CC BY
18
ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОН КОЛЛЕКТОРОВ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ФУНДАМЕНТА В РАЗРЕЗЕ СКВ. 20009 НОВОЕЛХОВСКАЯ
И.Н.Плотникова (МЭПР РТ)
В последние годы изучение кристаллических пород фундамента и оценка перспектив их нефтега-зоносности приобретают все большую актуальность. Это обусловлено тем, что к настоящему моменту промышленные скопления нефти и газа, а также признаки нефтегазо-носности выявлены в магматических, метаморфических, эффузивных породах и их корах выветривания практически во всех нефтегазоносных провинциях мира. Оценка ресурсного потенциала кристаллических пород невозможна без детального изучения их фильтрацион-но-емкостных свойств. Это в свою очередь предполагает решение целого ряда задач, связанных с изучением природы образования и структуры пустотного пространства коллекторов кристаллического фундамента и влиянием на них петрологического состава, тектонического фактора и интенсивности процессов вторичного преобразования пород. В пределах древней Восточно-Европейской платформы изучение коллекторских свойств пород кристаллического докемб-рийского массива впервые было выполнено на основе результатов бурения скв. 20000 Миннибаевская и 20009 Новоелховская, а также ряда других поисково-оценочных скважин, вскрывших кристаллический фундамент на значительную глубину.
Приведем результаты исследования зависимостей распределения зон коллекторов по разрезу скв. 20009 Новоелховская от минерального состава слагающих его пород.
Выбор скв. 20009 Новоелховская в качестве объекта исследования обусловлен следующим. Во-первых, глубина вскрытия до-кембрийского кристаллического массива составила 4077 м (забой 5881 м), что является максимальной для Волго-Уральской области. Во-вторых, петрографический разрез скважины составлен по керну и шламу, причем последний отбирался регулярно и изучался макроскопически. В-третьих, в скважине выполнен широкий комплекс геофизических исследований (ГИС), что позволило с высокой долей вероятности выделить перспективные зоны коллекторов. В-четвертых, наряду с геолого-техническими исследованиями (ГТИ), проводимыми постоянно, включая периоды промывки и проработки ствола скважины, выполнялись исследования газовой составляющей глубинных проб глинистого раствора, что позволило косвенно оценить коллекторские свойства и флюидонасыщенность проницаемых зон.
Основным источником информации для построения геологического разреза по скв. 20009 являлся керн. Всего по породам кристаллического фундамента скв. 20009
за 1988-1999 гг. было сделано 120 долблений с отбором керна в общем интервале 1870-5357 м мощностью 3487 м. Интервалы между долблениями менялись от 0 до 60,3 м и в среднем составили 26,4 м. Средняя длина рейса с отбором керна равнялась 3,1 м. Общая проходка по породам фундамента с отбором керна достигла 372 м (9 % вскрытой части кристаллического фундамента), выход керна составил 186 м, что соответствует 50 % проходки с отбором керна, или 4,6 % вскрытой части кристаллического фундамента. Шлам отбирался с каждого 1 м проходки и использовался для изучения минерального и петрографического состава, выяснения закономерностей изменения состава пород по разрезу скважины, установления особенностей поведения отдельных минералов, определения возможности использования информации по шламу для корректировки данных по керну.
В результате комплексного анализа каменного материала и данных ГИС в разрезе скважины достаточно уверенно выделено 5 толщ различных состава и строения [2]. В каждой из них доминирующую роль играют породы, относящиеся к одному из структурно-вещественных комплексов архея, а локальные колебания состава и свойств обусловлены наложенными на них более поздними процессами разноэтап-
ной гранитизации и высокотемпературного диафтореза.
Характерной особенностью разреза скв. 20009 является чередование двух петрохимических ассоциаций пород — существенно глиноземистого и кальциевого рядов. По данным Т.А.Лапинской, А.В.Постникова и др., преобладающая часть сложена породами большечерем-шанской серии (табл. 1). Гранулито-вые образования отрадненской се-
рии представлены в основном амфи-бол-двупироксеновыми кристаллическими сланцами и биотит-гиперстеновыми плагиогнейсами в соотношении примерно 1:10, что типично для серии в целом. В скв. 20009 установлено изменение степени дис-лоцированности пород вниз по разрезу. Для верхней его части (толщи 1-111) характерно преимущественно согласное залегание пород под углом 30-45° к оси керна, что свойст-
венно гранулитам всего региона. В толще IV углы наклона гнейсовидно-сти и полосчатости выполаживаются и достигают 60о. Толща V наиболее дислоцирована, в ней наблюдаются частая смена пространственной ориентировки элементов залегания (0-60о), развитие мелких форм складчатости. Таким образом, отмечается общее увеличение степени бластокатакластических преобразований пород вниз по разрезу.
