследований докладывались на Всесоюзной конференции «Геодинамические основы прогнозирования нефтегазоносности недр» (Москва, 1988), Международной геофизической конференции (Москва/ 1992), Международном симпозиуме «Нетрадиционные источники углеводородов» (Санкт-Петербург, 1992), Всероссийской геологической конференции «Геология и минерально-сырьевые ресурсы Европейского северо-востока» (Сыктывкар, 1994), XXX Международном Геологическом конгрессе (Пекин, 1996), на Международной Хадбергской конференции Американской ассоциации геологов-нефтяников «Карбонатные резервуары мира: проблемы, решения и стратегии на будущее» (г. По, Франция, 1996), на Втором Международ ном симпозиуме «Нетрадиционные источники углеводородного сырья и проблемы его освоения» (Санкт-Петербург, 1997), на Международной конференции «Современные проблемы геологии, поисков, разведки и оценки месторождений полезных ископаемых» (Москва, 1997), на Международной научно-практической конференции «Инженерно-геологическое обеспечение недропользования и охраны окру жающей среды» (Пермь, 1997), на Международном семинаре «Горизонтальные скважины» (Москва, 1997), на Международном симпозиуме «Карст и углеродный цикл» (Липу, Китай, 1997), на Международной конференции-семинаре им. Д.Г. Успенского «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей» (Ухта, 1998), Международной конференции «Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа» (Москва, 1998), Международной конференции «Проблемы геодинамики, сейсмичности и минерагении подвижных поясов и платформенных областей литосферы» (Екатеринбург, 1998), на XIII Геологическом съезде Республики Коми (Сыктывкар, 1999), на Международной конференции и выставке Американской ассоциации геологов-нефтяников (Бирмингем, 1999), на Всероссийской конференции «Актуальные проблемы геологии горючих ископаемых осадочных бассейнов Европейского Севера России» (Сыктывкар, 2000), на Международной конференции «Экологическая геология и рациональное недропользование» (Санкт-Петербург, 2000), Второй Международ ф ной конференции «Перспективы развития и освоения топливно-энергетической ба зы северо-западного экономического района Российской Федерации» (Санкт-Петербург, 2000), на Всероссийском съезде геологов (Санкт-Петербург, 2000), на 4-й Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2001), на Втором Всероссийском литологическом совещании и Восьмом Всероссийском симпозиуме по ископаемым кораллам и рифам «Литология и нефтегазоносность карбонатных ф отложений» (Сыктывкар, 2001), а также на региональных конференциях, совеща ниях и семинарах в Ухте, Усинске, Воркуте, Сыктывкаре, Уфе, Перми, Екатеринбурге. Публикации. По теме диссертации опубликовано 87 работ, в том числе 2 монографии, 1 учебное пособие, 1 брошюра, 1 авторское свидетельство и 1 патент на изобретение (в соавторстве). Основные защищаемые положения:
1. Методология изучения пространственной зональности трещинных кол-лекторов, нефти и газа, базирующаяся на принципах системного подхода и рациональном комплексе геолого-геофизических и других методов, адаптированных к многоуровневой системной организации этих сложных природных объектов.
2. Слоисто-блоковая дискретная структура трещинных коллекторов, образующая внутриорганизованную целостную систему из 10 иерархических уровней.
3. Выявленные закономерности структурной локализации и пространственной зональности высокопроницаемых зон в нефтегазоносных комплексах различного литологического состава, обусловленные разрядкой тектонических напряжений.
4. Комплексная методика опережающего прогноза высокопроницаемых трещинных зон, апробированная на месторождениях Тимано-Печорской провинции.
5. Концептуальная модель формирования карста в нефтегазоносных карбонатных толщах, основанная на геохимических процессах при вертикальной миграции УВ, приводящих к образованию кислых газов (H2S и 0() и увеличению растворяющей способности водных растворов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 389 страницах, включает 148 рисунков, 7 таблиц. Список литературы содержит 332 наименования.
