CC BY
108
УДК 552.402;502.55;552.578.2
ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТРОЕНИЯ БАЖЕНОВСКОГО ГОРИЗОНТА И ВЕРХОВ АБАЛАКСКОЙ СВИТЫ В СВЯЗИ С ПЕРСПЕКТИВАМИ ДОБЫЧИ НЕФТИ
Н.С.Балушкина, Г.А.Калмыков, Т.А.Кирюхина, Н.И.Коробова, Д.В.Корост, Е.В.Соболева, А.В.Ступакова, Н.П.Фадеева, Р.А.Хамидуллин, Т.А.Шарданова (Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова)
В статье показаны результаты реализации комплексного подхода к проведению исследований и интерпретации информации для оценки внутреннего строения и нефтеносности пород баженовского горизонта на примере нескольких площадей Западной Сибири, где пласт Юо является объектом промышленной разработки. С помощью петрографических, рентгено-структур-ных, томографических, изотопных и других методов были показаны взаимосвязи литологического состава пород, концентрации в них ОВ и его генерационного потенциала, деформационно-прочностных и текстурных характеристик пород. Выявлены закономерности внутреннего строения разрезов и интенсивности вторичных процессов. Диагностировано несколько генетических типов карбонатных пород в составе баженовского горизонта и абалакской свиты, среди которых выделяются первичные биогенные бактериально-водорослевые метанопроизводные известняки, вторичные диа- и катагенетические апорадиоляриевые известняки и доломиты и кристаллические известняки и доломиты, образованные из гидротермальных растворов. Выделено и изучено несколько типов вторичных коллекторов пласта Юо: порово-микрокавернозные в силицитах и карбонатизированных си-лицитах; микропоровые в глинистых и кероген-глинистых силицитах, пустотное пространство которых сформировлось в результате преобразования керогена; трещинно-каверновые в известняках и доломитах "корреляционного" слоя баженовско-абалак-ского переходного комплекса.
Ключевые слова: баженовская свита; абалакская свита; лабораторные исследования керна; кремнистые породы; вторичные коллекторы.
В настоящее время в России, как и в во всем мире, геолого-разведочные работы ориентированы не только на доразведку уже открытых месторождений и поиск новых перспективных структур, но и на поиск залежей УВ-флюидов в нетрадиционных объектах, разработку трудноизвлекаемых запасов. К таким объектам относятся баже-новская свита и ее возрастные аналоги, образующие совместно баже-новский горизонт, который отличается условиями седиментации, ли-тологическим составом с преобладанием в разрезе низкопроницаемых листоватых пород, высокими концентрациями ОВ, физическими свойствами пород и огромной площадью распространения (более 1 млн км2).
Бурение скважин для получения промышленного притока нефти из баженовского горизонта, даже на разрабатываемых блоках,
по-прежнему проводится методом "дикой кошки". Месторождения нефти открываются случайно, унифицированной методики подсчета запасов по пласту Юо, принятой в ГКЗ, нет.
Необычное строение баженов-ских отложений исключает их разработку с применением традиционной для Западной Сибири технологии нефтеизвлечения методом заводнения [1].
Сургутский регион является одним из крупнейших, в котором добыча нефти из пласта Юо ведется с 70-х гг. прошлого века. За это время на баженовские отложения пробурено более 500 скважин. Более 30 % из них не дали притока нефти, и только в 7 % притоки нефти составили более 10 м3/сут, т.е. на одну работающую скважину приходится три пустых и низкопродуктивных на естественных режимах истощения [1].
По оценке ВНИГРИ (2009) извлекаемые запасы баженовского горизонта составили 600 млн т. Однако за все время эксплуатации залежей было извлечено всего чуть более 11 млн т [3].
3 мая 2012 г. вышло распоряжение Правительства РФ № 700-р "О стимулировании реализации новых инвестиционных проектов по разработке участков недр, содержащих запасы трудноизвлекаемой нефти". Согласно этому распоряжению, в категорию трудноизвлекаемых запасов включены запасы нефти месторождений с проницаемостью пластов < 0,002 мкм2. Баженовский горизонт в полной мере относится к категории объектов, содержащих трудноизвле-каемые запасы, и считается аналогом месторождений "сланцевой нефти", разрабатываемых в США.
Стратегию разработки залежей пласта Ю0 предложил Ю.Е.Батурин.
Рис. 1. СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ (А) И ОТБОРА (Б) ОБРАЗЦОВ ОТЛОЖЕНИЙ БАЖЕНОВСКОГО ГОРИЗОНТА НА РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ ЛАБОРАТОРНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
По его мнению, освоение баженов-ских отложений наиболее целесообразно проводить тремя этапами. Первый этап — на естественном режиме истощения, второй — с образованием искусственной трещино-ватости и продлением естественного режима истощения. Третий этап предусматривает гидротермовоз-действие на пласт для повышения нефтеотдачи [1]. При этом эти три этапа могут пересекаться, а планирование геолого-разведочных работ должно подразумевать подготовку данных для всех этапов. Для обеспечения первого этапа необходимо выявить коллекторы в разрезах баженовского горизонта. Однако, проведя анализ результатов изучения и разработки залежей нефти на территориях ОАО "Сургутнефтегаз", Ю.Б.Батурин пришел к следующему выводу: "В настоящее время не существует дистанционных методов поиска коллекторов (нефтеотдающих интервалов) с поверхности" [1].
Таким образом, баженовский горизонт, являясь нетрадиционным объектом для поиска залежей УВ, одновременно может стать полигоном, на котором будут опробованы новые для России технологии добычи трудноизвлекаемой нефти.
Подобные породы необходимо изучать специальными адаптированными методиками, позволяющими решать широкий круг задач. Вот далеко неполный их список: лито-логический состав, особенности формирования и закономерности изменения геологического строения (по площади и в разрезе) баже-новского горизонта; выделение коллекторов в разрезе, их типизация по генезису и структуре поро-вого пространства, оценка общего емкостного пространства пород, характеристика миграционных процессов, оптимальный комплекс лабораторного исследования керна, подготовка петрофизического обеспечения для разработки технологии создания в пласте искусст-
венной трещиноватости, оценка эффективности термического воздействия на пласт при разработке.
