Лесной Александр Николаевич Начальник Отдела геолого-технологического обеспечения разработки морских месторождений ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг»

Салимов Фарид Сагитович Начальник отдела повышения нефтеотдачи пластов ТПП «Повхнефтегаз»

Анализ истории разработки Ватьеганского месторождения выявил закономерные зональные изменения ФЕС пород по направлению к протяженным разрывным нарушениям и прямую связь продуктивных и высокодебитных скважин с локальными зонами проницаемости, а также улучшения плотностных и фильтрационно-емкостных свойств пород в приразломных зонах [1 – 3]. Такой анализ становится возможным в связи с наличием достаточного для последующего создания реальной геолого-гидродинамической модели залежи количества добывающих скважин в присбросовых зонах [3, 5, 6].

За длительную разработку рассматриваемой залежи было установлено, что нефть содержится в трещинах и порах, соотношение которых меняется по мере удаления от дизъюнктивного нарушения [1, 2]. Исследования в данном направлении продолжаются. Ниже рассмотрена флуктуация свойств пород и зональное размещение типов коллекторов в области влияния разрывного нарушения на примере юрского продуктивного песчано-алевролитового пласта ЮВ1-1 Ватьеганского месторождения.

ФОРМИРОВАНИЕ СБРОСА

На рис. 1, 3, 4 представлены схемы формирования присбросовой зональности коллекторских свойств и закономерных изменений дебитов нефти в скважинах на разном расстоянии от сброса. В процессе формирования конседиментационного сброса и многократных подвижек висячего блока в плоскости сместителя нарушения энергия, вызывающая движение, накапливается в форме упругих напряжений пород. Когда напряжение достигает критической точки, превышающей силу трения, происходит резкий разрыв пород с их взаимным смещением по плоскости разрыва; накопленная энергия, освобождаясь, вызывает ударные волны. На рис. 4 показана модель сбросо-сдвиговой подвижки, очага ударных волн и сейсмических колебаний и зон уплотнения пород. По направлению распространения ударных волн и сейсмических колебаний (F) в соответствующих зонах уплотнения пород (ЗУП) формируются коллекторы различных типов и ряды продуктивности пласта (а, б, в) с близкими для каждого ряда интегральными показателями ФЕС пласта (типом коллектора) [1, 2, 7].

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ФЕС И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Визуально зоны дробления пород изучаются в шахтных выработках, в обнажениях и по керну. Исследованиями, проведенными на природных обнажениях и в шахтных выработках основных угольных бассейнов, установлено, что вблизи разрывных нарушений отмечается устойчивое с закономерной направленностью изменение горно-геологических факторов. В лежачем крыле по направлению к плоскости сместителя нарушения (начиная с 10 м) наблюдается тенденция к увеличению пористости (от 22,4 до 23,4 %), а в висячем крыле – к уменьшению пористости аргиллитов и алевролитов (с 21,3 до 19,1 %). Показатели объемной массы породы распределяются обратно пропорционально в пределах (2,13 – 2,27) 103 кг/см³. Установлено, что в висячем крыле аргиллиты уплотняются. При удалении от плоскости сместителя нарушения различия в свойствах пород сглаживаются до фоновых по пласту (пористость 21,6 %) [7].

По данным В.Е. Григорьева и др. (1988), анализ изменения физико-химических свойств угля по направлению к разрывному нарушению показал последовательное увеличение степени преобразованности пород, особенно в зоне непосредственного контакта со сместителем, а также изменение его химического состава (содержание углерода увеличивается на 1-2 %) и физических свойств (пористость уменьшается на 2-3 %, влажность – на 0,5 %). С приближением к разрывному нарушению резко уменьшается крепость угля и вмещающих пород до критических значений в непосредственной близости от сместителя, где фиксируется максимальная трещиноватость угля и вмещающих пород.

Именно такие максимально деформированные трещинами участки вовлекаются в зону дробления пород при последующих подвижках по сбросу. Ширина зоны максимальной трещиноватости пород зависит от амплитуды разрывного нарушения. Эту зону крайней неустойчивости пород в угольной геологии называют критической или предельной. Протяженность таких зон пропорциональна амплитуде смещения по разрыву и составляет 0,5 – 10 N (N – нормальная амплитуда смещения).