Основной объем исследований по диссертации был выполнен на кафедре геологии нефти и газа Ухтинского государственного технического университета. В процессе выполнения исследований автор неоднократно обращался за помощью, а также пользовался консультациями и советами своих коллег: А.И. Дьяконова, С.С. Гейро, Е.Ф. Крейнина, А.Р. Бенча, Л.В. Пармузиной, А.Н. Смирнова, З.П. Скляровой, В.А. Жемчуговой, В.А. Зыкова, Л.П. Шилова, И.И. Енцова, А.И. Кобрунова, О.С. Кочеткова, В.А. Копейкина, В.Ф. Буслаева.
Некоторые лабораторные эксперименты и опыты были проведены на специальном оборудовании в Институте синтетических полимерных материалов РАН (г. Москва) и Институте геологии карста Китайской Академии геологических наук (г. Гуйлинь).
Во многом получению результатов исследований способствовали консультации, советы и поддержка, полученные в разное время у Т.В. Дорофеевой, БА. Лебедева, В.Г. Каналина, ИЛ. Попова, А.А. Дорошенко, В.Н. Катаева, ВТ. Кузнецова, В.П. Филиппова, В.Е. Хаина, Б.А. Соколова, Н.П. Юшкина, A.M. Пыстина, Н.А. Малышева, Н.В. Беляевой, Б.А. Малькова, Е.Б. Груниса, М:Д. Белонина, В.Н. Макаревича, А.Н. Зеленецкого, Л.П. Гмид, М.Х. Булач и др.
Очень плодотворным для подготовки диссертации было сотрудничество автора с рядом зарубежных исследователей, с которыми довелось работать в полевых маршрутах и общаться в процессе научных дискуссий, учиться у них и консультироваться: Ю. Даоксиань, Л. Бин, С. Каматина, Б. Паукштис, Н. Харлей, Б. Калин, М. Зонненфельд, Ж.М. Дауне, А.Д. Хорбари, Д. Джемесон, Ф. Матсуда, К. Йоши-мура, Н. Кат, С.Д. Бадринас, М. Гея, Б. Софнер, П. Форти.
На протяжении всего периода работы над диссертацией автору оказывалась всесторонняя поддержка и помощь со стороны бывшего ректора УИИ, безвременно ушедшего из жизни, д.т.н. академика РАЕН Г.В. Рассохина и ньшешнего ректора УГТУ д.т.н. академика РАЕН Н.Д. Цхадая, которым автор глубоко признателен и благодарен.
Особую признательность автор хотел бы выразить профессорско-преподавательскому составу кафедры геологии нефти и газа Ухтинского государственного технического университета и, в первую очередь, своему руководителю, первому научному наставнику, д.г.-м.н. академику РАЕН А.И. Дьяконову.
Кроме того, хотелось бы отметить многих геологов и геофизиков, ученых и производственников, с которыми неоднократно приходилось общаться в процессе сбора фактического материала, в полевых экспедициях, обсуждать проблемы в ходе многочисленных научных и производственных дискуссий, рабочих совещаний и научно-технических конференций. Материалы фондовых отчетов и научных публикаций большинства из них были проанализированы и использованы в настоящей в работе. Среди них: А.А. Алабушин, В.И. Алексеев, Л.З. Аминов, Г.И. Амурский, В.Я.Андришак, Л.А. Анищенко, В.И. Антонов, Б.Г.Ахматов, В.И.Богацкий, А.С. Бушуев, Л.Т. Белякова, С.Л. Беляков, Б.П. Богданов, А.В. Борисов, Н.С. Борисов, Т.И. Вагина, Н.П. Вишератина, Г.В. Важенин, Б.Я. Вассерман, Л.А. Вокуеев, Л.А. Гобанов, А.Ш. Галявич, В.И. Гайдеек, А.С. Головань, С.А. Данилевский, В.Н. Данилов, В.А. Дедеев, В.В. Иванов, B.C. Коваленко, Н.И. Кузнецов, К.В. Лебедева, Г.П. Лысенин, Т.В. Майдль, В.М. Мильков, Н.И. Никонов, М.Ю. Остриж-ный, Ю.А. Панкратов, В.Р. Родыгин, И.Е. Романов, В.Б. Ростовщиков, Ф.Н. Сни-сарь, А.В. Соломатин, П.П. Тарасов, Б.И. Тарбаев, Е.Л. Теплов,- Г.Д. Удот, А.К. Цехмейстрюк, В.Г. Черный, Е.Б. Шафран, А.С. Шутов, Б.С. Шутов, В.М. Юдин, З.П. Юрьева, В.П. Якуцени, Б.А. Яралов и др.
