CC BY
13
УДК 548.1:662.276
МИНЕРАЛЬНЫЕ АССОЦИАЦИИ ВТОРИЧНОГО ЦЕМЕНТА ПЕСЧАНИКОВ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ НЕОКОМА БОЛЬШЕХЕТСКОЙ СИНЕКЛИЗЫ (ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ)
© 2013 г. А.И. Сухарев
Сухарев Анатолий Иванович - заведующий лаборато- Sukharev Anatoly Ivanovich - Head of the Laboratory,
рией, Центр исследования керна и пластовых флюидов, Center of Core Analysis and Reservoir Fluids, Branch of
филиал ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «Когалым- the «LUKOIL-Engineering» «KogalymNIPIneft», Druzh-
НИПИнефть» в г. Когалъме, ул. Дружбы народов, 15, by Narodov St., 15, Kogalym, Tyumen Region, Khanty-
г. Когалым, Тюменская обл., ХМАО, 628486, Mansi Autonomous Area, 628486, е-mail: suha-
e-mail: suharev@nipi.ws.lukoil.com. rev@nipi.ws.lukoil.com.
Рассматриваются парагенетические минеральные ассоциации в поровом пространстве пород-коллекторов неокома, их кристаллографические и химические особенности. Установлена пространственная связь их распространения с зонами развития литогеохи-мических аномалий ряда элементов. Отмечена зависимость дебитов продуктивных горизонтов от состава парагенетических минеральных ассоциаций цемента пород-коллекторов. Рассмотрена проблема анизотропии продуктивных горизонтов.
Ключевые слова: Западная Сибирь, Большехетская синеклиза, углеводородные залежи, минеральные ассоциация, термобарогеохимия.
Paragenetic mineral associations in steam space of breeds collectors of neolump, their crystallographic and chemical features are considered in the article. Special connection of mineral association distribution with zones litogeochemical development of a number of elements is established. The dependence of productive horizon outputs from the paragenetic mineral structure associations of breed collector cement is noted. The problem of anisotropy of the productive horizons is studied.
Keywords: Western Siberia, Bolshekhetsky syneclise, hydrocarbonic deposits, mineral association, thermobarogeochemistry.
Объектом исследования являются песчаники заполярной и мегионской свит (К] берриас-баррем) осадочного чехла Северо-Тазовской впадины - структуры II порядка Большехетской синеклизы [1]. Методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) с микрозондированием исследовались микродрузовые агрегаты в поровом пространстве пород-коллекторов, продуктивных на углеводороды горизонтов неокома. Проведено исследование более шестидесяти образцов. Сделано по 2-4 РЭМ-снимка различных участков каждого. Проведено от 1 до 6 микроанализов микро-друзовых агрегатов с индивидуальными кристаллографическими формами. В Южном федеральном университете методом вакуумной декриптации с газовой хроматографией температурных интервалов декриптации проведено исследование более 250 проб керна и шлама. В основе анализа лежат результаты испытаний пласта БУ18 как наиболее изученного, а также определения фильтрационно-емкостных свойств и рентгеноспектрального анализа керна.
Исследования порового пространства песчаников выявили различную степень заполнения его микродру-зовыми агрегатами, в составе которых основной объем занимают чешуйчатые и листоватые агрегаты хлоритов и гидрослюд. Кроме того, отмечаются вторичные микрокристаллы кварца, цеолитов, альбита, что подтверждается данными рентгеноструктурного анализа. Особый интерес представляют смешанослойные иллит-хлоритовые, хлорит- и иллит-смектитовые образования. На Пякяхинской площади разбухающая фаза представлена слабо упорядоченным хлорит-смектитом. Хлорит слабоокристаллизованный, преимущественно железистый, с диффузными и малоинтенсивными рефлексами, замещен смешанослойными неупорядоченными иллит-хлоритами и иллит-смектитами. В составе пелитовой фракции из керна скважины 2051
Северо-Хальмерпаютинской площади выделяются в основном магнезиальные хлориты. Выделены зоны развития диоктаэдрических иллит-смектитовых с 5060 % и триоктаэдрических хлорит-смектитовых сме-шанослойных образований с 10-15 % набухающих пакетов. Отмечаются ломонтит и диккит. Вероятно, различие в составе хлоритов связано с повышенными РТ-параметрами в системе «порода-флюид» на Севе-ро-Хальмерпаютинской площади по сравнению с Пя-кяхинской. Следует отметить, что данные площади относятся к различным структурным элементам погребенного доюрского комплекса.
