Генетические типы пустотного пространства
и закономерности их распределения в карбонатных природных резервуарах Тимано-Печорской провинции
Постников А.В., Оленова К.Ю., Сивальнева О.В., Козионов А.Е., Казимиров Е.Т., Путилов И.С., Потехин Д.В., Саетгараев А.Д.
РГУ (НИУ) нефти и газа им. И.М. Губкина,
ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть»,
ПНИПУ, «ЛУКОЙЛ-Коми»
РГУ (НИУ) нефти и газа им. И.М. Губкина,
ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть»,
ПНИПУ, «ЛУКОЙЛ-Коми»
Одной из главных проблем нефтяной геологии и разработки является
сложность в исследовании и моделировании неоднородности распределения пустотного пространства и его свойств в породах-коллекторах.
Большое количество природных резервуаров со сложно построенным распределением коллекторских свойств, как правило, встречается в
крупных карбонатных комплексах. На их формирование совместно влияют множество факторов, главными из которых являются тектонические процессы, палеогеографические условия, обстановки осадконакопления, особенности эволюции биологических сообществ (биоценозов), развитие вторичных (постседиментационных) процессов.
В статье рассматриваются региональные условия формирования карбонатных природных резервуаров Тимано-Печорской провинции (ТПП) для трех крупных нефтегазоносных комплексов: силурийско-нижнедевонского, верхнедевонско-турнейского и пермско-каменноугольного; освещаются результаты характеристики и сравнительного анализа пустотного пространства различных структурных компонентов пород для выявления закономерностей его формирования, пространственного распределения и свойств.
сложность в исследовании и моделировании неоднородности распределения пустотного пространства и его свойств в породах-коллекторах.
Большое количество природных резервуаров со сложно построенным распределением коллекторских свойств, как правило, встречается в
крупных карбонатных комплексах. На их формирование совместно влияют множество факторов, главными из которых являются тектонические процессы, палеогеографические условия, обстановки осадконакопления, особенности эволюции биологических сообществ (биоценозов), развитие вторичных (постседиментационных) процессов.
В статье рассматриваются региональные условия формирования карбонатных природных резервуаров Тимано-Печорской провинции (ТПП) для трех крупных нефтегазоносных комплексов: силурийско-нижнедевонского, верхнедевонско-турнейского и пермско-каменноугольного; освещаются результаты характеристики и сравнительного анализа пустотного пространства различных структурных компонентов пород для выявления закономерностей его формирования, пространственного распределения и свойств.
Введение
Данная работа является продолжением обобщения результатов предыдущих исследований на кафедре литологии [3, 5, 7, 10, 11, 13] по разрезам нижнедевонско-силурийского, верхнедевонского и нижнепермско-каменноугольного комплексов порядка 40 месторождений Ижма-Печорской, Печоро-Колвинской, Хорейверской, Варандей-Адзьвинской нефтегазоносных областей. Параллельно ведутся подобные работы с уклоном в петрофизические исследования накопленного за последние десятилетия кернового материала [1, 8, 14].
Породы-коллекторы карбонатных отложений ТПП обладают очень высокой вещественной и структурной неоднородностью, что в целом характерно для крупных карбонатных нефтегазоносных комплексов. Вместе с тем рассматриваемые комплексы обладают рядом специфических черт, обусловленных палеотектоническими, палеогеографическими и эволюционно-биологическими факторами.
На протяжении всего палеозоя в пределах ТПП выдерживаются сходные палеоклиматические и палеотектонические условия. Осадконакопление проходило в условиях обширного мелководного шельфового бассейна, который раскрывался в Палеоуральский океан и с запада ограничивался слабовыраженными в рельефе складчатыми сооружениями Тимана [12], что определило незначительный объем поступления терригенного материала в среду седиментации. Такие условия с небольшими перерывами сохранялись на протяжении практически всего палеозоя, поэтому сформировался целый ряд общих черт, характерных для разновозрастных природных резервуаров. В связи с этим общность строения нефтегазоносных комплексов ТПП прослеживается в огромном стратиграфическом диапазоне: от силура до нижней перми [2, 4, 9].
Вместе с тем в пределах рассматриваемого региона сохраняется высокая локальная тектоническая неоднородность, которая и определила латеральную и вертикальную неоднородность комплексов. Вследствие чего на приподнятых (приразломных) участках морского дна формировались многочисленные (часто высокоамплитудные) органогенные постройки, которые были окружены относительно глубоководными участками депрессионных зон. Эвстатические колебания уровня Мирового океана и, возможно, локальная блоковая геодинамика приводили к периодическому выводу формировавшихся построек выше уровня моря или, напротив, их погружению, что и определяло высокую неоднородность коллекторских свойств резервуаров на всех иерархических уровнях: от макроуровня, отражающего строение резервуара в целом, до микроуровня, определяемого структурными соотношениями породообразующих компонентов.
