Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Коллекторы нефти и газа в магматогенных породах и методы их изучения

ВАК РФ 04.00.17, Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений

Текст научной работыДиссертация по геологии, доктора геолого-минералогических наук, Поспелов, Владимир Владимирович, Москва

33-Н/Ж- £

Российский Государственна Университет нефти и газа ИхМ. И. М.Губкина

(7

На правах рукописи

ПОСПЕЛОВ Владимир Владимирович

КОЛЛЕКТОРЫ НЕФТИ И ГАЗА В МАГМАТОГЕННЫХ ПОРОДАХ И МЕТОДЫ ИХ ИЗУЧЕНИЯ

Специальность 04.00.17 - Геология,поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

ЙЪ

А Г /А

а

чЛ

4 ва к г

- Москва, 1998 г. -

СОДЕШНИЕ

стр.

Введение ........................ 5

Глава I. ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ЗАЛЕЖЕй-НЕФТИ И ГАЗА В МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОДАХ ФУВДАМЕНТА

1.1. Основные характеристики нетрадиционных коллекторов не^ти и газа в магматоген-

ных разрезах.................. 10

1.2. Нефтегазоносность фундамента различных

регионов мира.................. 13

1.3. Геологические процессы формирования коллекторов в кристаллических породах фундамента ..................... 30

1.3.1. Геологическая неоднородность и способы ее описания ............... - 30

1.3.2. Разрывная тектоника и трещиноватость. ...... 35

1.3.3. Трещинообразование и деформационно-прочностные свойства массивных пород ..... 56

1.3.4. Характеристики трещиноватости и способы ее изучения................ 69

1.3.5. Контракционная усадка..................77

1.3.6. Гидротермально-пневматолитовые процессы .... 78 Глава 2. СПОСОБЫ ИЗУЧЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ

НЕОДНОРОДНОСТИ ФУНДАМЕНТА

2.1. Литофизические признаки разрывных нарушений фувдамента................'80

2.2. Методы геофизической разведки' .......... 82

2.3. Комплексный геолого-геофизический метод ..... 102

2.4. Дистанционное (аэрокосмическое) зондирование .................... .. 109

2.5. Рекомендуемый комплекс геолого-геофизических методов на поисково-разведочном

этапе изучения фундамента............ III

Глава 3. ПЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ИДЕНШИМЦИЯ И ОЦЕНКА ВТОРИЧНОЙ ПОРИСТОСТИ МАГМАТИЧЕСКИХ П0-" РОД ПО ДАННЫМ СКВАЖИНЬШХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ

(ГИС) И ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКМХ (ГТИ) ИССЛЕДОВАНИИ

3.1. Литологическая (петрологическая) идентификация пород....................116

3.2. Качественные признаки разуплотнения (тре-щиноватости)....................119

3.3. Полуколичественные и количественные методы определения вторичной пустотности

по данным ГИС . .................121

3.4. Скважинные микросканнеры и'программа

РРАСУ1Е!АГ.....................132

3.5. Метод ядерно-магнитного (протонного) резонанса .....................137

Глава 4. НЕОДНОРОДНОСТЬ И К0ЛЛЕКТ0РС1ШЕ СВОЙСТВА ПОРОД ФЗДАМЕНТА ЮЖНОГО ШЕЛЬФА ВЬЕТНАМА .

4.1. Генетико-морфологическая зональность и

возраст пород фундамента ............. 143

4.2. Краткая характеристика геодинамической

эволюции южного шельфа Вьетнама ......... 153

4.3. Выделение зон разуплотнения по данным сейсморазведки .................. 156

4.4. Методика и результаты вертикального сейсмопрофилирования....................164

4.5. Петрофизическая модель и йильтрационно-емкостные свойства пород фундамента по

керновым данным.............■ .... 166

4.6. Идентификация и количественная оценка коллекторов в фундаменте месторождения

Белый Тигр по данным ГИС ............194

Глава 5. ПРИРОДНЫЕ ЦЕОЛИТЫ И ИХ РОЛЬ В ФОРМИРОВАНИИ СВОЙСТВ МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОД И ПЛАСТОВЫХ ФЛЮИДОВ

5.1. Минералогия и кристаллохимия цеолитов ...... 213

5.2. Молекулярно-ситовые и адсорбционные

свойства.....................222

5.3. Диэлектрические свойства и электропроводность .....................231

5.4.Теологические процессы образования

природных цеолитов ............... 234

5.5. Результаты экспериментальных исследований цеолитов и цеолитизированных пород

