CC BY
36
and correlation of the Devonian deposits of the Magnitogorsk Megazone of the South Urals]. Ufa, DizaynPoligrafServis, 2010. 288 p. (In Russian).
8. McDonough W.F., Sun S. The composition of the Earth. Chemical Geology, 1995, vol. 120, pp. 223253.
9. Bau M., Moller P. Rare earth element fraction-ation in metamorphogenic hydrothermal calcite, magnesite and siderite. Mineralogy and Petrology, 1992, vol. 45, pp. 231-246.
10. Sverjensky D.A. Europium redox equilibria in aqueous solution. Earth Planet Science Letters, 1984, vol. 67, pp. 70-78.
11. Castorina F., Masi U. REE and Nd-isotope evidence for the origin of siderite from the Jebel Awam deposit (Central Morocco). Ore Geology Reviews, 2008, vol. 34, pp. 337-342.
12. Bau M. Controls on the fractionation of isovalent trace elements in magmatic and aqueous systems: Evidence from Y/Ho, Zr/Hf, and lanthanide tetrad effect. Contrib. Mineral. Petrol., 1996, vol. 123, pp. 323-333.
13. Bao S.-X., Zhou H.-Y., Peng X.-T. Geochemistry of REE and yttrium in hydrothermal fluids from the Endeavour segment, Juan de Fuca Ridge. Geochemical Journal, 2008, vol. 42, pp. 359-370.
УДК 553.98
DOI: 10.24411/1728-5283-2021-10102
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА НА ФИЛЬТРАЦИОННО-ЕМКОСТНЫЕ СВОЙСТВА ОПОКОВИДНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ БЕРЕЗОВСКОЙ СВИТЫ
© И.О. Закоулова,
ведущий специалист,
Тюменский нефтяной научный центр,
ул. Осипенко, 79/1,
625002, г. Тюмень, Российская
Федерация
эл. почта: Aleksa_irina72region@mail.ru
© И.О. Ошняков,
начальник отдела,
Тюменский нефтяной научный центр,
ул. Осипенко, 79/1,
625002, г. Тюмень, Российская
Федерация
эл. почта: iooshnyakov@tnnc.rosneft.ru
Отложения березовской свиты относятся к низкопроницаемым, сложнопостроенным и по различию минерально-компонентного состава разделяются на верхнюю и нижнюю подсвиты. Верхнеберезовская подсвита представлена глинисто-кварцевыми породами, по своим свойствам схожими с традиционными коллекторами. Что касается нижне-березовской подсвиты, то ее особенностью является присутствие ОКТ (опал, кристобалит, тридимит) минералов, значительно изменяющих как фильтрационно-емкостные свойства, так и стандартные подходы к расчету основных подсчетных параметров.
Опоковидные отложения березовской свиты относятся к биогенно-хемогенному виду. Коллекторы в таких отложениях имеют не стандартный гранулярный тип, а сложную структуру порового пространства, представленную мелкими порами, в частном случае с наличием естественной тре-щиноватости.
Для повышения эффективности ввода в разработку пластов березовской свиты необходимо с детальной точностью изучить структуру порового пространства и фильтрационные свойства отложений. В качестве исходного материала были использованы мини-образцы керна из всего интервала березовской свиты, что позволило в дальнейшем охарактеризовать не только перспективные объекты, но и подстилающие породы.
В данной работе рассматриваются особенности структуры пустотного пространства при изучении пород на мезо-,
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ
/
2021, том 38, № 1(101)
микро- и наноуровне, влияние изменчивости структуры на фильтрационно-емкостные свойства пород, а также ком-плексирование полученных данных со стандартными исследованиями керна и записью ГИС по скважинам. Полученные результаты помогли найти ответы на ряд вопросов, не поддающихся объяснению при исследовании стандартными подходами.
Ключевые слова: ОКТ (опал, кристобалит, триди-мит), опоки, биогенный кремнезем, хемогенный кремнезем, ФИП/РЭМ, компьютерная микротомография, моделирование пустотного пространства, петротипы, проницаемость, ИНС (искусственные нейронные сети), карты Ко-хонена
© I.O. Zakoulova, I.O. Oshnyakov
INFLUENCE OF THE PORE SPACE STRUCTURE ON THE RESERVOIR PROPERTIES IN OPOKA-LIKE DEPOSITS OF THE BEREZOVO FORMATION
Deposits of the Berezovo Formation are classified as low-permeable and complex-structured and subdivided into upper and lower subformations according to the difference in their mineral-component assemblage. The Upper Berezovo Subformation is represented by argillaceous-quartz rocks with similar properties to conventional reservoirs. As for the Lower Berezovo Subformation, its typical feature is the presence of OCT (opal, cristobalite, tridymite) minerals that significantly change both the filtrate-volumetric parameters and standard approaches to calculating volumetric parameters.