Трещинные и трещинно-карстовые резервуары Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции
Ордовикско-нижнедевонский НГК представлен терригенными и карбонатными отложениями ордовика, сульфатно-карбонатными породами нижнего силура, терригенными и карбонатными образованиями нижнего девона, залегающими на глубинах до 3-6,5 км. Общая мощность НГК меняется от десятков метров (Ижма-Печорская впадина) до 3-3,5 км (Косью-Роговская впадина).
Имеющий широкое распространение на всей территории северо-восточной части ТПП ордовикско-нижнедевонский НГК в последние годы выдвинулся в число одного из важных объектов, обеспечивающих возрастающие объемы прироста запасов нефти. Так, если в 1971-975 гг. прирост запасов нефти по этому НГК составил 2,3% от суммарного прироста по провинции, в 1981-1985 гг. - 9,3%, то в 1986-1988 гг. достиг 25,2 % [42].
В пределах Хорейверской впадины, где расположена большая часть открытых в ордовикско-нижнедевонском НГК месторождений, он включает терригенные и карбонатные породы нижнего, среднего и верхнего ордовика, нижнего и верхнего силура и нижнего девона, перекрытые с крупным стратиграфическим несогласием терригенно-карбонатными отложениями франского яруса верхнего девона. Общая мощность комплекса меняется от 490 м в центральной части Большеземельского свода (Сандивейское и другие поднятия) до 1800 м на его склонах, увеличиваясь в направлении Печоро-Колвинского авлакогена и Варандей-Адзьвинской структурной зоны.
Нижняя часть комплекса позднеордовикского возраста (ашгильский ярус) состоит из трех литологических пачек (снизу-вверх): доломитовой, сульфатно-доломитовой и глинисто-сульфатно-карбонатной общей толщиной от 220 до 450 м. Коллекторы приурочены к нижней и средней пачкам и имеют ограниченное распространение [127]. Тип коллектора - трещинный, трещинно-каверновый, пористость от 0,1 до 1,9%, проницаемость до 3,4 10"15 м. Роль покрышки вьшолняет верхняя пачка. Залежи пластового сводового типа установлены на Среднемакари хинском и Мастерьельском месторождении. Дебиты - от 3 до 42 м3/сут, нефть легкая (0,833 - 0,856 г/см3).
Средняя часть комплекса представлена силурийскими отложениями, широко развитыми на северном и северо-восточном склонах Болыпеземельского свода, где их толщина достигает 900-1000м. В центральной части свода присутствуют лишь сохранившиеся от размыва нижнесилурийские отложения мощностью от 490 до 650 м. Эти отложения в объеме лландоверийского (300-650 м) и венлокского (до 300 м) ярусов представлены сульфатно-доломитовыми, доломитовыми и известко-во-доломитовыми породами джагальского и филиппьельского горизонтов и соответствующими им местными свитами - макарихинской и сандивейской лландоверийского яруса, а также седъельского горизонта (веякская свита) венлокского яруса. Коллекторы сложные, в основном, порово-трещинного и порово-кавернового типов. Значения пористости колеблются от 5,5 до 18,4%, проницаемости - от 3 до
156-Ю"15 м2. Региональной покрышкой являются карбонатно-глинистые отложения тиманского и саргаевского горизонтов верхнего девона толщиной 20-40 м. Месторождения и залежи выявлены на Верхневозейской площади (макарихинская и сан-дивейская свиты), Сандивейской и Шор-Сандивейской, Восточно-Возейской, Среднемакарихинской (веякская свита) площадях. Залежи нефти структурно-стратиграфические (расположенные под поверхностью размыва), пластовые, сво ft довые, массивные, тектонически экранированные. Дебиты нефти колеблются в широких пределах - от первых десятков до 500 т/сут. Нефти, в основном, легкие (0,827-0,868 г/см3). Исключение составляет Среднемакарихинское месторождение, где нефти тяжелые (0,916 г/см ), высокосернистые (2,3%), смолисто-асфальтеновые (26,5%) [212].
