Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Оценка фильтрационных свойств нижнепалеозойских карбонатных пород на основе их литогенетической типизации по данным расширенного комплекса геолого-геофизических исследований

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Оценка фильтрационных свойств нижнепалеозойских карбонатных пород на основе их литогенетической типизации по данным расширенного комплекса геолого-геофизических исследований"

На правах рукописи

Ботвиновская Ольга Александровна

ОЦЕНКА ФИЛЬТРАЦИОННЫХ СВОЙСТВ НИЖНЕПАЛЕОЗОИСКИХ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД НА ОСНОВЕ ИХ ЛИТОГЕНЕТИЧЕСКОЙ ТИПИЗАЦИИ ПО ДАННЫМ РАСШИРЕННОГО КОМПЛЕКСА ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВАЛА ГАМБУРЦЕВА)

25.00.10 Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва — 2009

003481977

Работа выполнена на кафедре геофизических методов исследования земной кор геологического факультета Московского государственного университета имени К В. Ломоносова

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Богословский Вадим Александрович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Золоева Галина Михайловна

кандидат технических наук Афанасьев Сергей Витальевич

Ведущая организация: Институт проблем нефти и газа РАН

Защита состоится 18 ноября 2009 года в 14 часов 30 минут на заседани диссертационного совета Д 501.001.64 при Московском государственно университете имени М. В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, г. Москв; Ленинские горы, ГЗ МГУ, зона «А», Геологический факультет, аудитория 308

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультет Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (ГЗ МГУ зона «А», 6 этаж)

Автореферат разослан 16 октября 2009 г. Ученый секретарь диссертационного совета

#С

Никулин Б. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

Значительная доля мировых запасов нефти содержится в карбонатных коллекторах, развитых в широком стратиграфическом интервале во многих районах Земного шара.

При определении фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) карбонатного разреза по данным ГИС часто возникают трудности, обусловленные изменчивостью литологического состава, неоднородностью свойств коллекторов как по разрезу, так и по латерали, сложным строением порового пространства коллекторов, в котором наряду с межзерновыми порами почти всегда присутствуют трещины и каверны. Особенное значение имеет наличие трещиноватости, которая является причиной резкой неоднородности фильтрационных свойств карбонатных коллекторов.

Сложное строение продуктивных пластов обусловлено несколькими факторами. Во-первых, характерной чертой карбонатных пород является их значительная полифациапьность, что связано с особенностями осадконакопления. Вторым фактором является сильная подверженность карбонатных пород постседиментационным преобразованиям, развитие которых, в свою очередь, во многом предопределяет первичная седиментационная структура карбонатных осадков, а также тектоническая обстановка на этапе катагенеза.

Задача достоверной оценки фильтрационных свойств карбонатных пород до сих пор остается актуальной и сложной и требует комплексного подхода к интерпретации геолого-геофизической информации, включающего предварительное детальное изучение условий осадконакопления и седиментационных особенностей пород, а также унаследованных преобразований, обусловленных влиянием постседиментационных процессов.

Основной целью работы является разработка методики литогенетической типизации сложнопостроенных нижнепалеозойских карбонатных пород на примере месторождений вала Гамбурцева для повышения достоверности определения их фильтрационных свойств по данным

Достижение данной цели связано с решением следующих основных задам:

1. анализ и обобщение имеющегося петрофизического материала, изучение геолого-геофизических особенностей пород месторождений вала Гамбурцева;

2. уточнение петрофизических зависимостей с учетом литогенетической принадлежности пород;

3. определение комплекса ГИС для литогенетической типизации разреза;

4. разработка методики литогенетической типизации пород по данным стандартного комплекса ГИС и специальных геофизических исследований;

ГИС.

5. апробация методики литогенетической типизации пород по данным ГИС на нижнепалеозойских отложениях месторождений Тимано-Печорской провинции, анализ достоверности полученных результатов;

6. изучение влияния постседиментационных процессов на фильтрационно-емкостные свойства пород, анализ параметров трещиноватости.

Научная новизна работы:

1. Впервые по данным пластового электрического микросканера проведена литогенетическая типизации нижнепалеозойских пород вала Гамбурцева.

2. Предложен и реализован способ определения литогенетических типов по данным комплекса ГИС с помощью математических методов классификации данных. Установлен комплекс методов ГИС для проведения литогенетичекой типизации разреза нижнедевонских карбонатных отложений.

3. С использованием предложенной методики построена цикло-фациальная модель Осовейского месторождения.

4. Проведено разделение петрофизической зависимости пористость-проницаемость с учетом фациальной неоднородности разреза, которое впервые позволила достоверно оценить проницаемость карбонатных пород по скважинам Тимано-Печорской провинции.

5. Показана эффективность применения пластового электрического микросканера для мониторинга рисков роста обводненности трещиноватых коллекторов с целью выбора оптимальной системы разработки месторождения.

Защищаемые положения:

1. Разработанная методика позволяет проводить разделение разреза на литогенетические типы пород и базируется на анализе данных пластового электрического микросканера, а также реализуется по данным традиционного комплекса ГИС (ГК, БК, НК и АК) с помощью методов математической классификации данных.

2. Литогенетическая типизация нижнепалеозойских пород вала Гамбурцева позволяет уточнить петрофизические зависимости между пористостью и проницаемостью, что повышает достоверность интерпретации материалов ГИС для построения геолого-гидродинамической модели.

3. Результаты апробирования предлагаемой методики литогенетической типизации пород на месторождениях вала Гамбурцева, а также Осовейском и Макарихинском месторождениях показали ее эффективность при построении цикло-фациальных моделей и уточнении

фильтрационно-емкостных свойств нижнепалеозойских карбонатных отложений Тимано-

Печорской провинции.

Практическая значимость работы и личный вклад автора

Исследования - анализ и уточнение петрофизических зависимостей, сравнительный анализ геолого-геофизического материала, а также интерпретация геофизических данных в более чем 100 скважинах с использованием предлагаемой методики и оценка достоверности полученных результатов - выполнены автором лично.

Предложенная в работе методика литогенетической типизации разреза позволила повысить достоверность оценки фильтрационно-емкостных свойств нижнепалеозойских пород вала Гамбурцева. Наиболее значимым практическим результатом является возможность определения проницаемости сложнопостроенных карбонатных коллекторов. Кроме того, полученная в результате литогенетической типизации модель цикло-фациального расчленения разреза позволяет установить закономерность распределения коллекторов с различной структурой порового пространства. Все это повышает степень достоверности геолого-гидродинамических моделей, что необходимо для формирования оптимальной системы разработки месторождения.

