CC BY
98
УДК: 550.834+550.831(470.56)
A.M. Тюрин, P.P. Темирбаев
ООО «ВолгоУралНИПИгаз», Оренбург, [email protected]
ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ
Обобщены результаты изучения керна, данные геофизического исследования и вертикального сейсмического профилирования по сверхглубокой параметрической скважине 501 Вершиновская (глубина забоя 7005 м). Получены оценки плотности карбонатов на больших глубинах и интервальных скоростей сейсмических волн в их толще. Ключевые слова: сверхглубокая скважина, карбонатные породы, плотности, скорости сейсмических волн.
Результаты анализа интервальных скоростей продольных сейсмических волн, оцененных по данным вертикального сейсмического профилирования (ВСП) в скважинах прибортовых зон Прикаспийской впадины и Предуральс-кого прогиба, а также плотности горных пород, оцененные по геофизическому исследованию скважин (ГИС) и керну, рассмотрены в публикациях (Тюрин, 1999а; 19996; 2001; 2002). В этой статье приводятся ранее не опубликованные данные по сверхглубокой параметрической скважине 501 Вершиновская.
Скважина 501 Вершиновская пробурена ООО «Газпром добыча Оренбург» в 2001-2003 гг. на юго-восточном склоне Соль-Илецкого свода в зоне его сочленения с Пре-дуральским прогибом и Прикаспийской впадиной. Глубина забоя скважины - 7005 м. Он находится в отложениях эмского яруса нижнего девона. По результатам бурения изучены подсолевые карбонатные отложения девонского, каменноугольного и нижнепермского возраста. Кровля подсолевых карбонатов находится на глубине 4883 м, вскрытая их мощность - 2122 м. Из карбонатов нижней перми получен непромышленный приток угле-водородров. Подсолевые карбонаты перекрыты ангидритами филипповского горизонта кунгурского яруса. Их мощность - 95 м. На ангидритах залегает терригенная толща надсолевых отложений. Скважина расположена в мульде между соляными куполами в «безсолевом окне».
Скважина 501 Вершиновская как параметрическая свою задачу выполнила полностью. Она является опорной при региональных обобщениях комплекса геолого-геофизических данных, характеризующих перспективы нефтегазоносности юга Оренбургской области. Через скважину отработано два региональных сейсморазведочных профиля МОГТ. Кроме того, скважиной 501 Вершиновская опоискована Вершиновская структура.
На 3,7 км южнее скважины 501 Вершиновская пробурена поисковая скважина 495 Вершиновская. Ее забой находится на глубине 5300 м в отложениях серпуховского яруса нижнего карбона. Ближайшими скважинами, вскрывшими отложения девона, является поисковая 35 Чиликсайская (забой на глубине 6300 м в отложениях эмс-кого яруса нижнего девона) и параметрическая 1 Нагума-новская (забой на глубине 6007 м в отложениях эйфельс-кого яруса среднего девона). Интервальные скорости сейсмических волн в разрезе скважины 501 Вершиновская оценены по данным ВСП. Рассмотрены также данные АК (интервал 1975-6303 м). Однако они учтены только на качественном уровне, поскольку наличие каверн в стволе скважин приводит к большим погрешностям типа «выброс» замеров скорости сейсмического импульса.
Нижняя часть надсолевых отложений в разрезе (уфимский и казанский ярусы нижней перми, интервал 36894788 м) представлена неравномерным переслаиванием песчаников, алевролитов и аргиллитов. Выше - красно-цветными глинами, алевролитами и песчаниками. Интервальные скорости сейсмических волн в надсолевых отложениях изменяются от 1510 и 2150 м/с (отложения меловой и юрской систем, глубина до 1775 м) до 5433 и 5474 м/с (отложения казанского и уфимского ярусов).
Интервальная скорость в органогенно-детритовых известняках нижней перми (интервал 4883-5344 м) составляет 5987 м/с. При этом карбонаты в интервале 4932-5044 м характеризуются пониженным значением этого параметра - 5500 м/с. Наименьшие скорости отмечаются в интервале 4932-5000 м - 5000 м/с. Это связано с наличием в известняках раковинных гравелитопесчаников.
Интервальная скорость в плотных массивных известняках карбона (интервал 5344-6250 м) - 6292 м/с. Отложения кожимского надгоризонта и турнейского яруса (интервал 6120-6250 м) характеризуются ее пониженным значением - 5306 м/с. Это связано с наличием в них прослоев глинистых известняков и известковистых тонкослоистых аргиллитов. Без учета этого интервала скорость в известняках карбона составляет 6392 м/с.
Карбонаты среднего девона (интервал 6289-6736 м) представлены доломитами и известняками. Доломиты извест-ковистые, микрозернистые. Известняки плотные, крепкие, прослоями редкокавернозные и пористые. Отмечается неравномерная перекристаллизация, местами слабая доломитизация. Интервальная скорость в карбонатах - 6570 м/с.