Opoka-like deposits of the Berezovo Formation are of the bio-chemogenic type. Reservoirs in such deposits have no standard granular-type pore system, but an intricate pore space structure represented by small pores, in this particular case with the presence of natural fractures.
To increase the efficiency of commissioning the Berezovo strata, it is necessary to study the structure of the pore space and filtration properties of the deposits with a detailed accuracy. Mini-core samples from the entire interval of the Berezovo Formation were used as the initial material, and this made it possible to further characterize not only the potential sites, but also the underlying deposits.
This paper discusses the features of the pore space structure when studying the rocks at meso-, micro- and nano-
Tyumen Petroleum Research Centre, 79/1, ulitsa Osipenko, 625002, Tyumen, Russian Federation e-mail: Aleksa_irina72region@mail.ru, iooshnyakov@tnnc.rosneft.ru
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ /
' 2021, том 38, № 1(101) lllllllllllllllllllllllllllllllll
scales, the effect of structure variability on the reservoir properties of the rocks and also the integration of the obtained data with conventional core studies and well logs. The obtained results helped to find answers to a set of questions that cannot be explained by routine approaches.
Key words: OCT (opal, cristobalite, tridymite), opoka, biogenic silica, chemogenic silica, FIB/SEM, microcomputed tomography, pore space modeling, petrotypes, permeability, artificial neural networks, Kohonen networks
Несмотря на то, что перспективность газоносных отложений березовской свиты была открыта еще в прошлом веке по многочисленным газовым проявлениям в процессе бурения [1], детальное ее изучение происходит в настоящее время. Были построены и обоснованы петрофизические модели пластов [2] по основным ключевым месторождениям различных компаний. Но до сих пор остается под вопросом влияние порового пространства на фильтрационные свойства этих отложений.
Для изучения структуры пустотного пространства и моделирования свойств на данном объекте были проведены цифровые микроисследования керна на мезо-, микро- и наномасштабах (рис. 1).
На первом этапе работ исследовалась минералогическая характеристика пластов березовской свиты. Полученные на мини-образцах керна данные отражают разнообразное присутствие минеральных компонентов и количественную характеристику по каждому из минералов. Эти данные легли в основу построения непрерывных минеральных моделей как по скважинам, так и обобщенных моделей по всему объекту исследования.
На втором этапе исследовалась внутренняя структура образцов на мезо-, микро- и наномасштабах. Полученные данные позволили количественно оценить распределение пустотного пространства в породе, а также построить 3D-модели с визуализацией внутренней структуры пустотного пространства.
На последнем этапе «Цифровых исследований керна» было проведено моделирование и оценка физических свойств на мезо- и микромасштабах.
Структура пустотного пространства и ее особенности на мезомасштабе изучались на основе данных рентгеновской микротомографии. Снимки порового пространства получены для пластов березовской свиты по 6 лицензионным участкам. Из рисунка 2 следует, что пласты ВБ1 и НБ3 характеризуются относительно крупным поровым пространством. Остальные пласты имеют более мелкое поровое пространство.
По данным исследований микропустотного пространства отложений, на основе данных ФИП/РЭМ (исследование методом растровой электронной микроскопии совместно со сфокусированным ионным пучком) в березовской свите выделяются образцы с вытянутыми узкими каналами и образцы с равномерной «губчатой» микропористостью (рис. 3).
Единичное изучение микропустотного пространства опок березовской свиты также было проведено учеными из сторонних организаций [3], но полномасштабное изучение отложений березовской свиты на микроуровне, как на данном объекте исследования, так и в региональном масштабе по месторождениям Западной Сибири, было произведено впервые.
На рисунке 4 представлена гистограмма с распределением пор по размерам по данным
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ / __
' 2021, том 38, № 1(101) |||||||||||||||||||||||||llllllllUj
Рис. 1. Виды исследований по технологии «Цифровые исследования керна»
Рис. 2. Особенности структуры пустотного пространства на основе данных рентгеновской микротомографии
компьютерной томографии. По результатам анализа полученных данных следует, что пласты нижнеберезовской подсвиты имеют наименьшие размеры пор (около 100 нм), но их относительная объемная доля сопоставима с объемной долей пор пластов верхнебе-резовской подсвиты.
На 3D-моделях абсолютной проницаемости видно, что основная фильтрация идет через канало-трещиноподобные поры и крупные поры.
Визуализация внутренней структуры пустотного пространства по данным электронно-ионной микротомографии (правая часть рис. 4) позволила разделить породу на
9
различные структурные типы, а именно породы с присутствием: канало-трещино-подобных пор, мелких пор, крупных пор.