Таблица 1
Краткая характеристика основных толщ кристаллических пород, выделенных в разрезе скв. 20009 [2]
Толща Описание пород Глубина кровли, м Глубина подошвы, м Мощность, м
I Большечеремшанская серия Микропертитовые граниты с гранатом и силлиманитом с редкими тонкими прослоями биотит-гранатовых гнейсов и плагиогранитов. Микропертитовые граниты представлены разностями,типичными для рахмановского комплекса 1870 2026 156
II Отрадненская серия Биотит-амфибол-пироксеновые кристаллосланцы и гнейсы (эндербитогнейсы) и связанные с ними гранитоиды (эндер-биты и чарнокиты). Участками породы претерпели диафто-рическую переработку,в результате которой образовались биотит-амфибиловые гнейсы и гранитоиды ранне- и позд-небакалинского комплексов 2026 2325 299
III Большечеремшанская серия Высокоглиноземистые и глиноземистые гнейсы, в различной степени мигматизированные. Гранитоидный материал слагает прожилки и образует мощные тела (до 10 м). Гра-нитоиды типичны для рахмановского комплекса 2325 3117 792
IV Отрадненская серия Имеет сложное строение и представлена породами отрад-ненской серии и связанными с ними гранитоидами свияж-ского, ранне- и позднебакалинского комплексов, а также продуктами их диафторической переработки. Многие разности пород довольно специфичны и ранее не встречались в подобных объеме и сочетаниях 3117 4428 1311
V Большечеремшанская серия Высокоглиноземистые гнейсы и кристаллосланцы больше-черемшанской серии,гранитоиды рахмановского комплек-са,наличие следов проявления диафтореза,редкие прослои габброидов 4428 5881 1453
Итого мощность пород большечеремшанской серии 2401
Итого мощность пород отрадненской серии 1610
Таблица 2
Распределение зон коллекторов в разрезе скв. 20009
Толща кристаллических пород Зоны коллекторов
Суммарная Мощность интерва-
Толща Кровля, м Подошва, м Мощность, м мощность лов от общей мощ-
интервалов интервалов, м ности толщи, %
I 1870 2026 156 1 10,0 6,40
II 2026 2325 299 3 12,0 4,00
III 2325 3117 792 6 237,0 29,90
IV 3117 4428 1311 13 117,0 8,90
V 4428 5400 972 30 394,2 40,60
Итого для всего разреза 53 770,2 21,80
Итого для большечеремшанской серии 37 641,2 33,40
Итого для отрадненской серии 16 129,0 8,01
В табл. 1 нижняя граница толщи V соответствует забою скважины и обоснована изучением шлама в интервале 5357-5881 м, не охарактеризованном керном. Согласно комплексному обобщению результатов бурения скважины, которое было выполнено ранее [2], нижняя граница толщи V была определена на глубине 5400 м (к тому моменту скв. 20009 находилась в бурении). Отнесение нижней части разреза к толще V, выполненной породами
большечеремшанской серии, не вызывает сомнения, тем не менее в данной статье приводится анализ распределения коллекторов в разрезе скв. 20009 для интервала 1870-5400 м.
Рассмотрим характер распределения в разрезе скв. 20009 зон коллекторов, выделенных по ГИС. Здесь прежде всего необходимо отметить, что все без исключения зоны коллекторов кристаллического фундамента следует относить к
сложному типу коллекторов и флю-идальных систем, что обусловлено сложной структурой фильтрационных каналов и широким диапазоном изменения проницаемости матрицы.
На основании комплекса геофизических исследований скв. 20009 в ее разрезе (интервал 1804-5881 м) по данным Р.Ш.Хайретдинова выделены 63 зоны коллекторов, мощность которых варьирует от 1 до 76 м (в интервале 1870-5400 м выделены 53 зоны коллекторов).
Общая мощность зон коллекторов достигла 1034,2 м, что соответствует 25,8 % общей мощности пяти толщ. Однако распределение коллекторов по разрезу неравномерно. Из табл. 2 видно, что наибольшей мощностью коллекторов отличаются толщи III и V. В целом зоны коллекторов приурочены к породам большечеремшанской серии, в частности наиболее часто они встречаются в нижней части разреза, где их мощность также увеличивается (рис. 1). Необходимо отметить, что в общей мощности разреза, представленной породами большечеремшанской серии, доля коллекторов составляет 37,7 %, тогда как для отрадненской серии она практически не превышает 8 %.
