CC BY
15УДК 622.011
К.Ю. Муринов1, С.П. Гвоздик1, Е.Н. Савельева1, Л.М. Шишлова2
1 ООО «БашНИПИнефть» (Уфа, Башкортостан, Россия).
2 Уфимский государственный нефтяной технический университет (Уфа, Башкортостан, Россия).
Влияние литолого-минералогического состава на петрофизические свойства терригенных пород нижнего карбона Хасановской площади
Изучение терригенных коллекторов нижнего карбона является неотделимой частью поиска и разработки нефтяных месторождений Башкортостана. Известно, что характер коллекторских свойств пород обусловлен их структурно-вещественными особенностями, которые формируются под влиянием условий осадконакопления и постсе-диментационных процессов. Высокая степень неоднородности фильтрационно-емкостных свойств терригенных отложений обусловлена их литолого-минералогическим составом и вторичной преобразованностью. Определение содержания глинистых минералов, а также типа и количественного соотношения отдельных минералов в глинистом цементе - важная часть проблемы изучения подобных коллекторов.
Формирование осадков терригенных отложений нижнего карбона (бобриковского горизонта) Хасановской площади происходило в прибрежно-континентальных условиях, что способствовало образованию и накоплению глинистого материала и сопровождалось неоднородным распределением углеводородов и соответствующими изменениями фильтрационно-емкостных свойств.
В данной работе приведены результаты литолого-петрофизических исследований кернового материала бобриковского горизонта, отобранного из скважин № 150, 151, 154 Хасановской площади. По результатам исследований выявлены широкие диапазоны изменения петрофизических характеристик: пористости, проницаемости остаточной водонасыщенности, диффузионно-адсорбционной активности. Установлено, что основное влияние на коллекторские и петрофизические свойства изучаемых отложений оказывают тип и минеральный состав цемента слагающих пород. Поскольку различные глинистые минералы, образующие цемент, отличаются удельной поверхностью и способностью к набуханию, глины различного минералогического состава влекут за собой неоднотипные изменения петрофизических свойств горных пород. Таким образом, с увеличением в составе глинистого цемента иллитовой составляющей наблюдается снижение фильтрационно-емкостных характеристик исследуемых пород и рост количества физически связанной воды, а также увеличение диффузионно-адсорбционной активности.
Ключевые слова: терригенный коллектор, фильтрационно-емкостные свойства, минералогический состав, остаточная водонасыщенность, диффузионно-адсорбционная активность, структура порового пространства.
K.Yu. Murinov1, S.P. Gvozdik1, Ye.N. Savelyeva1, L.M. Shishlova2
1 BashNIPIneft LLC (Ufa, Bashkortostan, Russia).
2 Ufa State Petroleum Technological University (Ufa, Bashkortostan, Russia).
Litho-mineralogical composition effects on the petrophysical properties of Khasanovskaya area Carbonic period terrigenous rocks
Investigation of the Carbonic period terrigenous reservoirs is an integral part of Bashkortostan oil fields search and development. It is known that the nature of the reservoir characteristics of the rocks is conditioned by their structural and material properties formed under the influence of deposition of sediments and post-sedimentation processes. High degree of terrigenous deposits reservoir properties non-uniformity is conditioned by their litho-mineralogical composition and secondary maturation. Determination of clay minerals, as well as the type and quantitative ratios of the individual minerals in the clay cement - is an important part of such reservoirs investigation.
Formation of sediments of Carbonic period terrigenous deposits (Bobrikovsky horizon) Khasanovskaya area was in coastal-continental conditions that contributed the formation and accumulation of clay material and were accompanied by hydrocarbons non-uniform distribution and the corresponding changes of reservoir properties. This paper presents the results of lithological and petrophysical study of Bobrikovsky horizon core material selected from wells No. 150, 151, and 154 of the Khasanovskaya area. Based on the study findings a wide range of petrophysical characteristics is revealed: porosity, permeability of residual water saturation, diffusion-adsorption activity. It was found that the type and mineral composition of the cement formations have the main influence on the reservoir petrophysical properties of investigated sediments. Since different clay minerals constituting the cement, are characterized by a specific surface area and swellability, clays of various mineral composition entail varied changes of petrophysical properties of rocks. Therefore with an increase of illite component in the composition of clay cement a decrease of reservoir properties for examined rocks and an increase of physically bounded water amount, as well as an increase in the diffusion-adsorption activity, are evidenced.
