Содержание к диссертации
Введение
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ВОСТОЧНО-КУБАНСКОЙ ВПАДИНЫ JO
1.1. Стратиграфия Д1
1.2. Тектоника 25
1.3. История геологического развития 31
1.4. Газонефтеносность 42
1.5. Выводы 4
2. ПРИРОДА И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АНОМАЛЬНО ВЫСОКИ! ДАВЛЕНИЙ ФЛЮИДОВ В ПОРОДАХ ОСАДОЧНОГО ЧЕХЛА ВОСТОЧНО-КУБАНСКОЙ ВПАДИНЫ 46
2.1. Термины и понятия с.>»%,<г -. - 46
2.2. Основные представления о природе аномально высоких давлений флюидов
2.3. Значение прогнозирования аномально высоких давлений флюидов 51
2.4. Методы определения и прогнозирования давлений флюидов 54
2.4.1. Методы определения пластовых давлений в коллекторах 54
2.4.2. Методы прогнозирования и количественной оценки поровых давлений в глинистых породах 56
2.5. Методические рекомендации по количественной оценке поровых давлений в глинистых породах по промыслово-геофизическим данным 59
2.5.1. Факторы, влияющие на точность оценки поровых давлений 59
2.5.2. Сущность метода эффективных давлений 62
2.5.3. Опыт количественной оценки поровых давлений на площадях Восточно-Кубанской впадины 69
2.6. Закономерности пространственного распределения пластовых давлений в коллекторах и поровых давлений в глинистых покрышках Восточно-Кубанской впадины
2.7. Выводы
3. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВА НИИ ПРОВОДКИ СКВАЖИН НА ПЛОЩАДЯХ ВОСТОЧНО-КУБАНСКОЙ ВПАДИНЫ
3.1. Статистические сведения о аварийности при бурении скважин в производственном объединении "Кубань -морнефтегазпром"
3.2. Осложнения, возникающие в процессе проводки скважин в отложениях с аномально высокими давлениями флюидов
3.3. Устойчивость стенок скважин в глинистых породах
3.4. Устойчивость стенок скважин в соленосной толще
3.5. Проявления высоконапорных рассолов
3.6. Методические рекомендации по прогнозированию геологических условий проводки скважин
3.6.1. Прогнозирование устойчивости стенок сква -жин в интервалах залегания глинистых пород
3.6.2. Предупреждение осложнений при бурении и креплении соленосных отложений
3.6.3. Методика прогнозирования рассолопроявлений
3.6.4. Подготовка, исходных геологических данных для проектирования бурения скважин
3.7. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- Тектоника
- Основные представления о природе аномально высоких давлений флюидов
- Статистические сведения о аварийности при бурении скважин в производственном объединении "Кубань -морнефтегазпром"
Введение к работе
В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981 - 1985 гг. и на период до 1990 года", принятых ХХУТ съездом КПСС, указывается на необходимость обеспечить добычу газа в 1985 г. в объеме 600 - 640 млрд.куб.метров, нефти (с газовым конденсатом) - 620 - 645 млн.т, улучшить технико-эконо -мические показатели буровых работ. При этом, наряду с освоением новых перспективных территорий, требуется проведение геологоразведочных работ в нефтегазодобывающих районах со слабоизученными глубокопогруженными отложениями, в том числе в Предкавказье, где прирост запасов углеводородов предусматривается за счет освоения мезозойских образований, содержащих соленосные толщи. Для по -следних характерно наличие термобарических условий, являющихся причинами многих осложнений в процессе бурения скважин. Успешный поиск скоплений углеводородов в указанных условиях возможен только путем решения задач, обеспечивающих прогнозирование геологи -ческих условий на этапе проектирования бурения скважин. Научное обоснование основных геологических параметров разрезов проектируемых глубоких скважин существенно облегчит разработку необходимых конструкций скважин, технологии их безаварийной проводки и в ко -нечном счете повысит эффективность поисково-разведочных работ.
