CC BY
23
14 ГЕОЛОГИЯ
УДК 551
Формирование зон разуплотненных пород в образованиях фундамента и новые технологии сейсморазведки их картирования
В.Л. Шустер
д.г-м.н., профессор, главный научный сотрудник1, академик2 tshuster@mail.ru
1Институт Проблем нефти и газа РАН, Москва, Россия 2РАЕН, Москва, Россия
Рассмотрены основные первичные и вторичные геологические факторы, влияющие на формирование пустотности в массивных породах фундамента. Предложены новые технологии сейсморазведки, разработанные российскими учеными, позволяющие прогнозировать такие зоны.
материалы и методы
Геолого-геофизические материалы по Западной Сибири, Вьетнаму.
Ключевые слова
фундамент, нефть, трещиноватость, разуплотненные породы, сейсморазведка, рассеянные волны
Большинство открытых залежей нефти (газа) в породах фундамента приурочено преимущественно к трещиноватым коллекторам. Именно зоны развития разуплотненных трещинных, трещинно-каверновых и трещинно-каверново-поровых пород-коллекторов и являются очагами аккумуляции углеводородов из окружающих осадочных нефтегазопроизводящих толщ. Согласно нашим представлениям, формирование зон разуплотненных трещиноватых пород фундамента происходит под воздействием статических и динамических внутренних и внешних напряжений при относительно быстром снижении давления и температуры, сопровождаемом импульсом выделяемой энергии, который и является первопричиной разрушения, т.е. разуплотнения пород.
Распространение импульса энергии в виде волны приводит к переносу энергии из области разрыва в окружающую среду, к перераспределению напряжений и уплотнению окружающих пород соответственно объему возникшего разуплотненного пространства.
Какие же геологические факторы влияют на формирование пустотного пространства в кристаллических породах фундамента?
Анализ геологических материалов по зарубежным месторождениям нефти (газа) в образованиях фундамента [2] и месторождениям в Западной Сибири [1] показал, что в кристаллических породах распространена преимущественно трещинная, трещинно-ка-верновая пустотность, которая распространена крайне неравномерно как по площади, так и по разрезу (рис. 1). Максимальная часть полученного притока нефти из многосотме-трового опробованного разреза фундамента на месторождении Белый Тигр (Вьетнам) зачастую приурочена к небольшим интервалам в 20-40 м (до 60-80% притока). А на северном своде того же месторождения первые породы-коллекторы в разрезе встречены на глубине -500-700 м от поверхности фундамента, верхняя же часть — плохопроницае-мые породы (рис. 2).
Нами [2] модель строения залежи нефти в фундаменте названа неравномерно-ячеистая, тем самым подчеркивается сложный характер строения подобных ловушек: неравномерное распространение коллекторов в разрезе, в виде незначительных по размерам тел (ячеек).
Одним из факторов, сдерживающих поисково-разведочные работы на нефть и газ в фундаменте, было существовавшее долгие годы представление об ограниченном (корой выветривания) распространении трещиноватых пород в разрезе фундамента; т.е. их низкой пустотности. Однако в последние годы полученные новые данные по Татарстану [3, 4] по сверхглубоким скважинам СГ-6
и СГ-7 в Западной Сибири и по зарубежным месторождениям [2] позволили установить с полной определенностью факт распространения трещинно-кавернозных пород в массивных, в том числе, кристаллических толщах на значительную глубину от их поверхности (этаж нефтеносности в гранитоидах месторождения Белый Тигр достигает 2000 м).
На формирование пустотности в кристаллических породах фундамента влияет ряд факторов.
Формирование пустотности в гранито-идных массивах начинается со стадии остывания магмы. Начальная температура магматического расплава составляет порядка 900°С. Остывание происходит неравномерно, наиболее быстро на контакте с вмещающими «холодными» породами, температура которых значительно ниже, чем у магмы. Поэтому по периферии интрузивного тела в результате такого относительно быстрого остывания происходит образование жесткого каркаса быстро затвердевшей лавы (зоны «закалки»). По причине такого скоротечного остывания (на сотни градусов Цельсия) и значительного перепада давления происходит существенное уменьшение объема тела. Какая-то часть этой усадки приходится и на создание контракци-онной пустотности (зон разуплотнения), которая в [5] оценивается по результатам изучения Казахстанских гранитоидных массивов в 2-3% от общего объема остывшего тела. Пустотность выражена в трещинах, кавернах, раковинах, полостях, камерах, размеры которых могут достигать десятков метров. На нефтяном месторождении Оймаша контрак-ционную пустотность в фундаменте оценивают [6] в 8% от объема остывшего кристаллического массива.