Keywords: terrigenous reservoir, reservoir properties, mineral composition, residual water saturation, diffusion-adsorption activity, pore structure.
ЛИТОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, СТРОЕНИЕ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА И ТИПЫ ЦЕМЕНТАЦИИ
Скважины № 150, 151 и 154 Хасановской площади расположены в западной части Южно-Татарского свода на территории Республики Башкортостан. Формирование отложений бобриков-ского горизонта, вскрытых данными скважинами,происходило в условиях прибрежной заболоченной низины с преобладанием в разрезе алевропе-литов. Прослои песчаников преимущественно не выдержаны. Для них характерны биотурбация, прослои угля, углефицированного и пиритизирован-ного растительного детрита и линзо-видные прослои пирита [1]. В скважинах № 150 и № 151 изучаемые отложения представлены переслаиванием алевролитов кварцевых крупнозернистых биотурбированных, песчаников кварцевых мелкозернистых, неравномерно нефтенасыщенных, отмечаются прослои аргиллитов. Аргиллиты в шлифах сложены глинистым материалом и содержат редкую примесь обломочного кварца мелкоалевритовой размерности, вкрапленность пирита.
Петрографическое изучение алевролитов показало, что в них преобладает обломочный материал крупноалеври-
товой размерности, мелкопсаммитовая фракция встречается реже. Отмечается цементация контактово-порового типа глинистого (до 30%), глинисто-битуминозного состава (до 10-12%). Глинистый материал неравномерно гидра-тизирован.
В песчаниках преобладает мелкопсаммитовая фракция, содержание крупноалевритовой фракции в шлифах варьирует от 1 до 20%, среднепсам-митовой - не превышает 2-3%. В них наблюдается цемент порового, кон-тактово-порового, пленочного типа глинистого (до 3-5%), глинисто-битуминозного (<1%) состава. Большая часть пор открыта, размер пор варьирует от 0,01 до 0,5 мм; форма их различная (изометричная, угловатая, щелевидная) (рис. 1а). Пустоты часто соединены узкими (до 0,025-0,05 мм) каналами, редко изолированы; пустотное пространство составляет до 10-12% (рис. 1б).
В скважине № 154 отложения бобри-ковского горизонта представлены переслаиванием неравномерно слабонефте-насыщенных песчаников, алевролитов и аргиллитов. Алевролиты также биотур-бированы, неравномерно глинистые,с частыми невыдержанными прослоями глинистого материала. Петрографическое изучение алевролитов скважины № 154 показало, что
они сложены обломочным материалом средне-крупноалевритовой размерности, местами содержат включения изометричной формы мелкопсаммитового песчаного материала (рис. 1в). Содержание мелкопсаммитовой фракции по шлифам алевролитов варьирует от 5-7 до 15-20%, местами достигает 35-50% до перехода в алевропесчаную породу. В нефтенасыщенных разностях алевролита наблюдается цемент кон-тактово-порового, базально-порового типа, глинистого (от 5-7 до 20-25%), глинисто-битуминозного составов (до 3-5%).
Песчаники в шлифах имеют мелкопсаммитовую структуру и содержат алевритовую фракцию в количестве не более 8-10%. В них отмечается цемент базально-порового типа глинистого, глинисто-битуминозного состава (от 3-5 до 15-20%) (рис. 1г). Часть пор открыта, местами они соединены по узким (до 0,025-0,03 мм) каналам, размер пор варьирует от 0,025 до 0,45 мм.
ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ИХ ФАКТОРЫ
Исследования проводились на стандартных экстрагированных от углеводородов цилиндрических образцах керна, петрофизические характеристики которых приведены в таблице 1.
