CC BY
711
УДК 550.8
A.B. Кальчева
Казанский государственный университет, Казань
КЕРН - ОСНОВНОЙ ИСТОЧНИК ПОЛУЧЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
Керн - это каменная летопись истории земли. С изучения керна начинается поиск, разведка, доразведка, а в дальнейшем и разработка любого месторождения. Глубокое бурение и всестороннее исследование керна являются практически единственными методами, которые позволяют получить достоверную информацию о свойствах и составе веществ на больших глубинах и обеспечивают объективную проверку и интерпретацию дистанционных исследований. Актуальными на сегодняшний день остаются вопросы изучения и сохранения керна, как важнейшего геологического документа.
Ключевые слова: керн, кернохранилище, лабораторные исследования керна.
Не секрет, что поиск необходимой информации нередко приводит людей в библиотеку. Ведь именно там, на книжных полках и в потертых временем переплетах, порой скрывается то, чего не найдешь ни в каких других источниках, и даже в Интернете. У тех, кто занимается геологическим изучением недр и оценкой хранящихся в них полезных ископаемых, библиотека своя. Называется она -кернохранилище.
Кернохранилище - это музей и своеобразная база данных о состоянии земных недр. Это стратегический запас современной науки, который необходимо хранить вечно. По образцам горных пород, взятых из скважин глубиной до 12 километров, можно судить о наличии полезных ископаемых на той или иной территории.
Для обычного человека образец керна - кусочка горной породы, извлеченной из земных глубин, - не более чем просто камень. Для специалистов же это бесценное сокровище наших недр (Рис. 1,2,3), настоящий кладезь уникальной информации, благодаря которому можно читать геологическую летопись нашей планеты, а также определять все необходимые параметры для подсчета запасов нефти, газа и, получив представление об особенностях строения природного резервуара, определять наиболее рациональные и экономичные способы разработки месторождений.
Значение керна, как основного свидетеля истории Земли, постоянно и неизменно высоко на всех этапах геологического исследования территорий. Оно не изменяется и на месторождениях, разбуренных плотной сеткой скважин, поскольку только на керновом материале можно изучить влияние техногенного фактора на изменение коллекторс-ких свойств пласта и фазовое состояние заключенного в нем флюида. Грамотное и квалифицированное прочтение каменной летописи несомненно повышает эффективность геологоразведочных работ на нефть и газ, позволяет получить достоверную информацию о свойствах и составе вещества, обеспечивает объективную проверку и интерпретацию дистанционных исследований.
К сожалению, в последнее десятилетие в России повсеместно сокращаются объемы буровых работ, а имеющийся на местах керновый материал часто находится в катастрофических условиях. Как правило, после отбора образцов керна на исследования, керн скважин, в основном, ликвидируется, а образцы - сохраняются в кернох-ранилищах. Ликвидация многих геологоразведочных пред-
приятий России повлекла за собой безнадзорность и разрушение большинства кернохранилищ. Безвозвратно утерян уникальный керн, поднятый из скважин многих нефтегазовых месторождений. Поэтому сегодня имеющийся на местах керновый материал требует особо бережного и тщательного хранения и изучения. Получение некачественного керна, потери его при транспортировке и хранении существенно снижают эффективность геологических исследований и вызывают необходимость проведения дополнительных геологоразведочных работ по доразвед-ке месторождений. Поэтому вопрос о сохранности полученного кернового материала стоит очень остро и весьма актуален. (Афанасьева, Русаев, 1997).
Необходимо обратить внимание на отношение к кер-новому материалу федеральных служб таких нефтедобывающих стран, как США, Канада, Норвегия и крупных нефтяных компаний, где сохранение керна и информации, получаемой в процессе его изучения, является общегосударственной задачей и подкреплено соответствующими законодательными актами. Так в центре исследования керна в Калгари (штат Альберта, Канада) хранится около 2 млн. погонных метров керна, при этом сохранен уникальный керновый материал конца XIX в.
В Республике Татарстан в июне 1938 года была пробурена первая структурная скважина на Булдырской структуре, с 1957 года широко разворачивается параметрическое бурение, а с 1970 г. планомерно и целенаправленно проводятся специальные работы по поиску и разведке залежей битумов, бурятся специальные скважины на природные битумы. За эти годы в Татарстане пробурено более 25000 структурных, тестировочных, поисково-разведочных, гидрогеологических, параметрических и специальных битумных скважин. Керн отбирался приблизительно в 60 % скважин. За многолетнюю историю нефтепоис-ковых работ на территории Татарстана бурением глубоких поисково-разведочных скважин пройдено более 8 млн. метров, а бурением структурно-тестировочных скважин - более 10 млн. метров. В разные годы объемы отбора керна, а также качество и процент его выноса на поверхность были неодинаковые. В настоящее время, благодаря современным технологиям, успешно осуществляется практически 100% отбор керна. Однако вопрос об условиях его систематизации и бессрочного хранения по-прежнему остается открытым.