Для обеспечения решения этих задач при исследовании керна сотрудниками кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых геологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова разработана и с успехом применяется единая схема исследований, включающая несколько взаимосвязанных блоков: литологи-ческий, петрофизический, геохимический и механико-прочностной (рис. 1, А). Принципиально важным является правильная пробоподго-товка для проведения аналитических исследований. Все виды исследований должны соответствовать одной и той же точке глубины. Этого можно достигнуть при разделении отобранного образца на несколько частей в соответствии с приведенной схемой (см. рис. 1, Б).
Литологический блок является основным и позволяет определить минеральный и химический составы пород, текстурные и структурные особенности, охарактеризовать интенсивность и последова-
тельность проявления вторичных процессов, которые привели к формированию современного облика пород. Литологический блок изучения включает следующие виды исследований: описание керна и анализ текстур, съемка полноразмерного керна при дневном и ультрафиолетовом свете, изучение пород в шлифах под поляризационным микроскопом, количественный рент-генофазовый анализ минерального состава, рентген-флюоресцентный метод определения элементного состава, измерение изотопного состава углерода и кислорода карбонатных пород.
В рамках петрофизического блока проводится определение основных физических величин (фи-льтрационно-емкостные свойства, скорость прохождения продольной волны, электрические свойства, плотность и др.), изучение структуры порового пространства с помощью растрового электронного микроскопа и рентгеновского микротомографа.
Геохимические исследования ОВ пород позволяют определить
Рис. 2. СХЕМА РАЙОНИРОВАНИЯ БИТУМИНОЗНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ РАВНИНЫ ПО ТИПАМ РАЗРЕЗА (по Брадучану Ю.В., 1986)
Зона (район): 1 - Игримско-Леушинская битуминозных отложений (1 - Игрим-ско-Шаимский, 2 - Потакайский), 2 - Березово-Тобольская (1 - Чуэльский, 2 -Красноленинский, 3 - Тобольский), 3 - Тамбейско-Омская (1 - Салымский, 2 -Нижневартовский, 3 - Вахский, 4 - Таркосалинский, 5 - Тамбейский, 6 - Полуй-ский, 7 - Тазовский, 8 - Колпашевский, 9 -Омский); границы: 4 -распространения валанжин-готеривских отложений на западе, волжских - на юге и востоке, 5 -обрамления; 6 - район исследований
количество и тип керогена, стадию катагенеза, содержание в породах автохтонных и миграционных биту-моидов, оценить нефтегенерацион-ный потенциал пород.
Изучение механико-прочностных свойств позволяет оценить условия, при которых в пласте происходят пластическая и упругая деформации различных типов пород.
В сочетании с информацией о вещественном составе, степени пре-образованности ОВ, пластовых давлениях, тектонической активности в пределах района изучение упруго-прочностных свойств пород лежит в основе создания корректных геомеханических моделей.
Объект исследования
Предложенная схема исследования применялась на нескольких месторождениях Сургутского, Крас-ноленинского сводов, группы месторождений Салымского мегавала (рис. 2). В соответствии с региональными стратиграфическими схемами мезозойских и кайнозойких отложений Западной Сибири [7], изученная территория охватывает зоны развития баженовской и тут-леймской свит. Обе свиты входят в состав баженовского горизонта, который "в качестве нефтеносного горизонта рассматривается как пласт Ю0" [3]. Нижнетутлеймскую подсвиту по характерному для нее облику принято рассматривать как латеральный аналог баженовской свиты в данном районе. Накопление пород верхнетутлеймской подсвиты отвечает модели развития баженов-ского палеобассейна в берриассе, предложенной В.А.Захаровым [5].
В центральных районах Западно-Сибирского бассейна к пласту Ю0 относят также и залежи верхней части абалакской свиты, поэтому изучение строения и нефтеносности разрезов проводилось в диапазоне от верхней части абалакской свиты (включительно) до подошвы неоком-ского клиноформного комплекса.
Полученные результаты
При макроскопическом изучении породы достаточно четко разделяются по текстурному признаку на массивные (неяснослоистые) и тонкослоистые разности. Тонкая параллельная слоистость характерна для пород, содержащих более
10 % глинистых минералов. Массивные разности имеют кремнистый, карбонатный или смешанный кар-бонатно-кремнистый состав минеральной части при крайне низком (не более 10 %) содержании глинистых минералов. Для этих пород характерны различные характеристики по разным направлениям [6]. Микрослоистые разности содержат более 10 % глинистых минералов, обладают максимальной механической и прочностной анизотропией. Граничные значения глинистости были выбраны, исходя из изменения внешнего облика пород и деформационно-прочностных свойств (изменение степени пластичности).
Дополнительный учет количества и типа ОВ в составе пород позволяет дифференцировать их по плотности, механико-прочностным и неф-тегенерационным свойствам. Изменение этих параметров происходит не скачкообразно, а постепенно, как постепенно меняется концентрация ОВ в породах. Поэтому граничные значения содержания ОВ, выбранные авторами статьи при разделении литотипов, несколько условны и составляют 5 или 10 % в зависимости от изучаемой площади.
Таким образом, принадлежность породы к тому или иному литотипу определяется следующими признаками: долевое и морфологическое соотношение породообразующих минералов, способность к деформационному разуплотнению, концентрация и тип ОВ. В результате были выделены следующие группы литотипов:
монокомпонентные (одного из компонентов > 75 %, других < 10 %): известняки и доломиты, а также си-лициты;
бикомпонентные низкоглинистые (глинистых минералов < 10 %): карбона-тизированные и керогеновые силициты;
поликомпонентные глинистые (глинистых минералов > 10 %): глинистые, карбонатно-глинистые, ке-роген-глинистые и кероген-глинис-то-карбонатные силициты, кремнисто-глинистые породы.