На рисунке 5 представлен пример различия петротипов по скважинам Харампурского месторождения, встречающихся в пласте НБ1. Так как пласт НБ1 сложен преимущественно из опок и опоковидных глин, то наиболее часто встречающийся петротип по данным цифровых исследований керна - кремнистый. Присутствие в исследуемом образце всех петротипов образует смешанный тип.
По структуре порового пространства преобладают канальные типы пор и породы с присутствием мелких и крупных пор. Терри-
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ /
/
ториальное расположение скважин также будет иметь влияние на присутствие того или иного порового пространства. Так, на юге объекта исследования пустотное пространство представлено в большей мере крупными и часто встречающимися мелкими порами, что дает большую перспективу к получению хороших дебитов в процессе опробования пласта.
Традиционно наиболее сложно прогнозируемый параметр по данным ГИС - это коэффициент проницаемости [4]. Проницаемость
определяется не только объемом, но и структурой порового пространства, которую чаще всего можно определить только косвенно.
На рисунке 6 представлены зависимости определения проницаемости от пористости, настроенные на лабораторные исследования и цифровые микроисследования керна. Зависимости построены для образцов керна с определением пористости в лабораторных условиях по методу ЯМР с донасыщением керосином и определением рутинных исследований Кп по воде [5]. Отдельными точка-
Рис. 3. Особенности структуры микропустотного пространства на основе данных ФИП/РЭМ
Рис. 4. Пример распределения по размерам и 3D-модели абсолютной проницаемости (течение флюида)
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ /
/
Рис. 5. Выделение петротипов по пласту НБ1
ми (синие, зеленые, желтые, оранжевые) на графике представлены образцы пласта НБ1 с детальным изучением порового пространства методом электронно-ионной томографии (ФИП/РЭМ).
После получения зависимостей для каждого петротипа их свойства были распределены на замеры Кп и Кпр лабораторных рутинных исследований керна и исследования методом ЯМР с донасыщением керосином. Полученные области хорошо разделяются между собой, что подтверждает отличие пе-тротипов по структуре и размеру порового пространства. Присутствие образцов из более перспективной зоны коллекторов в области петротипов с низким качеством коллектора объясняется тем, что зачастую образцы имеют смешанный тип, т. к. в них присутствуют два разных вида пор (канало-трещиноподобные и крупные, мелкие и крупные, канало-трещиноподобные и мелкие). В дальнейшем каждый петротип распознавался с помощью искусственной нейронной сети (ИНС) по ГИС и рассчитывался Кпр по собственной зависимости от пористости.
Полученные петротипы были проанализированы совместно с фотографиями керна в дневном свете (рис. 7).
Большая часть образцов принадлежит к 1-му петротипу, с преобладанием мелких немногочисленных пор. На фотографии керно-вой колонки видно, что эти образцы относятся к интервалам глинистых прослоев и характеризуются пониженными значениями ФЕС. Петротип № 2 также принадлежит глинистому интервалу, следовательно, он обладает схожими пониженными ФЕС. Образцы керна с петротипами № 3 и № 4 на фотографии колонки керна лежат в кремнистых прослоях и характеризуют коллектор с улучшенными фильтрационно-емкостными свойствами, зависящими от ряда других факторов.
Разрешающая способность записи ГИС и исследования керна в лабораторных условиях дают предпосылки к объединению 2 пе-тротипов с преобладанием мелких немногочисленных пор и канальных пор в один глинистый петротип, объединяющий мелкие и канальные поры.
Для выделения петротипов в пласте НБ1
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ /
' 2021, том 38, № 1(101)111111111111111111111111111111111
по данным лабораторных исследований и цифровых микроисследований керна использовалась нейронная сеть - самоорганизующаяся карта Кохонена. Обучение нейронной сети для распознавания петротипов проводилось по расширенному (ГК, НК, УЭС, АК, ГГКп, ЯМК) и ограниченному (ГК, НК, УЭС) комплексу ГИС. Входные данные для типизации по расширенному комплексу ГИС включают кривые ГК, НК, УЭС, АК, ГГКп и ЯМК (коэффициент общей пористости).
Пример настроенных карт Кохонена по расширенному и ограниченному комплексу ГИС для кластеризации пласта НБ1 разреза Березовской свиты представлен на рисунке 8.
На рисунке 9 представлен планшет с выделенными петротипами по расширенному и ограниченному комплексу ГИС с использованием нейронной сети.
Распознавание петротипов показало, что на данном объекте исследования выделяют-
ся 3 зоны потенциальных перспектив. Первая зона малоперспективная - это скважины с большим присутствием мелких и канальных пор. Другая область - скважины с доминирующим присутствием средних пор. Наиболее перспективная зона, которая представляет повышенный интерес - это полигон скважин с присутствием крупных пор.