Верхняя часть комплекса включает лохковский ярус нижнего девона, представленный карбонатными и глинисто-карбонатными отложениями овинпармского горизонта, которые прослеживаются в восточной части Хорейверской впадины в виде узкой, выклинивающейся к западу от вала Сорокина полосы шириной 20-30 км и толщиной 170-200 м. Пласты-коллекторы приурочены к доломитовым поро дам трещинно-порового и каверново-порового типа, пористостью до 13% и прони-цаемостью до 125-10"IJM .B этой зоне открыты Колвинское, им. 70-летия Октября и им. Романа Требса месторождения нефти. Залежи структурно-стратиграфические (под поверхностью размыва), а также пластовые сводовые. Дебиты нефти изменяются от 70 до 600 т/сут, нефти легкие и средние (плотность 0,827 - 0,875 г/см3).
Продуктивность комплекса также установлена в Варандей-Адзьвинской структурной зоне (тяжелые и средние нефти) и в Косью-Роговской впадине (газ). Дебиты нефти изменяются от 1-2 до 50-70 т/сут, газа от 150 до 750 тыс.м3/сут. Флюиды разнообразны по физико-химической характеристике : плотность нефтей составляет 0,875-0,920 г/см3, содержание парафина в легких нефтях 3-8%, в тяжелых - до 2% [127]. Газы конденсатные, содержат сероводород. На Кочмесской площади (Косью-Роговская впадина) содержание сероводорода в УВ газе из ордовикских отложений достигает 6% (объемных).
Доманиково-турнейский НТК. Отложения данного комплекса характеризуются повсеместным распространением. В наиболее полном объеме они развиты в пределах Колвинского мегавала и Варандей-Адзьвинской структурной зоны, где максимальная толщина их достигает до 2200 м. На территории Хорейверской впадины они сокращаются до 500 м.
Нефтеносность доманиковых отложений установлена на Нядейюсской площади, где в скв. № 10 испытателем пластов был получен приток нефти дебитом 24 м /сут. Залежь пластовая сводовая, покрышкой служат глинистые известняки нижней части верхнефранского подъяруса. Фильтрационно-емкостные параметры коллекторов этих отложений, представленных в шельфовых и рифогенных типах разреза известняками и вторичными доломитами, изучены слабо. В целом, для пород доманикового горизонта свойственны низкие коллекторские свойства. В рифогенных фациях, вскрытых на Сандивейской площади (скв. № 9), среднее зна-чение пористости составляет 5%, проницаемость изменяется от 0 до 59010 м . Здесь развит, в основном, каверново-поровый и порово-трещинный тип коллектора. В шельфовом типе разреза качество коллекторов ухудшается за счет увеличения степени их глинизации.
Моделирование образования трещин на антиклинальных структурах в лабораторных условиях
Для того чтобы понять закономерности распределения трещин в пределах антиклинальных структур, являющихся потенциальными ловушками для нефти и газа, необходимо ознакомиться с опытами по моделированию таких складок в лабораторных условиях. В связи с тем, что большинство платформенных антиклинальных складок относятся к глыбовым, то первостепенный интерес представляют именно результаты моделирования глыбовой складчатости.
Глыбовые складки являются следствием поперечного изгиба горизонтально залегающих толщ под действием вертикально направленных сил, исходящих от фундамента при подвижках его блоков или глыб. При поперечном изгибе слои подвергаются растяжению и удлиняются, особенно на крыльях складок Глыбовые формы называют также штамповыми, отраженными или платфменными [13].
