CC BY
114
УДК 552.578.261.42
ВЛИЯНИЕ ВТОРИЧНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ НА КОЛЛЕКТОРСКИЕ СВОЙСТВА ВЕРХНЕЮРСКИХ ПРОДУКТИВНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ КРАПИВИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Е.А. Жуковская, Г.Г. Кравченко
ОАО «ТомскНИПИнефть», г. Томск E-mail: ZhukovskayaEA@nipineft.tomsk.ru
Приводится оценка вторичного минералообразования и изменения верхнеюрских пород-коллекторов Крапивинского месторождения Томской области с позиции стадиального анализа. Установлены как стадиальные изменения песчаных пород до стадии среднего катагенеза, так и наложенные. Фациальный контроль наблюдается для стадиальных преобразований пород; наложенные процессы обусловлены тектоническим фактором и процессами существования залежи нефти. Определена степень влияния вторичных процессов на коллекторские свойства.
Ключевые слова:
Терригенные породы, коллекторы нефти, Крапивинское месторождение, вторичные преобразования пород.
Key words:
Terrigenous sediments, oil reservoir, Krapivinskoe oilfield, epigenesis.
Исследованиями продуктивных отложений Крапивинского месторождения Томской области установлена сильная изменчивость в коллекторских свойствах пласта ЮД Так, по данным лаборатории физики пласта института «ТомскНИПИнефть» открытая пористость пород пласта Ю13 изменяется от 13 до 21 %, проницаемость - от 0,8-10-3 до 1,0 мкм2. Построенная сотрудниками сектора седиментологии этого же института по результатам фациального анализа керна седиментологическая модель отложений не объясняет такие существенные различия по проницаемости пород.
Согласно этой модели, продуктивные пласты залегают в юрском терригенном комплексе отложений васюганской свиты прибрежно-морских и морских мелководных палеогеографических фаций седиментогенеза. Снизу вверх в разрезе пласта Ю13 наблюдается следующая смена фациальных обстановок:
Ф3 - фации нижней части предфронтальной зоны пляжа и мутьевых потоков. Представлены они в основном тонкозернистыми, реже алеврити-стыми и тонко-мелкозернистыми песчаниками с частыми глинистыми прослоями мощностью до нескольких мм, иногда первых см. В песчаниках наблюдается четкая косая слойчатость ряби волнения, реже слойчатость разнообразных потоков: градационная и однонаправленная косая, подчеркнутая углисто-глинистым материалом. Биотурба-ция пород от слабой до интенсивной. Внизу песчаники постепенно переходят в тонкое равномерное переслаивание алевролитов, аргиллитов и тонкозернистых песчаников. Повсеместно в разрезе Ф3 большинства скважин встречается глинисто-алевритовый пропласток мощностью в десятки см, реже до 1...2 м.
Ф2 - фация верхней части предфронтальной зоны пляжа. Это тонко-мелкозернистые, мелкозернистые песчаники, не содержащие глинистых слойков с косой слойчатостью ряби волнения, об-
условленной тонкими глинистыми намывами. Биотурбация умеренная. Иногда в составе Ф2 встречается глинисто-алевритовый пропласток мощностью в первые десятки см.
Ф1 - фации нижнего и верхнего пляжа. Представлены они мелкозернистыми и средне-мелкозернистыми песчаниками. Слойчатость выражена неотчетливо. Биотурбация практически отсутствует. К кровле в песчаниках увеличивается количество растительного детрита.
Для пород пласта Ю12 характерно образование в морских относительно мелководных условиях. Это фации предфронтальной и переходной зоны пляжа - биотурбированные «шельфовые» осадки.
Отложения межугольной толщи, сформированные в прибрежно-морских условиях (приморских болот, маршей и приливно-отливных отмелей) и в континентальных условиях (поймы, протоки, прирусловые валы), не являются нефтеносными.