Выводы. Отложения березовской свиты по своему составу являются нетрадиционными коллекторами, залегающими на небольших глубинах, а их структура пустотного пространства существенно влияет на фильтрационно-емкостные свойства пород. Стандартные исследования керна не всегда помогают с точностью определить емкостные параметры пород, поэтому в данной работе детальное изучение порового пространства было выполнено методом электронно-ионной томографии (ФИП/РЭМ). Цифровые исследования керна в целом помогли учесть
Рис. 6. Пример зависимости пористости от проницаемости для различных петротипов Березовской свиты
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ /
/
Рис. 7. Выделение петротипов по данным цифровых исследований керна
Рис. 8. Прогноз петротипов по данным ГИС
Рис. 9. Результат выделения петротипов
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ
/
2021, том 38, № 1(101)
особенности пустотного пространства березовской свиты на мезо-, микро- и наномас-штабах исследований, а также снять часть неопределенностей, связанных со сложным строением пустотного пространства.
Исследования на мини-образцах керна помогли выделить в основном целевом объекте березовской свиты петротипы, различающиеся по своим фильтрационно-емкостным
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Агалаков С.Е., Бакуев О.В. Новые объекты поисков углеводородов в надсенаманских отложениях Западной Сибири // Геология нефти и газа. 1992. № 11. С. 25-104.
2. Ошняков И.О., Хабаров А.В., Митрофанов Д.А., Лознюк О.А. Изучение отложений березовской свиты по данным расширенного комплекса ГИС и керновых исследований на примере Харам-пурского месторождения // НТВ Каротажник. 2019. Вып. 6 (300). С. 103-117.
3. Дорошенко А.А., Карымова Я.О. Характеристика пустотного пространства опок сенонских отложений севера Западной Сибири // Экспозиция Нефть Газ. 2017. Октябрь 6 (59). С. 23-26.
4. Петерсилье В.И., Пороскун В.И., Яценко Г.Г. Методические рекомендации по подсчету геологических запасов нефти и газа объемным методом. Москва-Тверь, 2003. 258 с.
5. Гильманов Я.И., Саломатин Е.Н., Абдрахма-нов Э.С. Опыт лабораторных исследований керна для определения емкостного пространства нетрадиционных коллекторов верхнемеловых надсеноманских отложений // Нефтяная провинция. 2019. № 4 (20). С. 86-104.
R E F E R E N C E S
1. Agalakov S.E., Bakuev O.V. Novye obyekty pois-kov uglevodorodov v nadsenamanskikh otlo-zheniyakh Zapadnoy Sibiri [New sites for searching hydrocarbons in the Supra-Cenomanian deposits of West Siberia. Geologiya nefti i gaza -
свойствам. Для выделения петротипов по скважинам в пласте НБ1 была настроена нейронная сеть - самоорганизующаяся карта Кохонена.
Данный подход в изучении сложнопо-строенных коллекторов является дополнительным методом, позволяющим заглянуть в структуру породы и учесть часть связанных с ней неопределенностей.
Oil and Gas Geology, 1992, vol. 11, pp. 25-104.
2. Oshnyakov I.O., Khabarov A.V., Mitrofanov D.A., Loznyuk O.A. Izuchenie otlozheniy berezovskoy svity po dannym rasshirennogo kompleksa GIS i kernovykh issledovaniy na primere Kharampur-skogo mestorozhdeniya [Studies on the deposits of the Berezovo Formation using the data of the GIS expanded complex and core research: A case study of the Kharampur oil and gas field]. Karo-tazhnik - Logger, 2019, vol. 6 (300), pp. 103-117.
3. Doroshenko A.A., Karymova Ya.O. Kharakteris-tika pustotnogo prostranstva opok senonskikh otlozheniy severa Zapadnoy Sibiri [Void space characteristics of Senonian opokas in northern West Siberia]. Ekspozitsiya Neft-Gaz - Oil and Gas Exposition, 2017, vol. 6 (59), pp. 23-26.
4. Petersilie V.I., Poroskun V.I., Yatsenko G.G. Metodicheskie rekomendatsii po podschetu geo-logicheskikh zapasov nefti i gaza obyemnym metodom [Basic scientific and methodological approaches to the assessment of oil and gas reserves using the volume method]. Moscow, Tver, 2003. 258 p.
5. Gilmanov Ya.I., Salomatin E.N., Abdrakhman-ov E.S. Opyt laboratornykh issledovaniy kerna dlya opredeleniya emkostnogo prostranstva netraditsionnykh kollektorov verkhnemelovykh nadsenomanskikh otlozheniy [Experience in laboratory core research for determining the volumetric space of non-conventional reservoirs in the Upper Cretaceous Supra-Cenomanian deposits]. Neftyanaya provintsiya - Oil and Gas Province, 2019, no. 4 (20), pp. 86-104.
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ / __
' 2021, том 38, № 1(101) lllllllllllllllllllllllllMINIM EU