Существенное влияние на свойства и вертикальную структурную неоднородность карбонатных комплексов ТПП оказала эволюция биоценозов, которая во многом определила особенности строения органогенных построек на разных стратиграфических уровнях.
Формирование неоднородности имело ярко выраженный стадийный характер. Ее основные черты складывались на стадии седиментогенеза, но существенные изменения происходили в процессе диагенеза осадков и при их последующем катагенезе.
В результате сочетания рассмотренных факторов устанавливаются качественные различия для силурийско-нижнедевонского, верхнедевонско-турнейского и пермско-
каменноугольного комплексов отложений.
Породы-коллекторы карбонатных отложений ТПП обладают очень высокой вещественной и структурной неоднородностью, что в целом характерно для крупных карбонатных нефтегазоносных комплексов. Вместе с тем рассматриваемые комплексы обладают рядом специфических черт, обусловленных палеотектоническими, палеогеографическими и эволюционно-биологическими факторами.
На протяжении всего палеозоя в пределах ТПП выдерживаются сходные палеоклиматические и палеотектонические условия. Осадконакопление проходило в условиях обширного мелководного шельфового бассейна, который раскрывался в Палеоуральский океан и с запада ограничивался слабовыраженными в рельефе складчатыми сооружениями Тимана [12], что определило незначительный объем поступления терригенного материала в среду седиментации. Такие условия с небольшими перерывами сохранялись на протяжении практически всего палеозоя, поэтому сформировался целый ряд общих черт, характерных для разновозрастных природных резервуаров. В связи с этим общность строения нефтегазоносных комплексов ТПП прослеживается в огромном стратиграфическом диапазоне: от силура до нижней перми [2, 4, 9].
Вместе с тем в пределах рассматриваемого региона сохраняется высокая локальная тектоническая неоднородность, которая и определила латеральную и вертикальную неоднородность комплексов. Вследствие чего на приподнятых (приразломных) участках морского дна формировались многочисленные (часто высокоамплитудные) органогенные постройки, которые были окружены относительно глубоководными участками депрессионных зон. Эвстатические колебания уровня Мирового океана и, возможно, локальная блоковая геодинамика приводили к периодическому выводу формировавшихся построек выше уровня моря или, напротив, их погружению, что и определяло высокую неоднородность коллекторских свойств резервуаров на всех иерархических уровнях: от макроуровня, отражающего строение резервуара в целом, до микроуровня, определяемого структурными соотношениями породообразующих компонентов.
Существенное влияние на свойства и вертикальную структурную неоднородность карбонатных комплексов ТПП оказала эволюция биоценозов, которая во многом определила особенности строения органогенных построек на разных стратиграфических уровнях.
Формирование неоднородности имело ярко выраженный стадийный характер. Ее основные черты складывались на стадии седиментогенеза, но существенные изменения происходили в процессе диагенеза осадков и при их последующем катагенезе.
В результате сочетания рассмотренных факторов устанавливаются качественные различия для силурийско-нижнедевонского, верхнедевонско-турнейского и пермско-
каменноугольного комплексов отложений.
Факторы организации пустотного пространства
Неоднородность пустотного пространства можно охарактеризовать как комбинацию разномасштабных элементов, каждый из которых обладает присущими им свойствами и морфологией пустотного пространства. Их последовательное сочетание позволило выстроить иерархические фильтрационные системы для природных резервуаров. Каждый из иерархических уровней может быть охарактеризован разным набором литолого-петрофизических исследований.
Для выделенных четырех иерархических уровней определены основные факторы организации пустотного пространства.
- подуровень относительно крупных элементов матрицы пород и сопряженных с ними пор и мелких каверн. Изучается методами оптической микроскопии, компьютерной томографии (невысокого разрешения), исследованиями стандартных петрофизических цилиндров и ЯМР.
Для выделенных четырех иерархических уровней определены основные факторы организации пустотного пространства.
- Структурный уровень — характеризует структуру пустотного пространства. Его можно разделить на два подуровня по методам исследований:
- подуровень относительно крупных элементов матрицы пород и сопряженных с ними пор и мелких каверн. Изучается методами оптической микроскопии, компьютерной томографии (невысокого разрешения), исследованиями стандартных петрофизических цилиндров и ЯМР.
- Текстурный уровень — включает в себя различные структурные элементы, обладающие своеобразием свойств и морфологии пустотного пространства. Такие соотношения устанавливаются на уровне оптической стереомикроскопии, анализа макроизображений керна, редко – компьютерной томографии. Литотип, заключающий в себе геометрию пространственного распределения автохтонных и аллохтонных структурных элементов, характеризуется на структурном и текстурном уровне исследований.