Установлена контрастная вариация химического состава относительно сходных по форме кристаллических агрегатов, а также выделяются агрегаты различных кристаллографических форм с практически одинаковым химическим составом (рис. 1). Наиболее контрастно варьирует содержание суммарного железа (Ре0+Ре203). На фоне среднестатистического: до 10-15 %, контрастно выделяются чешуйчатые агрегаты с 25-35 % Бе0+Ре203. Изменение его содержания приводит к вариациям 8Ю2 и А1203. В одних случаях повышению Бе0+Ре203 соответствует понижение 8Ю2 при неизменном содержании А1203 в пределах 18-20 %. В других - повышение Бе0+Ре203 происходит за счет понижения А1203 до 510 %. Отмечаются переходные формы к псевдоморфозам, а также полные псевдоморфозы кремнезема по чешуйчатым агрегатам (рис. 1). Кроме чисто кремнистых псевдоморфоз, отмечаются натровые и кальциевые ме-тасомы [2]. В зоне развития данных метасом, в частности, №, выделяется микропрожилок с микродрузовыми агрегатами таблитчатого минерала. Форма кристаллов и их химический состав дают основание идентифицировать данный минерал как вторичный альбит. В зоне развития по чешуйчатым агрегатам Са-метасомы отмечаются кристаллы, которые по форме и химическому со-
ставу можно отнести к группе цеолитов. Особый интерес представляют титанистые гидрослюды. Отмечена Т1-81-метасома с содержанием ТЮ2 до 38 % при содержании 8Ю2 до 55 % Распространение титансодер-жащих минералов тяготеет к пространственно совпадающим геохимическим аномалиям К2О, 8г и Б.
Зафиксирована смена этапов минера-лообразования: на субстрате вторичного альбита и вторичного кварца кристаллизуются высокожелезистые чешуйчатые агрегаты. Смена этапов вторичного ок-варцевания и альбитизации кристаллизацией высокожелезистых гидрослюд указывает на полистадийность минералооб-разования, что подтверждается термоба-рогеохимическими исследованиями [3]. Развитие метасом также указывает на активность процессов минералообразования. Важную роль играют зоны трещиновато-сти, где на начальном этапе отмечаются процессы выщелачивания и формирования вторичного порового пространства. При дальнейшем развитии процессов ми-нералообразования здесь формируются микродрузовые агрегаты. Разнообразие парагенетических минеральных ассоциаций, их пространственная связь с литогео-химическими аномалиями ряда элементов связывается с флюидоактивными зонами этапов тектоно-гидротермальной активизации, признаки одного из которых установлены ЯЪ-8г-изохронным датированием метасоматитов, развивавшихся по ранне-триасовым вулканитам в Уренгойском районе погребенного Колтогорско-Урен-гойского рифта [4].
В процессе исследования термобарических (РТ) параметров в системе «порода-флюид» выделены экстремальный, прогрессивный, низко- и среднетем-пературный регрессивные этапы вторичного минера-лообразования [3]. Особый интерес представляют регрессивные этапы. Давление на среднетемператур-ном регрессивном этапе при Т 280-300 °С увеличивается с 30-35 МПа на глубине 1700 м до 45-50 МПа на 3500 м. На низкотемпературном этапе на соответствующих глубинах при Т 80-100 °С давление изменяется от 15-20 до 25-30 МПа, что практически соответствует гидростатическому. Это позволяет предположить наличие открытой зоны дилатансии с глубины 3500 м до поверхности палеобассейна. Выход зоны на поверхность косвенно подтверждается наличием аномальной зоны флюидоактивности на глубине 1450 м и присутствием хемогенных отложений в разрезе ниж-нечасельской свиты (К2 коньяк-кампан). Ряд исследователей связывает формирование реперных горизонтов Западной Сибири от триаса до палеогена с активизацией глубинных процессов [5, 6].