Данная типизация разреза на фации позволила обосновать большинство полученных по керну пе-трофизических зависимостей. Однако, среди отложений фации Ф1 отмечаются как породы с типичными для такой фациальной принадлежности коллекторскими свойствами, так и высокопроницаемые. Для объяснения явно выраженных значительных неоднородностей коллекторских свойств пород и локально проявленных высоких дебитов нефти в скважинах месторождения был выполнен литолого-петрографический анализ этих пород.
Фактическим материалом для литолого-петро-графических исследований послужили результаты исследований керна Крапивинского месторождения, выполненных как в институте «ТомскНИПИнефть» (петрографический анализ - 75 шлифов, гранулометрический - 47, рентгенофазовый - 40), так и сторонними организациями по договорам с недропользователями (петрографический -320 шлифов, гранулометрический - 49).
В результате исследований установлено, что вверх по разрезу пласта Ю13 в целом наблюдается закономерное увеличение зернистости осадков, улучшение или стабилизация степени сортирован-ности пород, рост количества кварца среди обломков и регенерационного кварца в цементе, снижение в цементе карбонатных минералов (сидерит, кальцит) и пирита. Следует отметить, что для большинства скважин с керном для фаций Ф1 и Ф2 также отмечается вверх по разрезу укрупнение зернистости песчаников, улучшение их сортировки и, как правило, увеличение доли кварца среди обломков.
Для пород фации Ф1 содержание кварца резко повышено до SS % в верхних частях фациального профиля Ф1, особенно в северной части месторождения. Различия могут достигать в разрезе одной скважины двух и более раз. Наименьшим количеством кварца среди обломков характеризуется район скважин №№ 192, 23G, 199, что, вероятно, отражает первичный состав осадка.
Как показали многолетние исследования различных авторов, характер фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) алеврито-песчаных пород обусловлен их структурными, текстурными и минералогическими особенностями, которые определяются условиями осадконакопления (первичные се-диментологические факторы) и характером постсе-диментационных процессов (вторичные изменения как стадиальные, так и наложенные).
К первичным факторам могут быть отнесены:
• зернистость пород (как показатель - медианный диаметр);
• сортированность пород;
• количество глинистого цемента (межобломоч-ный материал - матрикс);
• зрелость пород (количество кварца среди обломков).
К вторичным факторам:
• уплотнение пород;
• вторичное минералообразование (цементация);
• растворение (выщелачивание);
• катаклаз;
• растворение под давлением (микростилолити-зация) и пр.
Первичные седиментологические факторы находят свое отражение в составе и строении продуктивных отложений Крапивинского месторождения. Так, содержание обломочного кварца находится в прямой зависимости от зернистости пород: коэффициент корреляции K^^G^. Особенно четко это наблюдается для пород фаций Ф1 и Ф2. От сортированности пород содержание кварца зависит слабее (K^G^), при этом только для фации Ф3 наблюдается значимое увеличение с одер -жания кварца в лучше отсортированных песчани-
ках. В других фациях и пачках такой закономерности не наблюдается, т. е. количество обломочного кварца в хорошо отсортированных породах варьирует в пределах от 3G до S7 %. Следует отметить, что для осадков фации Ф3 характерно улучшение сортировки пород в более крупнозернистых разностях.
Наиболее крупнозернистые из изученных пород изначально должны обладать улучшенными коллекторскими свойствами, т. к. отмечена выраженная корреляционная связь между количеством пелито-вой фракции и медианным диаметром (K^-G^), сортировкой (K„№=G,74), обломочным кварцем (Kk„pp.=-G,55). Промытость от глинистого материала и хорошая сортированность пород свидетельствует „ преобладании волновой деятельности при формировании осадков (фации пляжа и пр.).
Пористость пород-коллекторов практически не зависит от первичных факторов, за исключением отложений пласта Ю12, где наблюдается незначительное увеличение пористости с ростом зернистости. Очевидно, эти породы менее преобразованы постседиментационными процессами.
