CC BY
50
УДК 550.83:551.3
СЕДИМЕНТАЦИОННЫЕ СТРУКТУРЫ ПЕСЧАНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА НЕФТЕГАЗОНОСНОСТЬ
© Ф.С. Пракойо1
Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30.
Проведена систематизация типов седиментационных структур для континентальных и прибрежно-морских типов фаций. Установлено наличие типовых форм седиментационных структур, преобладающих типов электрофаций для основных типов осадков прибрежно-морских отложений, проведён анализ их емкостных характеристик, определяющих качество резервуара. Выполнена параметризация основных типовых форм структур с применением автокорреляционного анализа. Ил. 1. Табл. 3. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: песчаные коллекторы; условия формирования песчаных фаций; седиментационная структура; лагуна; шельф; турбидиты; структуры оползания; устье реки; дельта; автокорреляционная функция.
SANDY RESERVOIR SEDIMENTARY STRUCTURES AND THEIR INFLUENCE ON OIL AND GAS BEARING
CAPACITY
F.S. Pracoyo
Tomsk Polytechnic University, 30 Lenin pr., Tomsk, 634050, Russia.
The types of sedimentary structures are systematized for continental and coastal sorts of facies. The article identifies the
1 Пракойо Феликс Санто, магистр техники и технологии, аспирант, тел.: 89138521494, felix.santo@yahoo.com Pracoyo Felix Santo, Master of Engineering and Technology, Postgraduate, tel.: 89138521494, felix.santo@yahoo.com
ВЕСТНИК ИрГТУ №9 (80) 2013
103
presence of typical forms of sedimentary structures and predominant types of electro-facies for the main sediment types of coastal deposits, analyzes their capacity that determines reservoir quality. The parameterization of basic typical forms of structures is performed with the application of the autocorrelation analysis. 1 figures. 3 tables. 9 sources.
Key words: sandy reservoirs; formation conditions of sand facies; sedimentary structure; lagoon; shelf; turbidites; slump structures; estuary (river mouth); delta; autocorrelation function.
Наличие типовых форм седиментационных структур стало основанием для выполнения их ранжирования по условиям формирования и геометрии сочетаний элементов объема. Разработаны вероятностно-статистические методы анализа седиментационных структур. Определены фациальные условия формирования различных типов песчаников прибрежной зоны осадконакопления - наиболее характерных для песчаных фаций юры и мела Западной Сибири. Автокорреляционный анализ типов седиментациооных структур позволил охарактеризовать их вероятностно-статистическими моделями.
Анализ типа седиментационных структур является актуальным направлением литолого-фациальных исследований при решении задач изучения особенностей формирования песчаных отложений. Значение такого анализа особенно возрастает при разведке новых и доразведке известных залежей углеводородов (УВ) в терригенных резервуарах, в сложнопостро-енных (например, литолого-стратиграфического типа) ловушках [1, 2]. Седиментационные структуры в тер-ригенных комплексах при седиментации подвергаются химическим и биохимическим воздействиям, претерпевают изменения в ходе диагенеза и катагенеза. субстрат образуется при аккумуляции осадка, сформированного под физическим воздействием окружающей среды, в результате деятельности организмов, химического взаимодействия жидкости и осадка и др. [1-3]. Эти процессы определяют тип седиментационной структуры, особенности строения пустотного пространства в коллекторе.
Целью настоящих исследований является изучение параметров седиментационных структур, что позволит получить новые характеристические признаки для классификации слоёв и ячей резервуаров одноимённых пластов. Знание типа, классификационной формы и ёмкостных характеристик седиментационных структур обеспечивает дополнительную информацию о параметрах коллектора. Седиментационные структуры контролируют такие важные характеристики терригенных коллекторов, как размер песчаных тел, их площадное распространение, пористость, проницаемость. При создании седиментационных моделей и их количественной характеристике (функции автокорреляции) значимыми являются геометрические модели напластования. Возникновение тех или иных седиментационных структур связано в первую очередь с условиями их формирования в различных частях прибрежной зоны осадконакопления (рис. 1). Здесь возможны осадки континентального генезиса, собственно прибрежной зоны и зоны шельфа, континентального склона, преобладающие зачастую в продуктивных фациях юрских (прибрежно-морских и континентальных) или меловых (прибрежно-морских, шельфовых и
относительно глубоководных) продуктивных комплексах центральной и юго-восточной частей ЗападноСибирской платформы (ЗСП).