Рис. 1. ИЗМЕНЕНИЕ МОЩНОСТИ ЗОН КОЛЛЕКТОРОВ С ГЛУБИНОИ В РАЗРЕЗЕ скв. 20009
Косвенным признаком наличия коллекторов в толще кристаллического фундамента является увеличение газонасыщенности бурового раствора в процессе бурения. Изучением свободных газов на протяжении всего периода бурения скв. 20009 занимались несколько организаций и велось оно по нескольким направлениям. Углеводородные газы, сорбированные породами на поверхности зерен, изучались в Раменском филиале ВНИИгеоси-стем под руководством В.И.Федорова. Объектом исследований являлся шлам из интервала 1886-4330 м. Газовая составляющая флюидных включений в минералах (по керну) изучалась под руководством Р.П.Гот-тих. Изучение свободных газов, фиксируемых в процессе бурения и промывки скважины, проводилось специализированной газокаротажной партией.
По данным ГТИ фоновая газонасыщенность промывочной жидкости (ГХум) была принята равной 0,0005 % и менее. Газы, зафиксированные в процессе бурения станцией ГТИ, представляют собой совокупность газов различной природы. Условно газы можно разделить на 4 основные группы: 1) сорбированные на поверхности пород; 2) окклюдированные в первичных, первично-вторичных и вторичных газовых, газожидких включениях в породообразующих минералах; 3) свободные, связанные с флюидами проницаемых зон, а также насыщающие открытое трещинно-поровое пространство кристаллических пород; 4) возникающие при механохимиче-ских реакциях, обусловленных тектоническими нагрузками. К сожалению, определение доли каждой составляющей в совокупном объеме газа, поступившего в промывочную жидкость, не представляется возможным. Тем не менее можно предположить, что незначительные повышения газопоказаний над фоновыми могут быть обусловлены выде-
лением в процессе бурения и разрушения пород сорбированных и окклюдированных газов, в то время как сильные аномалии, превышающие фоновые на несколько порядков, скорее всего, будут связаны с флюидонасыщенными трещиноватыми участками разреза кристаллического фундамента.
В связи с этим все интервалы газовых аномалий, зафиксирован-
ные по данным ГТИ в процессе бурения скважины, были условно разделены на 3 категории. Газонасыщенность первой из них варьировала от 0,001 до 0,002 %, второй — от 0,002 до 0,01 %. К третьей категории аномалий были отнесены наиболее интенсивные, газонасыщенность которых превышала 0,01 %, достигая в отдельных случаях 0,05-0,06 % (рис. 2).
Рис. 2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЗОВЫХ АНОМАЛИИ В РАЗРЕЗЕ скв. 20009
Газонасыщенность, %: А - 0,001-0,002, Б -0,002-0,01, В - > 0,01
Анализ распределения аномалий по разрезу скв. 20009 показал, что газовые аномалии первой категории, которые могут быть связаны с газами всех четырех групп, зафиксированы во всех пяти толщах и максимально проявили себя в III и V (табл. 3). Отмечается постепенное увеличение суммарной мощности интервалов аномалий с глубиной. Наибольшая доля этих аномалий связана с породами большечерем-шанской серии, хотя частота встречаемости аномалий в обеих сериях пород различается незначительно.
Что касается второй категории газовых аномалий, здесь различия меж-
ду породами большечеремшанской и отрадненской серий выражены более четко. Если в первой из них на долю газовых аномалий приходится 23,2 % мощности, то во второй лишь 9,7 %.
Наиболее интенсивные аномалии 3-й категории зафиксированы лишь в интервале нижней толщи V. В участках разреза, выполненных породными комплексами отраднен-ской серии, подобных аномалий не встречено.
Таким образом, проявление коллекторских свойств кристаллических пород и их газонасыщенность в большей степени связаны с теми участками разреза скв. 20009,
которые представлены породами большечеремшанской серии.
Приоритетное место в выделении коллекторов кристаллического докембрийского массива принадлежит термометрии [4]. В связи с этим в скв. 20009 постоянно проводились термометрические исследования по различным методикам. Анализ распределения в разрезе скважины температурных аномалий, выделенных по данным высокоточной термометрии (Христофорова H.H. и др., 1999), позволил подтвердить вывод о приуроченности зон коллекторов фундамента к определенным генетическим типам пород.