Для пород пласта Ю13 такие первичные факторы, как медиана K^G^, указаны только значимые коэффициенты корреляции) и сортировка (Kk„pp=-G,41) однозначно положительно влияют на lgKp пород, а пелитовая фракция (K1,„pp=-G,4) - отрицательно, рис. 1, 2.
Как видно из диаграммы (рис. 1) для отложений всех фаций наблюдается схожая зависимость проницаемости от размерности зерен. Наиболее отчетлива она для пород пласта Ю12. Рассматривая влияние фациальной принадлежности пород (через сортировку осадка) на проницаемость, следует отметить, что в пласте Ю13 максимально это проявлено для фации Ф1 и практически отсутствует в фациях Ф2 и Ф3, рис. 2.
Рост пелитовой (глинистой) фракции в составе песчаника однозначно отрицательно влияет на проницаемость пород, как это видно для осадков пласта Ю12. Для алевро-песчаных пород пласта Ю13 такое влияние в значительной мере нивелируется вторичными преобразованиями.
Зависимость проницаемости от количества обломочного кварца установлена только для фации Ф1 пласта Ю13, что указывает на лучшую промы-тость пород под действием волновых процессов и косвенным образом отражает влияние вторичных процессов, т. к. количество кварца в этих породах завышено за счет уменьшения количества обломков пород вследствие растворения под давлением при микростилолитизации, на что указывалось и предыдущими исследователями Крапивинского месторождения.
Минералы цемента алеврито-песчаных пород имеют различное происхождение [1-5 и др.]. Один и тот же минерал, образованный в результате различных процессов, по-разному заполняет пустот-
Медианный диаметр, мм Рис. 1. Зависимость проницаемости песчаных коллекторов Крапивинского месторождения от зернистости пород
1-----------------г
2 2,5 Сортировка, ед.
Рис. 2. Зависимость проницаемости песчаных коллекторов Крапивинского месторождения от сортировки пород
ное пространство и соответственно влияние его на фильтрационные свойства пород-коллекторов тоже будет зависеть от генезиса [1, 3].
В результате проведенного стадиального анализа алеврито-песчаных пород установлено, что наименьшему преобразованию подверглись отложения пласта Ю12. Их преобразования носят преимущественно стадийный характер, чего нельзя сказать о песчаниках пласта Ю13. На стадии диагенеза в последних сформировались скопления пелито-морфного сидерита, стяжения пирита и марказита, титанистые минералы (лейкоксен), глауконит. Со стадией катагенетического преобразования пород связано образование следующих минералов цемента: каолинита (частично), гидрослюды, хлорита, кальцита (?), с наложенными процессами - регенерационного кварца, кальцита и частично каолинита. Причем кальцит зачастую носит следы растворения, что может свидетельствовать о неоднократных изменениях уровня водонефтяного контакта. К наложенным процессам также отнесены процессы выщелачивания полевых шпатов, обломков пород и растворения под давлением кварцевых зерен.
Поскольку у авторов не было возможности изучить все шлифы, а только использовать результаты уже выполненного петрографического анализа, не удалось проследить влияние всех вышеперечисленных минералов на коллекторские свойства пород. Остановимся лишь на тех, по которым была собрана представительная выборка.
Каолинит, не типичный для морских отложений пластов Ю12 и Ю13 минерал цемента, имеет постседиментационное (катагенетическое и эпигенетическое) происхождение. Следует отметить, что каолинит не контролируется первичными факторами - сортировкой и медианным диаметром, однако, его значительно меньше в породах с первичным глинистым цементом.
Каолинит в целом по пласту Ю13 не ухудшает коллекторских свойств, четких закономерностей изменения проницаемости пород от содержания каолинита по фациям не установлено, говорить можно только о трендах изменения. Так, для пород всех фаций имеет место большой разброс данных, и указанные на рис. 3 тренды этих фаций пласта имеют малую достоверность. Для наиболее преобразованных вторичными процессами пород с ростом содержания каолинита наблюдается отчетливый тренд на увеличение проницаемости.