- Уровень пласта-коллектора (макроуровень) — характеризует неоднородность распространения фильтрационно-емкостного пространства в пределах породных ассоциаций (сочетаний литотипов). При изучении макроуровня фильтрационно-емкостного пространства, помимо литологических методов, существенную роль играют методы геофизических исследований скважин (ГИС) и в отдельных случаях сейсморазведки.
- Уровень природного резервуара — характеризуется распределением пластов-коллекторов (других породных ассоциаций, таких как циклиты и сиквенсы) и зон трещиноватости в пространстве. Крупные природные резервуары, связанные с большими биогермными массивами, рифами, часто имеют в своем строении целый комплекс породных ассоциаций, приуроченных к разным стратиграфическим уровням. Тем не менее такой резервуар в целом представляет единый нефтегазоносный объект, гидродинамическая и фильтрационно-емкостная системы которого имеют ряд общих черт. Часто такой резервуар не может быть охарактеризован непрерывным отбором керна ни в одной скважине, и тогда на первый план при его исследовании выступают данные ГИС и сейсморазведки. Пространственные и вещественные неоднородности резервуара могут быть установлены только по его аналогам в естественных обнажениях.
Рис. 1. Схема иерархии пустотного пространства «керн-шлиф-РЭМ» фаменских отложений (D3fm)
На структурном уровне ключевыми являются генетические факторы, определяющие типы пустотного пространства (табл. 1). Тем не менее в карбонатных отложениях важно выявить фактор распределения органического вещества (ОВ), который может предопределить поверхностные свойства стенок пор и каналов.
Табл. 1. Факторы, определяющие генетические типы пустотного пространства
Распределение органического вещества
Поверхность пустотного пространства карбонатных пород-коллекторов ТПП по своей сути является кристаллической, так как сложена преимущественно кристаллами карбонатных минералов. Однако их природа может быть различной. Некоторые биохемогенные кристаллы (в частности, бактериальной природы) могут заключать внутри себя и/или между собой органическое вещество in situ (рис. 2). В связи с этим поверхность, как и матрицу породы в целом, стоит называть органоминеральной.
Рис. 2. Сферово-водорослевый известняк (D3fm)
Кристаллы хемогенного генезиса, свободно растущие в пустотном пространстве, являются относительно «чистыми», так как не содержат примесей ОВ. К ним можно отнести, например, кристаллы вадозного кальцита или кристаллы ангидрита. Кристаллы, формирующие поверхность, могут отличаться между собой морфологией, что определяет степень ее изрезанности (в т.ч. извилистости/гладкости и т.д.). Микропористые участки часто сорбируют миграционное ОВ, тем самым меняя поверхностные свойства на границе с крупными пустотами. Таким образом, зная характер органоминеральной поверхности (рис. 3), можно прогнозировать ее поверхностные свойства (в т.ч. смачиваемость).
Рис. 3. Характер поверхности стенок пустот в строматопорово-водорослевом баундстоуне (D3fm)
Авторами выдвигается предположение, что микрозернистые поверхности в матрице породы, насыщенные ОВ, могут гидрофобизировать/олеофизировать пустотное пространство, а яснокристаллические, наоборот, гидрофилизировать/олеофобизировать.
Седиментогенез
На этапе седиментогенеза формируется первичное пустотное пространство пород за счет роста каркасных построек, накопления граноморфного материала и/или карбонатного ила в пространстве между постройками (межкаркасное заполнение [6]) и в виде отдельных толщ.
Эволюция биоценозов определяет тип каркаса и геометрию первичного пустотного пространства. Общие черты рассматриваемых отложений обусловлены повсеместным присутствием цианобактериальных сообществ. Особенно ярко это выражено в силурийско-нижнедевонское время, когда цианобактерии почти полностью определяли формирование каркасных построек. Однако во франское и спорадически в фаменское время уже значительную роль приобретают строматопороидеи, а в пермско-каменноугольное время произошел расцвет таких каркасообразующих организмов, как палеоаплизины, мшанки, известковые водоросли и микрокодии.
Морфологически выраженные органогенные постройки часто сопровождались накоплением слоев грейнстоунов, структура которых определяется составом биоценоза. В силурийско-нижнедевонском и верхнедевонско-турнейском комплексах подобные толщи развиты слабо. Их широкое развитие происходит в пермско-каменноугольном комплексе. Это, по-видимому, связано с появлением биоценозов, включающих различные виды мшанок и криноидей, скелеты которых часто подвергались разрушению вследствие активной гидродинамики среды и устойчивого сноса в пределах распространенных в то время малоамплитудных построек.