С зоной дилатансии можно связать формирование аргиллизитов, вскрытых 2-м стволом Пякяхинской-2020 на глубине 2800-3300 м, характеризующихся аномальным уровнем флюидоактивности. Эти факты
Рис. 1. Минеральные агрегаты в поровом пространстве пород-коллекторов неокома (РЭМ-снимки): 1 - псевдоморфоза кремнезема по гидрослюдам, гл. 3072,5 м; 2 - Са-гидрослюды, гл. 3085,7 м; 3 - чешуйчатые и таблитчатые агрегаты гидрослюд, гл. 3033,7 м; 4 -Тьгидрослюды, гл. 2980,8 м; 5 - кристалл кварца (т. 1.4) и псевдоморфоза кремнезема по чешуйчатым агрегатам, гл. 2972,6 м; 6 - №-метасома по чешуйчатым агрегатам хлорита, гл. 3153,1 м
косвенно подтверждают активное развитие в турон-кампанское время в границе Северо-Тазовской впадины позднеальпийского этапа тектоно-гидротермаль-ной активизации.
Интенсивность флюидного режима в системе «порода-флюид» наглядно отображается на диаграммах декриптации флюидных включений и определяется по уровню флюидоактивности (Б-пока-затель). Контрастность пиков температурных интервалов декриптации фиксирует этапы минералообра-зования (рис. 2а). Характерный пример интенсивного развития процесса вторичного минералообразова-ния зафиксирован по песчаникам мегионской свиты (К1 берриас-валанжин). В структуре декриптограммы четко выражены обособленные пики декриптации флюидных включений в низко-, средне- и высокотемпературных интервалах (рис. 2б). Есть основание утверждать, что низкотемпературный (Б1) Т 40-140 °С и среднетемпературный (Б2) Т 180-260 °С пики декрип-тации отражают результаты наложенных эндогенных процессов. Для сравнения, на декриптограмме песчаников покурской свиты (К1 апт-альб) пики температурных интервалов декриптации в отличие от мегион-ских песчаников выражены нечетко (рис. 2а). Активность декриптации в температурном интервале Т 300500 °С можно связать с первичными флюидными включениями в терригенной фракции породы.
110 100
90 | 80 К 70
I 60
Е= 50
1>
Ш
а 40 * 30 20 10 0
F4=J43,6 F3 = 40,8
О 80 160 240 320 400 480 Температура, С°
Г,= 179,1
■
Ш
y=106,08x-0-3 R2=0,274
□
y=299,65x-0-3 R2=0,860
]0 13 M 21
Отношение Fo6l4 /F2, усл.ед.
0 80 160 240 320 400 480 560 Температура, С°
Рис. 2. Декриптограммы песчаников: а - покурской свиты (К! апт-альб); б - мегионской свиты (К! берриас-валанжин)
Исследования керна Тюменской СГ6, проведенные ИМГиКХРЭ, показывают, что на ранней стадии метасоматоза при определенных условиях происходит улучшение коллекторских свойств пород, а с его интенсификацией - ухудшение [4]. На Пякяхинской площади также установлены факты влияния вторичных процессов не только на формирование залежей углеводородов, но и на дебиты продуктивных горизонтов. Показательным примером являются сближенные скважины 2020 и 2015 на Пякяхинской площади. При более высоких на 25-30 % значениях коэффициентов пористости и проницаемости песчаников пласта БУ18 в скважине 2015 при одинаковых параметрах испытаний ее продуктивность в 2 раза ниже, чем 2020. Отличительной особенностью пласта в скважине 20!5 по сравнению с 2020 является более высокое (на 45 %) значение емкости катионного обмена (ЕКО) пелитовой фракции при более низком (на 20 %) значении удельного электрического сопротивления (УЭС). Повышение значения ЕКО можно увязать с увеличением доли смектитовой составляющей, а УЭС - с высокожелезистыми гидрослюдами.
Установлена устойчивая корреляционная связь между дебитами пласта БУ18 и уровнем отношения Робщ к Б2 (рис. 3а). Общая выборка показала уровень корреляционной зависимости, равный 0,274. Одним из факторов разброса значений следует считать наличие в поровом пространстве пород-коллекторов скважин 2004, 2009 и 2015 зонального развития широкого спектра различных парагенетических минеральных ассоциаций.
s -1
а -2
Диаметр штуцера, мм!