Фундамента Белого Тигра ............. 236

5.6. Некоторые особенности коллекторских свойств цеолитизированных вулканогенно-

осадочных и пирокластических пород ....... 256

5.7. Влияние цеолитов на состав и свойства углеводородных флюидов (термокатализ) ...... 271

Глава 6. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖЕ,: НЕФТИ В ТРЕЩИНОВАТЫХ КОЛЛЕКТОРАХ ФУНДАМЕНТА НА СТАДИИ ИСКУССТВЕННОГО ЗАВОДНЕНИЯ

6.1. Общие положения................. 282

6.2. Смачиваемость матрицы и макротрещин ........ 283

6.3. Опережающая фильтрация и противоточ-

ная капиллярная прбпитка............286

6.4. О сохранении фильтрационных свойств трещинного коллектора в фундаменте

в процессе разработки залежи .......... 292

6.5. Способы воздействия на призабойнуто зону в цеолитизированных толщах с

целью увеличения ее проницаемости....... . 294

6.6. Основные выводы.................297

Заключение.......................301

Литература.......................304

г—

- О -

ВВЕДЕНИЕ

Необходимость и своевременность изучения коллекторов нефти и газа в породах магматического комплекса, относимых к нетрадиционным (сложно-построенным), диктуется следующими обстоятельствами.

I. Промышленные запасы углеводородного сырья в традиционных коллекторах с гранулярным (межзерновым) типом порового пространства и высокой проницаемостью в значительной степени исчерпаны во многих странах, включая Российскую Федерацию. Перспективы прироста запасов нефти и газа на ближайшие годы связаны как с освоением новых территорий, в первую очередь континентального шельфа, так и с поисками, разведкой и разработкой месторождений в породах - коллекторах, литофизические характеристики которых существенно отличаются от известных до сих пор.

В последние годы получен целый ряд данных по расслоен-ности кристаллического фундамента платформенных областей и существованию в нем обширных зон разуплотнения, трещиноватости и циркуляции активных флюидных систем, в состав которых входят углеводороды. Признаки нефтегазоносности в породах фундамента встречены во всех известных нефтегазодобывающих регионах мира, причем иногда на очень больших глубинах. К настоящему времени открыты и разрабатываются около ста месторождений нефти и газа в кристаллическом фундаменте ряда бассейнов США, Латинской Америки, Ливии, Египта, Китая. Установлена региональная нефтегазо-носность фундамента северной части Зондского шельфа, где на месторождении Белый Тигр (южный шельф Вьетнама) разрабатывается залежь нефти в гранитоидах фундамента.

3. Современные представления о движении литосферных плит и геодинамических режимах, благоприятных для формирования залежей УВ в земной коре, а также огромная площадь и толщина кристалличес кого фундамента, с учетом вышесказанного позволяют рассматривать его как потенциальную "кладовую" углеводородного сырья, запасы которого, возможно, превышают известные запасы осадочного чехла. Ограничиваясь глубиной в 15 км, т.е. границей проявления хрупких и квазихрупких реологических свойств пород, и полагая, что на долю коллекторов со средней пористостью 1% приходится от 5 до 105? мощности гранитного слоя, суммарная емкость пустотного пространства в нем составит около I млн.м3/км^, что сопоставимо с осадочным чехлом некоторых крупных нефтегазоносных провинций.

4. Коллекторы нефти и газа в изверженных, вулканогенных и пирокластических породах относятся к так называемым сложно-постро енным (нетрадиционным). На сегодняшний день их поиск, оценка кол-лекторского потенциала и промышленной нефтегазоносности представляют сложную задачу. Не меньше проблем возникает на стадии освоения и эксплоатапии. Все эти трудности связаны с крайней неоднородностью коллектора (резервуара), сложной структурой пустотного пространства, многокомпонентным составом твердой фазы и низкими значениями фильтрационно-емкостных параметров. Отмечается и относительно слабая изученность специфики рассматриваемых коллекторов.

Отдельным аспектам этой проблемы посвящены работы В.Б.Александрова, Е.Г.Арешева, Л.Ю.Бродова, Л.А.Буряковского, К.Е.Весело-ва, В.П.Гаврилова, М.Е.Гринберга, А.Н.Дмитриевского, Л.П.Дмитриева, В*М.Добрынина, Т.В.Дорофеевой, К.И.Багринцевой,И.П.Жабрева, Е.Г.Журавлева, Ф.А.Киреева, В.А.Кошляка,В.А.Краюшкина,Б.А.КУликов;

- ? -

Ю.М.Кондрушкина, С.Н.Иванова, В.Г.Кузнецова, Т.А.Лапинской, Е.Е.Милановекого, Р.Х.Муслимова, В.Н.Николаевского, В.И.Петер-силье, Е.С.Ромма, Н.В.Черского, И.М.Шахновского, О.А.Шнипа и др., а также публикации ряда зарубежных исследователей.