Не менее важными проблемами являются полнота и
научно-технический журнал т • шт
23W
качество исследования керна, достоверность получаемых данных, сохранение обработанного кернового материала и полученных результатов с возможностью их использования в перспективе при решении новых задач оптимизации геологоразведочных работ и разработки месторождений. Используя образцы кернов, геологи и геофизики могут получать точную информацию о литологии пласта, реологическим свойствам флюидов, об особенностях коллектора для создания и уточнения геологических, гидродинамических, геофизических моделей - это лишь несколько примеров важной информации, которая может быть получена в результате успешного выполнения программы по отбору керна.
Отбор керна
Отбор керна может производиться разными способами с использованием различных инструментов в скважинах разного диаметра. Извлекать керн необходимо неповрежденным, чтобы сохранить без изменений механические и физические свойства породы, которая может быть
сплошной и твердой или, состоять из конгломератов, несцементированного песка, угля, сланцев или глины.
Рис. 1. Аргиллит слоисто-ос-колъчатый, с крупными кристаллами пирита (до 2 см), бобриковские отложения, глубина образца 1142,0 м.
Рис. 2. Песчаник нефтена-сыщенный, с гипсовыми округлыми включениями, боб-риковские отложения, глубина образца 1164,0 м.
Рис. 3. Переслаивание алевролитов, песчаников селективно слабо нефте-насыщенных с аргиллитами перемято-слоистыми, бобриковские отложения, интервал отбора керна 1380,0-1384,0 м.
Поскольку исследование керна дает нам ту информацию, получение которой другими способами (например, геофизическими исследованиями в скважинах) пока невозможно, планирование работ по отбору керна должно выполняться группой специалистов - геологами, литоло-гами, геофизиками и петрофизиками, перед которыми стоят различные задачи, направленные в комплексе на решение единой проблемы - рациональной выработки запасов нефти и газа, достоверной оценки их запасов на различных стадиях освоения месторождений.
Фактор времени в исследовании керна - один из важнейших при изучении нефтеносности осадочных бассей-
нов. Анализ экспериментальных работ свидетельствует о том, что нефть, содержащаяся в породах, начинает терять легкие фракции сразу же после подъема керна на поверхность, поэтому, по возможности, керн должен парафинироваться (Рис. 4). Легкая нефть и/или конденсат, содержащаяся в керне, по прохождении нескольких дней полностью улетучиваются. Это означает, что керн с буровой должен доставляться оперативно в течение первых дней, что позволит не упустить незначительные признаки нефтеносности и сконцентрировать усилия на их изучение, обращая при этом особое внимание на текстурные особенности толщ, элементы разрывных нарушений.
Отношение к керну является показателем не только уровня геологических знаний любого геолога, но и оценкой степени его профессионализма, его интеллектуального развития. Поэтому воспитание в студентах кафедры геологии нефти и газа - в будущих геологах-нефтяниках -правильного понимания значения керна для производства и для науки является важной и актуальной задачей. Решение этой задачи уже много лет успешно осуществляется во время учебных практик, которые проводятся на научно-учебной базе кафедры геологии нефти и газа Казанского государственного университета.
В соответствии с Программой работ по изучению залежей битумов, утверждённой Татарским ОК КПСС в 1975 г., с целью лучшего осуществления аналитических работ по исследованию образцов горных пород и хранения большого объема получаемого керна структурных и битумных скважин на средства объединения «Татнефть» возле п.Ореховка Зеленодольского района Республики Татарстан, в пригороде г.Казани, в нескольких километрах от железнодорожной станции Обсерватория был выстроен комплекс зданий и сооружений, предназначенных для осуществления научно-исследовательских работ по геологии вязких нефтей и битумов, который распоряжением Министерства нефтяной промышленности СССР № ВМ-3572 от 25 апреля 1980 г. был передан на баланс Казанского государственного университета (КГУ).
На базе данного комплекса по обработке керна согласно приказу ректора КГУ № 47 от 24 апреля 1981 года было создано новое структурное подразделение кафедры геологии нефти и газа - научно-учебная база (НУБ) с кернох-ранилищем и лабораторным корпусом. Первоначально перед НУБ были поставлены две основные задачи: 1) выполнение утвержденных АН СССР, ГННТ СССР и Госпланом комплексных программ по проблеме «Геология и геохимия природных битумов и вязких нефтей»; 2) подготовка специалистов для нужд народного хозяйства страны по специальности «Геология и разведка месторождений нефтей
Рис. 4. Запарафинированный керн, отобранный из скважины, 100%-ый вынос керна.