Таблица 3
Распределение интервалов с аномальной газонасыщенностью в разрезе скв. 20009 (газонасыщенность определена станцией ГТИ в процессе бурения скважины)
Толща кристаллических пород Интервалы повышенной газонасыщенности
Толща Кровля, м Подошва, м Мощность, м Число интервалов Суммарная мощность, м Мощность от общей мощности толщи, %
Газона -ыщенность 0,001-0 1002 %
I 1870 2026 156 8 52 33,30
II 2026 2325 299 7 213 71,20
III 2325 3117 792 36 459 58,00
IV 3117 4428 1311 59 435 33,20
V 4428 5400 972 32 536 55,14
Итого для всего разреза 142 1695 48,00
Итого для большечеремшанской серии 76 1047 54,50
Итого для отрадненской серии 66 648 40,20
Газонасыщенность 0,002-0,01 %
I 1870 2026 156 - - -
II 2026 2325 299 11 33 11,00
III 2325 3117 792 33 99 11,50
IV 3117 4428 1311 38 123 9,90
V 4428 5400 972 57 346 35,60
Итого для всего разреза 139 601 17,03
Итого для большечеремшанской серии 90 445 23,20
Итого для отрадненской серии 49 156 9,70
Газонасыщенность > 0,01 %
I 1870 2026 156 - - -
II 2026 2325 299 - - -
III 2325 3117 792 - - -
IV 3117 4428 1311 - - -
V 4428 5400 972 18 61 6,30
Итого для всего разреза 18 61 1,73
Итого для большечеремшанской серии 18 61 6,30
Итого для отрадненской серии 0 0 0
Таблица 4
Распределение аномальных зон, выделенных по данным высокоточной термометрии в разрезе скв. 20009 (интервал 1870-5045 м)
Толща кристаллических пород Температурные аномалии по данным высокоточной термометрии
Толща Кровля, м Подошва, м Мощность, м Число аномалий Суммарная мощность, м Мощность от общей мощности толщи, %
I 1870 2026 156 1 9 5,8
II 2026 2325 299 3 119 39,8
III 2325 3117 792 15 220 27,8
IV 3117 4428 1311 23 326 24,9
V 4428 5322 894 20 460 51,5
Итого по разрезу 3452 62 1134 32,6
Итого по породам большечеремшанской серии 1842 39 689 37,4
Итого по породам отрадненской серии 1610 26 445 27,6
Всего по результатам промысловых температурных исследований, выполненных по специальной методике, разработанной в Казанском государственном университете, в интервале 1804-5322 м были выделены 62 основные температурные аномалии с различной темпера-турно-градиентной характеристикой. Подробное сопоставление температурных аномалий с характеристикой разреза скв. 20009 было выполнено ранее [3]. Общий анализ их приуроченности к пяти толщам в разрезе скв. 20009 показал, что наибольшее число аномалий также связано с породами большечерем-шанской серии (табл. 4).
При исследованиях разреза Кольской скважины СГ-3 было установлено, что интенсивной тре-щиноватости и дроблению в первую очередь подвергаются лейкократо-вые, обогащенные кварцем породы типа гранитов, пегматитов, мигматитов, лейкократовых гранат-био-тит-плагиоклазовых гнейсов. Аналогичная картина наблюдается и в скв. 20009 — обогащенные кварцем породы, как правило, отличаются повышенной степенью трещинова-тости и поэтому являются наиболее вероятными потенциальными коллекторами. В частности, первая
толща пород представляет собой единый комплекс генетически связанных метаморфических образований, среди которых преобладают лейкократовые разновидности — плагиоклазовые и полевошпатовые. По частоте встречаемости в первой толще преобладают лейкократовые плагиогнейсы [2].
Как известно, прочность породы зависит от ее петрологического состава, структурных и текстурных свойств, температуры и давления. Какие факторы в большей степени будут влиять на образование пустотного пространства кристаллических пород и его структуру? Исследования, проведенные В.А.Кошля-ком по гранитоидным коллекторам месторождения Белый Тигр, позволили ему сделать вывод о том, что петрологический фактор практически не влияет на развитие трещино-ватости и вторичной пустотности. Также им отмечена зависимость всех типов пустотности гранитоид-ных коллекторов от структурно-тектонического фактора, которым определяются продолжительность и интенсивность процессов вторичного преобразования пород [1].