Разработанная методика комплексной интерпретации геолого-геофизических данных нижнепалеозойских отложений находит применение при исследовании разрезов Тимано-Печорской провинции, близких по условиям осадконакопления.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались на XV и XVI Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (г. Москва, 2008г. и 2009г.), I и III Всероссийских научно-практических конференциях «ГеоПерспектива» (г. Москва, 2007г. и 2009г.), научно-практичеких конференциях ОАО «НК «Роснефть», в частности II научно-практической конференции «Математическое моделирование и компьютерные технологии в разработке месторождений» (г. Уфа, 2009г.), научно - практической конференции «Геологическое моделирование на базе комплексного исследования керна - основа проектирования эффективной разработки месторождений нефти и газа» (Томск, 2007г.), на семинарах кафедры геофизических методов исследования земной коры геологического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.

Публикации

Основные положения диссертации и результаты исследований по различным направлениям работы изложены в 11 публикациях, из них 3 - в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа общим объемом 120 страниц состоит из введения, пяти глав и заключения, иллюстрирована 64 рисунками. Список использованных литературных источников составляет 103 наименования, в том числе 19 на иностранных языках.

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, профессору, доктору геолого-минералогических наук В. А. Богословскому за постоянное внимание и поддержку при написании работы. Автор благодарен научному консультанту кандидату геолого-минералогических наук Б. А. Никулину за неоценимую помощь и внимание на всех этапах работы над диссертацией. Автор глубоко признателен сотрудникам КНТЦ ОАО «НК «Роснефть» Д.И. Ганичеву, Ю.В. Меркушкиной, A.A. Тверитневу, совместно с которыми выполнен и опубликован ряд изложенных в работе исследований. Автор высоко ценит советы и консультации В.А. Жемчуговой, а также благодарен Г.А. Калмыкову и Г.Г. Топуновой за конструктивную критику и полезные рекомендации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и определены основные задачи исследования, изложена научная новизна и практическая значимость работы, представлены защищаемые положения.

В первой главе рассмотрено современное состояние проблемы определения фильтрационных свойств карбонатных пород.

Разработкой и совершенствованием методик интерпретации данных геофизических исследований скважин применительно к карбонатным коллекторам занимались Б.Л. Александров, Л.П. Брагина, Б.Ю. Вендельштейн, В.Н. Дахнов, В.М. Добрынин, Н.З. Заляев, Г.М. Золоева, Т.О. Изотова, С.С. Итенберг, Д.А. Кожевников, P.A. Резванов, A.B. Ручкин, Н.М. Свихнушин, Г.А. Шнурман и многие другие исследователи. В настоящее время эти методики с достаточной степенью достоверности решают, в основном, задачи литологического расчленения карбонатного разреза, выделения в нем коллекторов и оценки их емкостных свойств. В то же время методы определения проницаемости карбонатных коллекторов разработаны недостаточно полно.

Наиболее распространенный способ определения проницаемости (Кпр) - по зависимости от коэффициента пористости (Кп), установленной по керновым данным. Однако часто сопоставление Кпр с Кп характеризуется большим разбросом значений, что делает невозможным однозначное

определение связи. Поэтому многими исследователями предпринимаются попытки кластеризации этой зависимости по различным признакам. Наиболее успешные из них реализуются, применительно к терригенным коллекторам, например, по содержанию (Шилов и др., 2005) и типу (Хабаров и др., 2005, Элланский и др., 2005, Шпуров и др., 2005) глинистого материала, по размеру зерен в породе (Zhang, Lollback, 1996), по различным условиям осадконакопления (Хабаров, 2006), с применением метода гидравлических единиц потока (Amaefule, 1993, Мангазеев, 2006), по индексу перколяции (Ахметов, 2004). В карбонатных разрезах прием разделения петрофизической зависимости пористость-проницаемость используется реже, а признаков, по которым проводится типизация пород, гораздо меньше: литологический состав, тип пустотного пространства, структурно-текстурные признаки. Наиболее интересен подход к определению проницаемости в карбонатных коллекторах на основе петрофизической классификации пород, предложенной Lucia (Lucia, Jennings, 2003). Общей проблемой при применении такого подхода является классификация пород по скважинам без керноотбора.

Другие методики оценки проницаемости (многочисленные эмпирические формулы, определение проницаемости по данным ядерно-магнитного метода), разработанные для терригенных пород, могут быть применены только для карбонатных коллекторов с межзерновым типом пористости.

Таким образом, возникает проблема усовершенствования существующих принципов определения проницаемости. Для карбонатных пород со сложным строением пустотного пространства это может достигаться, по мнению автора, только путем привлечения дополнительной геологической информации, поскольку такое сложное и невыдержанное строение карбонатных 1 коллекторов обусловлено особенностями осадконакопления и постседиментационным преобразованиями.

В связи с этим решение задач достоверного определения фильтрационных свойств карбонатных пород требует предварительного детального изучения их седиментационных особенностей, условий осадконакопления, а также унаследованных преобразований, обусловленных влиянием постседиментационных процессов.

Изучению геологических особенностей карбонатных коллекторов посвящены работы многих исследователей: К.И. Багринцевой, Н.Б. Вассоевича, М. Ирвина, В.А. Жемчуговой, Д.В. Наливкина, Д.К.Патрунова, JI.B. Пустовалова, Л.Б. Рухина, Н.М. Страхова, C.B. Тихомирова, Дж. Уилсона, В.Т. Фролова, Н.К. Фортунатовой и других. В настоящее время не существует единой общепринятой классификации и терминологии карбонатных пород. Широкое распространение во всем мире получила "динамическая" классификация Р.Ж. Данхэма (1962), основное внимание которой уделяется влиянию изменения гидродинамической (приливно-отливной) активности бассейна на среду осадконакопления. Этот же принцип классификации лежит в основе разработок

(цикло-фациальных моделей) В.А. Жемчуговой, исследования которой явились геологическими предпосылками данной работы.

Поскольку анализ седиментационных особенностей пород является неотъемлемым условием повышения достоверности определения свойств коллекторов, очевидна необходимость комплексного подхода к интерпретации геолого-геофизических данных при изучении карбонатных разрезов, то есть интерпретация данных ГИС должна проводиться с учетом фациальной принадлежности пород, установленной по детальным литолого-петрографическим исследованиям керна.

Наиболее полно методы выделения фаций разработаны для терригенного разреза. Первые качественные генетические каротажные модели для выявления условий осадконакопления терригенных пород разрабатывались в 50-60-х гг. Р.Г. Нанцем, С.Дж. Пирсоном, Дж.Р. Паркером, Дж.К.Тейлором, Р.Ч. Сели, в основном, с использованием методов ПС и КС. Из отечественных ученых большой вклад в исследование вопросов применения каротажных данных для фациального анализа внес B.C. Муромцев (1984). Им разработаны детальные электрометрические модели фаций песчаных тел континентального и прибрежно-морского генезиса, кроме того, он совместно с соавторами впервые предложен способ математической обработки каротажных кривых для оценки степени литологической изменчивости разреза. В работе Т.С. Изотовой (1986) литотипы пород устанавливаются по полному комплексу ГИС с привлечением керновых данных, при этом особое внимание уделяется структурным и текстурным особенностям пород. Имеются работы, посвященные использованию данных наклономеров для изучения условий осадконакопления и тектонических особенностей пород. В последнее время появились работы по использованию данных пластовых микросканенеров для выявления седиментологических особенностей пород (направления палеотечений, фации) (Хэ Чанчунь, 2007).