Методы исследования и результаты Условия формирования песчаных коллекторов изучались по опубликованной литературе [1-7 и др.], по результатам анализа седиментационных структур в естественных условиях залегания. Автором выполнено ранжирование типов седиментационных структур (для прибрежных условий осадконакопления) и обуславливающих их коллекторских свойств резервуаров УВ с использованием методов электрофациальной интерпретации и вероятностно-статистического моделирования геометрических типов фрагментации текстурных особенностей песчаных пород. Континентальная зона Эоловый режим осадконакопления Месторождения с резервуарами из эоловых отложений имеют хорошее качество коллектора [2, 4, 7]. Дюны являются доминирующими структурами осаждения для эоловых песчаников, где преобладает диагональная слоистость (табл. 1). В зависимости от направления ветра и ориентации песчаного тела, подвергшегося действию ветра, диагональная слоистость может быть наклонена в одном направлении или плоскости наслоений могут опуститься под разными углами. Характерны седиментационные структуры с фронтальным наклонным слоем конуса выноса, диагональной слоистостью, биотурбацией (табл. 1, 2). Характеризуются формой автокорреляции (АКФ), представленной в табл. 3,а.
Аллювиальные типы осадков Осадки аллювиальных систем зачастую состоят из гравийно-песчаных разностей русел и преимущественно глинистых отложений пойм при многократном их повторении и циклическом чередовании в разрезе [3, 5]. Осадки русел разветвлённой речной сети включают разности от крупнозернистых до мелкозернистых. Седиментационные структуры при условии ме-андрирования русла линзовидные и характеризуются АКФ, представленной в табл. 3,й. В зависимости от условий формирования, постседиментационного уплотнения и цементации тип седиментациионной структуры аллювиального генезиса, пористость, проницаемость коллектора могут быть весьма разнообразны. Однако немало участков хороших резервуаров состоят из речных отложений, для которых характерны галечниковый горизонт, трещины усыхания, шаро-во-подушечная структура, холмистое косое наслоение, перекрытие внахлёстку, следы выпахивания структур, структуры врезания и заполнения. (см. табл. 2).
Прибрежная зона
Озерный тип осадконакопления
Озёра формируются в различных экзогенных и эндогенных геологических обстановках. Седимента-ционные структуры, характерные для сильных волн и течений, в озёрах редки, хотя на больших озёрах известны штормовые волны эрозии. Приливные течения здесь отсутствуют, но ветровое напряжение может создавать приливно-ветровые зоны [2, 3, 8]. Озёра характеризуются низкой скоростью седиментации (<0,1 м на тыс. лет). Они получают ограниченное количество преимущественно мелкозернистого обломочного материала, который распространяется на большую площадь озера [1]. Седиментационные структуры озёрного комплекса представлены в табл. 1, 2, в них не редки трещины усыхания, наличие микротонких слойков, восходящая рябь. Для седимента-
ционных структур озёрного генезиса получены волнистые АКФ со слабоинтенсивными минимумами (табл. 3,б).
Дельтовые седиментационные системы
Дельты состоят из речного, волнового и приливно-отливного типов осадков [3]. В поперечном сечении латерально-прерывные песчаные тела имеют линзо-видный облик. Геометрия песчаных тел в зоне пляжа формируется в зависимости от гидродинамического режима. Форма тел и седиметационые структуры в дельте зависят от её типа.
Дельта речного типа характеризуется наличием прямых слабо извилистых дельтовых рукавов, формирующих вытянутые линейные (до лопастных) песчаные тела.