Уже на стадии остывания магмы на формирование пустотности начинают оказывать влияние тектонические процессы, которые действуют в продолжение всей геологической истории. Многочисленные примеры связи трещиноватости (хороших ФЕС пород и нефтеносности) с зонами крупных разломов по мировым месторождениям нефти в фундаменте показаны в работе [7] . В Западной Сибири такая связь установлена в зоне (и вблизи зоны) Уренгой-Колтогорского разлома, где открыт ряд скоплений нефти в коре выветривания фундамента, а также в зоне крупного Шаим-ского разлома, где также открыты нефтяные месторождения в фундаменте [8, 9].
Помимо первичных процессов, на формирование пустотности оказывает влияние также и последующее вторичное геохимическое преобразование пород. Интенсивность и результат этих преобразований в значительной степени зависят от состава пород и характера изменения основных породообразующих минералов. Так, под воздействием
высокотемпературных глубинных гидротермальных растворов на месторождении Белый Тигр отмечена приуроченность высоких филь-трационно-емкостных свойств (ФЕС) пород и повышенной продуктивности к наиболее кислым магматическим породам, в первую очередь, к гранитоидам. На месторождении Оймаша (Казахстан) максимальными деби-тами (до 350 т/сут) и наилучшими ФЕС пород (Кп = 3,4-7%, иногда до 12,4%) характеризуются трещиноватые граниты. На месторождении Ла-Пас, Венесуэла максимальные дебиты также получены из гранитов, на месторождении Бомбей-Хай, Индия — из гранито-гнейсов.
В Западной Сибири на ряде крупных структур (Красноленинский свод, Шаимский вал) закартированы участки, где фундамент представлен кислыми породами и где на образование трещинной пустотности одновременно положительно влияют значительное тектоническое напряжение, связанное с зонами разломов, и состав пород фундамента, в которых под воздействием гидротермальных процессов пустотность увеличивается. Здесь, по-видимому, можно прогнозировать развитие зон множественной трещиноватости (ди-латансии) и рекомендовать поисково-разведочные работы на нефть в фундаменте.
На формирование вторичной пустотности оказывают влияние также и гипергенные процессы, с которыми связано образование кор выветривания. Именно с корами выветривания фундамента до настоящего времени и связаны, в основном, полученные промышленные притоки нефти.
В последние годы в отечественной сейсморазведке были разработаны новые технологии с использованием рассеянных волн [10-12], позволяющие выделять трещинно-каверноз-ные зоны в массивных плотных магматических (а также в метаморфических и карбонатных) породах. Эти волны представляют собой отклик от скоплений множества неоднородно-стей, какими являются трещины и каверны, заполненные газом или флюидом (нефтью, водой) на падающий фронт упругой волны.
Результирующим параметром в этих методиках является энергия рассеянных волн. Этому параметру эквивалентна по смыслу интенсивность трещиноватости.
Новые технологии позволяют на предварительной, перед бурением, стадии выделять зоны или участки разреза разуплотнённых пород-коллекторов с высокими ФЕС и целенаправленно выбирать местоположение и глубину проектных скважин (рис. 3).
Таким образом, выявлены основные геологические факторы, влияющие на формирование зон разуплотнённых трещиноватых пород-коллекторов в кристаллических породах фундамента.
Первичная пустотность образуется в результате остывания магмы и тектонических процессов. Вторичная, наложенная пустот-ность формируется под воздействием гидротермальных и гипергенных процессов.
Предложены методы сейсморазведки с использованием рассеянных волн, позволяющие картировать эти зоны в образованиях фундамента.
Итоги
На основании анализа геологических факторов формирования пустотности обоснована модель строения массивных пород.
а)
б)
Рис. 1 — а — Распределение интенсивности трещиноватости вскрытого фундамента (данные ВИНГ, 1994 г.); б — Распределение интенсивности трещиноватости 200 м ниже кровли фундамента (данные ВИНГ, 1994 г.)
Рис. 2 — Микронеоднородность трещиноватого резервуара (данные сейсморазведки 3D, ГИС, промыслово-геологические и гидродинамически)
Рис. 3 — Вертикальный разрез поля трещиноватости вдоль профиля с вынесенными скважинами результататми испытаний коры выветривания: 1 — приток нефти; 2 — пленка нефти; 3 — сухо; 4 — испытания не проводились. Северо-Даниловское месторождение (Ю.Л. Курьянов и др., 2008)