Несмотря на то, что методы ГИС находят все большее применение для целей фациального анализа, работы, касающиеся проблемы диагностики фаций по ГИС в карбонатных отложениях, появляются только в последнее время.

В работах Г.Я. Шилова (1992, 2001) проанализированы и обобщены геологические модели терригенных, карбонатных, эффузивных фаций и разработана их классификация применительно к целям фациальной интерпретации данных ГИС.

Е.А. Саламатиной (2004) разработана методика интерпретации данных ГИС, базирующаяся на сравнительном анализе рассчитываемых по геофизическим методам коэффициентов пористости в комплексе с результатами литолого-фациальных исследований данных керна.

Имеются примеры использования метода ЯМК для литофациального расчленения в карбонатных разрезах (Топорков, 2007).

С точки зрения количественной обработки данных ГИС для решения задач типизации разреза, отдельное внимание уделялось вероятностно-статистическому подходу, получившему широкое развитие с 50-60-х годов. Основоположниками данного подхода к обработке и интерпретации каротажа являются Ш.А. Губерман, А.И. Цимельзон, А.А. Никитин, М.М. Элланский, Г.Н. Зверев и др.

Работы М.М. Элланского показали целесообразность использования многомерных регрессионных зависимостей для оценки коллекторских свойств пород по промыслово-геофизическим данным.

В настоящее время методы интеллектуального анализа данных ГИС развиваются во многих геофизических организациях. При решении задач типизации (классификации) данных нашли применение такие методы математической классификации, как регрессионные модели совместно с методом главных компонент, кластерный анализ, деревья решений, нейронные сети.

Анализ научно-технической литературы показывает, что проблема лито-фациальной типизации разреза по ГИС по-прежнему остаётся не вполне проработанной. Следует отметить, что все больший интерес вызывает применение методов количественной фациальной интерпретации данных ГИС. В последнее время появляются работы, касающиеся проблемы диагностики фаций по ГИС в карбонатных отложениях. Однако немногочисленность этих работ говорит о необходимости дальнейших исследований по разработке методик лито-фациальной типизации разреза по данным ГИС.

Во второй главе описывается геологическое строение района месторождений вала Гамбурцева. Рассматриваются Нядейюское, Хасырейское и Черпаюсское месторождения, расположенные на северо-востоке Тимано-Печорской провинции.

Основные запасы нефти в районе вала Гамбурцева связаны с верхнесилурийскими (гребенской горизонт) - нижнедевонскими (овинпармский и сотчемкыртинский горизонты) карбонатными отложениями, представленными известняками, доломитами и их переходными и глинистыми разностями с прослоями аргиллитов и ангидритов.

В тектоническом отношении вал Гамбурцева представляет собой сложную взбросо-надвиговую структуру, вытянутую в субмеридиональном направлении. Разнонаправленные тектонические процессы, многократно проявлявшиеся на северо-востоке Тимано-Печорской провинции, повлекли за собой образование многочисленных тектонических трещин.

Структура порового пространства карбонатных пород вала Гамбурцева и ее дальнейшие вторичные преобразования напрямую зависят от первичных седиментационных признаков, определяющихся фациальной зональностью.

По данным многих исследователей изучаемые отложения северо-востока Тимано-Печорской

провинции накапливались в условиях эпиконтинетальной платформы. Одним из основных процессов, влияющим на специфику распределения осадков на указанных месторождениях, является приливно-отливная деятельность моря, поэтому фациальное районирование целесообразно проводить по положению области накопления к уровню приливов и отливов. По данному признаку выделены следующие генетические типы пород: подприливные (сублиторальные), межприливные (нижнелиторальные и верхнелиторальные) и надприливные (супралиторальные) (Жемчугова, 2000). Разделение пород по типам проводится на основе детального изучения кернового материала (колонок керна и шлифов) по структурно-текстурным признакам, по формам органических остатков, наличию глинистой примеси и обломочных включений. Геологические особенности перечисленных типов описаны В.А. Жемчуговой. В данной главе дано описание особенностей указанных типов пород на месторождениях вала Гамбурцева, а также приведена характеристика их фильтрационно-емкостных свойств.

В третьей главе рассмотрен весь фактический геолого-геофизический материал, имеющийся по скважинам месторождений вала Гамбурцева: данные исследования керна, данные стандартных и специальных методов ГИС. Приведем некоторые результаты, важные в свете решаемых в диссертации задач.

Основной недостаток имеющегося кернового материала состоит в том, что по большинству скважин он характеризуется низким выносом. Даже в скважинах с полным выносом керна пористые и кавернозные породы чаще всего рассыпаются при бурении, подъеме из скважины или при выпиловке образца. Поэтому керн преимущественно представлен плотными разностями, а фильтрационно-емкостные свойства нефтенасыщенных пород характеризуются низкой освещенностью керном и могут иметь заниженные значения. Указанная ситуация осложняется тем, что для нижнепалеозойских пород Тимано-Печорской провинции характерна высокая степень неоднородности распределения фильтрационно-емкостных свойств по разрезу и сложная структура порового пространства, включающего поры, каверны и трещины. Все это приводит к тому, что на сопоставлениях проницаемости с пористостью наблюдается полное отсутствие связи. Как уже отмечалось, для уточнения зависимости Кпр=ДКп) многими исследователями предпринимаются попытки кластеризации пород по различным признакам. Однако в данном разрезе провести классификацию пород, которая выявляла бы их фильтрационные особенности, каким-либо стандартным способом оказалось малоэффективно. Так, метод разделения пород по литологическому составу не эффективен, поскольку по результатам исследований образцов керна и данным их макроописания установлено, что в данном разрезе высокопористые породы-коллекторы, представляющие интерес для изучения, приурочены только к доломитам. Использование в качестве критерия классификации пород вала Гамбурцева типа порового

пространства также не нашло практического применения. Автором было показано, что наиболее эффективным оказалось разделение пород по различным зонам осадконакопления, которое выявляет существование собственных корреляционных зависимостей Кпр=((Ки) для каждого литогенетического типа с достаточно высокими коэффициентами корреляции (рис. 1).