Для нефтегазоносных бассейнов типа Восточно-Кубанской впадины, с региональным развитием соленосних отложений и зон аномально высоких пластовых давлений (АВЦЦ) в коллекторах и аномально высоких поровых давлений (АВПоД) в глинистых покрышках, предуп -рождение аварийности путем предварительного и оперативного прогноза геологических условий проводки скважин представляется весьма своевременным и актуальным.
Цель работы состояла в совершенствовании и разработке мето -дов оценки АВПоД по данным геофизических исследований скважин; изучении внутреннего строения соленосной толщи, закономерностей распространения и проявлений аномально высоких давлений флюидов на площадях Восточно-Кубанской впадины с использованием усовершенствованной методики; разработке на этой основе методических рекомендаций по прогнозированию геологических условий проводки скважин в глинистых и соленосних отложениях.
В соответствии с целью исследований решались следующие ос -новные задачи:
- уточнение внутреннего строения эвапоритовой толщи и ее взаимоотношения с вмещающими отложениями региона;
- усовершенствование методики оценки поровых давлений в глинистых породах по данным промысловой геофизики;
- выявление закономерностей пространственного распределения и природы АВЦЦ и АВПоД в породах осадочного чехла Восточно-Ку -банской впадины. Составление карт - схем изменения коэффициентов аномальности давлений по площади развития основных толщ и гори -зонтов;
- выявление связи аномально высоких давлений флюидов с осложнениями при вскрытии осадочных пород региона;
- разработка методических рекомендаций по прогнозированию геологических условий проводки скважин в глинистых и соленосних отложениях с аномально высокими давлениями флюидов.
Решение поставленных задач осуществлялось автором в период 1975 - 1984 гг. Цри исследованиях использовались, главным образом, первичные фактические данные ПО "Кубаньморнефтегазпром", ПО "Краснодарнефтегаз" и треста "Краснодарнефтегеофизика".
В качестве объекта исследований выбрана территория Восточно-Кубанской впадины, где установлено наличие мощной сульфатно-га -логенной толщи и широкое развитие зон АВЦЦ и АВПоД. Автор принимал непосредственное участие в изучении геологического строения региона, в особенности, эвапоритовой толщи, в обработке и анализе геологических, гидрогеологических и промыслово-геофизических материалов, данных бурения по более чем 90 глубоким скважинам, пробуренным на площадях Восточно-Кубанской впадины. Особое внимание было обращено на подготовку исходных геологических данных для разработки конструкций скважин и проектирования их бурения. При обработке цифрового материала использовались ЭВМ, методы математической статистики.
Научные результаты исследований следующие:
- установлены в разрезе осадочного чехла Восточно-Кубанской впадины три основные зоны АВПоД: юрская, альбская и майкопская;
- установлена концентрическая зональность в распределении коэффициентов аномальности пластовых давлений в коллекторах и поровых давлений в глинистых покрышках подсолевых отложений Восточно-Кубанской впадины на фоне закономерного регионального по -вышения их значений по мере удаления от бортов впадины к ее центру и увеличения мощности и глубины залегания эвапоритовой и глинистой толщ;
- установлена и количественно описана (для исследуемого региона) корреляционная связь между коэффициентом аномальности давления рассолов в эвапоритовой толще и глубиной залегания ира-поносного" горизонта;
- высказано предположение, что одним из факторов формирования АВПоД в глинистых отложениях, богатых рассеянным органичес -ким веществом, является образование значительного количества органогенной воды на стадии катагенеза;
- установлена дисгармоничная складчатость в сульфатно-гало -генной толще Восточно-Кубанской впадины в результате проявления соляной тектоники;
- доказана приуроченность основной массы рассолов в эвапори-товой толще Восточно-Кубанской впадины к межсолевым глинисто-мергелистым пластам-коллекторам трещинного типа;
- выдвинута гипотеза о деформации обсадной колонны за счет воздействия на нее блоков межсолевых трещиноватых глинистых пород, содержащих высоконапорные рассолы;
- выдвинута и обоснована гипотеза о смятии обсадных колонн в интервалах залегания калийно-магниевых солей за счет селективного растворения их в замкнутой каверне;
- предложен критерий устойчивого состояния вскрываемых гли -нистых отложений на стенках скважин.