„ ^ -4
Рис. 3. Диаграммы зависимости дебита от: а - уровня флюидоактивности; б - диаметра штуцера; 1 - скв. 2004,
2009, 2015; 2 - скв. 2002, 2003, 2008, 2010, 2012, 2013, 2020 (керн) и 2020 (шлам); графики зависимости:
3 - всех скважин; 4 - без скв. 2004, 2009, 2015; тренды падения дебитов: 5 - 2003, 2013; 6 - 2009; 7 - 2015
Следует отметить, что скважина 2015 пройдена в зоне развития контрастных пространственно совпадающих литогеохимических аномалий К2О, Бг, Р, АБ и Б, контролируемых зоной дилатансии. Исключив из выборки данные скважины, уровень корреляции составил 0,860. Данные о дебитах в относительных единицах и флюидоактивности приведены в табл. 1.
Вероятно, что в силу физико-механических свойств смешанослойные образования в противовес псевдоморфозам кремнезема в поровом пространстве коллекторов начинают играть роль природных коль-матантов. Косвенно это подтверждается тем, что при увеличении диаметра штуцера увеличивается тренд падения дебитов при прочих равных условиях (рис. 3б). Резкое падение отмечается в тех скважинах, где выделяется зональное развитие различных минералов от высокожелезистых до Бьметасом. Меньший тренд падения дебита отмечается в скважинах, где имеет место относительный мономинеральный состав микродрузовых агрегатов, представленный в основном М^-Бе-гидрослюдами.
Следует отметить, что максимальный дебит фиксируется при диаметре штуцера большем, чем при испытании многозональных породных комплексов. Химический состав микродрузовых кристаллических агрегатов в поровом пространстве пород-коллекторов пласта БУ18 приведен в табл. 2.
а
а
б
Таблица 1
Зависимость дебита скважин от Е-показателей флюидоактивности гидротермально измененных пород Большехетской синеклизы
№ № скв. Дебит D8-9 мм, отн. ед. Вакуумная декриптация
Интервал оп робования, м Проба Параметр эы флюидоактивности, отн.ед.
от до шт. объект F1 F2 -^бш Робш/F 2
1 2002 16,7 3 316,8 3 318,2 3 Керн 58,9 10,9 245,1 22,5
2 2003 61,2 3 294,3 3 295,2 3 » 113,0 57,2 263,5 4,6
3 2004 44,5 3 261,8 3 275,0 3 » 59,2 37,4 166,9 2,8
4 2008 66,4 3 269,2 3 270,1 3 » 169,4 47,4 348,1 7,3
5 2009 55,4 3 255,5 1 » 34,1 14,3 224,5 15,7
6 2010 71,4 3 286,3 1 » 30,4 39,4 173,5 4,4
7 2012 46,5 3 294,2 3 295,2 3 » 45,7 20,0 183,1 9,2
8 2013 62,3 3 324,0 3 326,0 3 » 40,8 29,1 179,4 6,2
9 2015 43,8 3 228,9 3 329,9 2 » 48,5 37,0 161,8 4,4
10 2015 40,4 3 338,3 1 » 66,2 46,1 182,8 4,0
11 2020 88,3 3 261,4 3 263,4 2 » 204,5 48,8 284,7 5,8
12 2020 88,3 3 250,0 1 Шлам 66,3 45,8 168,2 3,7
Таблица 2
Химический состав флюидизированных пород, вскрытых разведочными скважинами на Большехетской синеклизе
№ № скв.-№ пробы (кол-во т.н./ кол-во м.а.) Привязка по ГИС, м Содержание окислов, %
SiO2 TiO2 AI2O3 FeO + +Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O
1 2002-45 (1/3) 3 315,6 43,0 21,3 30,0 4,0 1,7
2 2003-112 (2/13) 3 301,3 39,2 18,1 32,4 7,2 0,3 2,5
3 2003-122 (2/12) 3 303,6 45,4 15,1 30,3 8,0 1,1
4 2004-51 (1/5) 3 271,8 52,1 9,3 35,5 3,1
5 2004-51 (1/1) 3 271,8 100,0
6 2008-84 (1/4) 3 264,0 75,2 20,5 4,2
7 2008-84 (2/8) 3 264,0 72,3 9,3 15 ,2 3,2
8 2008-87-1/1 3 260,7 53,8 19,2 3,6
9 2009-58 (2/4) 3 253,4 49,2 14,6 30,5 0,8 4,2 0,7
10 2009-58 (1/6) 3 253,4 99,6 0,4
11 2009-66 (1/9) 3 256,4 76,3 11,9 1, 5 0,2 3,2 6,8
12 2010-12 (2/6) 3 291,5 61,3 14,7 11,0 1,6 11,4
13 2010-18 (1/3) 3 291,5 80,7 4,1 13,1 2,1
14 2013-20 (1/2) 3 333,5 60,3 22,3 10,2 2,3 4,9
15 2015-163 (2/10) 3 230,6 56,2 18,6 22,6 2,2 0,2 0,2
16 2015-163 (1/6) 3 230,6 52,2 5,9 18,2 16,2 3,0 4, 1 0,5