Рассмотрим подробнее сопоставления для разных фациальных зон. Вид зависимости Кпр=ДКп) для пород мелкой сублиторали, указывает на возможное наличие микротрещиноватости и вторичных пустот выщелачивания, что

характерно для пород этого типа и обусловлено их хорошей седиментационной емкостью, приуроченной к материалу выполнения ходов илоедов. Данные,

соответствующие породам, образованным в условиях литорали с низким гидродинамическим режимом (нижняя литораль), «распадаются» на две группы. Зависимость для одной из них аналогична породам мелкой сублиторали, но характеризуется меньшими значениями пористости, что позволяет отнести образцы этой группы к уплотненным трещиноватым породам. Вторая группа характеризуется как низкой пористостью, так и практически нулевой проницаемостью. Для сопоставления пористости с проницаемостью для отложений верхней литорали характерен максимальный коэффициент корреляции. Это обусловлено преимущественно межзерновым строением порового пространства, чему способствовала высокая энергетика вод данной зоны осадконакопления. Тот факт, что зависимость для супралиторальных отложений располагается «выше» по Кпр, чем предыдущие зоны, говорит о существенном влиянии микротрещиноватости на их фильтрационные свойства, что, как известно, характерно для тонкослоистых пород супралиторали.

Следует отметить, что различия проницаемостей разных типов пород при одних и тех же значениях коэффициента пористости могут достигать более двух порядков, что говорит о необходимости учета генетической принадлежности пород. Однако достоверное разделение пород

1000

Кпр = 0.03760 0.82

Ж

Клр=0.013еае*111

ж,, • П2 =0.92 , /

ж

о мелкая сублитораль (1) д нижняя литораль (2а) Ж верхняя литораль (3) • супралитораль (4) д нижняя литораль (26)

Кп, %

10

12

Рис. 1. Сопоставление проницаемости с пористостью для различных литогенетических типов

по зонам осадконакоплення возможно только в скважинах с полным выносом керна. Поэтому для применения описанного подхода в скважинах, неохарактеризованных керновым материалом, необходимо установление связи литогенетической характеристики пород с данными комплекса ГИС.

Во второй части третьей главы приведен анализ геофизического материала, имеющегося по скважинам вала Гамбурцева. Установлено, что на информативность кривых ГИС и их качество влияют как сложность изучаемого разреза, так и неблагоприятные условия проведения каротажа. Поэтому из многих методов каротажа наиболее приемлемыми в условиях изучаемого разреза для обработки и интерпретации являются гамма-каротаж (ГК), нейтронный (НК), боковой (БК), плотностной (ГГКп) и акустический (АК) каротажи. При разработке методики литогенетической типизации разреза нами использовались именно эти геофизические исследования.

Приведенный комплекс ГИС позволил решить задачи корреляции пластов, выделения коллекторов и определения их емкостных свойств. Сопоставление значений пористости, определенных различными методами ГИС, с керновыми данными дает право говорить об удовлетворительной точности полученных по данным ГИС оценок.

Особое значение для изучения карбонатных коллекторов имеют исследования специальным методом ГИС - пластовым электрическим микросканером (FMI), проведенные на месторождениях вала Гамбурцева. Применение данного метода основано на измерении удельного электрического сопротивления стенки скважины. Пластовый электрический микросканер представляет собой комплекс из 192 токовых электродов малого размера, за счет чего метод обладает высокой вертикальной разрешающей способностью. Кривые удельного электрического сопротивления горных пород, зарегистрированные в прискважинной зоне, обрабатываются и представляются в виде цветовых образов (имиджей) - статического (отражает интегральные изменения пород) и динамического (детальные изменения). Чем больше удельное сопротивление породы, тем светлее изображение на имидже. Анализ данных пластового микроимиджера дает возможность получить информацию о параметрах трещиноватости, вторичной пористости, истинных эффективных толщинах в условиях тонкослоистого разреза, о структурных и седиментологических особенностях, направлениях стрессов и т.д.

Широкие возможности изучения сложнопостроенных коллекторов по данным микросканера обусловлены тем, что электрический образ стенки скважины дает картину, сходную с фотографиями колонок керна, отображает структурно-текстурные особенности породы. Сопоставления имиджей, полученных пластовым микросканером на месторождениях Тимано-Печорской провинции, с фотографиями колонок керна показал их хорошее соответствие друг другу (рис.2). Поэтому в основу предлагаемой автором методики литогенетической типизации разреза были положены данные FMI.

Рис. 2. Сопоставление керна с данными FMI

Как известно, наряду с седиментационным фактором формирования пустотного пространства не менее важно изучение влияния наложенных процессов, одним из которых является

трещинообразование. В третьей главе приводится анализ параметров трещиноватости на месторождениях вала Гамбурцева по данным пластового электрического микросканера [2]. Наиболее интересный результат был получен при изучении направления трещин. По данным FMI в каждой скважине Хасырейского месторождения были построены гистограммы распределения направления трещин (рис. 3). Статистический анализ данных показал, что преимущественное направление трещин в большинстве скважин - субмеридиональное. Такое направление трещин соответствует направлению тектонических нарушений и подтверждается данными разработки

Условные обозначения:

■ Скважины с FMI Нагнетательная скважина • Добывающая скважина 1% Процент обводнен, ности добывающих скважин

Рис. 3. Карта Хасырейского месторождения с диаграммами направленности трещин а) участок нагнетательной скважины 5103. б) 5106

Хасырейского месторождения. На основе анализа информации о работе скважин было выявлено, что после начала закачки воды в нагнетательные скважины происходит преждевременный прорыв воды к добывающим скважинам, расположенным к северу и югу (рис. 3 а, б). Стоит отметить, что информацию о преимущественном направлении трещин можно использовать для планирования или корректировки системы разработки месторождения.

В четвертой главе приводится описание разработки методики литогенетической типизации разреза по данным расширенного комплекса ГИС. Отмечается, что для проведения литогенетической типизации разреза наиболее значимым методом является пластовый электрический микросканер.

Литогенетическая типизация пород по данным пластового электрического микросканера Детальное сопоставление результатов послойного литогенетического описания и фотографий керна с динамическими и статическими имиджами FMI позволяет выделить признаки, отвечающие различным типам пород. При этом принципиально использование обоих имиджей -статического и динамического. Границы литогенетических типов более четко прослеживаются на статическом имидже, который отражает широкомасштабные изменения, имеющие отношения к литологическим особенностям разреза (рис.4).

Рис. 4. Сопоставление результатов послойного литогенетического описания керна и

фотографий керна различных типов пород с динамическим и статическим имиджами FMI

Детальное сравнение фотографий керна с динамическим имиджем, который позволяет визуально дифференцировать изменения амплитуды очень малого масштаба, связанные со строением и текстурой пород, дает возможность более точно установить признаки различных зон обстановки осадконакопления и, соответственно, генетическую принадлежность пород.

Можно видеть, что в интервалах отложений супралиторали, текстурными признаками которых является тонкое горизонтальное переслаивание, водорослевые ламиниты, наличие глинистой примеси, на динамических имиджах FMI просматриваются тонкие слои (~ до 5 см) с практически нулевыми углами падения. Статические имиджи характеризуются более темными оттенками по сравнению с вмещающими породами. Кроме того, часто видны короткие вертикальные следы растрескивания - возможно, трещины усыхания, которые также типичны только для пород супралиторали.