В диссертации защищаются следующие основные положения:
- метод количественной оценки поровых давлений в глинистых породах по данным геофизических исследований скважин;
- метод прогнозирования устойчивости стенок скважин в интервалах залегания глинистых отложений на основе исследования физических свойств пород;
- методика прогнозирования рассолопроявлений из эвапоритовой толщи.
Предлагаемые рекомендации по прогнозированию геологических условий проводки скважин в соленосних и глинистых отложениях позволяют повысить эффективность буровых и геологоразведочных работ в целом за счет более обоснованной подготовки исходных геологичеоких данных на стадии проектирования. Методические приемы, разработанные для условий Восточно-Кубанской впадины, могут быть использованы для аналогичных районов с регионально развитыми соленосними и глинистыми толщами и аномально высокими давле -ниями флюидов, с учетом конкретных горно-геологических условий (Восточно-Ставропольской впадины, Амударьинской синеклизы, При -каспийской впадины и др.).
Результаты исследований автора вошли составной частью в от -четы, проекты, рекомендации, выполненные в СевКавНййгазе и переданные ПО "Кубаньморнефтегазпром", ВПО "Туркменгазпром", и учи -тываются при постановке поисково-разведочных работ. В частности, детальное расчленение эвапоритовой толщи с выделением "рапонос -ных" горизонтов и учет прогнозных величин пластовых и поровых давлений во вскрываемых осадочных породах Восточно-Кубанской впадины способствовали успешному завершению строительства сква -жин на Карташовской, Лабинской, Вознесенской площадях.
Экономический эффект от внедрения разработок диссертации на 3 скважинах Западного Предкавказья составил 314,1 тыс.руб.
Результаты исследований докладывались и обсуждались на заседании НТС Мингазпрома (Ашхабад, 1982); на всесоюзных, республи -канских и зональных научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов (Москва, 1980, 1981; Ташкент, 1982; Киев, 1982; Ставрополь, 1980, 1983).
Отдельные положения диссертации изложены в 5 научно-исследовательских отчетах и разработках СевКавНИИгаза.
По теме диссертации автором опубликовано в печати 13 работ.
В связи с тем, что прирост запасов углеводородов в регионе предусматривается, в основном, за счет дальнейшего освоения глу-бокопогруженных подсолевых отложений, а подавляющая часть осложнений и аварий при проводке скважин во впадине связана с эвапо -ритовой толщей, в соответствующих разделах основной упор сделан на исследование соленосних отложений.
В процессе работы над диссертацией автор пользовался советами и консультациями доктора геолого-минералогических наук Н.Х.Белоус, кандидатов геолого-минералогических наук Б.П.Акулинчева, В.П.Ильченко, кандидатов технических наук Е.В.Девятова, А.И.Черняховского, сотрудников СевКавНИйгаза и ИШНГа П.В.Бигуна, Е.А.Бригиневич, [А.С.Кириллова], которым выражает свою искреннюю признательность. Автор приносит глубокую благодарность за по -мощь в подготовке диссертационной работы зав. лабораторией прог -визирования горно-геологических условий строительства скважин, кандидату геолого-минералогических наук М.С.Гаджиеву и научным руководителям: доктору геолого-минералогических наук, профессору В.М.Юшровскому и доктору геолого-минералогических наук, профессору А. А. Орлову, а также выражает признательность работникам Армавирского и Краснодарского управлений буровых работ, прини -мавшим активное участие во внедрении результатов исследований.