научно-технический журнал
I еоресурсы з (31) 2009
Рис. 5. В кернохранилище научно-учебной базы кафедры геологии нефти и газа хранится более 120 000 учетных единиц уникального каменного материала.
Рис. 6. Каждый образец керна, отобранный для исследования или бессрочного хранения, снабжается этикеткой.
и битумов». В дальнейшем, в связи с развитием материально-технической базы аналитической лаборатории НУБ, массовые работы по исследованию керна были включены в планы пятилеток того времени.
На территории научно-учебной базы кафедры геологии нефти и газа, занимающей 0,6 га земли, находятся: капитальное отапливаемое здание кернохранилища, не отапливаемое кернохранилище ангарного типа, двухэтажный лабораторный корпус и вспомогательные здания. Общий расчетный объем хранения керна более 153 000 п.м. Наличие стеллажей на сегодняшний день позволяет вмещать более 48 000 погонных метров керна, 60% из которых уже заполнены керном структурных, тестировочных, параметрических, оценочных, специальных битумных и глубоких поисково-разведочных скважин.
В кернохранилище научно-учебной базы кафедры геологии нефти и газа Казанского государственного университета (Рис. 5) хранятся более 120 000 учетных единиц (из более 1500 скважин), собиравшегося в течение 30 лет, уникального каменного материала, литологических коллекций и коллекций неф-тей и битумов, являющихся национальным достоянием не только Республики Татарстан, но и России (Нургалиева, Кальчева, 1999).
Хранение керна в кернохранилище подразделяется на два этапа: промежуточное хранение вновь поступившего не изученного керна и бессрочное хранение керна, на которое переводятся специально отобранные образцы и коллекции керна, представленые, в том числе, образцами пород из различных регионов России.
Сегодня кернохранилище представляет собой специализированный склад, оснащённый стеллажами. Сотрудниками кафедры геологии нефти и газа была разработана
система учета и хранения керна. Обозначение точного адреса отдельной ячейки стеллажа обеспечивается следующим образом: зал кернохранилища условно разбит на четыре сектора - А; Б; В; Г. Сектор А представляет собой керноразборочный блок, где также осуществляется хранение не изученного керна (подсекторы А/1, А/2, А/3). В секторе Б находятся 5 блоков (сдвоенных рядов) стеллажей. В секторе В находятся 7 блоков стеллажей, в секторе Г - 5 блоков стеллажей. Каждый блок разделен на секции (от 4 до 20 секций в блоке), в каждой секции по 4 полки. Таким образом, каждая ячейка стеллажей имеет свой адрес, состоящий из названия сектора, номера блока стеллажей, названия секции, номера полки. Так, например, ячейка с адресом Бх1УхМх3 находится в секторе Б, в IV блоке стеллажей, в секции М на 3 полке. При этом ячейка стеллажей содержит ящик с разложенными в коробки образцами керна. Почти все как в настоящей библиотеке, только каменной. Образцы керна, прошедшие лабораторные анализы (цилиндрики, кубики, обточки и др.), укладываются на хранение в картонные коробки и в ящики тех же размеров, что и полноразмерный керн. При этом каждый образец, снабжается этикеткой и укладывается в отдельную коробку (Рис. 6). На торцы каждого ящика наклеиваются этикетки с информацией о его содержимом. Ящики в ячейках стеллажей размещаются этикеткой в сторону прохода между стеллажами.
Работа с керновым материалом в кернохранилище состоит из следующих этапов:
1. Приём и регистрация керна.
2. Описание и отбор образцов керна.
3. Подготовка керна и отобранных образцов к длительному хранению.
4. Лабораторные исследования керна.
5. Бессрочное хранение керна.
6. Изучение керна студентами специальности 020305 «Геология и геохимия горючих ископаемых» в период 2-ой учебной практики.
7. Создание базы данных по результатам изучения керна и электронного каталога имеющегося кернового материала.
Прием и подготовка керна к исследованиям
Весь процесс хранения и изучения керна завязан в единый технологический цикл, начиная от приема и первичного осмотра до укладки уже исследованного
Рис. 7. Описание керна.
Рис. 8. После отбора и регистрации образцы направляются в аналитическую лабораторию.
3 (31) 2009
^научно-техническим журнал
Георесурсы
керна на стеллажи. Сначала поступившие в кернохрани-лище ящики с керном поступают в зону приема, раскладываются по порядку номеров слева направо в порядке возрастания глубины, далее проводится их ревизия и сверяется учетная документация. Далее устанавливается соответствие поступившего керна предварительному описанию, выполненному геологом на скважине и каротажным диаграммам. По этим данным можно определить, не вкралась ли в раскладку керна на скважине случайная ошибка, и разложить поступившие образцы породы в строгом соответствии с глубиной.