Основное отличие сложно построенных коллекторов от "классических" с гранулярным типом порового пространства состоит в высокой степени неоднородности последнего, что проявляется в анизотропии емкостных, фильтрационных и других характеристик породы в объеме залежи (месторождения). Абсолютные значения фильтрационно-емкостных параметров таких коллекторов как правило значительно ниже, чем у обычных терригенных и находятся на пределе чувствительности современных геофизических методов.

Дополнительные трудности в изучении рассматриваемых коллекторов связаны с невозможностью на начальной стадии разведки выявить их зональную неоднородность, интерполировать результаты исследований в одной скважине на соседний участок залежи и установить гидродинамические характеристики резервуара. Лишь по мере разбуривания месторождения и получения дополнительной информации о строении залежи и коллектора появляется возможность обоснованно прогнозировать перспективность того или иного участка.

До сего времени среди геологов-нефтяников и петрофизиков нет единого мнения о роли вторичных (постседиментационных) процессов в формировании фильтрационно-емкостных и некоторых других свойств сложно-построенных коллекторов. Как показал анализ литературных данных и собственные исследования автора, особое место среди вторичных минералов занимают цеолиты, - каркасные высокодисперсные алюмосиликаты, широко распространенные в породах магматического происхождения. Если такие вторичные процессы, как

хлоритизация, кальцитизация, окремнение и др. достаточно хорошо изучены и освещены в многочисленных публикациях, то явлению це-олитизации в осадочных и магматических породах уделено крайне мало внимания. В то же время специфические свойства этих кристаллитов должны несомненно влиять как на важнейшие петрофизичес-кие и коллекторские характеристики нефтегазоносных пород, так и на состав, свойства и процессы фильтрации пластовых флюидов. По некоторым данным цеолиты могут служить катализаторами нефтегазо-образования в нефтематеринских толщах.

Решению перечисленных и некоторых сопутствующих проблем посвящена настоящая работа, автор которой более 25 лет занимался изучением нетрадиционных (полимиктовых, карбонатных, метаморфических, а в последние годы - магматических) коллекторов нефти и газа.

Работа выполнялась на обширном лабораторном, полевом и скважинном материале по ряду месторождений, приуроченных к маг-матогенным коллекторам. Особое внимание уделено коллекторам в кристаллическом фундаменте южного шельйа Вьетнама (месторождения Белый Тигр и Дракон), где под руководством или при участии автора был выполнен целый ряд геолого-геоФизических и петрофизичес-ких исследований, направленных на повышение эффективности разведочных и промыслово-геологических'работ на месторождениях.

Были также проанализированы и обобщены доступные автору публикации по данной проблеме в отечественной и зарубежной периодике и многочисленные фондовые материалы. При выполнении аналитических исследований на разных этапах использовалась лабораторная база СП "Вьетсовпетро" (СРВ), ИГ и РГИ, ГИН РАН, ВНИГНИ, ВНИИГеосистем, Института физической химии РАН и др. Руководите-

лям и сотрудникам этих организаций, принимавшим участие в аналитических исследованиях, оказывавшим консультации по отдельным вопросам или предоставившим некоторые материалы, автор приносит искреннюю благодарность.

Особую признательность .диссертант выражает руководству СП "ВЬЕТСОВПЙГРО" тов.Н.Т.Шану, Нгуен Зао, Ч.Л.Донгу, В.С.Вовку, Ю.А.Тронову, в разные годы оказывавшие мне помощь и поддержку в работе.

Считаю своим приятным долгом поблагодарить за ценные консультации и советы по выполнению ряда исследований руководство и специалистов НИПИморнефтегаз Х.В.^уи, Х.Д.Тьена, Ф.Д.Хая, В.В.Тхы,А.В.Борисова, Б.Н.Куликова, В.Л.Шустера, В.А.Кошляка, Ч.С.Ньюана, О.Ф.Мартынцива, В.В.Донцова, Ф.А.Туана, Ф.А.Киреева.

В процессе работы над диссертацией автор постоянно пользовался консультациями и поддержкой профессоров ГАНГ им.И.М.Губкина В.П.Гаврилова, Б.Ю.Вендельштейна, В.С.Мильничука, Г.М.Золо-евой, профессора ИГиРГМ Г.Т.Юдина, доц.ГАНГ Т.Ф.Соколовой, вед. н.с.В.Н.Черноглазова и А.Д.Дзюбло. Всем им автор также выражает глубокую признательность.