Изменение ФЕС нефтегазоносных пластов-коллекторов в приразломных зонах и ранее привлекало внимание к себе. Так, в работе [8] показано, что вдоль сбросов Западной Сибири формируются узкие зоны уплотненных пород. Изучение пород в присбросовых зонах Ватьеганского месторождения позволило установить, что изменения пород носят зональный характер с более сложной структурой пустотного пространства коллектора. По закономерному увеличению плотности пород по направлению к разрывному нарушению выделены три зоны уплотнения пород (ЗУП): ЗУП-1 (слабое), ЗУП-2 (повышенное) и ЗУП-3 (высокое)(рис. 1, 3, 4).

ФОРМИРОВАНИЕ ТРЕЩИН

Известно, что трещины образуются в плотных породах: в направлении увеличения плотности пород растет и количество трещин на единицу объема. В соответствии с растущей к разрыву плотностью терригенных пород в присбросовой зоне формируется разнонаправленная или преимущественно вертикальная трещиноватость пород с последовательно убывающей от сброса плотностью трещин.

Количество и многостороннее взаимодействие трещин максимальны в зоне наибольшего уплотнения пород (ЗУП-1). За счет большой плотности раскрытых трещин увеличивается эффективное сечение и взаимосвязь поровых каналов, включая и микропоры. Таким образом, максимальная раскрытость пустотного пространства первой зоны обеспечивает высокую подвижность флюидов и наилучшие эксплуатационные характеристики скважин. По мере снижения плотности пород и числа трещин последовательно выделяются зоны ЗУП-2 и ЗУП-3 (с минимальным числом трещин). На рис. 4 представлена схема сбросо-сдвиговой подвижки, очага ударных волн и сейсмических колебаний и зон уплотнения пород. По направлению распространения ударных волн и сейсмических колебаний (F) в соответствующих зонах уплотнения пород формируются ряды продуктивности (а, б, в) с близкими для каждого ряда интегральными ФЕС пласта (тип коллектора) [1, 2].

Исследования кернового материала Прибортового месторождения [7] показали, что присбросовые трещины преимущественно вертикальные (вторичные и генетически связаны с формированием сброса), а на расстоянии более 600 м трещины преимущественно горизонтальные (первичные, седиментационные), и влияние вторичных трещин минимально.

Вторичные трещины параллельны направлению плоскости сместителя сброса. В пределах рассмотренного блока A Ватьеганского месторождения (скважины 8867, 8848, 9063 и др.) при пересечении сбросов формируется сложная система пересекающихся тре-щин (рис. 5). В результате в блоке A фиксируется максимальная гидропроводность, проницаемость и нефтенасыщенность пород, а также плотность запасов нефти (рис. 5).

По данным Е.В. Полетаевой, трещинная сеть, связанная со сбросом, представлена разными системами трещин, характеризующихся генетической связью. Анализ осей напряжений указывает на присутствие трех систем примерно ортогональных трещин, которые отличаются по ориентировке и составляют основу разрывной сети в присбросовых зонах. Вблизи сместителя сброса с перемещением крыльев по падению главная (наибольшая густота) и второстепенная системы параллельны в плане разлому. Ширина выделенных систем может превышать километр.

Максимальная трещиноватость формируется в зоне дробления пород и в максимальной близости от плоскости сместителя нарушения (от 0 до 100 м или зона а на рис. 1, 3, 4). Далее трещиноватость убывает, но остается относительно высокой в интервале от 100 до 600 м (зона б) и постепенно становится минимальной с приближением к отметке 1100 м (зона в). В обратном направлении закономерно уменьшается пористость и увеличивается плотность породы. Данное явление изучено по скважинным данным [1, 2] и на каменном материале в шахтных выработках с присутствием сбросов [1].

ЗАВИСИМОСТЬ ПРОДУКТИВНОСТИ СКВАЖИН

Диапазон индикаторных диаграмм и дифференциация добывающих скважин по дебитам подтверждают наличие в продуктивных пластах зонального размещения пород с различными свойствами вдоль разрывного нарушения: трещинных (зона а и ЗУП-1), поровотрещинных, трещинно-поровых (зона б и ЗУП-2) и поровых (зона в и ЗУП-3) типов коллекторов и дебитов нефти до и после ГРП (рис. 1, 4).