Глинистый цемент песчаников и алевролитов однозначно мешает движению флюидов в пласте, уменьшая пористость и проницаемость пород (^корр=-0,4), заполняя поровое пространство при уплотнении практически полностью. Предлагаемое рядом исследователей в качестве критерия влияния наложенных процессов на ФЕС пород отношение содержания каолинита к гидрослюде в данном случае не показательно.
Наличие регенерационного кварца в песчаниках практически не связано с его количеством среди обломочной части, не смотря на то, что имеет
Т-----------1-----------1-----------1-----------1----------г
0 1 2 3 4 5 6 7
Каолинит, %
Рис. 3. Зависимость проницаемости от содержания каолинита в цементе пород различных фаций Крапивинского месторождения
значимое Ккорр=0,52. От зернистости пород наблюдается положительная корреляционная связь (Ккорр=0,56), т. к. в более проницаемых породах за счет большего количества растворов и возможности их миграции ярче выражено вторичное мине-ралообразование. Зависимость проницаемости от количества регенерационного кварца для пород разной степени преобразованности распадается на 2 тренда, рис. 4: в условно выделенной пачке Б -устойчиво возрастает, в пачке А (наиболее преобразованной) - практически не зависит. Подобным образом влияет регенерационный кварц и на пористость песчаников.
Установлено, что открытая пористость и проницаемость алевро-песчаных пород продуктивных отложений зависит как от первичных, так и от вторичных (постседиментационных) факторов.
Так, коллекторские свойства (пористость и проницаемость) возрастают с увеличением медианного диаметра обломков. Положительным фактором является также хорошая сортировка обломков. Песчаные породы с преобладанием в составе каркасных компонентов менее подвержены уплотнению, и, следовательно, уменьшению порового пространства. Кроме того, поверхность обломков кварца обладает наименьшей, по сравнению с другими минералами, адсорбционной по отношению к нефти способностью. Для изученных пород-коллекторов наиболее характерен полевошпато-лито-
кластито-кварцевый состав с преобладанием каркасных компонентов (75...90 %) и высоким содержанием кварца (до 88 % в породах фации Ф1). Але-врито-песчаные породы такого состава характеризуются высокими ФЕС и величиной их нефтеотдачи. Корреляционная зависимость между количеством кварца и проницаемостью пород - положительная (Ккорр=0,42). В породах с преобладанием каркасных литокластов также наблюдается положительная корреляция содержания обломков пород с открытой пористостью, в меньшей степени -с проницаемостью. Увеличение количества пластичных обломков приводит к ухудшению фильтрационно-емкостных параметров.
Седиментационный цемент представлен в основном глинистыми минералами. В целом, чем больше цемента в обломочной породе, тем ниже ее коллекторские свойства. Рост пелитовой (глинистой) фракции в составе песчаника однозначно отрицательно влияет на проницаемость пород. При небольшом (<10 %) количестве цемента в породах сохраняется часть открытого порового пространства, и они могут содержать промышленные скопления углеводородов. Раннедиагенетические скопления пелитоморфного сидерита характерны для отложений фации Ф3 и низов Ф2. Для этих пород наблюдается положительная связь его с пелитовой фракцией и слюдой, с содержанием кальцита, отрицательная - с количеством каолинита и регене-
Кварц per., %
Рис. 4. Зависимость проницаемости от количества регенерационного кварца в цементе пород Крапивинского месторождения
рационного кварца, зернистостью пород, а, следовательно, и с проницаемостью.
Следует отметить, что для алевро-песчаных пород пласта Ю13 влияние седиментационных факторов в значительной мере нивелируется вторичными преобразованиями. С постседиментационными преобразованиями связано появление пор и трещин выщелачивания. Они возникают при растворении компонентов песчаных пород (особенно полевых шпатов) под действием растворов, а также при растворении кальцита, ранее корродировавшего обломки.