В силурийско-нижнедевонском и верхнедевонско-турнейском комплексах слабое распространение толщ грейнстоунов компенсировалось развитием межкаркасного граноморфного заполнения как результата жизнедеятельности цианобактерий. Этот материал представляет собой многочисленные комки и интракласты. Большинство комков и некоторые виды интракластов в пермско-каменноугольном комплексе представлены преимущественно гранулированным органогенным детритом.
Большая часть эффективной емкости исследуемых природных резервуаров обычно приурочена к пустотному пространству граноморфного межкаркасного заполнения, толщ грейнстоунов и в меньшей степени каркасных построек.
Для граноморфного межкаркасного заполнения и толщ грейнстоунов характерны межформенный и внутриформенный тип пустот, морфология которых сильно зависит от степени сортировки и разнообразия структурных компонент: комков, интракластов, биокластов и литокластов (рис. 4 (1, 3)).
Многие комки и интракласты сложены микрозернистым кальцитом и являются микропористыми. Межформенный тип пустот преобладает, внутриформенный может быть резко ограничен. Некоторые внутриформенные пустоты фильтрационно не связаны с внешним пустотным пространством.
Для сгусткового межкаркасного заполнения основным типом пустотного пространства является микропористость. Чем выше доля сгустковой компоненты в граноморфной массе, тем меньше размер межформенных и внутриформенных пор, вплоть до их исчезновения (рис. 4 (5, 6)).
Для каркасных построек характерна внутрикаркасная пористость, структурный вид которой зависит от каркасообразующих организмов. Конфигурация и распространение каркаса контролируются палеогеографическими условиями, что определяет формирование текстуры фильтрационного пространства в системе каркас-заполнитель (рис. 4).
Основу пустотного пространства микробиальных построек составляют как фенестры и пустоты типа птичьих глазок (строматактис), так и микропористость (размер пор не превышает 5 мкм) в сгустках (рис. 4 (2, 5)), корках и различных колониальных формах. В строматолитоподобных известняках проницаемость или связность пустот, как правило, выше по латерали и резко ниже (вплоть до отсутствия) по вертикали.
Пустотное пространство каркасов рифостроителей, таких как мшанки, строматопоры (рис. 4 (2)), кораллы и некоторые известковые губки, имеет упорядоченную пористую структуру. Первичное пустотное пространство в палеоаплизинах представлено микропорами, но может быть резко увеличено вторичными процессами.
Зеленоводорослевый каркас обычно не имеет эффективного пустотного пространства. Чехлы зеленых водорослей, быстро обызвествляясь, практически полностью цементируют пространство между собой (рис. 4 (4)). Первичная пористость в таких каркасах может быть представлена редкой межформенной и внутриформенной пористостью карбонатного осадка.
Эволюция биоценозов определяет тип каркаса и геометрию первичного пустотного пространства. Общие черты рассматриваемых отложений обусловлены повсеместным присутствием цианобактериальных сообществ. Особенно ярко это выражено в силурийско-нижнедевонское время, когда цианобактерии почти полностью определяли формирование каркасных построек. Однако во франское и спорадически в фаменское время уже значительную роль приобретают строматопороидеи, а в пермско-каменноугольное время произошел расцвет таких каркасообразующих организмов, как палеоаплизины, мшанки, известковые водоросли и микрокодии.
Морфологически выраженные органогенные постройки часто сопровождались накоплением слоев грейнстоунов, структура которых определяется составом биоценоза. В силурийско-нижнедевонском и верхнедевонско-турнейском комплексах подобные толщи развиты слабо. Их широкое развитие происходит в пермско-каменноугольном комплексе. Это, по-видимому, связано с появлением биоценозов, включающих различные виды мшанок и криноидей, скелеты которых часто подвергались разрушению вследствие активной гидродинамики среды и устойчивого сноса в пределах распространенных в то время малоамплитудных построек.
В силурийско-нижнедевонском и верхнедевонско-турнейском комплексах слабое распространение толщ грейнстоунов компенсировалось развитием межкаркасного граноморфного заполнения как результата жизнедеятельности цианобактерий. Этот материал представляет собой многочисленные комки и интракласты. Большинство комков и некоторые виды интракластов в пермско-каменноугольном комплексе представлены преимущественно гранулированным органогенным детритом.
Большая часть эффективной емкости исследуемых природных резервуаров обычно приурочена к пустотному пространству граноморфного межкаркасного заполнения, толщ грейнстоунов и в меньшей степени каркасных построек.
Для граноморфного межкаркасного заполнения и толщ грейнстоунов характерны межформенный и внутриформенный тип пустот, морфология которых сильно зависит от степени сортировки и разнообразия структурных компонент: комков, интракластов, биокластов и литокластов (рис. 4 (1, 3)).
Многие комки и интракласты сложены микрозернистым кальцитом и являются микропористыми. Межформенный тип пустот преобладает, внутриформенный может быть резко ограничен. Некоторые внутриформенные пустоты фильтрационно не связаны с внешним пустотным пространством.