Интервалы верхней литорали выделяются по FMI менее однозначно. В основном, для этих отложений, как и для супралиторальных пород, характерно переслаивание отличающихся по содержанию глинистого материала пород, однако, слои гораздо шире до 30см) и «прерывистее» (менее контрастные), чем в интервалах супралиторали. На динамическом имидже верхнелиторальных отложений кроме слоистой текстуры местами присутствует «мелкопятнистая» текстура. На статическом имидже верхнелиторальные отложения характеризуются переходными цветовыми характеристиками.

Отложения нижней литорали достаточно четко выделяются как наиболее «светлые», то есть высокоомные, интервалы на статическом имидже. Следовательно, нижнелиторальные отложения, в основном, представлены плотными разностями. Подтверждение этому видно и на распределении связи пористость-проницаемость (рис.1): все образцы нижней литорали характеризуются низкой пористостью. Для нижнелиторальных отложений характерна волнистая и линзовидная слоистость, что наблюдается и на электрических образах стенки скважины. Для отложений нижней литорали и мелкой сублиторали, образованных в зонах с низкой гидродинамической активностью, характерно редкое переслаивание темных иловых разностей (слои ~ от 10 до 50см) и более светлых пелоидных. В целом, отложения мелкой сублиторали имеют пятнистую текстуру на диаграммах FMI, что обусловлено неоднородностью пустотного пространства пород данного типа.

С различной долей достоверности по данным пластового электрического микросканера определяются все рассматриваемые типы пород, однако наиболее четко по данным FMI выделяются отложения супралиторали и нижней литорали.

Литогенетическая типизация пород по данным стандартного комплекса ГИС Основные возможности определения литогенетических типов по разрезу скважин, в которых имеется только стандартный комплекс ГИС, автор связывает с применением методов математической классификации данных. При этом нами использовались такие методы

математической классификации как дискриминантный анализ, регрессионные модели совместно с методом главных компонент, деревья решений, нейронные сети.

Для проведения литогенетической типизации разреза по данным ГИС нами использовались методы ГК, БК, НК, АК и ГГКп. Поскольку для количественного анализа необходимы абсолютные значения физических характеристик, данные ГК и НК, числовые показания которых зависят от эталонировки приборов, переведены в безразмерные величины - коэффициент массовой глинистости Сгл и водородосодержание соответственно. Для выявления зависимостей между типом фаций и методами ГИС введена числовая параметризация фациальной структуры целыми числами от 1 до 4, отражающая последовательность типов пород в разрезе.

На подготовительном этапе обработки проведена оценка степени линейной связи между типом фации и данными измерений комплекса ГИС (таблица 1). Достаточно высокие значения коэффициентов корреляции указывают на наличие объективных предпосылок для прогнозирования петрофизических свойств разреза скважины по каротажным данным. В этом смысле наиболее значимыми являются методы БК и ГК, что связано с влиянием на эти методы текстурных особенностей разнофациальных пород.

Таблица. 1

Матрица корреляции между типом пород и данными методов ГИС

|ггкп ^БК \У АК Сгл Фации

Фации | 0.17 |-0.71 0.371-0.25 0.561 1.00

В качестве первого шага в изучении взаимосвязи между данными ГИС и фациальной структурой автором использовался дискриминантный анализ. С помощью дискриминантного анализа устанавливается, какими средними значениями характеризуются данные ГИС для различных типов фаций, и насколько эти средние отличаются друг от друга. На рис. 5 показано среднее значение (точка) и соответствующий 95% доверительный интервал для среднего (квадрат), а также оценка дисперсии методов БК, Сгл, АК, ГГКп и \У.

ТИП ПОРОД ТИП ПОРОД ТИП ПОРОД ТИП ПОРОД

Рис. 5. Средние значения и дисперсии методов ГИС 16

тип ПОРОД

Можно отметить достаточно хорошее разделение между 3-ей и 4-ой фациями по данным БК и ГК, а также между 3-ей фацией и совокупностью 1-ой и 2-ой фаций по данным БК. Степень перекрытия областей значений для каждой фации достаточно высока, тогда как доверительные интервалы средних разделяются хорошо, поэтому классификация, построенная с применением дискриминантного анализа, обладает удовлетворительной точностью лишь при достаточно большом количестве наблюдений (пластов) со значимой оценкой средних значений. В связи с этим представляется целесообразным поиск многомерных корреляционных связей между фациями и методами ГИС.

По результатам проведенных исследований было предложено использование регрессионных моделей, построенных по данным эталонных скважин (с керном и FMI).

В результате применения различных методов математической классификации нами было установлено, что по данным стандартного комплекса ГИС возможно достоверное определение в разрезе фаций супралиторали (4) и верхней литорали (3). Породы нижней литорали (2а и 26) и мелкой сублиторали (1) плохо разделимы по геофизическим данным и представляют единую группу. В связи с этим предложено использование трех петрофизических структурно-вещественных комплексов (ПСВК). Первый из них соответствует объединению 1-ой и 2-ой фаций, второй ПСВК - 3-ей фации, третий ПСВК - 4-ой фации. Регрессионная модель для разделения пород на три группы методами БК, ГК, АК и НК

F=-2,81-ITKn-0,92-lgEK+l,82-W-0,009-AK+0,86-CeA+14,5, где F -номер ПСВК.

Коэффициент корреляции между истинными и прогнозируемыми типами фаций по данному уравнению множественной регрессии составляет 0.82, что приемлемо для практического применения. Наиболее значимыми методами стандартного комплекса ГИС для проведения литогенетичекой типизации разреза нижнедевонских карбонатных отложений Тимано-Печорской провинции являются БК, ГК и АК.

Поскольку разрез продуктивных отложений вала Гамбурцева сильно изменчив по глубине и представляет собой переслаивание маломощных пропластков, соответствующих разным фациальным типам, автором было установлено, что для эффективного применения данных ГИС при типизации разреза, минимальная толщина пропластков в обучающих скважинах должна быть 1.2м (рис.6).

О О.Э 1.2 1.5 2

H СТОЯ МИН, M

Рис. 6. Зависимость точности прогнозирования типов по регрессионной модели от минимальной толщины пропластка в обучающей выборке

Анализ результатов применения различных методов классификации, которые базируются на принципиально различных подходах воспроизведения зависимости между входными (данными ГИС) и выходными (типом породы) данными позволяет предположить, что достигнутая точность классификации приближена к максимально возможной.

Оценка качества предлагаемой методики, проведенная на тестовых скважинах, показала ее эффективность как для литогенетической типизации пород, так и для уточнения фильтрационно-емкостных свойств пород.

В пятой главе приведены некоторые результаты литогенетической типизации нижнепалеозойских отложений месторождений вала Гамбурцева, а также Осовейского и Средне-Макарихинского месторождений Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции.