Исследование керна профильными методами
В единой технологической цепи приема, подготовки и исследования керна полного диаметра неотъемлемыми являются этапы его изучения профильными методами: фотографирование, подробное литологическое описание керна (Рис. 7), в которое входит структура и текстура породы, минералогический состав и характер насыщения, с учетом которых отдельные образцы, характеризующие геологический разрез скважины, направляются на дальнейшие исследования. Необходимо отметить, что литологическое описание керна уточняется, детализируется, пополняется новыми данными о строении толщ горных пород в процессе продвижения керна по всем звеньям технологической цепи.
Любое изучение пород проводится на образцах правильной геометрической формы - цилиндрической или кубической, которые выбуривают из керна и торцуют. Если невозможно изготовить образцы геометрически правильной формы, от них откалываются кусочки произвольной формы. По необходимости производится изготовление шлифов - микрометровых срезов, на которых виден минеральный состав породы.
После отбора и регистрации образцы направляются в аналитическую лабораторию(Рис. 8).
Перед тем как приступить к исследованиям, керн подвергается экстракции и освобождается от нефти, битума и солей. Процесс этот не быстрый - в зависимости от насыщенности образцу требуется для «очищения» от одной недели до месяца и более.
В совокупности материалы исследования керна профильными методами являются основой для создания достоверных геологических моделей перспективных для поиска объектов и месторождений, подсчета запасов залежей углеводородов.
Исследование образцов керна
Исследование свойств горных пород - пористости, проницаемости, нефтегазонасыщенности - является одним из «кирпичиков» нефтяной геологии. Исследование кернового материала началось в Республике Татарстан одновременно со структурным бурением в 1938 году и продолжается в наши дни.
Исследование образцов керна проводится в аккредитованной аналитической лаборатории, находящейся в лабораторном корпусе на территории научно-учебной базы кафедры геологии нефти и газа КГУ. В дело вступает цепочка исследовательского оборудования, определяющая нефте-битумонасыщенность, гранулометрический, ми-
нералогический составы породы, ее пористость, плотность, проницаемость, карбонатность, смачиваемость, электрические и другие свойства. На этой основе потом и рассчитываются запасы месторождений нефти и газа, даются рекомендации для их рациональной разработки.
Стандартные образцы керна и шлифов сохраняются в оперативном архиве лаборатории на период исследований керна, а «не участвующая» в исследованиях порода раскладывается в коробки, изготовленные из гофрокартона, и следует в кернохранилище на бессрочное хранение. В дальнейшем, после проведения всех лабораторных исследований стандартные образцы, порошки и кусочки обработанного керна раскладываются в те же коробки, что и не исследованные части отобранных образцов и также хранятся бессрочно. Интересующий экземпляр находится и выбирается по электронному каталогу.
Информация, получаемая на всех этапах единой технологической цепи подготовки и исследования пород, вносится в базу данных «Лабораторные исследования керна» и в электронный «Каталог кернового материала», разработанные на кафедре геологии нефти и газа КГУ.
Стандартный комплекс исследований керна является основой оценки перспектив нефтеносности новых площадей и толщ земной коры, обоснования и постановки на баланс приращиваемых промышленных запасов нефти и газа, составления и/или уточнения алгоритмов интерпретации материалов ГИС при подготовке геологических, гидродинамических моделей месторождений, при подсчете геологических и извлекаемых запасов углеводородов, рассматриваемых и утверждаемых в Государственной комиссии по запасам.
Но основной задачей на сегодняшний день остается сохранение и бессрочное хранение полноразмерного керна, а не только его образцов и коллекций.
Таким образом, для сохранения уникальных геологических экспонатов - полноразмерных кернов, возраст которых насчитывает миллионы лет, необходимо создать Региональный Центр хранения кернового материала, палеонтологических и литологических коллекций и коллекций нефтей и битумов Республики Татарстан в рамках Единой государственной системы учета и хранения кернового материала, обеспечивающий фундаментальные и прикладные исследования и решающий проблемы комплексной оценки ресурсов недр Татарии.
Литература
Афанасьева М.С., Русаев A.A. Керн как первичный источник геологической информации: принципы систематизации и хранения. Тезисы докладов Второго Международного Симпозиума «Нетрадиционные источники углеводородного сыгрья и проблемыi его освоения». Санкт-Петербург, 23 - 27 июня 1997. 71 - 72.
Нургалиева Н.Г., Кальчева A.B. О необходимости создания фондов кернового материала и литологических коллекций Республики Татарстан. Тезисыг докладов юбилейной конференции «Геология и современность». Казань. 27 - 28 мая 1999. 108 - 109.
A.V. Kalcheva. The core as one of the main sources of geological data.
In present paper some key problems of studying and core preservation at the Geology of Oil and Gas department of Kazan State University have been considered.
Keywords: core, lab core investigations, core depository.
|— научно-технический журнал
426 м estтеш »i«gi