17 2020-471 (2/6) 3 278,5 66,1 16,2 11,1 2,9 3,7
18 2020-497 (4/12) 3 275,1 60,2 19,6 12,5 3,4 2,6 1, 5 0,2
Все вышесказанное подтверждает выводы ряда исследователей о влиянии глубинных флюидов на характер распределения углеводородов и формирование их залежей [7, 8]. Исследования показали, что глинистые минералы не только играют роль индикаторов на изменения РТ-параметров в системе «порода-флюид», но и определяют характер распределения углеводородов. Особую роль играют парагене-тические образования, состав и объем в поровом пространстве которых влияют на дебиты продуктивных горизонтов. По мнению автора, исследования, акцентированные на определении генетической природы с учетом истории геологического развития региона, имеют большое практическое значение и призваны решать проблему анизотропии продуктивных стратифицированных горизонтов. Есть основание считать, что данная проблема связана с вторичными флюидоупорами и коллекторами, формирующимися
деструктивно по отношению к стратифицированным породным комплексам. О необходимости такого подхода к исследованиям породных комплексов неоднократно говорили на различных литологических совещаниях [9].
Результаты комплексных минералого-петрографи-ческих и термобарогеохимических исследований однозначно свидетельствуют, что формирование продуктивных залежей углеводородов Большехетской синеклизы происходило при активном развитии эпигенетических процессов углеводородной флюидиза-ции осадочных комплексов неокома, обусловивших образование парагенетических минеральных ассоциаций, игравших роль вторичных коллекторов и вторичных флюидоупоров. Совместное присутствие последних имеет доминирующее влияние на нефтегазо-отдачу и дебит промысловых скважин на углеводородное сырье.
Литература
1. Конторович А.Э., Клец А.Г. Схематическая геологическая карта доюрского комплекса Западно-Сибирского нефтегазоносного мегабассейна. Новосибирск, 2004.
2. Бетехтин А.Г. Минералогия. М., 1950. 957 с.
3. Труфанов В.Н., Сухарев А.И., Гамов М.И., Труфанов А.В. Гидротермальный литогенез и его влияние на распределение залежей углеводородов // Материалы Всерос. науч. конф. Ростов н/Д, 2011. С. 21 - 27.
4. Кременецкий А.А., Гладких В.С. Низкокалиевые то-леитовые базальты - индикатор эволюции палеогеодинами-ческих обстановок и прогноза глубинного углеводородного сырья (по данным Тюменской сверхглубокой скважины СГ6) // Геохимия. 1997. № 6. С. 609 - 617.
5. Федоров Ю.А., Криночкин В.Г., Иванов К.С., Посыльный Н.С. Этапы тектонической активизации Западно-
Поступила в редакцию
Сибирской платформы (по данным K-Ar метода датирования) // Докл. АН. 2004. Т. 397, № 2. С. 239 - 242.
6. Япаскурт О.В., Сухов А.В. Литогенез как отражение геодинамических стадий формирования раннемезозойского осадочного бассейна Северо-Восточного Зауралья (Колто-горско-Уренгойская депрессия) // Осадочные бассейны: закономерности строения и эволюции, минерагения : материалы 4-го рег. урал. сов. Екатеринбург, 2000. С. 178 - 184.
7. Дмитриевский А.Н. Фундамент новых технологий нефтегазодобывающей промышленности // Вестн. РАН. 1997. Т. 67, № 10. С. 893 - 904.
8. Иванкин П.Ф., Назарова Н.И. Глубинная флюидиза-ция земной коры и ее роль в петрорудогенезе, соле- и неф-теобразовании. М., 2001. 206 с.
9. Япаскурт О.В. Геоминералогия как основа для познания сути и стадийности процессов литогенеза // Минеральные индикаторы литогенеза : материалы рос. совещания. Сыктывкар, 2011. С. 65 - 66.
_6 марта 2013 г.