Кремнисто-глинистые породы приурочены к переходной зоне контакта подошвы баженовской свиты или нижнетутлеймской под-свиты с подстилающими отложениями абалакской свиты. В этих породах доля биогенного кремнистого материала составляет не более 30 %, преобладающим является обломочный алевролитово-глинистый материал, концентрация ОВ невелика и составляет 0,2-1,4 %. Традиционно нижнюю границу баженовской свиты принято отбивать по повышению концентрации ОВ, но в нижней переходной зоне ОВ относится к третьему типу, что позволяет относить эти породы не к баженовскому горизонту, а к переходной зоне, отвечающей смене одного режима осадконакопления другим. Переходную зону между баженовской и абалакской свитами выделяли еще в 1986 г. А.Н.Завьялец с соавторами. Они отмечали, что "...в действительности нет четкой границы между абалакской и баженовской свитами, а существует переходная зона, в которой породы обладают характерными особенностями двух свит одновременно (высокое содержание ОВ сочетается с гидро-фильностью породы)" [4].
Карбонатные породы КС. В переходной зоне часто присутствуют известняки и доломиты. В.И.Белкин дал им сокращенное обозначение КС ("корреляционный слой"), которое прочно закрепилось в литературе [2]. Породы слоя КС — это карбонатные образования, иногда с брекчиевидной структурой, обломками разных размеров, формы и минерального состава (назовем их матрицей), неравномерно кавернозные, часто нефтенасыщен-ные (рис. 3). Породы приобретают брекчиевидную структуру за счет широких трещин, заполненных кальцитом или доломитом, которые и выполняют роль цемента. Породы матрицы сложены кальцитом или доломитом, относятся к седимента-
ционным и диагенетическим карбонатам, в различной степени преобразованным, в том числе высокотемпературными гидротермальными растворами. Мощность этих пород и их положение в разрезах скважин непостоянны. Чаще всего они приурочены к кровле абалакской свиты, но могут встречаться в толще баженовской свиты. Иногда в одном разрезе наблюдается несколько таких пластов или они отсутствуют вовсе.
Известняки матрицы бактериально-водорослевой природы имеют сферолитовую, комковатую или строматолитовую структуру. В прослоях известняков матрицы отмечаются волнистые серии желтоватого цвета, которые фиксируют этапы роста бактериально-водорослевой постройки (рис. 4).
Доломиты матрицы слоя КС вторичные, эпигенетические. Доломиты обладают реликтовой обломочной структурой (рис. 5, А) и тонкомелкокристаллической (рис. 5, Б). В составе обломков, по которым развивался вторичный доломит, преобладают породы с пелитоморф-ной и сгустково-комковатой структурами.
Рис. 3. ПОРОДЫ КС
А Б
А - известняки, Б - доломиты
Рис. 4. ПРИМЕР СТРУКТУР ИЗВЕСТНЯКОВ МАТРИЦЫ КС
А Б В
А - карбонатная порода с волнистыми сериями, фиксирующими этапы роста бактериально-водорослевой постройки, Б - известняк КС со сферолитовой структурой (николи ||), В - известняк со сферолитовой структурой с бактериальной коркой (николи ||)
Рис. 5. СТРУКТУРА ДОЛОМИТОВ МАТРИЦЫ КС
А - обломки сгустково-комковатых пород, Б - доломит тонкокристаллический с глауконитом (николи ||)
Рис. 6. КРИСТАЛЛЫ КВАРЦА В ТРЕЩИНАХ КС
А - николи ||, Б - скрещенные
Трещины в породах КС минерализованы крупными кристаллами кальцита, прозрачного кварца (рис. 6), пирита.
Глинистые силициты характеризуются содержанием биогенного кремнезема от 30 до 75 %, глинистых минералов — от 10 до 30 %, карбонатного материала —
< 10 %. Кероген-глинистые сили-циты содержат ОВ более 10 %. Последние имеют более низкий предел прочности и более высокий генерационный потенциал по сравнению с глинистыми силицитами (соответственно 30-130 и 15-60 мг УВ/г породы). ОВ относится ко второму типу. Глинистые и керо-ген-глинистые силициты преобладают в разрезах баженовского горизонта.
Силициты низкоглинистые, более чем на 75 % состоят из минералов группы кремнезема, содержание глинистых минералов
< 10 %. Эти породы хрупкие, легче всего подвергаются растрескиванию и часто при бурении выносятся в виде обломков различного размера. Обладают массивной текстурой, признаки листоватости отсутствуют. Морфологически среди силицитов выделяются радиоляриты или в различной степени перекристаллизованные разности (рис. 7). Кероген силицитов относится в основном ко второму типу. Генерационный потенциал составляет в среднем 12-30 мг УВ/г породы.
Карбонатно-кремнистые и кремнисто-карбонатные низкоглинистые породы представляют собой в различной степени карбо-натизированные силициты. Образование этих пород связано с неполной карбонатизацией кремнистых скелетов радиолярий с сохранением исходной радиоляриевой структуры пород. Эти породы являются хрупкими, поэтому часто трещиноваты, при бурении разрушаются и выносятся на поверхность в виде обломков либо не выносятся вовсе.
Рис. 8. РАДИОЛЯРИЕВАЯ СТРУКТУРА ИЗВЕСТНЯКА
Рис. 7. РАДИОЛЯРИЕВАЯ СТРУКТУРА СИЛИЦИТА (николи ||)
А - николи ||, Б - скрещенные
ОВ относится ко второму типу. Генерационный потенциал пород изменяется в пределах от 10 до 30 мг УВ/г породы.
Апорадиоляриевые карбонаты (известняки и доломиты) характеризуются содержанием карбонатных минералов от 75 до 96 %. Апорадиоляриевые карбонаты при бурении выносятся на поверхность в полном объеме. Это породы светло-серого цвета без каких-либо признаков насыщения, в шлифах четко видна их радиоляриевая структура, но скелеты радиолярий нацело замещены карбонатными минералами (рис. 8). В апорадио-ляриевых карбонатах присутствует преимущественно кероген второго типа.
Характерной особенностью апорадиоляриевых известняков и доломитов является крайне низкое содержание в них ОВ, не превышающее иногда 1 %. Концентрация ОВ убывает прямо пропорционально содержанию в породах карбонатного материала (рис. 9). Остаточный генерационный потенциал известняков низкий (< 10 мг УВ/г породы).