Для восстановления условий формирования нижнепалеозойских продуктивных отложений Хасырейского, Черпаюского и Нядейюского месторождений вала Гамбурцева по описанной методике были проинтерпретированы более 100 скважин со стандартным комплексом ГИС и 15 скважин с данными пластового микросканера. В качестве эталонных скважин при разработке методики литогенетической типизации разреза по данным расширенного комплекса ГИС были использованы скважины 45 и 5116 Хасырейского месторождения, наиболее полно охарактеризованные керновым материалом. Кроме того, для настройки и тестирования регрессионных моделей при определении типов пород по данным стандартного комплекса ГИС использовались данные фациального расчленения разрезов скважин 13-Нядейюского, 32,5532,34-Хасырейского и 22-Черпаюского месторождений, представленные в работе Е.А. Саламатиной (2004).

В результате показано, что в составе глинисто-доломитовой пачки преобладают мелководные отложения, преимущественно супралиторальные, переслаивающиеся с отложениями верхней литорали, имеющими подчиненное развитие. Коллекторы доломитовой пачки, в основном, сложены породами, образовавшимися в условиях верхней литорали, что говорит о преимущественно межзерновом типе относящихся к ним коллекторов. Только в верхней части пачки развитие коллекторов относится к отложениям мелкой сублиторали. Пустотное пространство коллекторов мелкой сублиторали характеризуется развитием микротрещиноватости и пустот выщелачивания, что определяет их высокие фильтрационные возможности. Коллекторы, выделенные в верхнесилурийских отложениях, приурочены, в основном, к фации верхней литорали.

Литогенетическая типизация пород вала Гамбурцева позволила нам провести оценку величины коэффициента проницаемости, что является одной из самых сложных и до сих пор нерешенных задач.

:

На рис. 7 представлен планшет ГИС по скважине 4025 Черпаюского месторождения. В правой колонке планшетов нанесена кривая проницаемости,

рассчитанная с использованием результатов проведенной

литогенетической типизации

разреза, и данные определений проницаемости по керну. Как видно из сопоставления, диаграммы имеют хорошую согласованность между собой, что позволяет говорить о достоверности определения

проницаемости с использованием разработанной методики

литогенетической типизации

разреза.

Разработанная методика литогенетической типизации

разреза по данным ГИС апробирована также на

нижнепалеозойских отложениях Осовейского месторождения

Тимано-Печорской провинции. Залежи нефти на Осовейском месторождении, так же как и на Рис. 7. Сопоставление Кпр по керну и по прогнозным типам месторождениях вала Гамбурцева, пород (скв. 4025)

приурочены к среднеордовикско-нижнедевонскому НГК - к отложениям пржидольского яруса верхнего силура, и лохковского яруса нижнего девона. Разрез представлен чередованием доломитов, известняков и аргиллитов и по условиям седиментации схож с разрезом вала Гамбурцева. Отложения гребенского горизонта разбиты на три пачки (152-352), а отложения овинпармского - на 5 (Ш-50) пачек.

Продуктивный разрез Осовейского месторождения вскрыт 4-мя поисковыми и 2-мя разведочными скважинами. В скважине 1, где имелись данные пластового электрического

микросканера, выделение литогенетических типов проводилось по ним, а в остальных скважинах - по данным стандартного комплекса ГИС, включающего радиоактивный каротаж (ГК, НК), боковой и частично акустический и плотностной каротажи.

Профиль, построенный по а

скважинам Осовейского месторождения 4в

j . L . -,_65__

с выделенными литогенетическими типами пород, показан на рис. 8 а. Поскольку, как уже говорилось ранее, первичная неоднородность осадков определяет их дифференциацию по фильтрационно-емкостным свойствам, проведенная нами типизация пород позволила установить распределение коллекторов различного типа в разрезе верхнесилурийско-нижнедевонских отложений Осовейской площади (рис. 8 б). В составе пачек 1D1, 2D1 и 4D1 преобладают мелководные осадки верхней литорали и супралиторали. С первыми связана наиболее мощная и выдержанная по площади в разрезе Осовейского месторождения пачка коллекторов с межзерновым типом пористости. По данным FMI в пределах пачки 1D1 развита трещиноватость, что может обусловливать ее высокие фильтрационные возможности и улучшение пористости, связанное с растворением по трещинам. К отложениям пачки 4D1 по данным FMI приурочены интервалы развития слабой кавернозности. Пачка 3D1 во всех скважинах характеризуется наличием

мощного плотного высокоомного доломитового прослоя, образованного в условиях нижней литорали. Отложения пачки 5D1, формирование которой связано с углублением бассейна

ные обозначения:

- преимущественно поровый коллектор (верхняя литораль)

- трещино-каверново-поровый коллектор (супралитораль)

Ц - трещино-каверновый коллектор (мелкая сублитораль)

- плотный пласт (нижняя литораль)

Рис. 8. Результаты литогенетической типизации отложений Осовейской площади: а) профиль по скважинам, б) схематичное оаспоеделение коллектсюов оазличного типа в оазрезе

седиментации, характеризуются последовательной сменой обстановок осадконакопления от супра- до сублиторальной. Небольшое количество тонкослоистых линзовидных коллекторов, приуроченных как верхней литорали, так и к сублиторали, соответственно, характеризуются различным строением пустотного пространства. По данным FMI в пачке 5D1 отмечается наличие трещиноватости и связанной с ней кавернозности. Пачки IS2 и 3S2 сложены известняками и доломитами супралиторалыюго облика. Коллекторы в этих пачках практически не встречаются. В пласте 2S2 развит прослой порового коллектора, сложенный известняками верхней литорали, который прослеживается по всем скважинам месторождения и характеризуется значительными ФЕС.

Заключительным примером опробования защищаемой методики литогенетической типизации пород по данным комплекса ГИС является ее применение на нижнесилурийских отложениях Средне-Макарихинского месторождения Тимано-Печорской провинции. Поскольку в скважинах данного месторождения нет детального седиментологического описания кернового материала с выделенными литогенетическими типами, достоверность полученных результатов обосновывается достаточно хорошей согласованностью между проницаемостью, рассчитанной с использованием результатов проведенной литогенетической типизации разреза, и керновыми данными. Это позволяет говорить об эффективности применения разработанной методики литогенетической типизации и существовании возможности ее использования с целью уточнения ФЕС пород, а иногда и в качестве единственного способа определения проницаемости карбонатных пород.

В заключении изложены следующие основные результаты:

1. Показано, что различия проницаемостей разных литогенетических типов пород, выделенных в нижнепалеозойских отложениях месторождений вала Гамбурцева, при одних и тех же значениях коэффициента пористости могут достигать более двух порядков, кроме того, выявлено существование собственных корреляционных зависимостей Knp=f(Kn) для каждого литогенетического типа. Это говорит о необходимости учета генетической принадлежности пород при интерпретации материалов ГИС.