Для сгусткового межкаркасного заполнения основным типом пустотного пространства является микропористость. Чем выше доля сгустковой компоненты в граноморфной массе, тем меньше размер межформенных и внутриформенных пор, вплоть до их исчезновения (рис. 4 (5, 6)).
Для каркасных построек характерна внутрикаркасная пористость, структурный вид которой зависит от каркасообразующих организмов. Конфигурация и распространение каркаса контролируются палеогеографическими условиями, что определяет формирование текстуры фильтрационного пространства в системе каркас-заполнитель (рис. 4).
Основу пустотного пространства микробиальных построек составляют как фенестры и пустоты типа птичьих глазок (строматактис), так и микропористость (размер пор не превышает 5 мкм) в сгустках (рис. 4 (2, 5)), корках и различных колониальных формах. В строматолитоподобных известняках проницаемость или связность пустот, как правило, выше по латерали и резко ниже (вплоть до отсутствия) по вертикали.
Пустотное пространство каркасов рифостроителей, таких как мшанки, строматопоры (рис. 4 (2)), кораллы и некоторые известковые губки, имеет упорядоченную пористую структуру. Первичное пустотное пространство в палеоаплизинах представлено микропорами, но может быть резко увеличено вторичными процессами.
Зеленоводорослевый каркас обычно не имеет эффективного пустотного пространства. Чехлы зеленых водорослей, быстро обызвествляясь, практически полностью цементируют пространство между собой (рис. 4 (4)). Первичная пористость в таких каркасах может быть представлена редкой межформенной и внутриформенной пористостью карбонатного осадка.
Рис. 4. Неоднородность распределения заполнения и каркасов в керне с различным пустотным пространством (синее) в шлифах (D3fm)
В пространстве между чехлами филлоидных водорослей и скелетов некоторых типов мшанок могут формироваться крупные пустоты.
Микрокодиевые образования являются спорными с точки зрения их генезиса, однако имеют текстурные особенности, схожие с некоторыми каркасными постройками, поэтому могут быть условно отнесены к каркасным. Пустотное пространство в данных образованиях преимущественно отсутствует.
Процессы биотурбации развиваются, как правило, в низкопористых сгустковых и сгустково-глинистых отложениях, в результате чего не оказывают существенного влияния на распределение пустотного пространства.
Микрокодиевые образования являются спорными с точки зрения их генезиса, однако имеют текстурные особенности, схожие с некоторыми каркасными постройками, поэтому могут быть условно отнесены к каркасным. Пустотное пространство в данных образованиях преимущественно отсутствует.
Процессы биотурбации развиваются, как правило, в низкопористых сгустковых и сгустково-глинистых отложениях, в результате чего не оказывают существенного влияния на распределение пустотного пространства.
Диагенез
На этапе диагенеза первичную пористость пород в основном изменяют такие процессы, как цементация, выщелачивание и доломитизация.
Процессы цементации приводят к уменьшению первичного пустотного пространства и его фильтрационной способности. Тем не менее новообразованные кристаллы могут изолировать поверхности структурных элементов, содержащих ОВ, тем самым меняя поверхностные свойства органоминеральной матрицы (рис. 3).
Активное развитие первичной морской цементации иногда полностью залечивает пустотное пространство. Данный процесс может развиваться настолько интенсивно, что целые резервуары полностью лишаются пустотного пространства, несмотря на морфологическую выраженность постройки.
Процессы выщелачивания, наоборот, увеличивают пустотное пространство, но вместе с этим могут обнажать поверхности структурных элементов, содержащих ОВ. Выщелачивание происходит при выведении накопленных отложений выше уровня моря. Вместе с тем происходят процессы вадозной цементации и появления пресноводно-фреатических зон.
Процессы грануляции и микритизации преобразуют кристаллические скелетные остатки организмов в микрозернистую массу, формируя микропористые участки, к которым часто тяготеет миграционное ОВ. Процессы перекристаллизации, наоборот, преобразуют микрозернистые участки в кристаллические, снижая долю микропористости, при этом вытесняя и/или консервируя находящееся в ней ОВ.
Трещины синерезиса развиваются преимущественно по плотным участкам каркаса и становятся причиной частичного или полного разрушения каркаса и его перехода в интракластовую компоненту заполнителя. Данные трещины имеют сообщение с заполнителем, увеличивая общую эффективную емкость коллектора, но могут быть полностью залечены вторичными процессами.