Просматривалось явное влияние количества трещин на продуктивность скважин, однако выбор наиболее перспективных (по максимальному КИН) для разработки зон и скважин для проведения гидроразрыва пласта (ГРП) оказался не столь очевидным и потребовал более детального изучения. Оказалось, что у выделенных по продуктивности в соответствии с зональностью ФЕС пород рядов скважин различаются эксплуатационные характеристики продуктивного пласта и КИН [5]. Наиболее высоким КИН (0,4) характеризуется ряд (ЗУП-2), удаленный от источника интенсивного поступления пластовой воды по зоне дробления пород в плоскости сместителя нарушения и сохраняющий высокую плотность первичных и вторичных трещин в продуктивном пласте ЮВ1-1 и повышенные значения пористости в пласте песчаника (порово-трещинные и трещинно-поровые типы коллекторов).

ИССЛЕДОВАНИЯ КЕРНА

Свойства пород из каждой зоны, определенные по керновому материалу, представлены на рис. 1. Поскольку на Ватьеганском месторождении скважины, пробуренные с отбором керна, редко пересекали плоскости сместителей сброса, для характеристики выделенных участков использовалось описание керна других месторождений, где такие зоны пройдены с отбором керна. На Ватьеганском месторождении все изменения происходят в породах одного литофациального типа – фаций барьерных островов (аккумулятивных песчаных форм), развитых вдоль побережий и представленных прибрежными барами.

Объект 1 соответствует плоскости сместителя нарушения («зеркало скольжения»). Керн его отличается гладкой, отполированной до блеска плоскостью сместителя нарушения (зеркало скольжения пород) и черным цветом породы вследствие воздействия высоких температур (тысячи градусов) и давлений, образующихся в результате трения пород. В результате резкого изменения плотности, а также механохимической и температурной активации в породах плоскости нарушения происходят структурные, текстурные и вещественные преобразования органоминеральных веществ (растворение под давлением, кристаллизация минеральных форм, рост минералогической плотности, интенсивное перетирание, раздавливание, уплотнение и преобразование физико-химических свойств пород и т.д.), создающие и укрепляющие (с каждой новой подвижкой по разрыву) непроницаемые свойства плоскости сместителя нарушения (трибохимический эффект) [7].

На Среднелыхминском месторождении в таком образце из горизонта Ю6 (тюменская свита) фиксируются явления прорастания и вдавливания (инкорпорации) зерен кварца в измененные зерна полевых шпатов в плоскости сброса (керн скв. 257) [8].

Объект 2 (первый ряд продуктивности с ЗУП-1) представляет собой зону дробления пород и присбросовую зону (рис. 1, 7 – 11). При многократных и крупных смещениях в полость зоны дробления пород вовлекаются интенсивно трещиноватые породы висячего движущегося блока. Двигаясь внутри полости, обломки разрушенных и перетертых пород характеризуются различными степенями разрушения, раздробления, истирания и окатанности (рис. 6). Породы зоны дробления наблюдаются при сплошном отборе керна. На Хвалынском месторождении толщина таких зон составляет 0,15 – 2 м, а размеры крупных обломков достигают 1,5 – 2,5 см.

Известно, что при спуске колонкового долота со стенок скважины срывается порода, которая скапливается на забое и выносится после первого долбления. Однако в данном случае брекчированные зоны отмечены как после начала долбления, так и в середине. Таким образом, их положение не зависит от технологического процесса. При этом граница между зоной дробления и ненарушенным пластом, как правило, четкая. Сама брекчированная порода является монолитной сцементированной. По этой причине керн не разрушается (100%-ный вынос) [6].

На Ватьеганском месторождении первый ряд продуктивности (ЗУП-1) рассмотрен в пласте ЮВ1-1 на образцах керна пород, вовлеченных в зону дробления, а также находящихся в непосредственной близости от сброса. В скв. 3044 разрушенные породы пласта, хаотично сложенного переслаиванием аргиллитов и песчаников, находятся в зоне их дробления (рис. 7). Данная зона устанавливается также по ориентировке обломков пород в брекчии трения, расположению сланцеватости и кливажа в зоне сместителя, углу, составленному поверхностями кливажа и плоскостью сместителя сброса. Рубцовые (перистые) трещины отрыва открыты в сторону смещения блока, а трещины скола составляют острые углы со сместителем, который открыт в сторону смещения блока. При этом фрагменты пород разобщены и на отдельных из них видны зеркала скольжения.