Карбонатно-глинистые сили-циты с переменным содержанием компонентов характеризуются близким соотношением породообразующих минералов. Карбонатных минералов в составе пород не более 50 %. В отличие от описан-
ных низкоглинистых кабонатизиро-ванных силицитов и апорадиоля-риевых карбонатов, в карбонат-но-глинистых силицитах присутствуют слои с большим числом фрагментов раковин, а иногда целые карбонатные раковины двустворчатых моллюсков, известковые пластинки кокколитофорид (рис. 10). Реже карбонатный материал выполняет внутренние полости радиолярий. Как и глинистые силици-ты, породы дифференцируются по содержанию ОВ, генерационному потенциалу и прочностным свойствам. Предел прочности кероген-карбонатно-глинистых силицитов ниже, чем карбонатно-глинистых
силицитов. Соответственно генерационный потенциал первых выше, чем у вторых.
Кероген-кремнисто-глинистые породы приурочены к зоне контакта кровли баженовской свиты или нижнетутлеймской подсвиты с перекрывающими отложениями. В составе минеральной части падает роль биогенного кремнезема и возрастает роль терригенной глинистой составляющей по сравнению со слагающими основную часть разреза породами (рис. 11). Появление в составе минеральной части большого количества глинистого материала свидетельствует о смене режима некомпенсированного осад-
Рис. 9. СОДЕРЖАНИЕ Сорг В ПОРОДАХ БАЖЕНОВСКОЙ СВИТЫ И НИЖНЕТУТЛЕЙМСКОЙ ПОДСВИТЫ, СОДЕРЖАЩИХ БОЛЕЕ 35 % КАРБОНАТНЫХ МИНЕРАЛОВ
10 9 8 7
От-1-1-1-1-1-г"
35 45 55 65 75 85 95
Карбонатность (кальцит + доломит), %
Рис. 10. КАРБОНАТНО-ГЛИНИСГЫЕ СИЛИЦИТЫ
1-5
N
|-з
|-2
¡-1
= -0
М Гй: Ш -Г - щ'
Г ■ * -г-.*«
А - волнистая и линзовидная текстура за счет скопления раковин двустворок, Б - скопление пластинок кокколитофорид, снятое под растровым электронным микроскопом
конакопления, характерного для баженовского седиментогенеза, на режим заполнения осадочного бассейна терригенным материалом в
неокоме. ОВ относится ко второму типу, генерационный потенциал этих пород высокий.
Закономерности строения разрезов
По сравнению с подстилающими и перекрывающими отложениями, породы баженовской свиты и нижнетутлеймской подсвиты обогащены ОВ и биогенным кремнеземом. При переходе к вмещающим отложениям существенно падает концентрация кремнезема и ОВ и возрастает доля терригенной алев-ритоглинистой составляющей. Зоны, в которых породы обладают переходными свойствами от баженов-ской свиты (нижнетутлеймской под-свиты) к вмещающим отложениям, были отнесены к переходным.
Состав пород нижней переходной зоны преимущественно алеври-тоглинистый, ОВ относится к третьему типу с бедным и средним генера-
Рис. 11. ОБОБЩЕННАЯ СХЕМА СТРОЕНИЯ РАЗРЕЗОВ БАЖЕНОВСКОГО ГОРИЗОНТА
Породы: 1 - глинистые и карбонатно-глинистые силициты, 2- силициты и карбонатизированные силициты, 3 - метасоматиче-ские карбонаты, 4 - кремнисто-глинистые и алевритоглинистые, 5 - глинистые с глауконитом
Рис. 12. ОБЪЕМНАЯ МИНЕРАЛЬНО-КОМПОНЕНТНАЯ МОДЕЛЬ БАЖЕНОВСКОЙ СВИТЫ И НИЖНЕТУТЛЕЙМСКОЙ ПОДСВИТЫ, %
ционным потенциалом, концентрация ОВ не превышает 2 %. При этом в породах установлены линзы кремнистого материала, характерные для баженовской свиты и ниж-нетутлеймской подсвиты. Мощность нижней переходной зоны обычно составляет 1-3 м, но может достигать 10 м и более.
Породы верхней переходной зоны обогащены ОВ второго типа с высоким генерационным потенциалом, концентрация ОВ достигает 16 %. В составе пород преобладает глинистый материал, что указывает на переход от некомпенсированного баженовского осадконакопления к неокомскому этапу седиментации. Мощность верхней переходной зоны от нижнетутлеймской подсвиты к фроловской свите может превышать 10 м. По составу и мощности породы верхней переходной зоны соответствуют верхнетутлеймской подсвите.
К собственно баженовской свите и нижнеутлеймской подсвите отнесены породы, в которых отмечается дефицит терригенной составляющей на фоне высокой концентрации морского ОВ, обладающего высоким генерационным потенциалом. Породы баженовской свиты и нижнетутлеймской подсви-ты характеризуются одинаковым набором породообразующих компонентов: минералов группы кремнезема, глинистых, карбонатных минералов, ОВ (рис. 12). Литотипы чередуются в разрезах закономерно: глинистые и низкоглинистые породы образуют циклическое чередование, керогеновые породы (ОВ > 10 %) приурочены к верхей части разрезов. Общий тренд увеличения содержания ОВ и генерационного потенциала пород от подошвы к кровле сохраняется в разрезах всех исследованных скважин. На фоне такого распределения в разрезах может присутствовать один или несколько слоев карбона-тизированных силицитов или апора-диоляриевых карбонатов, в кото-
рых породы обеднены ОВ. Лучше всего слой карбонатных пород прослеживается на границе верхней и нижней частей разрезов.