При полной и интенсивной доломитизации первичных известняков новообразованное межкристаллическое пустотное пространство, как правило, наследует текстуру первичного (рис. 5 (1)). Ввиду этого многие первично пористые известняки перекристаллизовываются в пористые доломиты со схожим распределением пустот и с относительным сохранением их первоначального размера. ОВ при этом может быть заключено внутри и/или между новообразованными кристаллами доломита. Однако при последующем наложении процессов выщелачивания и цементации первичное распределение пустот может нарушаться.
В пределах каркаса и заполнения процессы диагенеза могут протекать с различной интенсивностью. К примеру, при частичной доломитизации в водорослевых известняках пространство заполнителя, как правило, доломитизируется полностью, а каркаса часто остается нетронутым (рис. 5 (2)). При выщелачивании в водорослевых известняках самые крупные пустоты (в т.ч. каверны) формируются преимущественно в пограничной зоне между каркасом и заполнителем.
Процессы цементации приводят к уменьшению первичного пустотного пространства и его фильтрационной способности. Тем не менее новообразованные кристаллы могут изолировать поверхности структурных элементов, содержащих ОВ, тем самым меняя поверхностные свойства органоминеральной матрицы (рис. 3).
Активное развитие первичной морской цементации иногда полностью залечивает пустотное пространство. Данный процесс может развиваться настолько интенсивно, что целые резервуары полностью лишаются пустотного пространства, несмотря на морфологическую выраженность постройки.
Процессы выщелачивания, наоборот, увеличивают пустотное пространство, но вместе с этим могут обнажать поверхности структурных элементов, содержащих ОВ. Выщелачивание происходит при выведении накопленных отложений выше уровня моря. Вместе с тем происходят процессы вадозной цементации и появления пресноводно-фреатических зон.
Процессы грануляции и микритизации преобразуют кристаллические скелетные остатки организмов в микрозернистую массу, формируя микропористые участки, к которым часто тяготеет миграционное ОВ. Процессы перекристаллизации, наоборот, преобразуют микрозернистые участки в кристаллические, снижая долю микропористости, при этом вытесняя и/или консервируя находящееся в ней ОВ.
Трещины синерезиса развиваются преимущественно по плотным участкам каркаса и становятся причиной частичного или полного разрушения каркаса и его перехода в интракластовую компоненту заполнителя. Данные трещины имеют сообщение с заполнителем, увеличивая общую эффективную емкость коллектора, но могут быть полностью залечены вторичными процессами.
При полной и интенсивной доломитизации первичных известняков новообразованное межкристаллическое пустотное пространство, как правило, наследует текстуру первичного (рис. 5 (1)). Ввиду этого многие первично пористые известняки перекристаллизовываются в пористые доломиты со схожим распределением пустот и с относительным сохранением их первоначального размера. ОВ при этом может быть заключено внутри и/или между новообразованными кристаллами доломита. Однако при последующем наложении процессов выщелачивания и цементации первичное распределение пустот может нарушаться.
В пределах каркаса и заполнения процессы диагенеза могут протекать с различной интенсивностью. К примеру, при частичной доломитизации в водорослевых известняках пространство заполнителя, как правило, доломитизируется полностью, а каркаса часто остается нетронутым (рис. 5 (2)). При выщелачивании в водорослевых известняках самые крупные пустоты (в т.ч. каверны) формируются преимущественно в пограничной зоне между каркасом и заполнителем.
Рис. 5. Разрез скважины с отражением керна пород-коллекторов пластов БАК
Процессы засолонения снижают эффективную пористость пород. Одним из существенных вторичных процессов, повлиявших на структуру пустотного пространства, является доломитизация. Она наиболее интенсивно (часто регионально) проявлена в силурийско-нижнедевонском комплексе, спорадически в верхнедевонско-турнейском и незначительно в пермско-каменноугольном. Это, повидимому, связано с периодически возникавшим частичным изолированием бассейна седиментации от океана в целом или в локальных зонах и на отдельных участках. Верхнедевонские и пермско-каменноугольные бассейны осадконакопления имели хорошее сообщение с водами Мирового океана, что способствовало развитию биоценозов и низкой степени доломитизации.
Диагенез
На этапе катагенеза формируются многочисленные стилолитовые швы и участки стилолитизации. Крупные и протяженные субгоризонтальные стилолитовые швы могут являться локальным флюидоупором и уменьшать вертикальную фильтрационную способность коллекторов. Тектонические процессы могут формировать также наклонные и субвертикальные стилолитовые швы, уменьшая фильтрационную способность в перпендикулярных к их простиранию направлениях.
В пределах развития участков стилолитизации, в которых формируются множественные затухающие тонкие стилолитовые швы, уменьшается размер пор. Высвобождающееся из органоминеральной матрицы ОВ концентрируется на подобных участках, меняя первичные поверхностные свойства в их пределах.