По своей морфологии глыбовая складчатость именуется прерывистой, идио-морфной. Обычно в природе такие складки имеют округлую, овальную или неправильную форму, а их поперечные размеры составляют от нескольких сот метров до десятков километров. Различна и амплитуда поднятия слоев - от нескольких метров до 1-2 км. Для сводов и крыльев складок характерны сбросы и взбросы, которые размещаются в плане радиально и концентрически.
В разрезе глыбовых антиклиналей часто наблюдается закономерное уменьшение мощности слоев по направлению к сводам. Изменения мощностей часто сопровождаются изменениями фаций осадочных пород: по направлению к сводам антиклиналей осадки становятся более грубыми (глины могут сменяться песками).
Анализ изменения мощностей и фаций отложений в пределах прерывистых форм показывают, что глыбовая складчатость связана с длительным поднятием отдельных участков земной коры относительно сопредельной территории. Эти особенности строения и развития глыбовой складчатости не оставляют сомнений в том, что она является следствием субвертикальных дифференцированных движений блоков кристаллического фундамента платформ, отраженных в осадочном чехле.
Современные представления о глыбовой складчатости, связанной с блоковой дискретностью литосферы, были сформулированы сравнительно недавно; Однако сама идея о возможности поперечного изгибания перекрывающей слоистой толщи под действием вертикальных подвижек в подстилающем субстрате была высказана и экспериментально воспроизведена более полувека назад.
Среди первых опытов подобного рода можно выделить два направления экспериментального изучения глыбовой складчатости, развивающиеся до настоящего времени. Одно из них - это исследование глыбовых дислокации в плане, второе - их анализ в разрезе. Эти особенности структуры в эксперименте обычно изучаются раздельно, хотя очевидно, что в природе они находятся в неразрывной связи.
В 1926 г. П. Торри и Д. Фрелиш опубликовали результаты опытов на слое песка, в который снизу через отверстие в дне прибора вдавливался мягкий штамп из пушечной смазки. Была воспроизведена типичная черепаховая структура, характерная для слоистых толщ, перекрывающих растущий соляной шток (рис. 2.1 а). Примерно в то же время близкие по смыслу результаты получил Т.А. Линк, а в 1939г.- Г. Клоос. В дальнейшем аналогичные эксперименты были продолжены Е.Н.Пермяковым, Е.И. Чертковой, В.В. Белоусовым и другими исследователями. В связи с изучением тектонической трещиноватости Русской платформы Е.Н. Пермяков опубликовал в 1949 г. результаты серии опытов на гипсовых пластинах, которые помещались между двумя листами резины, закреплялись в деревянную раму и подвергались снизу давлению шарового и цилиндрического штампов. На овальных выгибах была установлена определенная последовательность образования трещин: сначала диагональные, затем ортогональные и вновь диагональные. Общие особенности распределения трещин на своде складки были те же, что и в опытах П. Торри и Д. Фрелиша (рис. 2.1 в). Закономерности ориентации трещин Е.Н. Пермяков использовал для прогноза структуры платформенных складок. В своих выводах он констатировал генетическую связь платформенной трещиноватости с формированием брахиантиклинальных складок, образующихся под влиянием радиальных сил эпейрогенического поднятия в основании платформы.
Системы трещин, возникающих в перекрывающей среде под действием поднимающихся снизу штампов а - в слое песка над мягким штампом из пушечной смазки (по П. Торри и Д. Фрелишу); б - в образце из слоев парафина и петролатума над жестким штампом (по Е.И. Чертковой); в - в слое парафина, перекрытого слоем резины, над жестким штампом (по Е.Н. Пермякову)
В те же годы началось моделирование куполовидных структур-Е.И. Чертковой. Слоистая толща имитировалась тремя прослоями: парафина (стеарина) внизу, петролатума и сверху - песка, которому отводилась роль нагрузки. Были опыты и без перекрывающего слоя песка. Закономерности расположения трещин оказались теми же, о которых писали предшественники: длинная ось овального купола маркировалась продольными трещинами, соединявшимися рядом поперечных, на перик-линалях продольные трещины ветвились (рис. 2.1 б). Были установлены два не отмечавшихся ранее явления: 1) образование трещин вдоль линий наибольшей кривизны и 2) формирование крупных трещин за счет слияния ранее возникших кулисооб-разно расположенных мелких нарушений. В результате формировался разрыв, состоящий из дуговидных сегментов.