Форма нахождения и связь с другими компонентами пород карбонатных минералов баженовского горизонта и переходных зон весьма разнообразны. Авторами статьи были выделены следующие группы: 1 — известняки матрицы КС со сфе-ролитовой и комковатой структурами; 2 — метасоматические мелкозернистые или обломочные доломиты матрицы КС; 3 — кристаллические известняки и доломиты трещин карбонатных пород слоя КС; 4 — известняки и доломиты апорадиоля-риевых карбонатов баженовской свиты и нижнетутлеймской подсви-ты; 5 — кальцит и доломит кремнисто-карбонатных пород с реликтовой радиоляриевой структурой; 6 — кальцит карбонатно-глинистых сили-цитов с кокколитофоридами и дву-створками. С привлечением данных по составу стабильных изотопов углерода и кислорода в составе выделенных групп карбонатов было выделено несколько генетических типов. Особый интерес заслуживают метанопроизводные низкотемпературные известняки, установленные в изучаемых разрезах впервые. К ним относятся бактериально-водорослевые известняки матрицы
КС и часть вторичных апорадиоля-риевых известняков баженовской и тутлеймской свит. Изотопный состав углерода карбонатов свидетельствует, что они образовались при участи изотопно легкой, биогенной углекислоты, а изотопный состав кислорода — о первичной природе карбоната, осаждающегося в приповерхностных условиях морского бассейна. Такого рода карбонаты могут встречаться одновременно на разных уровнях одного разреза: как в матрице КС, так и апорадиолярие-вых известняках баженовской или тутлеймской свит. Известно немало примеров современного образования изотопно легких метанопроиз-водных карбонатов в районах современной низкотемпературной подводной разгрузки флюидов на морское дно (Черное, Охотское моря и др.).
Коллекторы
Проблема выделения и изучения коллекторов стоит наиболее остро. Существует ряд объективных причин, осложняющих процесс изучения коллектора: вследствие АВПД и хрупкости пород, 100%-й вынос керна при бурении практически невозможен. Это затрудняет изучение коллекторов на образцах керна. Аномальный для терриген-
Вещественный состав и ФЕС низкоглинистых силииитов
Минеральный состав породы, определенный рентгенофазовым методом, % ФЕС
кварц альбит кальцит доломит пирит глинистые минералы ^Пр, л-10-3 мкм2 ^П» %
89,6 1,7 0 0 3,7 4,8 0,07 8,44
56,3 1,9 4,0 26,4 3,9 7,4 0,17 7,06
67,1 0,5 0,2 22,6 4,7 4,5 1,93 12,11
61,9 1,0 6,5 16,9 8,3 5,4 2,66 11,67
76,8 н.п.о. 21,0 1,4 0,8 н.п.о. 0,05 4,81
48,7 0,4 44,8 4,6 1,4 0,02 0,09
1,0 96,2 0,4 2,4 н.п.о. 0,06 0,95
Примечание: н.п.о. — ниже предела обнаружения.
ного разреза Западной Сибири вещественный состав пород баженов-ского горизонта при малой мощности ограничивает применение прямых качественных признаков коллекторов и делает невозможным его изучение с использованием диаграмм стандартных методов ГИС и сейсморазведки.
В результате проведенных исследований каменного материала по скважинам, вскрывшим баже-новский горизонт и породы абалак-ской свиты, специалистами МГУ были выделены и изучены три типа коллекторов: порово-микрокавер-нозный в силицитах и карбонатизи-рованных силицитах (радиоляритах); трещинно-каверновый в поро-
дах КС; керогенопреобразованный микропоровый в глинистых и керо-геново-глинистых силицитах.
Порово-микрокавернозные коллекторы представлены сили-цитами и карбонатизированными силицитами. Их вещественный состав определяется соотношением следующих породообразующих компонентов: биогенного кремнезема (9-71 %), кальцита (9-69 %), доломита (9-66 %), ОВ (керогена) (2-11 %) и в меньшей степени глин (1-9 %). Определение коэффициента пористости и проницаемости стандартными для терригенных пород методами дает завышенные результаты в породах баженовской свиты, где ОВ является одним из породообразующих компонентов. Кроме того, после экстракции породы часто расслаиваются, что делает невозможным дальнейшее проведение исследований. Проведенное авторами статьи сравнение различных методик определения порового пространства в породах баженов-ской свиты показывает, что наиболее корректно проводить определения коэффициента пористости на неэкстрагированных образцах по керосину. Расхождение пористости по керосину до и после экстракции связано с извлечением из породы битумоидов [4].
Комплекс значений пиролитиче-ских параметров, к которым относятся пониженные по сравнению с вмещающими породами значения 7тах, повышенное содержание свободных УВ (Б1), соотношение Б1 и $2, повышенные значения параметра Р1, свидетельствует о наличии в породах миграционных битумоидов (таблица).
Основной объем порового пространства приурочен к пустотам, образованным вследствие растворения радиолярий, что отчетливо видно на фотографиях, сделанных под растровым электронным микроскопом (рис. 13). Диаметр пустот растворения радиолярий составляет п0,1 мм, т.е. пустотная емкость в коллекторах представлена микрокавернами.
На основе микротомографического 3й-анализа строения пустотного пространства пород коллекторов можно утверждать, что они относятся к коллекторам порового типа. Проницаемость в коллекторах обеспечивается за счет мелких каналов в пределах карбонатно-крем-нистого и кремнистого матрикса. Как известно, газ, в силу меньшего размера молекул, может проникать в более узкие капилляры и трещины, чем керосин. При этом керосин является слабым растворителем, что позволяет ему вытеснять моле-
Рис. 13. ПУСТОТЫ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ РАДИОЛЯРИЙ В ДОЛОМИТИЗИРО-ВАННОМ РАДИОЛЯРИТЕ, СНЯТЫЕ ПОД РАСТРОВЫМ ЭЛЕКТРОННЫМ МИКРОСКОПОМ (К„ = 12,11 %)
u карбонатизированных силииитов тутлейтской свиты
Пиролиз " Rock Eval"
Si, мг УВ/г породы S2, мг УВ/г породы PI T of ' max* ^ fopr, % HI
10,42 7.35 12,78 7,24 7,38 1.36 0,96 8,26 6,23 7,92 5,60 8,49 2,51 1,47 0,56 0,54 0,62 0,56 0,47 0,35 0,39 441 436 435 429 440 440 439 3.36 2,38 3,23 2,38 3.37 1,14 0,76 246 262 245 235 252 220 193
кулы нефти из порового пространства. Анализ зависимости коэффициента пористости, определенного по керосину и газу, показывает, что при пористости по газу > 6 % пористость по керосину превышает пористость по газу. Это значит, что в породе отсутствуют мелкие капилляры, по которым может пройти газ, но не может пройти нефть (рис. 14, А). Зависимость коэффициента проницаемости от коэффициента пористости хорошо аппроксимируется экспоненциальной функцией. Совместный анализ приведенных зависимостей показывает, что пустотное пространство можно охарактеризовать как поровое (см. рис. 14, Б).