2. В качестве основного метода для проведения литогенетической типизации разреза в расширенном комплексе ГИС предложено использование пластового электрического микросканера. Детальное сопоставление результатов послойного литогенетического описания керна и фотографий керна различных типов пород с динамическими и статическими имиджами FMI позволило выделить признаки, отвечающие различным типам пород.

3. Показана эффективность применения пластового электрического микросканера для анализа фильтрационной неоднородности пластов месторождений вала Гамбурцева, связанной с

тектоническими особенностями региона. Предложено использовать электрический сканер для мониторинга рисков роста обводненности трещиноватых коллекторов и планирования оптимальной системы разработки месторождения.

4. Показано, что для определения литогенетических типов пород в скважинах, по которым имеется только стандартный комплекс ГИС, можно использовать математические методы классификации данных. Выделение литогенетических типов пород по данным ГИС реализовано с помощью регрессионных моделей, построенных и протестированных на эталонных скважинах с керновым материалом и на скважинах с типизацией, проведенной по данным FMI. В результате применения различных методов математической классификации установлено, что по данным стандартного комплекса ГИС породы нижней литорали и мелкой сублиторали плохо разделимы, поэтому для классификации они объединены. Точность классификации, которую дает построенная регрессионная модель, достигает 80%, наиболее значимыми методами являются методы БК, ГК и АК.

5. Сформулирована общая схема оценки фильтрационных свойств, включающая методику литогенетической типизации пород по данным расширенного комплекса ГИС. Апробация предлагаемой методики на нижнепалеозойских отложениях месторождений Тимано-Печорской провинции показала ее эффективность как для восстановления условий формирования отложений с построением цикло-фациальных моделей, так и для оценки проницаемости с высокой степенью достоверности, что особенно актуально для сложнопостроенных карбонатных коллекторов изучаемого разреза.

Публикации по теме диссертации

1. Ботвиновская O.A., Ганичев Д.И., Меркушкина Ю.В., Никулин Б.А. Методика определения проницаемости карбонатных пород с учетом их фациапьной неоднородности // Нефтяное хозяйство.-2008.-№11.-С. 10-13.

2. Ганичев Д.И., Томилина (Ботвиновская) O.A., Хамитов И.Г., Савичев К.С. Эффективность применения пластового электрического микросканера на Хасырейском месторождении // Нефтяное хозяйство. - 2006. - №3. - С. 90-92.

3. Хамитов И.Г., Ботвиновская O.A., Ремеев И.С., Хапимонова Г. К. Многоскважинные технологии интерпретации данных ГИС в ОАО "НК "Роснефть" // Каротажник. - 2007. - №4. -С. 18-30.

4. Ефимов А.Е., Савичев К.С., Меркушкина Ю.В., Ботвиновская O.A. Особенности геологического моделирования карбонатных отложений на примере Хасырейского месторождения // Научно-технический вестник ОАО «НК «Роснефть». - 2007. - №3. - С. 6-12.

5. Меркушкина Ю.В., Ботвиновская O.A., Федоров А.И., Стрельников С.А. Литогенетический анализ кернового материала и его применение для геологического моделирования и разработки на примере месторождения Вала Гамбурцева // Тезисы докладов научно - практической конференции «Геологическое моделирование на базе комплексного исследования керна -основа проектирования эффективной разработки месторождений нефти и газа». - Томск, 2007. -С. 32.

6. Ботвиновская O.A., Ганичев Д.И. Способ определения коэффициента нефтенасыщенности карбонатных коллекторов месторождений вала Гамбурцева // Тезисы XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов-2008", секция "Геология", подсекция "Геофизика". - Москва, 2008. - С. 5.

7. Ботвиновская O.A. Методика оценки проницаемости сложнопостроенных карбонатных пород Тимано-Печорской Провинции с применением литогенетического анализа кернового материала // Тезисы XVI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов-2009", секция "Геология", подсекция "Геология и геохимия горючих полезных ископаемых". - Москва, 2009. - С. 2-3.

8. Ботвиновская O.A. Многоскважинная обработка данных ГИС на примере карбонатных коллекторов Тимано-Печорской НГП // Тезисы I Всероссийской научно-практической конференции «ГеоПерспектива-2007». - Москва, 2007. - С. 14-15.

9. Ботвиновская O.A. Оценка проницаемости карбонатных пород на основе расширенного комплекса ГИС и данных керна на примере месторождений вала Гамбурцева // Тезисы III Всероссийской научно-практической конференции «ГеоПерспектива-2009». - Москва, 2009. -С. 36.

10. Тверитнев A.A., Ганичев Д.И., Ботвиновская O.A., Д.Б. Зайцев. Определение фильтрационно-емкостных свойств и литологического состава пород на основе решения систем петрофизических уравнений // Тезисы докладов II научно-практической конференции «Математическое моделирование и компьютерные технологии в разработке месторождений». -Уфа, 2009.-С. 18.

11. Ботвиновская O.A., Ганичев Д.И., Меркушкина Ю.В. Литогенетическая типизация карбонатных пород Тимано-Печорской провинции по комплексу данных керна и геофизических исследований для оценки проницаемости // Тезисы докладов II научно-практической конференции «Математическое моделирование и компьютерные технологии в разработке месторождений». - Уфа, 2009. -С. 18-19.

Заказ № 71-а/10/09 Подписано в печать 14.10.2009 Тираж 100 экз. Усл. пл. 1

л^чч °°0 "Цифровичок", тел. (495) 649-83-30

,1,^7/ \vvvw.cfr.ru; е-таИ:'т/о@с/г.ги

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Ботвиновская, Ольга Александровна

Введение

1. Современное состояние проблемы определения фильтрационно-емкостных свойств карбонатных пород

1.1. Классификация и фациальные особенности карбонатных пород

1.2. Определение фильтрационпо-емкостных параметров карбонатных коллекторов по данным ГИС

1.2.1. Методы выделения коллекторов

1.2.2. Определение коэффициента пористости

1.2.3. Методы определения проницаемости

1.2.4. Методы изучения параметров трещиноватости

1.3. Методы выделения лито-фациальных комплексов по данным ГИС 21 Выводы

2. Геологическое строение месторождений вала Гамбурцева

2.1. Литолого-стратиграфическая характеристика отложений вала Гамбурцева

2.2. Тектоника

2.3. Условия осадконакопления нижнепалеозойских пород вала Гамбурцева, фациальное районирование и фильтрционно-емкостные свойства

2.4. Влияние вторичных процессов на формирование пустотного пространства 46 Выводы

3. Геолого-геофизические исследования нижнепалеозойских отложений вала Гамбурцева