Ссылка для цитирования (for references):
Муринов К.Ю., Гвоздик С.П., Савельева Е.Н., Шишлова Л.М. Влияние литолого-минералогического состава на петрофизические свойства терригенных пород нижнего карбона Хасановской площади // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2015. № 12. С. 70-75.
Murinov K.Yu., Gvozdik S.P., Savelyeva Ye.N., Shishlova L.M. Litho-mineralogical composition effects on the petrophysical properties of Khasanovskaya area Carbonic period terrigenous rocks (In Russ.). Territorija «NEFTEGAZ.» = Oil and Gas Territory, 2015, No. 12. P. 70-75.
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 12 december 2015
71
Рис. 1. Строение порового пространства бобриковского горизонта Хасановской площади, скв. № 150, 151, 154:
а - скважина № 150. Поровый цемент глинисто-битуминозного состава и открытые поры в песчанике кварцевом мелкозернистом, алевритистом (длина рисунка - 2 мм); б - скважина № 151. Открытые поры, часто соединенные узкими каналами, в песчанике кварцевом мелкозернистом, алевритистом (длина рисунка - 2 мм);
в - скважина № 154. Алевролит песчаный кварцевый, глинистый (длина рисунка - 5,5 мм); г - скважина № 154. Глинистый и глинисто-битуминозный цемент в алевропесчаной породе кварцевой, мелкозернистой, глинисто-битумнозной (длина рисунка - 3,5 мм) Fig. 1. Structure of Bobrikovsky horizon pore space of the Khasanovskaya area, well No. 150, 151, 154: а - well No. 150. Pore cement of bituminiferous clay composition and the open pores in the finegrained quartz sandstone, silty (pattern length 2 mm);
б - well No. 151. Open pores are often connected by narrow channels, fine-grained quartz sandstone, silty (pattern length is 2 mm);
в - well No. 154. Sand quartz siltstone, clay (pattern length is 5.5 mm); г - well No. 154. Clay and bituminiferous clay cement in silty sandstone quartz, fine-grained, bituminiferous clay rock (pattern length is 3.5 mm)
По результатам определения фильтра-ционно-емкостных свойств (ФЕС) установлены широкие дипазоны изменения пористости и проницаемости исследуемых образцов не только в различных скважинах, но и по разрезру каждой из скважин. В скважинах № 150 и 151
преобладают образцы с пористостью 25-30% (среднее значение - 25,5%), проницаемостью свыше 1 мкм2; в отдельных образцах пористость снижается до 15-20%, проницаемость - до 0,01-0,1 мкм2. Ухудшение коллектор-ских свойств таких образцов также
отображает увеличение остаточной водонасыщенности, определенной методом полупроницаемой мембраны. Значения последней достигают 30-60%; остаточная водонасыщен-ность большинства образцов составляет менее 10%. Изменения значений остаточной водонасыщенности напрямую зависят от структуры и удельной поверхности порового пространства. Одним из петрофизических параметров, характеризующих последнее, является диффузионно-адсорбционная активность (Ада). В образцах с низкими фильтрационно-емкостными свойствами значения Ада составляют 1-5 мВ, значения большинства образцов - менее 1 мВ. Скважина № 154 характеризуется заниженными кол-лекторскими свойствами, высокими значениями остаточной водонасыщенности и диффузионно-адсорбционной активности (табл. 1, рис. 2). Песчаники бобриковских отложений скважин № 150 и 151 характеризуются различным содержанием глинистого цемента: преобладают образцы с глинистостью 5-10 и менее 5% соответственно. Глинистость образцов скважины № 154 варьирует в диапазоне 5-15%, преобладают образцы с содержанием глинистого цемента 10-15%. Для установления факторов, определяющих фильтрационно-емкостные свойства исследуемых отложений, на основании микроописания шлифов и оценки глинистости была подобрана коллекция образцов, характеризующих различные литотипы. Петрофизические характеристики данных образцов приведены в таблице 2. Рост глинистой фракции в составе изучаемых пород вносит основную долю в снижение коллекторских свойств.
