В cтатье приведен разнocтoрoнний экcпериментальный материал пo иccледoванию пеcчаных пoрoд бoтуoбинcкoгo гoризoнта Чаяндинcкoгo нефтегазoкoнденcатнoгo меcтoрождения. Пеcчано-алевритовые отложения характеризуютcя значительной изменчивоcтью литологичеcкого cоcтава и текcтурно-cтруктурных cвойcтв, что проявляется в широком диапазоне изменения зильтрационно-емкостных параметров.
Выводы основаны на комплексном изучении структурных особенностей порового пространства с привлечением методов компьютерной томографии, ртутной порометрии, электронной микроскопии. Каждый из использованных методов дает информацию об одном из свойств породы, а в совокупности полученные результаты позволяют наиболее полно охарактеризовать строение порового пространства коллекторов.
В статье сделан акцент на сопоставление структурных показателей для песчаников с однородной структурой порового пространства и пород, отличающихся сложностью строения, слоистостью и трещиноватостью. Очень важны исследования по оценке засолонения пород. Сделан вывод о частичном заполнении порового пространства и сохранении эффективного порового объема и фильтрационно-емкостных свойств коллекторов.
Чаяндинское нефтегазоконденсатное месторождение, открытое в 1980 г., расположено в Непско-Ботуобинской нефтегазоносной области, в центральной части Лено-Тунгусской провинции и имеет сложное блоковое строение. Продуктивный разрез месторождения приурочен к древним отложениям венда. Верхним флюидоупором служит 40-м толща ангидритизированных доломитов.
Запасы нефти Чаяндинского нефтегазоконденсатного месторождения сосредоточены в ботуобинском горизонте, толщина которого в пределах месторождения меняется от 0 до 26 м. Продуктивные отложения горизонта подстилаются аргиллитами паршинской свиты.
Залежь нефти представляет собой подгазовую нефтяную оторочку незначительной толщины около 12 м). Оторочка, расположенная в северном блоке горизонта. залегает в условиях низких плановых температур (10 °С) и пластовых давлений ниже гидростатических (13,34 МПа). Пластовые воды имеют высокую минерализацию — от 350 до 400 г/л.
Ботуобинский горизонт на Чаяндинском месторождении сложен терригенными отложениями, сформировавшимися в условиях мелкого моря [3]. Верхняя часть горизонта представлена баровыми телами, в подошве часто наблюдается слоистость песчано-алевритовых пород, отличающаяся разнообразием текстур. Породы-коллекторы горизонта представлены песчаниками различного гранулометрического состава (от грубо-крупнозернистых, среднезернистых до мелкозернистых), а также алевропесчаниками и алевролитами. Сортировка обломочного материала от хорошей до плохой, окатанность обломков в основном хорошая и средняя. Породы характеризуются низкой глинистостью (1-5 %). Некоторое увеличение глинистости в виде тонких прослоев ассоциируется с нижней частью горизонта. Состав обломков преимущественно кварцевый и кварц-полевошпатовый. Содержание цементов, как правило, незначительное — менее 5 %. Преобладают цементы: пойкилитовые кальцитовые и сульфатные, а также глинисто-гидрослюдистые, пленочного типа. Распространены цементация вдавливания и инкорпорация зерен.
Для продуктивного разреза характерна широкая изменчивость кол-лекторских параметров: пористость меняется от первых процентов до 24 %, изредка до 26 %, проницаемость от (1-2)⋅10-3 до (3-4)⋅10-3 мкм², в отдельных образцах — (5-6)⋅10-3 мкм².
Достижение высокого коэффициента извлечения нефти при экономически рентабельном освоении запасов подгазовых нефтяных оторочек является сложной задачей, так как их разработка сопровождается прорывами газа из газовой шапки и образованием конусов воды.
В связи с этим строение продуктивного горизонта, изменчивость литологического состава, его неоднородность на макро- и микроуровнях, фильтрационно-емкостные свойства пород, тип коллектора и структура порового пространства, влияющие на процессы многофазной фильтрации и распределение фаз в пустотном пространстве породы, требуют детального изучения.