Формирование трещиноватости, как правило, приурочено к плотным литотипам. За счет этого могут связываться в единую фильтрационную систему различные коллекторские толщи, отделенные друг от друга непроницаемыми отложениями. В этой связи для трещинообразования важно не столько появление нового емкостного пространства, сколько появление новых фильтрационных путей. Как и в случае с выщелачиванием, трещины могут вскрывать структурные элементы, содержащие ОВ. Ввиду этого поверхностные свойства трещин могут резко отличаться от поверхностных свойств пустотного пространства коллекторских толщ.
Процессы выщелачивания и цементации в катагенезе приводят к тем же последствиям, что и в диагенезе (соответственно увеличивают или уменьшают эффективное пустотное пространство, меняют свойства органоминеральной поверхности). Тем не менее они связаны с более глубинными процессами (к примеру, с гидротермальным выщелачиванием по трещинам в некоторых нижнедевонских отложениях) и могут полностью изменить первичный облик пород, развиваясь более интенсивно.
В пределах развития участков стилолитизации, в которых формируются множественные затухающие тонкие стилолитовые швы, уменьшается размер пор. Высвобождающееся из органоминеральной матрицы ОВ концентрируется на подобных участках, меняя первичные поверхностные свойства в их пределах.
Формирование трещиноватости, как правило, приурочено к плотным литотипам. За счет этого могут связываться в единую фильтрационную систему различные коллекторские толщи, отделенные друг от друга непроницаемыми отложениями. В этой связи для трещинообразования важно не столько появление нового емкостного пространства, сколько появление новых фильтрационных путей. Как и в случае с выщелачиванием, трещины могут вскрывать структурные элементы, содержащие ОВ. Ввиду этого поверхностные свойства трещин могут резко отличаться от поверхностных свойств пустотного пространства коллекторских толщ.
Процессы выщелачивания и цементации в катагенезе приводят к тем же последствиям, что и в диагенезе (соответственно увеличивают или уменьшают эффективное пустотное пространство, меняют свойства органоминеральной поверхности). Тем не менее они связаны с более глубинными процессами (к примеру, с гидротермальным выщелачиванием по трещинам в некоторых нижнедевонских отложениях) и могут полностью изменить первичный облик пород, развиваясь более интенсивно.
ИТОГИ
Неоднородность фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) карбонатных природных резервуаров определяется иерархической структурой порово-кавернового и трещинного пространства, его текстурой и характером выполнения фильтрационных каналов, определяемым структурными элементами пород различной степени преобразованности вторичными процессами. Исследование факторов организации пустотного пространства литолого-петрофизическими методами на породном уровне выступает основой для исследований на более крупных иерархических уровнях.
ВЫВОДЫ
Таким образом, закономерности развития тектонических процессов, палеогеографических условий, эволюции и массовых вымираний биоценозов, интенсивности и направленности диагенетических и катагенетических процессов предопределили распределение карбонатных природных резервуаров в пространстве и характер их сложно построенного пустотного пространства. Для выявления данных закономерностей и неоднородностей необходимы, несмотря на трудозатраты, полноценные и комплексные литолого-петрофизические, геолого-геофизические и геохимические методы исследований.
Оценка совокупности седиментационных, вторичных и тектонических факторов, определяющих формирование природных резервуаров, даст возможность точнее прогнозировать запасы углеводородов, пути и интенсивность их фильтрации. Это позволит построить на их основе объективные геологические и фильтрационные модели для более эффективного планирования методов поиска и добычи углеводородов.
Оценка совокупности седиментационных, вторичных и тектонических факторов, определяющих формирование природных резервуаров, даст возможность точнее прогнозировать запасы углеводородов, пути и интенсивность их фильтрации. Это позволит построить на их основе объективные геологические и фильтрационные модели для более эффективного планирования методов поиска и добычи углеводородов.
ЛИТЕРАТУРА
- Дьяконова Т.Ф., Бата Л.К., Саетгараев А.Д., Бронскова Е.И. Геологические факторы и диагностические признаки пород с негидрофильной смачиваемостью на месторождениях Тимано-Печорской провинции // Каротажник. 2021. № 1. С. 19–30.
- Жемчугова В.А. Седиментационная цикличность и углеводородная продуктивность карбонатных комплексов палеозоя Печорского нефтегазоносного бассейна // II Всероссийское литологическое совещание «Литология и нефтегазоносность карбонатных отложений». Сыктывкар. 2001. 5–7 июня. Сыктывкар: Геопринт, 2001. С. 138–139.
- Мусихин А.Д. Литология и прогноз пространственного распространения пород-коллекторов фаменских нефтегазоносных отложений восточной части Центрально-Хорейверского уступа: диссертация. М.: 2016. 26 с.
- Никонов Н.И., Богацкий В.И., Мартынов А.В., Ларионова З.В., Ласкин В.М. и др. Тимано-Печорский седиментационный бассейн. Ухта: ТП НИЦ, 2002. 122 с.