глу б окоео дно-морскпн
Схема осадконакопления: осадочные системы и типовые кривые ПС
Таблица 1
Примеры моделей седиментационных структур прибрежно-морского режима осадконакопления
Континентальный
Прибрежное море
Морской
Эоловый
Озерный
Турбидитовый
Дюна
Трещины усыхания
Конволютная слоистость
Речной
Дельтовый
Оползневой
Холмистое косое наслоение
Флазерная слоистость
Оползневая структура
Речной
Лагуна
Глубоководно-морской
Канал и выемка
нейная рябь
Строматолитовая структура
Аллювиальный
Шельф
Тектонический эффект
Галечниковый горизонт
Шевронная диагональная слоистость
Воронковая структура
Для дельты волнового типа характерными являются образованные ветром волны высокой энергетики с формированием гребневых песчаных комплексов и баровых тел, с седиментациионными структурами градационного типа, с волнистой рябью. Отложения приустьевой насыпи дельты формируют прибрежные барьеры, которые в седиментационных структурах представлены упорядоченной слоистостью [1]. В дельтовых системах не редки: лизовидная, волнистая, флазерная и шевронная диагональная слоистости; геопетальные, шарово-подушечные и биогенные структуры; линейная рябь; структуры врезания и заполнения (см. табл. 1, 2). АКФ дельтового комплекса представлены целым спектром функций (табл. 3, б, г, д, й), пористость и проницаемость существенно различается. Для дельтовых рукавов, проток проницаемость достигает 400-800 мД (при ^п=18-26%), для устьевых баров - 200-400 мД (kn=14-18°%).
Лагуны
Лагуны образуют водоёмы до нескольких сотен километров по длинной оси. Они возникают при формировании береговых валов, когда крупные песчаные бары отгораживают низменные участки побережий от проливно-отливных течений. Накопление песчаного материала в повышенных мощностях тяготеет к полосе баров и островов, которые отгораживают лагуны от открытого моря. Особенности лагунных отложений -тонкослойчатые текстуры и обилие биотурбаций [5].
Для них характерны линзовидная, волнистая, шевронная диагональная слоистость, линейная рябь [3]. Типичные седиментационные структуры лагун приведены в табл. 1, 2. АКФ для седиментационных структур лагунного генезиса имеют треугольный облик с пологим затуханием и слабоинтенсивными вторичными минимумами (табл. 3, з).
Шельф
Шельфовые осадки широко представлены в тер-ригенных толщах нефтегазоносных отложений ЗСП (в юрских и меловых нефтегазовых комплексов) [6]. Тип осадков на континентальном шельфе регулируется тектонической обстановкой, наличием рек, объемом приносимого материала, особенностями течений и волно-прибойной деятельностью. Условия седиментации на шельфе (см. табл. 1, 2) формируют различия в типе осадка, определяемые уплотнением, биомассой, распределением и разнообразием бентосных сообществ и биогеохимическими условиями осадкона-копления [7-9], распределением систем трещин. В результате переотложения и эрозии осадки шельфа хорошо отсортированы, проницаемы [9], для них характерны лизовидная, флазерная слоистость, геопе-тальные структуры (см. табл. 1, 2). АКФ седиментационных структур шельфа (табл. 3,к) имеют выраженный максимум с некоторыми вторичными осложнениями и проявленными минимумами.