В 000 "Газпром ВНИИгаз" впервые проведено комплексное экспериментальное исследование особенностей строения пород-коллекторов с использованием методов компьютерной микротомографии, растровой электронной микроскопии, микроскопии в шлифах пород, прокрашенных смолой, ртутной порометрии, а также изучение влияния эффективных напряжений на фильтрационные свойства коллекторов, обладающих различным строением порово-го пространства.
Рифей-вендские нефтегазоносные толщи Непско-Ботуобинской антеклизы широко подверглись вторичному засолонению [2]. Для терригенных пород главной причиной регионального пост-седиментационного засолонения явился термобарический метаморфизм, связанный со снижением пластовых давлений и температур [1].
Применение компьютерной микротомографии позволило оценить распределение солей в поровом пространстве пород ботуобинского горизонта, которые интенсивно и неравномерно подвержены пост-седиментационному засолонению.
Томографический метод исследования горных пород, имеющий высокую разрешающую способность (до единиц микрон), позволяет визуализировать трехмерный образ как скелета, так и порового пространства коллектора. На объемной 30-модели породы-коллекторы из разреза скв. 321-40 (глубина 1982,83 м) видно, что в образце среднезернистого песчаника с относительно невысокими фильтрационно-емкостными характеристиками (проницаемость 128,4⋅10-3 мкм², пористость 9,5 %) часть взаимосвязанных пор целиком заполнена солями и выключена из фильтрационного процесса. Томографические сечения (два плотностных среза) этого же образца песчаника иллюстрируют изменчивость распространения соли в поровом пространстве песчаника (рис. 1).
Для оценки характера распределения соли в поровом пространстве песчаников были проведены исследования на растровом электронном микроскопе.
Электронные микроскопические снимки сколов двух образцов песчаников из разреза скв. 321-40 показали неоднородное заполнение солью поровых каналов (рис. 2). Кристаллические скопления соли на стенках пор сужающих ее сечение, но не перекрывающих фильтрационный канал, видны на левом микроскопическом снимке образца средне-мелкозернистого песчаника с глубины 1989,04 м (проницаемость 206⋅10-3 мкм², пористость 15,6 %). На сколе образца круп-но-среднезернистого песчаника с глубины 1984,03 м (проницаемость 1476,8⋅Ю-3 мкм², пористость 21,9 %) видны пленки остаточной нефти.
Таким образом, проведенные исследования выявили, что засолонение порового пространства является частичным и песчаники ботуобинского горизонта сохранили свои фильтрационно-емкостные свойства. Насыщение образцов коллекторов моделью пластовой воды с высокой минерализацией (370 г/л) и дальнейшее ее вытеснение из порового пространства при создании остаточной водонасыщенности приводят к вымыванию солей. При этом часть пор, занимаемая солями, освобождается от них, и фильтрационные характеристики породы существенно возрастают. Проницаемость коллектора после вымывания солей в ряде случаев возрастала вдвое, в среднем на 75 %. Вследствие растворения солей, засолонению подверглись породы во всем диапазоне проницаемостей (рис. 3). В образце крупно-средне-зернистого песчаника (глубина 1983,12 м, скв. 321-40) после вымывания из него соли его проницаемость увеличилась с 806-103 до 1358⋅10-3 мкм². Подобные изменения следует учитывать при расчетах многофазной фильтрации нефти, газа и воды.
Микроскопическое изучение пород, прокрашенных смолой, позволило выявить особенности строения порового пространства и изменчивость литологического состава. Породы-коллекторы характеризуются разнообразием текстурных особенностей: однородные, пятнистые, с неотчетливой слоистостью. Значительную группу составляют разности с явно выраженной микрослоистостью - чередованием микропрослоев алевритовой и песчаной фракций. Наилучшими фильтрационно-емкостными свойствами обладают однородные разности. Наличие чередования микропрослоев алевритовой и песчаной фракций снижает проницаемость коллектора. Существенное различие в строении пород с однородной и микрослоистой структурой проявляется в изменении пористости и проницаемости (рис. 4).
Ухудшение фильтрационно-емкостных свойств связано также с развитием в породах процессов уплотнения, формировавших цементацию вдавливания и инкорпорационную цементацию вплоть до развития сутурных швов.
Исследования основных литологических разностей пород-коллекторов ботуобинского горизонта методом ртутной порометрии позволили охарактеризовать особенности строения их порового пространства — диапазон изменения размеров фильтрующих поро-вых каналов и содержание субкапиллярных пор, контролирующих остаточную водонасыщенность.