Таблица 1. Петрофизические характеристики образцов керна бобриковского горизонта Хасановской площади скважин № 150, 151, 154 Table 1. Petrophysical characteristics of Bobrikovsky horizon core samples of the Khasanovskaya area, wells No. 150, 151, 154
Скв. № Well No. Пористость, % Porosity, % Проницаемость, мкм2 Permeability, |jm2 Остаточная водонасыщенность, % Residual water saturation, % Диффузионно-адсорбционная активность, мВ Diffusion-adsorption activity, mV
диапазон (ср. знач.) range (mean val.) диапазон (ср. знач.) range (mean val.) диапазон (ср. знач.) range (mean val.) диапазон (ср. знач.) range (mean val.)
150 20,1-29,4 (25,5) 0,037-5,4 (2,45) 4,8-53,8 (13,4) 0,4-4,8 (1,3)
151 17,2-28,0 (25,4) 0,042-4,84 (1,59) 4,2-43,8 (10,6) 0,5-4,6 (1,1)
154 13,9-20,5 (16,6) 0,003-0,063 (0,02) 39,- 71 (57,4) 3,6-6,2 (5,2)
Таблица 2. Петрофизические характеристики выделенных литотипов Table 2. Petrophysical characteristics of selected lithotypes
Литотип Litotype Пористость, % Porosity, % Проницаемость, мкм2 Permeability, |jm2 Остаточная водонасыщенность, % Residual water saturation, % Диффузионно-адсорбционная активность, мВ Diffusion-adsorption activity, mV Глинистость, % Shaliness, %
диапазон (ср. знач.) range (mean val.) диапазон (ср. знач.) range (mean val.) диапазон (сред. знач.) range (mean val.) диапазон (ср. знач.) range (mean val.) диапазон (ср. знач.) range (mean val.)
Песчаники Sandstones 25,1-27,8 (26,6) 1,15-4,84 (1,87) 4,2-10,2 (6,9) 0,5-1,2 (0,7) 0,5-1,9 (1,1)
Песчаники глинистые Clay sandstone 17,2-22,8 (20,4) 0,042-0,36 (0,14) 19,6-43,8 (32,6) 1,9-4,6 (3,3) 4,1-8,9 (6,4)
Алевролиты глинистые Argillaceous siltstone 13,9-18,4 (15,9) 0,003-0,017 (0,01) 52,5-71 (63,3) 5,4-6,2 (5,7) 9,4-14,6 (11,6)
Однако глины различного минералогического состава влекут за собой неоднотипные изменения ФЕС горных пород. Различные глинистые минералы, образующие цемент, отличаются удельной поверхностью, диффузионно-адсорбционной активностью, способностью к набуханию и др. В свою
очередь, состав цемента определяется не только выветриванием материнских пород, но и его последующими вторичными преобразованиями. Эти преобразования сопровождаются изменением ФЕС терригенных пород вследствие различного заполнения порового пространства коллекторов
и изменения водоудерживающей способности глинистого цемента [2, 3]. С целью определения содержания основных компонентов цементирующей составляющей было проведено изучение минералогического состава исследуемых образцов дифрактоме-трическим методом (табл. 3).
Щ УРАЛИНТЕХ
Россия. 620017, г. Екатеринбург, пр. Космонавтов, 18 тел./факс; +7(343)270-87-00 +7(343)270-87-10 (размещение заказа), +7(343)380-02-32 {дирекция по продажам) www.uralinteh.com
АО "УРАЛИНТЕХ»
АО "УРАЛИНТЕХ" выпускает наукоемкую продукцию из цветных и драгоценных металлов; имеет сертификат соответствия ISO 9001:2008. Научный потенциал подтвержден 13 патентами.
Для газовой отрасли разработаны и выпускаются малорастворимые заземлители АЗК-ОП и АЗК-МП. которые включены в Реестр оборудования ЭХЗ ОАО «Газпром»
Специфика предприятия позволяет производить легкие, мало-габаритные, удобные при монтаже заземлители, работающие в любых грунтах, в т.ч. в условиях блуждающих токов в течение не менее; 50 лет - в грунте;
35 лет-в водной, втом числе морской, среде.