Например, в породах фации Ф1 и Ф2 широко развиты протяженные микростилолитовые швы. Для этих же пород характерно большое (до 10 %) содержание регенерационного кварца, сформированного при перераспределении вещества от растворения обломочных зерен под давлением, скрепляющего каркас породы и препятствующего дальнейшему уплотнению. Другим из проявлений такого процесса перераспределения вещества является образование в поровом пространстве хорошо раскристаллизованного каолинита. Наличие в пакетах каолинита микропористости не позволяет ему ухудшать проницаемость пород. Все это отражается в хороших коллекторских свойствах пород с таким типом цемента.
Вторичное карбонатообразование (кальцит) однозначно отрицательно влияет на ФЕС. Это связано с новообразованием минералов в свободном пустотном пространстве породы и его закупориванием. Отрицательная связь между наличием каолинита и кальцита показывает, что эти минералы являются результатом разнонаправленных процессов. В то же время кальцит и регенерационный кварц довольно часто встречаются вместе.
Породы фации Ф1 пласта Ю13 подверглись интенсивным наложенным изменениям - растворению части обломков пород и полевых шпатов, формированию микростилолитовых швов, образова-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Жуковская Е.А., Недоливко Н.М., Ежова А.В. Глинистые минералы песчано-алевритовых пород юрских отложений юго-востока Нюрольской впадины // Матер. регион. конф. геологов Сибири, Дальнего Востока и Северо-Востока России. -Томск, 2000. - Т. 1. - С. 214-216.
2. Лебедев Б.А. Геохимия эпигенетических изменений. - М.: Недра, 1992. - 126 с.
3. Недоливко Н.М., Жуковская Е.А., Баженов В.А. Вторичные карбонаты в юрских отложениях юго-восточной части Ню-
нию каемок регенерации на кварцевых зернах, выщелачиванию кальцита цемента, развитию каолинита и его перекристаллизации. В результате этого измененная верхняя часть пласта (часть фации Ф1) приобрела высокие коллекторские свойства и является высокодебитной, т. е. верхнее песчаное тело может иметь свойства как обычного коллектора, так и очень хорошего коллектора. Эти породы пространственно локализованы в северо-западной части месторождения (особенно в районе скважин №№ 201Р, 208Р, кустов 1 и 2). Выраженной зависимости распространения высокодебитной части пласта от фациальных условий и от сейсмически обоснованных разломов пока не выявлено. В керне большинства высокодебетных скважин фиксируется рассланцевание песчаников на тонкие плитки, что трактуется нами как свидетельство наличия малоамплитудных разломов.
Выводы
Установлено существование значимых корреляционных связей между литологическими и коллекторскими свойствами песчаников. Показано, что решающая роль в возникновении повышенных фильтрационно-емкостных свойств песчаников Крапивинского месторождения Томской области принадлежит процессам порового выщелачивания, приводящим к минеральным (каолинит, регенерационный кварц) и структурным изменениям песчаников; условия осадконакопления имеют подчиненное значение. Наиболее вероятной причиной контрастных проявлений процессов порового выщелачивания являются многочисленные малоамплитудные дизъюнктивные нарушения, обнаруженные на Крапивинском месторождении.
Работа выполнена при частичной поддержке гранта РФФИ 09-05-99036р-офи.
рольской впадины (Томская область) // Геология и геофизика. - 2001. - № 3. - С. 491-502.
4. Сахибгареев Р.С. Вторичные изменения коллекторов в процессе формирования и разрушения нефтяных месторождений. -Л.: Недра, 1989. - 260 с.
5. Япаскурт О.В. Стадиальный анализ литогенеза. - М.: Изд-во МГУ, 1995. - 138 с.
Поступила 26.10.2009 г.