Высокопористые песчаники различной зернистости (от крупно-среднезернистых и среднезернистых до мелкозернистых), обладающие равномерной текстурой, характеризуются относительно однородным строением порового пространства. Распределение поровых каналов по размерам имеет гистограмму с одним четко выраженным максимумом. При этом с уменьшением размеров основных фильтрующих поровых каналов закономерно снижается проницаемость породы (рис. 5).
Существенно иной характер распределения пор по размерам получен для пород, отличающихся сложным строением и неоднородностью состава. Неоднородным типом строения порового пространства обладают коллекторы со слоистой текстурой и трещиноватые разности. Гистограммы распределения поровых каналов по размерам, не имеющие одного четко выраженного максимума, отражают неоднородную структуру порового пространства различных слоев и присутствие микротрещин (рис. 6).
Экспериментальное изучение на образцах пород ботуобинского горизонта изменения проницаемости при увеличении эффективных напряжений выявило взаимосвязь между характером снижения фильтрационных свойств и типом структуры пустотного пространства. Коллекторы, обладающие однородной структурой, при увеличении эффективных напряжений до значений, соответствующих условиям залегания пласта, снижают свою проницаемость незначительно — на 5-10 %, в неоднородных микро- и макрослоистых разностях происходит более существенное снижение — на 30-50 %. В микротрещиноватых слоистых коллекторах проницаемость может уменьшиться на порядок (рис. 7). Подобные особенности изменения фильтрационных свойств необходимо учитывать при оценке продуктивности разреза.
Распространение различных типов строения пустотного пространства, неравномерная засолоненность коллекторов, наличие макро- и микрослоистости и трещиноватости обусловливают неоднозначность связи проницаемости с пористостью для всего массива исследованных пород ботуобинского горизонта. Значения отношения абсолютная проницаемость — пористость по результатам изучения керна из разрезов разведочных скважин северного блока приведены на рис. 8. Коллекторы сложного строения, слоистые и трещиноватые, имеющие при невысокой пористости (менее 10 %) достаточно высокую проницаемость (единицы квадратных микрометров), выделяются в отдельную область.
Оценка содержания остаточной воды в засолоненных коллекторах стандартными методиками затруднена и обычно базируется на прямых определениях по керну, отобранному на безводном буровом растворе. На Чаяндинском месторождении прямые определения проведены в небольшом объеме — 10 образцов из ботуобинского горизонта в скв. 321-34, интервал глубин 1845,1-1851,9 м.
Для оценки остаточной водонасыщенности засолоненных коллекторов ботуобинского горизонта привлечены данные ртутной порометрии. Как выявили проведенные исследования, строение порового пространства коллекторов ботуобинского горизонта характеризуется низким содержанием тонких пор, контролирующих остаточную водонасыщенность. Совместная интерпретация данных ртутной порометрии и результатов прямых определений показала, что значения остаточной водонасыщенности соответствуют содержанию в поровом пространстве коллектора тонких пор размером менее 0,5 мкм. Сопоставление проницаемости коллектора с содержанием в породе тонких пор с результатами прямых определений остаточной водонасыщенности представлено на рис. 9.
В результате проведенных комплексных экспериментальных исследований песчано-алевритовых пород ботуобинекого горизонта выявлены следующие основные черты: высокая изменчивость и неоднородность литологического состава и фильтрационно-емкостных свойств по разрезу и площади; коллекторы с однородной структурой порового пространства обладают наилучшими фильтрационно-емкостными параметрами, литологические разности с проявлениями слоистости различного уровня характеризуются неоднородной структурой порового пространства и снижением коллекторских свойств; развитие трещиноватости, микро- и макрослоистости, отразившееся на неоднозначности связей фильтрационно-емкостных свойств; неполное и неравномерное засолонение порового пространства пород, что предопределило сохранение эффективного порового объема и проницаемости коллекторов; изменение фильтрационно-емкостных характеристик, вызванное вымыванием солей при фильтрации воды, в том числе высокоминерализованной;
незначительное содержание в коллекторах тонких и субкапиллярных пор, обусловившее низкую остаточную водонасыщенность; присутствие вьеокопористых, "сверхпроницаемых" (до (1-6)⋅10-3 мкм²), рыхлых, слабосцементированных прослоев коллекторов, с которыми связаны риски выноса песка и вероятность селективного продвижения нагнетаемой воды.