Тектоника
При проектировании строительства скважин требуется прогнозирование, помимо литолого-стратиграфического разреза, наличия ловушек нефти и газа, величин давлений и температур. Научное обоснование параметров проектного разреза скважин невозможно без знания тектоники исследуемого района, площади. Тектонические процессы являются основной причиной, создающей благоприятную об -становку для проявления АВГЩ - потенциального источника, возможных осложнений при проводке скважин.
Изучением тектоники Западного Предкавказья занимались и занимаются многие исследователи. В работах Г. А. Алексина / 43 /, М.С.Бурштара / 29, 46 /, М.С.Гаджиева /185 /, С.И.Горлова /117/, А.И.Дьяконова / 213 /, И.П.Жабрева / 186 /, И.А.Кондратьева / 197 /, В.И.Корнеева / 84 /, В.Л.Крипиневича / 83 /, Н.А.Крыло -ва / 147 /, В.В.Кузнецова / 188 /, А.И.Летавина / 147 /, В.И.Лю -бофеева / 117 /, Г.А.Масляева / 95 /, М.Ф.Мирчинка / 147 /, Н.Е.Митина / 126 /, М.В.Муратова / 100 /, М.Р.Пустыльникова / 126 /, И.А.Резанова /161 /, К.О.Ростовцева / 130 /, В.Н.Семо -ва / 138 /, Е.М.Уса / 196 /, А.Н.Шарданова / 43, 117, 212 /, В.И.Шевченко / 161 /, Г.Т.Кдина / 43 / и других исследователей освещаются как общие, так и частные вопросы тектоники региона.
Восточно-Кубанская внутриплатформенная впадина, впервые выявленная и оконтуренная по геофизическим данным / 126 /, входит в состав активизированного края эпипалеозойской платформы (Скиф -окой плиты) / 45, 106, 213 /. По литофациальной характеристике осадков, времени формирования и типу складчатости впадину нельзя отнести к передовым прогибам, как это делается некоторыми учены -ми / 105 /.
В пределах ВКВ обособляются три зоны прогибания, соответствующие в современной структуре мегасинклиналям: Тбилисская (Зелен чукская, по М.Р.пуотыльникову) на севере, Курганинская (Воздви -женская) на юге и Беломечетская на юго-востоке. На юго-востоке впадины выделяется также Спокойненский выступ с амплитудой по фундаменту более 100 м / 43, 213 /.
С юга ВКВ ограничивается моноклиналью северного склона Боль -шого Кавказа (Адыгейско-Карачаевским массивом). Как считает В.И.Корнеев, в районе предгорий естественной границы не сущест -вует. Значительные же различия в глубинах залегания пород фундамента "вызваны не разрывными нарушениями, а резкой расчленен -ностью их эродированной поверхности и прилеганием к ... массивам значительных по мощности толщ юрских отложений" /84, с. 37 /. С юго-востока и востока впадину ограничивают зоны устойчивых под -нятий, соответственно Минераловодский выступ и Ставропольский свод. На юго-западе последнего обособляется Армавиро-Невинномыс-ский вал. Севернее ВКВ расположена Расшеватско-Кропоткинская зона поднятий. На западе впадина граничит с Березаноким валом, и в юго-западной части сочленяется о Адыгейским выступом (рис. 1.6).
Данные геологических и геофизических исследований свидетельствуют о том, что ВКВ, ее составляющие и обрамляющие тектонические зоны имеют северо-западную ориентировку, которая прослеживается как в равнинной, так и в горной частях региона / 84 /. Впадина является асимметричной из-за большей крутизны ее юго-западного борта по сравнению с северо-восточным. Размеры ее составляют 250 х 80 км.
В строении территории выделяются следующие геоструктурные этажи, сформированные в разные эпохи складчатости: байкальский, герцинский, киммерийский (триасовый) и альпийский (юрско-антро погеновый).