- Оленова К.Ю. Литология и природные резервуары нижнепермских карбонатных отложений северной части колвинского мегавала: автореферат М.: 2011. 28 с.
- Оленова К.Ю., Постников А.В. Проблемы типизации известняков в нефтегазовой литологии // Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории. Материалы VII Всероссийского литологического совещания. Новосибирск. 2013.
- 28–31 октября. Новосибирск: ИНГГ СО РАН, 2013. Т. 2. С. 341–346. Осинцева Н.А. Литология, фации и коллекторские свойства верхнедевонских отложений центральной части Хорейверской впадины в связи с перспективами их нефтегазоносности: диссертация. М.: 2013. 144 с.
- Путилов И.С., Чижов Д.Б., Гурбатова И.П., Неволин А.И. Особенности проведения лабораторных исследований негидрофильных пород-коллекторов // Известия ТПУ. 2021. Т. 332. № 4. С. 70–79.
- Пармузина Л.В. Верхнедевонский комплекс Тимано-Печорской провинции (строение, условия образования, закономерности размещения коллекторов и нефтегазоносность). СПб.: Недра, 2007. 151 с.
- Постников А.В., Сивальнева О.В., Постникова О.В., Потехин Д.В., Путилов И.С., Саетгараев А.Д., Оленова К.Ю. Литолого-петрофизическая неоднородность карбонатных резервуаров Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции //
- Труды РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина. 2021. № 4. С. 5–20. Сивальнева О.В. Реконструкция условий формирования и закономерности пространственного распределения пород-коллекторов нижнедевонских нефтегазоносных отложений северо-восточной части Хорейверской впадины: диссертация. М.: 2015. 94 с.
- Тимонин Н.И. Печорская плита: История геологического развития в фанерозое: автореферат. Сыктывкар: Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, 1998. 48 с.
- Журавлева Л.М. Литология и типы пустотного пространства карбонатных отложений овинпармского горизонта (Варандей-Адзьвинская зона Тимано-Печорской НГП): автореферат. М.: 2014. 26 с.
- Юрьев А.В. Совершенствование методов определения фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов с применением полноразмерного керна (на примере ряда месторождений севера Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции): автореферат. Пермь: 2020. 19 с.
Постников А.В., Оленова К.Ю., Сивальнева О.В., Козионов А.Е., Казимиров Е.Т., Путилов И.С., Потехин Д.В., Саетгараев А.Д.
РГУ (НИУ) нефти и газа имени И.М. Губкина, Москва, Россия, Филиал ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть», Пермь, Россия,
ПНИПУ, Пермь, Россия, ООО «ЛУКОЙЛ-Коми», Усинск, Россия
egorcasual@yandex.ru
РГУ (НИУ) нефти и газа имени И.М. Губкина, Москва, Россия, Филиал ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть», Пермь, Россия,
ПНИПУ, Пермь, Россия, ООО «ЛУКОЙЛ-Коми», Усинск, Россия
egorcasual@yandex.ru
Материалы и методы
Ключевые слова
Для цитирования
Поступила в редакцию
УДК и DOI
В рамках исследования по 15 скважинам из 9 месторождений проанализировано свыше 1 000 пластин керна и приуроченных к ним петрофизических цилиндров и шлифов с использованием методов оптической и электронной микроскопии, компьютерной рентгеновской томографии и имидж-анализа пустотного пространства (в прокрашенных шлифах).
Исследования петрофизических цилиндров проводились в
ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг». Остальные перечисленные исследования проводились на кафедре литологии в РГУ (НИУ) нефти и газа им. И.М. Губкина
Исследования петрофизических цилиндров проводились в
ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг». Остальные перечисленные исследования проводились на кафедре литологии в РГУ (НИУ) нефти и газа им. И.М. Губкина
карбонатные природные резервуары, карбонатные породы-коллекторы, пустотное пространство, смачиваемость, Тимано-Печорская провинция, палеозой
Постников А.В., Оленова К.Ю., Сивальнева О.В., Козионов А.Е., Казимиров Е.Т., Путилов И.С., Потехин Д.В., Саетгараев А.Д. Генетические типы пустотного пространства и закономерности их распределения в карбонатных природных резервуарах Тимано-Печорской провинции // Экспозиция Нефть Газ. 2022. № 1. С. 22–28. DOI: 10.24412/2076-6785-2022-1-22-28
01.11.2021
УДК 552.54
DOI: 10.24412/2076-6785-2022-1-22-28
DOI: 10.24412/2076-6785-2022-1-22-28
Рекомендуемые статьи
© Экспозиция Нефть Газ. Научно-технический журнал. Входит в перечень ВАК
+7 (495) 414-34-88