Приемущества АЗК-МП и АЗК-ОП
— малые габариты (1200х 00,06) мм и масса (не более 3,5 кг) позволяют вести монтаж подповерхностных и глубинных заземлений:
■ вручную;
■ с применением средств малой механизации;
■ на малой площади (в стесненных условиях, например, на компрессорных станциях);
— высокая степень заводской готовности:
■ существенно сокращает затраты при монтаже;
■ повышает надежность герметизации контактных узлов и заземлителя в целом;
— заземлители с металлическим покрытием - АЗК-МП
■ применимы в условиях повышенного уровня наведенных переменных токов.
Z
I
Таблица 3. Минералогический состав образцов керна бобриковского горизонта Хасановской площади, скв. № 150, 151, 154 Table 3. MineraLogicaL composition of the Bobrikovsky horizon core samples of the Khasanovskaya area, well No. 150, 151, 154
Литотип Litotype Кварц, % Quartz, % Каолинит, % KaoLinite, % Иллит, % ILLite, % Монтмориллонит, % MontmoriLLonite, % Кальцит, % CaLcite,% Доломит, % Dolomite, % ПШ, % FeLdspar, %
диапазон (ср. знач.) range (mean val.) диапазон (ср. знач.) range (mean val.) диапазон (ср. знач.) range (mean vaL.) диапазон (ср. знач.) range (mean vaL.) диапазон (ср. знач.) range (mean vaL.) диапазон (ср. знач.) range (mean val.) диапазон (ср. знач.) range (mean vaL.)
Песчаники (10 образцов) Sandstones (10 samples) 96,2-98,2 (97,3) 0,2-1,2 (0,8) 0,5-1,4 (1,1) 0,0-0,1 (0,1) 0,0-0,6 (0,2) - 0,2-0,9 (0,6)
Песчаники глинистые (8 образцов) Clay sandstone (8 samples) 89,1-95,5 (92,3) 0,7-1,6 (1,3) 2,5-7,8 (4,9) 0,0-0,1 (0,1) 0,0-1,4 (0,3) 0-0,6 (0,1) 0,2-2,3 (1,1)
Алевролиты глинистые (6 образцов) Argillaceous siltstone (6 samples) 82,3-86,5 (84,4) 1,2-3,4 (2,0) 8,4-12,3 (9,9) 0,0-0,1 (0,1) 0,0-2,8,0 (1,4) 0,1-0,8 (0,4) 0,9-2,2 (1,8)
В результате определения минералогического состава в цементе исследуемых образцов установлено явное преобладание гидрослюдистой составляющей (иллита): в среднем 74% - для глинистых песчаников и 72% - для глинистых алевролитов. Среднее содержание кар-
бонатного цемента составляет 6 и 13%, каолинита - 20 и 15% для песчаников и алевролитов соответственно (рис. 3). По сравнению с каолинитом гидрослюды имеют более высокую дисперсность частиц, причем они характеризуются широким диапазоном изменения их
размера как в различных литофациаль-ных типах пород, так и в одних и тех же разностях, вследствие чего обладают более высокой удельной поверхностью, адсорбционной и водоудерживающей способностью [4]. Высокое содержание иллитовой составляющей в цементе исследуемых образцов объясняет резкое снижение ФЕС и увеличение остаточной водонасыщенности и диффузионно-адсорбционной активности. В результате проведенных исследований были получены зависимости, отображающие изменение петрофи-зических свойств образцов керна с различными литологическим составом и содержанием гидрослюдистого цемента (рис. 4).