Основные представления о природе аномально высоких давлений флюидов
Выяснение природы и механизма проявления аномально высоких давлений флюидов необходимо для решения как теоретических, так и практических задач, прежде всего, для успешного осуществления глубокого бурения при поисках и разведке месторождений углеводородов.
В настоящее время существует множество гипотез, объясняющих в разной степени происхождение АВЕЩ и АВПоД в земной коре. Это обусловлено большим количеством факторов (геологических, физических, геохимических), влияющих на величину давления. Образование и поддержание аномальных давлений в течение геологического вре -мени контролируется условиями седиментации, литологией осадков, тектоническими процессами.
Изучение проблемы аномальных давлений нашло отражение в трудах многих советских и зарубежных исследователей / 7, II, 13, 17, 37, 62, 68, 86, 87, 97, ПО, 115, 124, 152, 160, 177, 179, 189, 193, 206, 208 /.
По генетическим признакам причины, обусловливающие формиро -вание в осадочной толще аномальных давлений, можно объединить в четыре класса / 62, 115 /.
I. Гидрогеологические причины:
- артезианские напоры, возникающие благодаря гипсометрически высоко залегавдей области питания / 98 /;
- проникновение в коллекторы вод из подстилающих или примы кающих горизонтов с развитием элизионных водонапорных систем
2. Тектонические причины:
- тектоническое сжатие горных пород вместе с содержащимися в них флюидами в период воздымания крупных структурных элементов, складкообразования, землетрясения, диапирового перемещения солей и других тектонических движений / 89, 163 /;
- воздымание на более высокий гипсометрический уровень запечатанного пласта с нормальным давлением с последующей эрозией верхних перекрывающих отложений и возникновением так называемых "фоссилизированных" пластовых давлений повышенных значений /87/;
- возникновение гадродинамической связи ранее изолированного пласта-коллектора по тектоническим нарушениям с нижележащими горизонтами высокого давления /II, 90 /;
- вторжение в осадочный чехол по разломам глубинных флюидов, выделяющихся в процессе дифференциации и дегазации вещества мантии Земли / 85 /.
3. Причины, связанные с гравитационным уплотнением осадков в стадию диагенеза:
- процесс интенсивного осадконакопления и одновременно устойчивого прогибания дна бассейна, когда флюид, заключенный в порах глин, принимает на себя часть геостатической нагрузки;
- внедрение флюидов из уплотняющихся глинистых осадков в гидродинамически изолированный пласт-коллектор.
4. Причины, связанные с воздействием различных локальных геологических факторов:
- процессы перехода монтмориллонитовых глин в гидрослюдистне, гипса в ангидрит с увеличением объема поровых вод / 175, 178 /;
- явления осмоса / 181 /;
- преобразование органического вещества с выделением углеводородов / 176 /;
- вторичное минералообразование и цементация материала в природном резервуаре / 171 /
- тепловое воздействие на залежь с увеличением объема газо -образных углеводородов и вод /93, 96 /.
В геологических условиях Западного Предкавказья, по резуль -татам исследований тонкодисперсных глинистых пород нижнемелового-миоценового возраста, АВЦЦ может сохраняться в течение не более 10 млн.лет / 62 /. Однако, АВЦД в гидравлически изолированных пластах, перекрытых мощной соленосной толщей, могут существовать десятки и даже сотни миллионов лет без пополнения пластовой энергии / 62 /.
Аномальные давления флюидов, существующие в настоящее время в осадочных породах различного возраста ВЕВ, обусловлены, как будет показано ниже, высокими скоростями осадконакопления и благоприятными литолого-фапиальными особенностями разрезов, неотектоническими движениями земной коры и катагенетическими преобра -зованиями пород, в том числе преобразованием органического вещества с выделением углеводородов и органогенных вод.