Керн, извлеченный в скв. 191, характеризует, по всей видимости, зону контакта пласта с зоной дробления пород и представлен интенсивно раздробленными аргиллитами и алевролитами (рис. 7). Трещины – открытые – заполнены перетертым, неотсортированным и неокатанным материалом. Характерно раздробление отдельных зерен («грануляция»), приводящее к возникновению «бетонной» структуры (среди мелкораздробленного материала сохраняются более крупные угловатые или округлые зерна). В тонком шлифе при поляризационном свете наблюдается «волнистое угасание» кристаллов кварца и плагиоклаза в виде растрескивания обломочного материала, изгибания двойниковых швов, образования двойников скольжения вплоть до развальцевания зерен по двойниковым швам).

Керн, извлеченный из скв. 168Р, также приходится на присбросовую зону а (рис. 9): хрупкие и крепкие аргиллиты, алевролиты и песчаники разрушены до размерности дресвы и щебня. Во всех образцах этой зоны порода покрыта сетью разнонаправленных трещин.

Зоны дробления пород обладают высокой проницаемостью, что способствует активной вертикальной миграции газа и нефти по возникающим каналам. Средний дебит скважин этого ряда составляет 34 т/сут. Объекты 3 и 4 (второй ряд продуктивности с ЗУП2): Проницаемость пород остается сравнительно высокой, поскольку трещины накладываются на растущую в этом направлении пористость (порово-трещинный затем трещинно-поровый коллектор) (рис. 1, 3, 4). В зоне их развития на Ватьеганском месторождении все скважины (за редким исключением) оказались промышленно продуктивными. Здесь сохраняются достаточно высокие ФЕС пород (в основном за счет вторичной трещиноватости) и относительная удаленность от зоны дробления пород, что обеспечивает сравнительно высокий коэффициент продуктивности скважин и самый высокий КИН на участке (0,43).

И, наконец, объект 5. Исследования скважин, пробуренных на расстоянии 600-1100 м от разрывного нарушения (зона в), показали худшие ФЕС породы (поровый коллектор) и о продуктивность по сравнению с зонами а и б. Трещиноватость пород в зоне в последовательно уменьшается до полного исчезновения (рис. 10). Но при высоких значениях пористости средние входные дебиты нефти минимальны для данного участка и составляют 6 т/сут. За счет отдаленности от сброса в скважинах этого ряда наблюдается наименьшая обводненность, а из-за отсутствия трещиноватости пород сравнительно низкие показатели продуктивности и КИН.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лесной А.Н., Бочкарев А.В., Калугин А.А., Бронскова Е.И. Зональное изменение свойств пород и продуктивности скважин в структуре разломно- блокового строения юрских отложений Ватьеганского месторождения //Нефтепромысловое дело. 2015. № 6. С. 23-28.
2. Лесной А.Н., Лобусев А.В., Бочкарев А.В., Калугин А.А., Казаков К.В. Обоснование выработки юрских залежей Ватьеганского месторождения // Нефтепромысловое дело. 2015. № 7. С.9-13
3. Копылов В.Е., Лобусев А.В., Бронскова Е.И, Лесной А.Н., Бочкарев А.В. Уточнение строения верхнеюрской залежи Ватьеган- ского месторождения по данным геолого-гидродинамических исследований // Территория Нефтегаз. 2014. № 12. С. 46-49.
4. Лесной А.Н., Бочкарев А.В., Бронскова Е.И. Повышение эффективности выработки трудноизвлекаемых запасов на основе учета дизъюнктивных нарушений и анализа ГТМ //Нефтепромысловое дело. 2014. № 9. С.12-16.
5. Лесной А.Н., Бочкарев А.В., Калугин А.А., Алексеева А.Д., Полукеев Д.В. Разломно-блоковое строение юрских залежей Вать- еганского месторождения по материалам сейсморазведки и промысловым данным // Нефтепромысловое дело. 2015. № 5. С. 49-54.
6. Анисимов Л.А., Делия С.В. Зоны дробления в осадочных формациях на акватории Северного и Среднего Каспия // Вопросы геологии Прикаспия и шельфа Каспийского моря / «ЛУКОЙЛ-ВолгоградНИПИморнефть». 2004. Вып.62. С.91-97.
7. Бочкарев В.А., Бочкарев А.В. Сбросы и сдвиги в нефтегазовой геологии. М.: ВНИИОЭНГ, 2012. 221с.
8. Беспалова С.Н., Бакуев О.В. Оценка влияния разломов на геологические особенности залежей и продуктивность коллекторов газовых месторождений Западной Сибири// Геология нефти и газа. 1995. № 7. С.16-21.