Таблица 2
Характеристика коллекторских свойств для седиментационных структур прибрежно-морских
обстановок
Тип обстановки Седиментационная структура Размер зёрен Кп (%) Кпр (мД) Характер кривой ПС
Континентальный Эоловый Фронтальные наклонные слои конуса выноса, диагональная слоистость Глина -мелкое зерно 5-15 20-450 <
Речной Галечниковый горизонт, трещины усыхания, шарово-подушечная структура Глина -галька 5-25 0,0052500 С
Аллювиальный Структуры врезания и заполнения, перекрытие внахлёстку, канальные формы грубообломочного материала Глина -галька 10-30 5-1600
Прибрежно-морской Озерный Тонкая слоистость, восходящая рябь, трещины усыхания Ил -мелкое зерно 5-15 1-20 %
Дельтовый Линзовидная слоистость, волнистая слоистость, флазерная слоистость, шевронная диагональная слоистость Глина -грубое зерно 10-30 10-130, до >1000
Лагуна Линзовидная слоистость, волнистая слоистость, флазерная слоистость Глина -грубое зерно 10-19 1-280 >
Шельф Геопетальная структура, линейная рябь, шевронная диагональная слоистость Глина -крупное зерно 8-12 0,5-3
Морской Турбидитовый Восходящая рябь, продольная рябь, конволютная слоистость Глина -грубое зерно 20-30 1001000
Оползневой Оползневые структуры Глина -мелкое зерно <1 <10
Глубоководно- морской Линейная рябь, линзовидная слоистость, волнистая слоистость, шевронная диагональная слоистость, биогенные структуры Глина -мелкое зерно 15-32 102000 1
Морская зона Турбидиты
Структурные отличия турбидитовых пластов немногочисленны и обычно они распределены закономерно в виде так называемых «последовательностей Боума» [1, 3]. В идеальной модели можно выделить пять зон (Та... Тер), которые подразделяются с позиции изменения режима потока [3]. Строение турбидита изменяется с постепенным выклиниванием слоев, начиная с основания. Массивные пески вытесняются слоистыми песками, затем появляются косослоистые толщи [1]. Седиментационные структуры турбидитовых толщ представлены в табл. 1, 2. Среди них не редки восходящая и продольная ряби, факельная структура, конволютная слоистость, следы выпахива-
ния структур, знаки ряби. Для косослоистых осадков турбидитовой толщи характерны АКФ с проявленными вторичными максимумами и контрастными минимумами (табл. 3,е,г). Для турбидитовых толщ характерны высокие пористость (кп) и проницаемость (кпр), например, в осадках ачимовской толщи месторождений центральной части ЗСП (кп ^ 40-45%).
Оползневые осадки
Оползневые структуры характерны для зон развития флишевых отложений, в поперечных сечениях представляют собой круто поставленные или опрокинутые в одну или обе стороны складки, похожие на букву омега «П» [1]. Причины оползания разнообразны.
Автокорреляционные функции (АКФ) седиментационных структур
Таблица 3
Континентальные
Прибрежные
Морские
Эоловый
Озерный
Турбидитовый
20
Дюна (а)
-2
10
20
Трещины усыхания (б)
-2
0
10
20
Конволютная слоистость (в)
Речной
Дельтовый
Оползневой
2 0 -2
—I—I—¡*т"
1 3 5 7 9
Холмистое косое наслоение (г)
2 0 -2
Флазерная слоистость (д)
~1 I I I I П^^^^й^П
1 3 5 7 9
-2
Оползневая структура (е)
Речной
Лагуна
Глубоководно-морской
0 -2
т—I—I—
13579 Канал и выемка (ж)
2 0 -2
~1 I Г
1 3 5 7 9 Линейная рябь (з)
2 0
Строматолитовая структура (и)
Аллювиальный
Шельф
Тектонический эффект
0 -2
1-1-1-1-1X^1 I Г~1
123456789
Галечниковый горизонт (й)
2 0
~1 I I I I
13579
Шевронная диагональная слоистость (к)
2 0 -2
Воронковая структура (л)
0 -2
И I I I I 1
1 3 5 7 9 Восходящая рябь (м)
2 0 -2
~1 I I Г~
1 3 5 7 9
Геопетальная структура (н)
0 -2
Кливажные трещины (о)
2
2
2
0
0
0
0
2
2
2
2
2
Характерные структуры оползания возникают под действием силы тяжести, наблюдаются на очень крутых отмелях в приливно-отливных промоинах (см. табл. 1, 2) [1]. В таких отложениях редко формируются хорошие резервуары, так как местоположение плоскостей оползания нестабильное. Типичные седимента-ционные структуры оползневого комплекса представлены в табл. 1, 2. АКФ для структур оползания имеют пикообразный облик с вторичными осложнениями (табл. 3,е).