Статистические сведения о аварийности при бурении скважин в производственном объединении "Кубань -морнефтегазпром"
Общее число скважин, бурящихся на подсолевые отложения в ус -ловиях высоких давлений и температур, в нашей стране растет с каждым годом. Не является исключением территория ВКВ, где сульфатно-галогенную толщу вскрыли на 26 площадях более 90 глубоких параметрических и поисково-разведочных скважин и многочисленные
колонковые скважины на южном борту впадины. Поиски и освоение залежей газа и нефти здесь, как правило, сопряжены со значительными затратами, техническими трудностями и сопровождаются раз -личными осложнениями и авариями.
Основные показатели аварийности и осложнений при бурении скважин в ПО "Кубаньморнефтегазпром" приводятся в табл. 3.1, составленной по данным Армавирского и Краснодарского управлений буровых работ.
Анализ аварийности показывает, что в 80-е годы в объединении наблюдается стабильное уменьшение количества аварий и общего времени на их ликвидацию, однако тяжесть аварий увеличивается, как растут и потери времени на ликвидацию осложнений стволов скважин.
Обращает на себя внимание значительная доля аварийности по вине исполнителей буровых работ
Распределение аварий по видам (табл. 3.3) свидетельствует, что наиболее распространенным из них является прихват бурильного инструмента.
Причины возникновения аварий при бурении поисково-разведочных
Несоответствие технологии бурения геологическим условиям проводки скважин на площадях ВКВ нередко приводило к поглощению бурового раствора, водонефтегазопроявлениям, нарушению устойчи -вости стенок скважин в глинистых и соленосних отложениях.
Поступление бурового раствора в пласт из скважины, осложняющее ее дальнейшую проводку, происходит, в основном, из-за превышения давления в скважине над пластовым давлением вследствие излишней плотности промывочной жидкости. Поглощения возникают как в интервалах залегания высокопроницаемых коллекторов большой емкости, так и в интервалах образования трещин гидравлического разрыва низкопроницаемых пластов. При гидроразрыве пласта происходит раскрытие сомкнутых или образование новых трещин, в результате чего может наблюдаться катастрофическое поглощение бу -рового раствора со снижением его уровня, а следовательно, и гидростатического давления в скважине настолько, что могут произойти многочисленные осложнения других видов (флюидопроявление, об-валообразование, прихват инструмента и др.).
Поглощения первого типа характерны для песков миоцена, главным образом, сармата, залегающих на глубинах до 1000 м, а также песчаников палеоцена, в которых имели место поглощения бурового раствора объемом свыше 100 м , потери циркуляции промывочной жидкости (табл. 3.4). Наглядным примером поглощений второго типа являются поглощения бурового раствора, сопровождавшиеся обвало -образованиями, затяжками, посадками и прихватами бурильного ин -струмента, которые происходили в скв. 3 и 5 Северо-Ладожской площади в нижнеюрских песчано-глинистых породах на глубинах по -рядка 3500 и 4000 м. В обеих скважинах использовался переутяже -ленный буровой раствор плотностью 1,66 х Ю3 кг/м и более.
При бурении скважин в соленосных отложениях ВКВ также наблюдались поглощения промывочной жидкости вследствие превышения гидростатического давления в скважине над давлением гидроразрыва (поглощения) "рапоносных" горизонтов. Проявление пресных вод миоцена отмечено на площадях Лабинской, Южно-Чамлыкской.
При бурении скважин на площадях ВКВ и прилегающих районов наблюдались многочисленные газопроявления: от выходов пачек га -зированного раствора до выбросов (табл. 3.5). Вскрытие соленое -ных отложений неоднократно сопровождалось рассолопроявлениями (табл. 3.6), что привело в ряде случаев к ликвидации скважин из-за невозможности их дальнейшего углубления.
Анализ показывает, что проявления флюидов наблюдаются в следующих случаях:
- при снижении давления в скважине по техническим причинам;
- при вскрытии горизонтов с АВЦЦ;
- при вскрытии чередующихся горизонтов с повышенными и пони -женными пластовыми давлениями.