А.Е.Рыжов
В статье сделан акцент на сопоставление структурных показателей для песчаников с однородной структурой порового пространства и пород, отличающихся сложностью строения, слоистостью и трещиноватостью. Очень важны исследования по оценке засолонения пород. Сделан вывод о частичном заполнении порового пространства и сохранении эффективного порового объема и фильтрационно-емкостных свойств коллекторов.
Чаяндинское нефтегазоконденсатное месторождение, открытое в 1980 г., расположено в Непско-Ботуобинской нефтегазоносной области, в центральной части Лено-Тунгусской провинции и имеет сложное блоковое строение. Продуктивный разрез месторождения приурочен к древним отложениям венда. Верхним флюидоупором служит 40-м толща ангидритизированных доломитов.
Залежь нефти представляет собой подгазовую нефтяную оторочку незначительной толщины около 12 м). Оторочка, расположенная в северном блоке горизонта. залегает в условиях низких плановых температур (10 °С) и пластовых давлений ниже гидростатических (13,34 МПа). Пластовые воды имеют высокую минерализацию — от 350 до 400 г/л.
Ботуобинский горизонт на Чаяндинском месторождении сложен терригенными отложениями, сформировавшимися в условиях мелкого моря [3]. Верхняя часть горизонта представлена баровыми телами, в подошве часто наблюдается слоистость песчано-алевритовых пород, отличающаяся разнообразием текстур. Породы-коллекторы горизонта представлены песчаниками различного гранулометрического состава (от грубо-крупнозернистых, среднезернистых до мелкозернистых), а также алевропесчаниками и алевролитами. Сортировка обломочного материала от хорошей до плохой, окатанность обломков в основном хорошая и средняя. Породы характеризуются низкой глинистостью (1-5 %). Некоторое увеличение глинистости в виде тонких прослоев ассоциируется с нижней частью горизонта. Состав обломков преимущественно кварцевый и кварц-полевошпатовый. Содержание цементов, как правило, незначительное — менее 5 %. Преобладают цементы: пойкилитовые кальцитовые и сульфатные, а также глинисто-гидрослюдистые, пленочного типа. Распространены цементация вдавливания и инкорпорация зерен.
Для продуктивного разреза характерна широкая изменчивость кол-лекторских параметров: пористость меняется от первых процентов до 24 %, изредка до 26 %, проницаемость от (1-2)⋅10-3 до (3-4)⋅10-3 мкм², в отдельных образцах — (5-6)⋅10-3 мкм².
В связи с этим строение продуктивного горизонта, изменчивость литологического состава, его неоднородность на макро- и микроуровнях, фильтрационно-емкостные свойства пород, тип коллектора и структура порового пространства, влияющие на процессы многофазной фильтрации и распределение фаз в пустотном пространстве породы, требуют детального изучения.
В 000 "Газпром ВНИИгаз" впервые проведено комплексное экспериментальное исследование особенностей строения пород-коллекторов с использованием методов компьютерной микротомографии, растровой электронной микроскопии, микроскопии в шлифах пород, прокрашенных смолой, ртутной порометрии, а также изучение влияния эффективных напряжений на фильтрационные свойства коллекторов, обладающих различным строением порово-го пространства.
Рифей-вендские нефтегазоносные толщи Непско-Ботуобинской антеклизы широко подверглись вторичному засолонению [2]. Для терригенных пород главной причиной регионального пост-седиментационного засолонения явился термобарический метаморфизм, связанный со снижением пластовых давлений и температур [1].
Томографический метод исследования горных пород, имеющий высокую разрешающую способность (до единиц микрон), позволяет визуализировать трехмерный образ как скелета, так и порового пространства коллектора. На объемной 30-модели породы-коллекторы из разреза скв. 321-40 (глубина 1982,83 м) видно, что в образце среднезернистого песчаника с относительно невысокими фильтрационно-емкостными характеристиками (проницаемость 128,4⋅10-3 мкм², пористость 9,5 %) часть взаимосвязанных пор целиком заполнена солями и выключена из фильтрационного процесса. Томографические сечения (два плотностных среза) этого же образца песчаника иллюстрируют изменчивость распространения соли в поровом пространстве песчаника (рис. 1).