В качестве одного из важнейших факторов, контролирующих ФЕС таких коллекторов, является интенсивность наложенной карбо-натизации. Наихудшими ФЕС и насыщенностью на границе аналитического обнаружения обладают вторичные апорадиоляриевые известняки, более чем на 75 % сложенные кальцитом. Ухудшение ФЕС происходит и при увеличении содержания доломита до 50 %. Еще одним компонентом, влияющим на ФЕС, является пирит. Занимая поровый объем, при одинаковом составе минерального ске-
лета породы, он будет ухудшать ФЕС пород.
В разрезе нижнетутлеймской подсвиты описанные коллекторы располагаются непосредственно под толщей глинистых силицитов, которые характеризуются максимальной концентрацией в них ОВ, наилучшими нефтегенерационными свойствами и низкими ФЕС (на границе аналитического обнаружения). Эта толща получила условное название "основная нефтематерин-ская". По составу алкановых УВ би-тумоиды из этой толщи относятся к автохтонным (сингенетичным). На хроматограммах битумоидов фиксируется короткий ряд н-алканов. Между пиками н-алканов фикси-
руется большое число неидентифи-цированных пиков (гомологических рядов изо- и/или циклического строения). Отмечается большой нафтеновый фон, представляющий собой количество неразделяемых га-зохроматографическим методом сложных полициклических структур (рис. 15, А).
На хроматограммах битумои-ды, выделенные при экстракции из пород-коллекторов, залегающих ниже основной нефтематеринской толщи, характеризуются рядом н-алканов от н-С15 до н-Сзб, небольшим нафтеновым фоном, незначительным по сравнению с сингене-тичными битумоидами числом неин-дефицируемых пиков (рис. 15, В).
Рис. 14. СОПОСТАВЛЕНИЕ ДЛЯ ОБРАЗЦОВ КОЛЛЕКТОРОВ БАЖЕНОВСКОГО ГОРИЗОНТА ОТКРЫТОЙ ПОРИСТОСТИ ПО ГАЗУ С ОТКРЫТОЙ ПОРИСТОСТЬЮ ПО КЕРОСИНУ (А); ОТКРЫТОЙ ПОРИСТОСТИ ПО КЕРОСИНУ С АБСОЛЮТНОЙ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТЬЮ (Б)
Рис. 15. ИЗМЕНЕНИЕ ХРОМАТОГРАММ И ТОМОГРАФИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ПРОПЛАСТКА, ГЕНЕРИРУЮЩЕГО УВ, КОЛЛЕКТОРА И ПЕРЕХОДНОЙ ЗОНЫ МЕЖДУ НИМИ
А - основная нефтематеринская толща, Б - зона перехода нефтематеринской толщи в коллектор, В - поровый коллектор
Эта группа битумоидов была отнесена к аллохтонным.
Образцы керна, отобранные на границе основной нефтематеринской толщи и коллекторов, были изучены с помощью рентгеновского микротомографа. В результате было установлено, что на границе развита сеть трещин, раскрытость которых составляет л-10 мкм. Трещины перпендикулярны напластованию, не выходят на поверхность образца, т.е. их формирование не связано с механическим повреждением хрупких пород при пробопод-готовке. Основную часть минерального скелета трещиноватой породы составляет кремнистое вещество. Пористость составляет 10,6 %. Би-тумоиды, выделенные из образцов этой группы, характеризуются увеличением на хроматограммах ряда «-алканов (до н-Сз5) по сравнению с автохтонными битумоидами "основ-
ной нефтематеринской" толщи, уменьшением нафтенового фона и числа неидентифицированных пиков и относятся к группе паравтох-тонных битумоидов (рис. 16, Б).
Таким образом, эмиграция би-тумоидов из нефтематеринской толщи в коллекторы происходила внутри самой толщи по зафиксированным трещинам флюидоразрыва, развитым на контакте нефтемате-ринской толщи и коллектора.
Микропоровые коллекторы в глинистых и кероген-глини-стых силицитах, пустотное пространство которых сформировалось в результате преобразования керогена глинистых и кероге-ново-глинистых силицитов выявлены и изучены впервые. По геохимическим параметрам ОВ и ФЕС породы баженовского горизонта с таким типом коллекторов очень сильно отличаются от изученных в других
скважинах. Судя по значениям 7max (среднее 455 оС), стадия катагенеза отвечает концу нефтяного окна, что свидетельствует об истощении неф-тематеринского потенциала ОВ в этой скважине. ОВ по данным пиролиза обладает очень низким генетическим потенциалом: водородный индекс составляет 43-152 мг УВ/г ТОС и незначительно изменяется после экстракции. Средние значения водородного индекса составляют 90 и 50 мг УВ/г ТОС до и после экстракции соответственно. Высокая зрелость ОВ подтверждается также и составом битумоида, который более чем на 60 % состоит из УВ, тогда как в других скважинах их содержание в среднем не превышает 30 %.
Известно, что структура аморфного керогена значительно изменяется в процессе катагенетических деформаций и образования микронефти. Кероген можно рассматривать как макромолекулу, которая составлена конденсированными циклическими ядрами, соединенными ге-тероатомными связями или алифатическими цепочками. В процессе катагенеза изменения керогена связаны с уменьшением содержания в нем водорода и отношения Н/С вследствие образования микронефти. Структура керогена в процессе термического преобразования становится более конденсированной за счет удаления неконденсированных звеньев (алифатических цепей, насыщенных или ароматических циклов) [8]. Вследствие усиления конденсации молекулярная структура керогена, полностью отдавшего "жидкую" часть, становится более упорядоченной и занимает меньший объем по сравнению с керогеном, сохранившим генерационный потенциал.