Анализ распределения зон коллекторов, выделенных в разрезе скв. 20009 по ГИС, показал, что
они, как правило, совпадают с интервалами интенсивных вторичных изменений и дробления пород или с контактами толщ и пластов пород, резко отличающихся по физико-механическим свойствам. Около половины потенциальных зон коллекторов характеризуются явной, четко выраженной трещиновато-стью, которая определялась по керну, шламу, каверномеру.
В целом геологический разрез скв. 20009 характеризуется сложным, многократным чередованием практически неизмененных кристаллических пород с хорошей сохранностью высокотемпературных парагенезисов и частично разрушенных пород, претерпевших многократные проявления деформации, диафтореза, милонитизации и др. с общей тенденцией повышения степени деформации с глубиной. Интервалы предполагаемых коллекторов приурочены в основном к зонам вторичных наложенных преобразований, а также к участкам смены петрографического состава пород и границам петрографических разностей. Данный факт может быть объяснен как минимум с двух позиций. С одной стороны, изменение вещественного состава пород является следствием проявле-
ния многогранных и многоступенчатых глубинных процессов, которые наиболее интенсивно будут протекать в разуплотненной среде, т.е. там, где перемещение жидких и газообразных фаз, а также теплового потока будет наименее затруднено. Поэтому зоны трещи-новатости и дезинтеграции, сопровождающие, к примеру, участок мигматизированных разностей, являются в какой-то степени унаследованными и обновленными (активизированными) уже в пост-докембрийское время. С другой стороны, наличие смены вещественного состава на границе слоев, пачек, толщ и т.д. обусловливает развитие в данном месте повышенной трещиноватости пород за счет их различных физико-механических свойств. Поскольку ввиду различной пластичности пород их реакция на сбросо-, взбро-сосдвиговые деформации, растяжение, сжатие и т.д. также различна, то это может явиться еще одной причиной образования трещи-новатости.
Присутствие в разрезе скв. 20009 многочисленных аномальных зон
не вызывает сомнения, как и длительная геологическая история их развития. Наблюдается увеличение числа выделенных зон коллекторов с глубиной, что также указывает на прямую зависимость наличия коллекторов от степени вторичных изменений и структурно-тектонических процессов. При этом логично предположить, что породы больше-черемшанской серии в большей степени испытали неоднократное воздействие наложенных процессов (милонитизация, диафторез, мигматизация и др.) либо были наиболее подвержены данным процессам, что и обусловило характерное распределение по разрезу скважины зон коллекторов, температурных и газовых аномалий.
Литература
1. Кошляк В.А. Гранитоидные коллекторы нефти и газа. — Уфа: Изд-во ТАУ, 2002. - 256 с.
2. Муслимов Р.Х. Кристаллический фундамент Татарстана и проблемы его нефтегазоносности // Р.Х.Мус-лимов, Н.Е.Галдин, С.М.Гвоздь, Р.П.Гот-тих и др. — Казань: Дента, 1996. — 488 с.
3. Плотникова И.Н. Сравнительный анализ интервалов-коллекторов, выделенных в разрезе скв. 20009 различными геофизическими методами // Георесурсы. — Казань: Изд-во Казанского ун-та, 2003. — № 4(12). — С. 11-16.
4. Хайретдинов Р.Ш. О выделении коллекторов в разрезах кристаллического фундамента сверхглубоких скважин // Георесурсы. — Казань: Изд-во Казанского ун-та, 2003. — № 4(12). — С. 8-10.
© И.Н.Плотникова, 2004
The article is devoted to the problem of studying the crystalline basement of Tatarstan, in particular — analysis of reservoirs distribution regularities in the section of magmatic and metamorphic rocks of parametric well No 20009. It is presented the analysis of factual material, and conclusions were made concerning regularities of reservoirs confinement to the particular genotypes of crystalline rocks.
УВАЖАЕМЫЕ ЧИТАТЕЛИ!
В издательстве СО РАН (Новосибирск) в 2001 г. вышла книга В.И.Сизых "ШАРЬЯЖНО-НАДВИГОВАЯ ТЕКТОНИКА ОКРАИН ДРЕВНИХ ПЛАТФОРМ"
(11,1 печ.л.)
Книга представляет собой крупное обобщение по покровно-складчатым структурам окраин древних платформ. Автором разработана оригинальная тектоническая модель таких структур, что позволяет с новых позиций рассмотреть парагенетическую сущность шарьяжно-надвиговых структур осадочного чехла и кристаллического фундамента. Она затрагивает пока что слабо разработанную для Сибирской платформы и других кратонных областей проблему нетрадиционных ловушек неантиклинального типа, возвращает к проблеме поднадвиговых нефтегазоносных структур.