Для оценки характера распределения соли в поровом пространстве песчаников были проведены исследования на растровом электронном микроскопе.
Электронные микроскопические снимки сколов двух образцов песчаников из разреза скв. 321-40 показали неоднородное заполнение солью поровых каналов (рис. 2). Кристаллические скопления соли на стенках пор сужающих ее сечение, но не перекрывающих фильтрационный канал, видны на левом микроскопическом снимке образца средне-мелкозернистого песчаника с глубины 1989,04 м (проницаемость 206⋅10-3 мкм², пористость 15,6 %). На сколе образца круп-но-среднезернистого песчаника с глубины 1984,03 м (проницаемость 1476,8⋅Ю-3 мкм², пористость 21,9 %) видны пленки остаточной нефти.
Микроскопическое изучение пород, прокрашенных смолой, позволило выявить особенности строения порового пространства и изменчивость литологического состава. Породы-коллекторы характеризуются разнообразием текстурных особенностей: однородные, пятнистые, с неотчетливой слоистостью. Значительную группу составляют разности с явно выраженной микрослоистостью - чередованием микропрослоев алевритовой и песчаной фракций. Наилучшими фильтрационно-емкостными свойствами обладают однородные разности. Наличие чередования микропрослоев алевритовой и песчаной фракций снижает проницаемость коллектора. Существенное различие в строении пород с однородной и микрослоистой структурой проявляется в изменении пористости и проницаемости (рис. 4).
Ухудшение фильтрационно-емкостных свойств связано также с развитием в породах процессов уплотнения, формировавших цементацию вдавливания и инкорпорационную цементацию вплоть до развития сутурных швов.
Высокопористые песчаники различной зернистости (от крупно-среднезернистых и среднезернистых до мелкозернистых), обладающие равномерной текстурой, характеризуются относительно однородным строением порового пространства. Распределение поровых каналов по размерам имеет гистограмму с одним четко выраженным максимумом. При этом с уменьшением размеров основных фильтрующих поровых каналов закономерно снижается проницаемость породы (рис. 5).
Существенно иной характер распределения пор по размерам получен для пород, отличающихся сложным строением и неоднородностью состава. Неоднородным типом строения порового пространства обладают коллекторы со слоистой текстурой и трещиноватые разности. Гистограммы распределения поровых каналов по размерам, не имеющие одного четко выраженного максимума, отражают неоднородную структуру порового пространства различных слоев и присутствие микротрещин (рис. 6).
Распространение различных типов строения пустотного пространства, неравномерная засолоненность коллекторов, наличие макро- и микрослоистости и трещиноватости обусловливают неоднозначность связи проницаемости с пористостью для всего массива исследованных пород ботуобинского горизонта. Значения отношения абсолютная проницаемость — пористость по результатам изучения керна из разрезов разведочных скважин северного блока приведены на рис. 8. Коллекторы сложного строения, слоистые и трещиноватые, имеющие при невысокой пористости (менее 10 %) достаточно высокую проницаемость (единицы квадратных микрометров), выделяются в отдельную область.
Для оценки остаточной водонасыщенности засолоненных коллекторов ботуобинского горизонта привлечены данные ртутной порометрии. Как выявили проведенные исследования, строение порового пространства коллекторов ботуобинского горизонта характеризуется низким содержанием тонких пор, контролирующих остаточную водонасыщенность. Совместная интерпретация данных ртутной порометрии и результатов прямых определений показала, что значения остаточной водонасыщенности соответствуют содержанию в поровом пространстве коллектора тонких пор размером менее 0,5 мкм. Сопоставление проницаемости коллектора с содержанием в породе тонких пор с результатами прямых определений остаточной водонасыщенности представлено на рис. 9.
незначительное содержание в коллекторах тонких и субкапиллярных пор, обусловившее низкую остаточную водонасыщенность; присутствие вьеокопористых, "сверхпроницаемых" (до (1-6)⋅10-3 мкм²), рыхлых, слабосцементированных прослоев коллекторов, с которыми связаны риски выноса песка и вероятность селективного продвижения нагнетаемой воды.
А.Е.Рыжов
Опубликовано в журнале "Геология нефти и газа" №4,2011г.