Карбонаты нижнего девона представлены, в основном, вторичными доломитами по органогенным и органоген-но-обломочным известнякам. Интервальная скорость в них (интервал 6736-6980 - последняя точка ВСП) - 6667 м/с. Можно принять, что величина в «6667 м/с» характеризует скорость в доломитах на глубинах более 6500 м.
Средняя плотность горных пород в естественном залегании рассчитана двумя способами - по результатам лабораторного изучения керна и по данным плотностного гамма-гамма-каротажа (ГГК-П). Недостатком первого способа является неравномерность охарактеризованнос-ти разреза скважины керном. На результаты второго влияют проникновение промывочной жидкости в поровое пространство горных пород на глубину, соизмеримую с «рабочей глубиной» ГГК-П (до 10 см), а также каверны в стволе скважины. Однако в целом два метода дали близкие результаты. Это говорит о высокой достоверности последних.
Данным ГГК-П охарактеризован интервал глубин 19576731 м. Шаг дискретизации наблюдений - 0,2 м. Результатам
научно-технический журнал
2 Георесурсы Ш4Ш
2,3
MZ
31
Плотность, г/см3 2,5 2,6
5L
П
«
К «
и
я &
сб
Н
X й Н
р.
о
>к
га в
P,kz
P2u
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
%
\
о \S
13
I (10 обр., песч.)
I-ir-Jt^3
£
i о
f§ IS
: о ! о
|§
: о ! о
la
: a
! A
io н*н (24 обр., песч)
a о
э
Кунтурский .
СоЗ ец
Филипповский горизонт
Московский ярус, ' верейский горизонт - C,vr
htn Ан
P,kz Vi
м( 2 обр., песч.)
<ЬР2и —i-
P[a+s+ar—
]<-Pifl
! (252 обр. изв., Zj" ¿бр. дол.)
м Башкирский С,Ь
5500 ■
I
2
(43 обр. изв.)
Тульский горизонт - Cjtl _ ''jy \J ^ (22 0бп
Бобриковский горизонт - Cjbb
„ „, C,al+mh+
КосьвинскииН-
радаевский гори- с ]jS+rd С,Ы
зонты - Cjks+rd c,t ' j
обР- и30 ) ti^W (39 обр. изв.)
D,e
D3zv->i-'1
D2efr^I____
Турнейский ярус - C,t
Фаменский ярус заволжский горизонт - D,zv
л ^Ь обр. ИЗВ.)
id—1(6 обр. изв.)
(5 обр. изв.)
D2ef,
(16 обр. изв.)
(113 обр. изв. 24 обр. дол.)
tyXyXy Песчаник
Алевролш Глины и
аргиллиты
Известняки н Доломиты
А А.| Ангидриты
| Стандартное отклонение, (смещено вверх-вниз
относительно точки, чтобы избежать перекрытия) _ Значения средней плотности горных пород по ГГК-П, искажённые влиянием увеличенного диаметра ствола скважины Размыв
Рис. 1. Параметрическая скважина 501 Вершиновская. Плотности коллекторских характеристик керна и ГИС (ГКК-П).
лабораторного изучения керна охарактеризован интервал глубин 1049-7001 м. Образцы представлены песчаником (интервале глубин 1049-4314 м, 36 шт.), известняком (493 шт.) и мергелем (5 шт.) (интервал 4903-6405 м), а также доломитом (интервал 6460-7001 м, 63 шт.). Всего 597 образцов.
Способ расчета плотности горных пород в естественном залегании по результатам лабораторного изучения
горных пород по результатам лаборатоного изучения физико-
керна нуждается в пояснении. Изучаемые образцы керна экстрагированы; из их порового пространства полностью удален флюид, поэтому объемная плотность характеризует только плотность породы (т. е. матрицу породы) и порового пространства. Кажущаяся минералогическая плотность породы - это плотность минералов, слагающих породу. Таким образом, разность кажущейся минералогической и объёмной плотности изученного образца будет
•— научно-технический журнал
Георесурсы i (43)
соответствовать его полному поровому пространству:
К = ((р - р ) /р )*100,
ПП vvrKM гО г кму
(1)
р - кажущаяся минералогическая плотность; р - объёмная плотность породы; К - полная пористость породы.
Оценка пористости пород по соотношению их объемной и минералогической плотностей дает наиболее достоверные результаты для характеристики пород в естественном залегании.
Поровое пространство пород, слагающих разрез, в естественных условиях заполнено пластовой водой. Плотность пластовых вод получена по результатам бурения скважины 501 Вершиновская и других скважин региона. Надсолевые терригенные отложения характеризуются наличием горизонтов с пресной и слабо минерализованной водой. Увеличение плотности вод наблюдается с татарского яруса - 1,00-1,02 г/см3. Воды в карбонатах нижней перми имеют плотность 1,147 г/см3- В карбонатах башкирского яруса - 1,147-1,165 г/см3, фаменского яруса - 1,168 г/см3.
Таким образом, результатом вычисления плотности горных пород в естественном залегании по результатам лабораторного изучения керна стала пластовая плотность, которая вычислена по формуле:
р = р + р * К
г ПЛ г О г ПВ П
(2)
р - пластовая плотность породы, р - объёмная плотность породы, рт - плотность пластовой воды, Кпп - полная пористость породы.