Все отмеченные выше опыты проводились до разработки теории подобия применительно к тектоническому моделированию. Экспериментальные вещества подбирались исследователями наугад. Однако результаты опытов оказались если не тождественными, то чрезвычайно сходными между собой и близкими тому, что имеет место в природе, несмотря на существенные различия эквивалентных веществ (песок; слой гипса между пластинами резины; слои парафина, петролатума, песка), а, следовательно, и их вязкостных и прочностных свойств, ответственных за изгиб и разрушение слоев. Иначе говоря, геометрическое подобие экспериментальных дислокаций природным аналогам достигается в широком диапазоне деформационных свойств эквивалентных веществ, измеряемых несколькими порядками. У истоков второго направления изучения глыбовых форм в разрезе находится эксперимент Г. Клооса, результаты которого были опубликованы в 1928 г. [239]. Г. Кло-ос проанализировал дислокации на смыкающем крыле флексуры, но его результаты без ограничения их общности могут быть перенесены на глыбовые антиклинали. Флексура создавалась поднимающимся в дне прибора штампом (рис. 2.2). На перегибе образца кружки на поверхности глины превратились в эллипсы, удлиненная ось которых ориентировалась по падению смыкающего крыла флексуры. Максимум деформации удлинения вдоль нарисованных слоев и укорочения поперек них приходился на среднюю по падению часть смыкающего крыла флексуры, располагавшуюся над верхним углом штампа. Вверх отсюда в зоне наибольшей деформации распространялась система субвертикальных трещин, взбросовых, наклоненных к висячему крылу, в нижней части образца и сбросовых - в верхней. Трещины этой системы были названы Г. Клоосом синтетическими. Наряду с ними, через ту же полосу максимальных деформаций проходили трещины второй системы, субгоризонтальные и близкие к перпендикулярным относительно первой системы. Это, по Г. Клоосу, антитетические трещины. Смещения по ним были как сбросовыми, так и взбросовыми, но малоамплитудными сравнительно с тем, что давали синтетические трещины. Из рис. 2.2 видно, что трещины направлены приблизительно под 45 к оси удлинения, зафиксированной эллипсами, т. е. сформировались в соответствии с ориентацией касательных напряжений. Для главного взброса, возникавшего при подъеме штампа, построена схема его расщепления от стадии к стадии в верхней части образца, где взброс затухал. Здесь образовалась типичная структура «конского хвоста». У верхней поверхности образца смыкающее крыло было рассечено системой неглубоких сбросов, наклоненных к висячему крылу. По мере растяжения крыла флексуры около сбросов приоткрывались грабены. Экспериментальные результаты были сопоставлены с природными наблюдениями. На рис. 2.3 приведены примеры трещинных дислокаций, зафиксированных в реальных обнажениях шервудских песчаников (девон) в заливе Ладрем на юге Англии.
Основы системного подхода к трещинным и трещинно-карстовым коллекторам при поисках, разведке и разработке залежей УВ
В общем случае под системой понимается внутренне организованная на основе того или иного принципа целостность, в которой все элементы настолько тесно связаны друг с другом, что выступают по отношению к окружающим условиям и другим системам как нечто единое. Системами являются и живой организм, и кибернетическое устройство, и научная теория, и осадочно-породный бассейн, и атом. Любой объект, как и система, состоит из некоторого числа меньших объектов, которые, в свою очередь, состоят из еще более мелких объектов. Такая процедура может продолжаться глубоко внутрь изучаемого явления с учетом требований решаемой задачи.