Глава I

ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ

ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ И ГАЗА В МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОДАХ ФУНДАМЕНТА

1.1. Основные характеристики нетрадиционных коллекторов нефти и газа в магматогенных разрезах

В последние годы значительно возрос интерес геологов-нефтяников к фундаменту как нефтегазопромысловому объекту. Выяснилось, что в кристаллических породах фундамента практически всех известных нефтегазодобывающих регионов мира встречены признаки нефтегазоносности, причем иногда на очень больших глубинах (скважины Кольская сверхглубокая, Гравберг-1 в Центральной Швеции, глубокие скважины в Татарстане и др.).

Полученные в последнее время данные по расслоенности земной коры и мантии, присутствию низкоскоростных волноводов в кристаллическом фундаменте, существованию мощных струйных эмалаций газов и легкого материала, в том числе углеводородов глубинного происхождения, значительно расширяет круг поисковых объектов на нефть и газ. В частности, это относится к породам, лишенным органического вещества, но обладающим кодлекторскими свойствами и расположенным в районах, благоприятных с геодинамических позиций для формирования залежей УВ промышленного значения.

Как показывает выполненный автором анализ распространения нефтяных и газовых месторождений, приуроченных к породам магматического происхождения, первое место среди них принадлежит кристаллическим породам (гранитоидам) фундамента. Это, а также прак-

тически неограниченный объем возможных резервуаров в гранитном поясе коры побудили автора уделить особое внимание коллекторам и залежам нефти и газа в этих образованиях.

К настоящему времени открыты и разрабатываются нефтяные и газовые месторождения в фундаменте ряда бассейнов США, Латинской Америки, Ливии и Египта. Некоторые из них относятся к месторождениям-гигантам (Нафора-Аудкила, Пан Хэндл и др.). Особый интерес представляет региональная нефтегазоносность фундамента северной части Зондского шельфа, где наибольшую известность получило нефтяное месторождение Белый Тигр на Южном шельфе Вьетнама. Продуктивность фундамента, сложенного здесь почти исключительно гра-нмтоидными породами, прослеживается до глубины более 4,5 км при этаже нефтеносности свыше 1600 м и дебитах скважин до 2000 т/ /сутки.

Ограниченный опыт изучения нефтегазовых месторождений в фундаменте различных регионов, несмотря на ряд аналогий в их строении и свойствах коллекторских толщ, указывает на необходимость привлечения нетрадиционного комплекса геолого-геофизических методов для выработки прогнозных критериев продуктивности кристаллических пород, с учетом индивидуальных тектонических и литофизических особенностей объекта изучения.

Коллекторы нефти и газа в кристаллических породах обладает характерными для нетрадиционных коллекторов признаками: сложной структурой порового пространства и наличием двух сред: блоков (матрицы) и ограничивающей блоки системы трещин (рис.1.1.). Двухфазная фильтрация в таком коллекторе сопровождается постоянным обменом фазами между матрицей и основными каналами фильтрации, что в значительной степени определяет величину коэффициента неф-

- ■ г.

■У

\

РисЛЛ. Модель трещинно-кавернозного коллектора в кристаллических породах (по Уоррену и Руту, в модификации, автора). 1-матрица; 2-макротрещины; 3-измененная часть породы с кавернами и микротрещинами.

теотдачи. Поэтому весьма важно обладать информацией о размерах и свойствах блоковой части коллектора, что требует представитель-нор© кернового материала и целенаправленного его изучения петро-физическими методами. Общая пористость коллектора в магматических породах, а также ее трещинная и каверновая составляющие могут быть определены в основном скважинными геофизическими исследованиями. В ряде случаев удается оценить трещинную компоненту пористости анализом кривых восстановления давления (КВД) или индикаторных кривых. Эти же методы используются для оценки проницаемости трещинного коллектора и его блоковой части.

Величина пористости (микротрещиноватости, микрркавернознос-ти) матрицы коллекторов в магматических породах, в том числе в гранитоидах фундамента, не превышает 0,05-0,1% объема породы, относительный объем макротрещин достигает 1-2$ и больше. Проницаемость матрицы (микротрещин) обычно не больше 8-10 цД.

Некоторые свойства изверженных пород, осредненные автором с использованием отечественных и зарубежных источников, приведены в табл. 1.1.

1.2. Нефтегазоносно с ть фундамента различных регионов мира

Залежи углеводородов промышленного значения в магматических и метаморфическ