Для чистых (неглинистых) песчаников исследуемых отложений характерны высокие значения ФЕС (средняя пористость - 26,6%, проницаемость - 1,87 мкм2), низкие значения остаточной водонасыщенности (в среднем 6,9%) и диффузионно-адсорбционной активности (в среднем 0,7 мВ) при содержании гидрослюдистого цемента менее 2%. С увеличением иллита в цементе песчаников от 2 до 8% наблюдается снижение пористости (до 22,8-17,2%) при резком уменьшении проницаемости (до 0,36-0,04 мкм2). Значения остаточной водонасыщенности увеличиваются до 19,6-43,8%, диффузионно-адсорбционной активности - до 1,9-4,6 мВ. В алевролитах содержание иллита в цементе возрастает до 9-13%, что соответствует снижению пористости до 18,4-13,9% и проницаемости до 0,017-
Рис. 2. Гистограммы распределения петрофизических характеристик образцов керна бобриковского горизонта Хасановской площади, скв. № 150, 151, 154
Fig. 2. Histograms of petrophysical properties distribution for the Bobrikovsky horizon core samples of the Khasanovskaya area, well No. 150, 151, 154
GEOLOGY
0,003 мкм2; увеличению остаточной во-донасыщенности до 52,5-71% и диффузионно-адсорбционной активности до 5,4-6,2 мВ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По результатам петрофизических исследований образцов керна бобриковского горизонта Хасановской площади установлено, что коллекторские свойства определяются литофациальным и минералогическим составами:
• снижение фильтрационно-емкостных свойств наблюдается при увеличении мелкозернистой фракции и росте цемента гидрослюдистого состава;
• увеличение гидрослюдистого цемента соответствует усилению адсорбционной способности пород, что, в свою очередь, обуславливает высокое содержание остаточной водонасыщенности. Глинистые минералы также могут служить индикаторами условий осадко-накопления. Гидрослюды характерны для прибрежно-континентальных отложений при влажном, холодном и умеренно-холодном климате [3]. Поскольку формирование осадков бобриковского горизонта в пределах Хасановской площади происходило именно в таких условиях, это способствовало накоплению иллитовой составляющей цемента пород данных отложений, а также соответствующим изменениям фильтрационно-емкостных свойств и неоднородному распределению углеводородов.
Минеральный состав цемента терри-генных отложений важно учитывать при составлении петрофизических и интерпретационных моделей ГИС.
песчаники глинистые алевролиты глинистые
Clay sandstone Argillaceous sIlistons
Ii каолинит u иллит ы карбонатный цемент
Kao Unite Ii lite Carbonate cement
Рис. 3. Средний состав цементирующей составляющей образцов керна бобриковского горизонта Хасановской площади, скв. № 150, 151, 154
Fig. 3. Average composition of the cementing component of Bobrikovsky horizon core samples of the Khasanovskaya area, well No. 150, 151, 154
Рис. 4. Петрофизическикие зависимости бобриковского горизонта Хасановской площади, скв. № 150, 151,154
Fig. 4. Pretophysical functions of the Bobrikovsky horizon of the Khasanovskaya area, well No. 150, 151.154
Литература:
1. Баймухаметов К.С. и др. Геологическое строение и разработка нефтяных и газовых месторождений Башкортостана. Уфа: РИЦ АНК «Башнефть», 1997. 424 с.
2. Добрынин В.М., Вендельштейн Б.Ю., Кожевников Д.А. Петрофизика. М.: Недра, 1991. 368 с.
3. Котельников Д.Д., Конюхов А.И. Глинистые минералы осадочных пород. М.: Недра, 1986. 247 с.
4. Рентгенографический количественный фазовый анализ глинистых минералов. Методические рекомендации № 139. М.: Изд-во НСОММИ ВИМС, 1999.
References:
1. Baimukhametov K.S. et al. Geologicheskoestroenie irazrabotkaneftjanyh igazovyh mestorozhdenijBashkortostana [Oil and gas fields' geological structure and development in Bashkortostan]. Ufa, Regional Information Center of Bashneft Public Joint Stock Oil Company 1997. 424 pp.
2. Dobrynin V.N., Vendelshtein B.Yu., Kozhevnikov D.A. Petrofizika [Petrophysics]. Moscow, Nedra Publ., 1991. 368 pp.
3. Kotelnikov D.D., Konyukhov A.I. Glinistye mineraly osadochnyh porod [Clay minerals of sedimentary rocks]. Moscow, Nedra Publ., 1986. 247 pp.
4. Rentgenograficheskij kolichestvennyj fazovyj analizglinistyh mineralov. Metodicheskie rekomendacii No. 139 [X-ray quantitative phase analysis of clay minerals. Guidelines No. 139]. Moscow, NSOMMI SIMS Publishing House, 1999.
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 12 december 2015
75