По мнению авторов статьи, именно уплотнение керогена, вследствие реализации им нефтеге-нерационного потенциала, явилось причиной появления высокой пористости в породах с высокой степенью катагенеза. Пористость, измеренная до экстракции, изменяется в
Рис. 16. ПЛОТНОСТНОЕ РЕНТГЕНОВСКОЕ СЕЧЕНИЕ ОБРАЗЦА МИКРОПОРОВОГО КОЛЛЕКТОРА С ПОРИСТОСТЬЮ 6,73 % (А) И 3Э-РЕКОНСТРУКЦИЯ ЕГО ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА (Б)
пределах от 4,28 до 9,45 %. Значение пористости контролируется содержанием ОВ, в отличие от кремнистых пород, в которых оно зависит от интенсивности вторичных процессов растворения и минерало-образования. Исследования структуры порового пространства с использованием 30-микротомографа показали, что трещины в коллекторах отсутствуют, а сами коллекторы приурочены не к глинистым слойкам, а связаны непосредственно с сообщающимися микролинзами бесструктурного аморфного ОВ (см. рис. 16). Изучение образцов под растровым электронным микроскопом позволило выявить в породах пустоты округлой формы, размер которых не превышает 2 мкм. Эти округлые пустоты не связаны с кремнистой основной массой, а приурочены к ее углеродистой составляющей (керогену), что следует из соотношения и распределения углерода, серы и кремния в образцах (рис. 17). Таким образом, распределение пор по размеру, форме и сообщаемости указывает на принадлежность пустотного пространства к участкам, обогащенным ОВ. Фильтрация в таком коллекторе обеспечивается за счет связанности микролинз ОВ между собой.
Решающая роль в формировании таких коллекторов отводится высокой катагенетической преобразо-ванности ОВ и полной реализации им нефтегенерационного потенциала. Емкостное пространство таких коллекторов связано с порами непосредственно в керогене, а не трещинами автофлюидоразрыва, как теоретически предсказывалось ранее.
Трещинно-каверновые коллекторы КС. Нефтенасыщение пород КС приурочено к поверхностям разнонаправленных трещин и связанных с ними каверн выщелачивания (см. рис. 3). Характер минерализации трещин позволяет выделить до трех стадий заполнения их орга-номинеральным веществом. Нефтенасыщение пород матрицы КС низ-
кое, на отдельных образцах керна зафиксированы процессы пропитки матрицы в направлении от краев трещин. Равномерность и интенсивность пропитки УВ пород матрицы контролируются структурой пород и степенью нефтенасыщенности самих трещин и каверн.
Объем пустотного пространства трещин и каверн выщелачивания КС оценить методами стандартной петрофизики невозможно. Для этой цели использовались результаты макротомографической съемки трещинно-кавернозных интервалов. Стереологический анализ таких систем пустот показал, что практически все каверны связаны с внешней
поверхностью керна. Расчеты показали, что пористость таких интервалов изменяется в пределах 5-8 % в зависимости от выбранной зоны обсчета и степени сохранности керна. Максимальная кавернозно-трещиноватая пористость КС может достигать 10 %.
Выводы
Применяемый специалистами МГУ комплексный подход к исследованию нетрадиционных для поиска и разработки залежей нефти объектов показал высокую результативность при изучении разрезов баженовского горизонта.
Рис. 17. ФОТОГРАФИЯ УЧАСТКА МИКРОПОРОВОГО КОЛЛЕКТОРА В ГЛИНИСТОМ СИЛИЦИТЕ, ПУСТОТНОЕ ПРОСТРАНСТВО КОТОРОГО СФОРМИРОВАЛОСЬ В РЕЗУЛЬТАТЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КЕРОГЕНА, СДЕЛАННАЯ ПОД РАСТРОВЫМ ЭЛЕКТРОННЫМ МИКРОСКОПОМ, (А) И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КРЕМНИЯ (красный цвет), УГЛЕРОДА (зеленый) И СЕРЫ (синий) НА ЭТОМ УЧАСТКЕ (Б)
Так, были выявлены и обоснованы взаимосвязи вещественного состава, текстурных особенностей, нефтегенерационных характеристик ОВ и деформационно-прочностных свойств пород баженовского горизонта. Выявленные взаимосвязи нашли свое отражение в выделенных литотипах пород, которые закономерно чередуются во всех изученных разрезах.
В основании разрезов баже-новского горизонта выделяется переходная зона, в которой породы обладают одновременно признаками баженовской свиты (нижнетут-леймской подсвиты) и подстилающих отложений: отмечаются характерные для баженовской свиты (ниж-нетутлеймской подсвиты) линзы кремнистого материала, концентрация ОВ повышенная, но оно гумусовое и имеет низкий генерационный потенциал. В нижней переходной зоне часто встречаются трещиноватые и кавернозные известняки и доломиты, относимые к КС.
В породах баженовской свиты и нижнетутлеймской подсвиты отмечается дефицит терригенной составляющей (глинистость не выше 30 %)
на фоне высокой концентрации ОВ (до 40 %) морского типа. В верхней части разрезов содержание ОВ в породах больше 5-10 %, в нижней части разрезов — меньше 5-10 %. Они слагаются кероген-глинистыми и кероген-глинисто-карбонатными силицитами. Во вторично карбона-тизированных силицитах концентрация ОВ убывает с ростом степени карбонатизации вне зависимости от положения в разрезе. Процессы наложенной карбонатизации, вплоть до образования апорадиоляриевых известняков и доломитов, наиболее полно проявились в радиоляритах с низкой глинистостью (< 10 %).
В верхней переходной зоне от баженовского горизонта к подачи-мовской пачке в породах отмечается повышенная (до 16 %) концентрация ОВ морского типа с высоким генерационным потенциалом на фоне преимущественного глинистого состава минеральной части.
Карбонатные породы в составе баженовского горизонта и переходной зоны подразделяются на несколько типов по форме нахождения и генезису. Особый интерес заслуживают метанопроизводные
седиментационные известняки, которые могут одновременно встречаться на нескольких уровнях разрезов абалакской свиты и баженов-ского горизонта. Обнаружение таких карбонатов позволяет предполагать наличие зон разгрузки метана на эпиконтинентальном шельфе морского бассейна в абалакское и баженовское время.