Глубоководно-морские осадки В глубоководной обстановке действуют различные
механизмы формирования осадка, связанные со скоростью потока, концентрацией зерна в потоке. Размер зерна и количество взвеси изменяются при трансформации потока от турбулентного разбавленного к ламинарному когезионному [2]. Основными архитектурными элементами седиментационных структур глубоководных систем осадконакопления являются: массивные - в каньонах, эрозионные - в каналах, агградаци-онные - в обвалованном русле (типы седименацион-ных структур представлены в табл. 1, 2). Для них характерны: диагональная, параллельная слоистость, биотурбация, наличие микротонких слоёв, холмистое
косое наслоение, сжатие и разрыв структур. АКФ для седиментационных структур глубоководных систем имеют сложную пилообразную форму с интенсивными минимумами (табл. 3,и,о).
Тектонический эффект
Тектонический процесс часто нарушает структуру резервуара. Сжатие, растяжение, компакция, транс-прессия [9] происходят в результате действия различных внешних факторов, тем или иным образом разрушающих, видоизменяющих осадок и седиментационные структуры. Тектонический фактор по-разному влияет на структуру резервуара, его опосредование в пористости и проницаемости коллектора должно рассматриваться самостоятельно. Сочетание элементов структур имеет различную внешнюю геометрию, размеры, пространственную ориентацию, определяются условиями осадконакопления и стратиграфическими характеристиками. От этих различий зависит внутренняя структура резервуара УВ, объем извлекаемых УВ. Математическая формализация становится основой
получения количественных параметров их различий. Автокорреляционный анализ архитектуры элементов седиментационных структур предоставляет дополнительную информацию для их типизации и формализации способов оценки градационных признаков для слоёв резервуара и его высокоёмких ячей. АКФ тектонического эффекта представлен в табл. 3, л.
Таким образом, седиментационные структуры, их элементаризация и математическая параметризация их структурных и текстурных особенностей представляют важную информацию об условиях осадконакоп-ления, процессах формирования коллекторских свойств нефтегазоносных пластов. Они являются основой для дальнейшей стадии исследования характеристик резервуара, его пористости, проницаемости, для создания эффективных методов воздействия на пласт. Условия формирования, характеризующие отличия резервуаров, представлены автором в седи-ментационных структурах, типах их электрофаций и автокорреляционных функций.
Библиографический список
1. Бгатов В.И. Осадочные породы. Сравнительная седимен-тология // Труды объединенного института геологии, геофизики и минералогии. Вып. 815. Новосибирск: Наука, 1994. 200 с.
2. Ежова А.В. Литология. Томск: Изд-во ТПУ, 2009. 336 с.
3. Селли Р.К. Введение в седиментологию. М.: Недра, 1981. 370 с.
4. Dune [Электронный ресурс]. URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Dune (дата обращения 12.04.2013).
5. Einsele Gerhard. Sedimentary basins. evolution, facies, and sediment budget. Berlin: Springer-Verlag, 1992. 615 p.
6. Sediments and strata. Interpretation of Broome Town Beach
samples [Электронный ресурс]. URL: http://mygeologypage.ucdavis.edu/sumner/gel109/labs/grains.ht ml (дата обращения 15.04.2013).
7. Skipper K. Antidune cross-stratification in a turbidite sequence. Cloridorme Formation. Gaspe, Quebec // Sedimentolo-gy. 1971. № 17. С. 51-68.
8. Slatt R.M. Stratigraphic Reservoir characterization for petroleum geologist, geophysics and engineers. Elsevier, 2006. 473 p.
9. Устинова В.Н., Устинов В.Г. Тектонически-напряжённые зоны нефтегазоносных структур и их изучение по данным сейсморазведки // Геофизика. 2004. № 1. С. 13-18.