Плотности горных пород в естественном залегании, рассчитанные двумя способами, показаны на рис. 1. К центру каждого стратиграфического подразделения графика приписано среднее арифметическое плотностей данного интервала.
Наибольшее различие - 0,4 г/см3, в объёмной и кажущейся минералогической плотности пород, в пробах из интервала 1049-2407 м; К меняется от 23,6 до 16,9 %. В пробах интервала 2549-3510 м разность плотностей уменьшалась до 0,2 г/см3, К =2,5-9,8 %. Глубже, за счет горного давления, разность плотностей уменьшается и не превышает 0,1 г/см3 (К =0,07-1 %), кроме отложений башкирского яруса, где К некоторых образцов достигает 9,9 %.
Разность значений, полученных по ГГК-П и по керну в надсолевых терригенных отложениях, обусловлена тем, что на лабораторный анализ отбирались только образцы песчаника. Т.е. ими не охарактеризованы другие терриген-ные отложения. Значения средней плотности горных пород, оцененные по ГГК-П, московского (5344-5358 м), тур-нейского (6189-6250 м), фаменского (6250-6288,5 м) и верхнего эйфельского ярусов (6288,5-6736 м) искажены влиянием увеличенного диаметра ствола скважины (по показаниям каверномера).
В качестве достоверных можно принять следующие значения средней плотности горных пород в естественном залегании:
- породы филлиповского горизонта кунгурского яруса, представленные преимущественно ангидритами, (интервал 4788-4883 м) - 2,770 г/см3;
- известняки башкирского (5358-5449 м) - 2,648 +/- 0,040 г/см3, серпуховского ярусов (5449-5741 м) - 2,689 +/- 0,021 г/см3, окского горизонта (5741-6053 м) - 2,685 +/- 0,010 г/ см3, эйфельского верхнего (6288,5-6381 м) - 2,699 +/- 0,007
и нижнего подъярусов (6381-6736 м) - 2,791 +/- 0,047 г/см3;
- доломиты эмского яруса (интервал 6736-7005 м) -2,820 +/- 0,019 г/см3.
Плотность ангидритов филлиповского горизонта оценена по данным ГГК-П, а известняков и доломитов нижележащих отложений - по керну. Цифры с «+/-» соответствуют стандартному отклонению.
Таким образом, по результатам бурения сверхглубокой параметрической скважины 501 Вершиновская изучены физические характеристики карбонатов на больших глубинах. Впервые выполнено обобщение результатов изучения керна, данных ГИС и ВСП, характеризующих плотности карбонатов и интервальные скорости сейсмических волн в их толще. Эти данные необходимы для повышения достоверности интерпретации результатов сейсморазведки и гравиметрии, а также расчетов горного давления при проектировании сверхглубоких скважин.
Литература
Тюрин A.M. Геолого-геофизические характеристики пород надсолевого и солевого комплексов северо-восточной части Прикаспийской впадины. Недра Поволжья и Прикаспия. Вып. 18. 1999. 37-43.
Тюрин A.M. К вопросу о физических основах комплексирова-ния грави- и сейсморазведки при работах на нефть и газ. Недра Поволжья и Прикаспия. Вып. 32. 2002. 23-28.
Тюрин A.M. Некоторые особенности распределения интервальных сейсмических скоростей в отложениях прибортовых зон Прикаспийской синеклизы и Предуральского прогиба. Недра Поволжья и Прикаспия. Вып. 20. 1999. 53-58.
Тюрин A.M. Особенности распределения по глубине плотностей надсолевых отложений прибортовой зоны северо-востока Прикаспийской синеклизы. Российский геофизический журнал. № 23-24. 2001. 126-128.
A.M. Turin, R.R. Temirbaev. Physical characteristics of the carbonaceous rocks at big depths.
Research result of the well core, well log survey, vertical seismic profiling in the stratigraphic super-deep well Vershinovskay 501 were generalized in this article (bottom-hole depth is 7005 m). We estimated density and velocity of the carbonaceous rocks in different intervals at big depth.
Keywords: super-deep well, carbonates strata, densities, seismic waves' velocity.
Рамилъ Ренатович Темирбаев Инженер лаборатории геофизики. Научные интересы: геологическое моделирование резервуаров нефти и газа.
ООО «ВолгоУралНИПИгаз». 460000, Россия, Оренбург, Пушкинская ул., д.20. Тел.: (3532) 77-09-93, 34-04-58.
Анатолий Матвеевич Тюрин Зав. лаборатории геофизики. Научные интересы: изучение физических свойств горных пород, оптимизация методики полевых геофизических работ, разработка специальных приемов обработки и интерпретации полевых данных, построение типовых геолого-геофизических моделей изучаемых объектов, комплексирование геофизических методов исследований и методика геологоразведочных работ.
ООО «ВолгоУралНИПИгаз». 460000, Россия, Оренбург, Пушкинская ул., д.20. Тел.: (3532) 77-09-93, 34-04-58.
1 (43) 2012
^научно-техническим журнал
Георесурсы