Выделено и изучено несколько типов вторичных коллекторов, образование которых является конечным результатом литогенетиче-ских преобразований определенного типа осадков. Порово-микро-кавернозные коллекторы представлены силицитами и карбонати-зированными силицитами, в которых основной объем порового пространства приурочен к пустотам, образованным вследствие растворения радиолярий.
В зоне контакта основной неф-тематеринской толщи и порово-микрокавернозных коллекторов развита сеть вертикальных микротрещин флюидоразрыва, обеспечивающих миграцию микронефти из нефтематеринской толщи в коллектор. Эти трещины имеют локальное распространение и не обеспечивают ФЕС пород-коллекторов.
Впервые в разрезах баженов-ской свиты выявлены микропоро-вые коллекторы в глинистых и ке-роген-глинистых силицитах, изучена структура их пустотного пространства. Обосновано, что их пустотное пространство формируется в результате катагенетического преобразования керогена и реализации их нефтегенерационного потенциала. Емкость коллекторов определяется наличием округлых пустот в сообщающихся микролинзах аморфного ОВ.
Литература
1. Батурин Ю.Е. Обоснование необходимости отмены налога на добычу полезных ископаемых при разработке нефти баженовских отложений // Вестник ЦКР. - Роснедра. - 2010. - № 6.
REGULARITIES OF STRUCTURE OF BAZHENOV HORIZON AND UPPER PARTS OF ABALAK SUITE IN VIEW OF OIL PRODUCTION PROSPECTS
Balushkina N.S., Kalmykov G.A., Kiryukhina T.A., Korobova N.I., Korost D.VSoboleva E.V Stoupakova AV., Fadeyeva N.P., Khamidullin R.A., Shardanova T.A. (Lomonosov Moscow state university)
The article presents results of realizing the complex approach to studies and interpretation of information in evaluating structure and oil potential of rocks of Baz-henov horizon with reference to some areas of West Siberia where Yuo bed is an object of commercial development. With the help of petrographical, X-ray-structural, tomographical, isotope and other methods are shown interrelationships of lit-hological composition of rocks, OM concentration and its generation potential, deformation-strength and texture characteristics of rocks. Regularities of section structure and secondary processes intensity were revealed. Some genetic types of carbonate rocks within Bazhenov horizon and Abalak suite were determined among which are distinguished the primary biogene bacteria-algal methane limestones, secondary dia- and catagenetic aporadiolarian limestones and dolomites and crystalline limestones and dolomites formed from hydrothermal solutions. Several types of secondary reservoirs of Yuo bed are distinguished and studied: pore-microcaverno-us reservoirs in silicites and carbonized silicites; microporous reservoirs in argillaceous and kerogene-clayey silicites which void space was formed as a result of ke-rogene transformation; fracture-cavernous reservoirs in limestones and dolomites of Bazhenov-Abalak transition complex.
Key words: Bazhenov horizon; Abalak suite; laboratory core tests; siliceous rocks; secondary reservoirs.
2. Белкин В.И. Модель коллекторов нефти баженовской свиты Салым-ского месторождения / В.И.Белкин, Е.П.Ефремов, Н.Д.Каптелинин // Нефт. хоз-во. - 1983. - № 10.
3. Брехунцов A.M. Нефть битуминозных глинистых, кремнисто-глинистых и карбонатно-кремнисто-глинистых пород / А.М.Брехунцов, И.И.Нестеров // Вестник ЦКР Роснедра. - 2010. - № 6.
4. Завьялец A.H. Геолого-геофизическая характеристика отложений в зоне контакта баженовской свиты с абалакской на Салымском месторождении / А.Н.Завьялец, Е.В.Замятина, Л.А.Скворцова // Проблемы нефтеносности баженовской свиты Западной Сибири. - М., 1986.
5. Захаров В.А. Условия формирования волжско-берриасской высокоуглеродистой баженовской свиты Западной Сибири по данным палеоэкологии // Эволюция биосферы и биоразнообразия. - М.: Товарищество научных изданий КМК, 2006.
6. Зубков М.Ю. Литолого-геохи-мические особенности баженовской свиты / М.Ю.Зубков, В.П.Сонич, В.Я.Чух-ланцева // Особенности подсчета за-
пасов нефти в баженовских отложениях Западной Сибири. - Тюмень: Изд-во СибНИИНП, 1985.
7. Решение 6-го межведомственного стратиграфического совещания по рассмотрению и принятию уточненных стратиграфических схем мезозойских отложений Западной Сибири. Объяснительная записка. - Новосибирск: Изд-во СНИИГГиМСа, 2004.
8. Тиссо Б. Образование и распространение нефти / Б.Тиссо, Д.Вель-те. - М.: Мир, 1981.
9. Khamidullin R.A. Reservoir properties of the Bazhenov formation / R.A.Khamidullin, G.A.Kalmykov, D.V.Ko-rost et al. - http://www.onepetro.org/ mslib/servlet/onepetropreview?id = SPE-162094-MS- 2012. - 16-18 October.
© Коллектив авторов, 2013
Наталья Сергеевна Балушкина, инженер,
кандидат геолого-минералогических наук, natalybal@gmail.com;
Георгий Александрович Калмыков, старший научный сотрудник, кандидат технических наук, gera64@mail.ru;
Тамара Алексеевна Кирюхина, ведущий научный сотрудник, кандидат геолого-минералогических наук,
takir@bk.ru;
Наталия Ивановна Коробова, ассистент, nataliya.korobova54@mail.ru;
ймитрий Вячеславович Корост, научный сотрудник, кандидат геолого-минералогических наук, dkorost@mail.ru;
Елена Всеволодовна Соболева, доиент,
кандидат геолого-минералогических наук, phitan@yandex.ru;
Антонина Васильевна Ступакова, заведующий кафедрой, доктор геолого-минералогических наук, stoupakova@gmail.com;
Наталья Петровна Фадеева, старший научный сотрудник, кандидат геолого-минералогических наук, fadeeva_nataly@mail.ru;
Руслан Айратович Хамидуллин, научный сотрудник, ruslan_msu@mail.ru;
Татьяна Анатольевна Шарданова, доиент,
кандидат геолого-минералогических наук, tshardanova@mail.ru.