Каждое явление входит в ту или иную систему, но не всякая совокупность объектов, определенным образом связанных и взаимодействующих друг с другом, представляет собой систему. Так, в пределах нефтегазоносных резервуаров могут быть выявлены трещины различного происхождения: тектонические, литогенетиче-ские, выветривания и разгрузки и др. (рис. 2.9). Однако совокупность этих полигенетических трещин системой не является, хотя все эти трещины являются элементами природного резервуара. Характер связи, существующий между элементами системы (полигенетическими трещинами), фиксируется в понятии структуры. Структура - это взаимообусловливаемая совокупность связей элементов в составе системы, определяющая собой ее качественную специфику. Для того чтобы, определить эту взаимообусловливаемую совокупность связей, мы должны руководствоваться другим важным общенаучным принципом - причинности. Причинность - это один из основных видов всеобщей связи, позволяющий определить генетическую связь явлений. Исходя из принципа причинности, одно явление (причина) порождает другое (следствие). Например, причиной образований тектонических трещин является разрядка тектонических напряжений. Литогенетические трещины являются следствием изменений, происходящих в горных породах в процессе седиментогенеза и диагенеза. Трещины выветривания и разгрузки образуются в горных породах при выводе их на поверхность в зону гипергенеза. Таким образом, когда структура трещиноватости горных пород рассматривается с позиции каузальных (причинных) отношений, тем самым определяется конкретное качество системы. Определив генезис трещин и их ориентировку, мы уже говорим, например, «система тектонических трещин», а не структура.
Каждый из объектов, образующих систему, называют элементом данной системы. Главной особенностью системы, как некоторой совокупности элементов, является то, что каждый элемент обладает, по крайней мере, одним таким свойством, которое отсутствует у слагающих его элементов. По определению И.П.. Шарапова, такое свойство называется эмерджентным. Эмерджентность - это специфическое системное свойство. Эмерджентные свойства - это проявление целостности системы, обусловленное тем, что все ее элементы объединены в неразрывное целое. Наличие у всех систем эмерджентных свойств, имеющих большое значение в решении многих задач науки и производства, послужило причиной широкого распространения системно-структурного подхода, который открывает путь к изучению таких свойств.
Причинность и системность охватывают большую часть всех известных сегодня типов связей. Сосуществование и каузальная связь - это главные формы связи и взаимозависимости.
Основным видом системных отношений является корреляция, то есть связь соответствия. Ни один элемент системы не может измениться без того, чтобы то или иное изменение не претерпела бы вся система в целом. Структура любой системы опирается на коррелятивные связи. Гармонически коррелятивные, согласованные действия элементов - это необходимое условие существования системы.
Ориентация системного подхода на коррелятивные связи не означает, что принцип системности не совместим с принципом развития. Прежде всего, каждая система, как совокупность коррелирующихся элементов, находится в процессе постоянного функционирования и изменения, причем этот процесс охватывает не только систему в целом, но и ее отдельные элементы. Отличительной особенностью системного объекта является то, что, проходя через ряд сменяющих друг друга качественно различных состояний, система остается идентичной самой себе. Так, некоторые трещины в пределах природного резервуара периодически полностью залечиваются, однако сам природный резервуар остается инвариантным. Рассмотрение системных отношений вне всякой временной перспективы возможно только в качестве абстракции, так как любая система есть, прежде всего, система функционирующая, а функционирование - это движение системы во времени.
Наиболее стабильным моментом функционирующей системы является ее структура, однако и она не абсолютно неизменна. Структура не появляется спонтанно, она является результатом определенных изменений, развития. В этом смысле генезис структуры подчиняется принципу причинности, а существование и функционирование структур подчиняется принципу системности. Так, процесс трещинообра-зования и выщелачивания в горных породах подчиняется казуальному (причинному) принципу, который участвует в создании фильтрационно-емкостной структуры природного резервуара, но дальнейшее существование этого резервуара в качестве системы подчиняется уже не казуальным, а коррелятивным законам.