3.1. Петрофизические исследования

3.1.1. Характеристика представительности кернового материала

3.1.2. Цитологический состав пород

3.1.3. Определение фильтрационно-емкостных свойств

3.2. Геофизические исследования скважин

3.2.1. Комплекс ГИС, оценка качества исследований

3.2.2. Методика интерпретации данных стандартного комплекса ГИС

3.2.3. Применение пластового электрического микросканера FMI

3.2.3.1. Описание метода 67 3.2.3.3. Изучение трещиноватости карбонатных пород

3.2.3.2. Сопоставление данных электрического микросканера с данными керна

Выводы

4. Методика литогенетической типизации разреза по данным ГИС

4.1. Установление литогенетических типов по данным FMI

4.2. Методика литогенетической типизации разреза по данным комплекса ГИС с применением методов математической классификации

4.2.1. Подготовка данных и оценка зависимости между типом пород и методами ГИС

4.2.2. Дискриминантный анализ

4.2.3. Регрессионные модели

4.3. Методика оценки фильтрационных свойств пород на основе их литогенетической типизации

Выводы

5. Результаты литогенетической типизации нижнепалеозойских пород Тимано-Печорской провинции и оценка их фильтрационных свойств

5.1. Месторождения вала Гамбурцева

5.2. Осовейское месторождение

5.3. Средне-Макарихинское месторождение 108 Выводы 108 Заключение 110 Список использованной литературы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Оценка фильтрационных свойств нижнепалеозойских карбонатных пород на основе их литогенетической типизации по данным расширенного комплекса геолого-геофизических исследований"

Актуальность исследований

Значительная доля мировых запасов нефти содержится в карбонатных коллекторах, развитых в широком стратиграфическом интервале во многих районах Земного шара.

При определении фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) карбонатного разреза по данным ГИС часто возникают трудности, обусловленные изменчивостью литологического состава, неоднородностью свойств коллекторов как по разрезу, так и по латерали, сложным строением порового пространства коллекторов, в котором наряду с межзерновыми порами почти всегда присутствуют трещины и каверны. Особенное значение имеет наличие трещиноватости, которая является причиной резкой неоднородности фильтрационных свойств карбонатных коллекторов.

Сложное строение продуктивных пластов обусловлено несколькими факторами. Во-первых, характерной чертой карбонатных пород является их значительная полифациальность, что связано с особенностями осадконакопления. Вторым фактором является сильная подверженность карбонатных пород постседиментационным преобразованиям, развитие которых, в свою очередь, во многом предопределяет первичная седиментационная структура карбонатных осадков, а также тектоническая обстановка на этапе катагенеза.

Задача достоверной оценки фильтрационных свойств карбонатных пород до сих пор остается актуальной и сложной и требует комплексного подхода к интерпретации геолого-геофизической информации, включающего предварительное детальное изучение их седиментационных особенностей, условий осадконакопления, а также унаследованных преобразований, обусловленных влиянием постседиментационных процессов.

Основной 1{елъю работы является разработка методики литогенетической типизации сложнопостроенных нижнепалеозойских карбонатных пород на примере месторождений вала Гамбурцева для повышения достоверности определения их фильтрационных свойств по данным ГИС.

Достижение данной цели связано с решением следующих основных задач:

1. анализ и обобщение имеющегося петрофизического материала, изучение геологогеофизических особенностей пород месторождений вала Гамбурцева;

2. уточнение петрофизических зависимостей с учетом литогенетической принадлежности пород;

3. определение комплекса ГИС для литогенетической типизации разреза;

4. разработка методики литогеиетической типизации пород по данным стандартного комплекса ГИС и специальных геофизических исследований;

5. апробация методики литогеиетической типизации пород по данным ГИС на нижнепалеозойских отложениях месторождений Тимано-Печорской провинции, анализ достоверности полученных результатов;

6. изучение влияния постседиментационных процессов на фильтрационно-емкостные свойства пород, анализ параметров трещиноватости.

Научная новизна работы:

1. Впервые по данным пластового электрического микросканера проведена литогенетическая типизации нижнепалеозойских пород вала Гамбурцева.

2. Предложен и реализован способ определения литогенетических типов по данным комплекса ГИС с помощью математических методов классификации данных. Установлен комплекс методов ГИС для проведения литогенетичекой типизации разреза нижнедевонских карбонатных отложений.

3. С использованием предложенной методики построена цикло-фациальная модель Осовейского месторождения.

4. Проведено разделение петрофизической зависимости пористость-проницаемость с учетом фациальной неоднородности разреза, которое впервые позволила достоверно оценить проницаемость карбонатных пород по скважинам Тимано-Печорской провинции.

5. Показана эффективность применения пластового электрического микросканера для мониторинга рисков роста обводненности трещиноватых коллекторов с целью выбора оптимальной системы разработки месторождения.

Защищаемые положения:

1. Разработанная методика позволяет проводить разделение разреза на литогенетические типы пород и базируется на анализе данных пластового электрического микросканера, а также реализуется по данным традиционного комплекса ГИС (ГК, БК, НК и АК) с помощью методов математической классификации данных.

2. Литогенетическая типизация нижнепалеозойских пород вала Гамбурцева позволяет уточнить петрофизические зависимости между пористостью и проницаемостью, что повышает достоверность интерпретации материалов ГИС для построения геолого-гидродинамической модели.

3. Результаты апробирования предлагаемой методики лито генетической типизации пород на месторождениях вала Гамбурцева, а также Осовейском и Макарихинском месторождениях показали ее эффективность при построении цикло-фациальных моделей и уточнении фильтрационно-емкостных свойств нижнепалеозойских карбонатных отложений Тимано-Печорской провинции.

Практическая значимость работы и личный вклад автора

Исследования - анализ и уточнение петрофизических зависимостей, сравнительный анализ геолого-геофизического материала, а также интерпретация геофизических данных в более чем 100 скважинах с использованием предлагаемой методики и оценка достоверности полученных результатов - выполнены автором лично.

Предложенная в работе методика литогенетической типизации разреза позволила повысить достоверность оценки фильтрационно-емкостных свойств нижнепалеозойских пород вала Гамбурцева. Наиболее значимым практическим результатом является возможность определения проницаемости сложнопостроенных карбонатных коллекторов. Кроме того, полученная в результате литогенетической типизации модель цикло-фациального расчленения разреза позволяет установить закономерность распределения коллекторов с различной структурой порового пространства. Все это повышает степень достоверности гсолого-гидродинамических моделей, что необходимо для формирования оптимальной системы разработки месторождения.

Разработанная методика комплексной интерпретации геолого-геофизичсских данных нижнепалеозойских отложений находит применение при исследовании разрезов Тимано-Печорской провинции, близких по условиям осадконакопления.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались на XV и XVI Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (г. Москва, 2008г. и 2009г.), I и III Всероссийских научно-практических конференциях «ГеоПерспектива» (г. Москва, 2007г. и 2009г.), научно-практичеких конференциях ОАО «НК «Роснефть», в частности II научно-практической конференции «Математическое моделирование и компьютерные технологии в разработке месторождений» (г. Уфа, 2009г.), научно -практической конференции «Геологическое моделирование на базе комплексного исследования керна - основа проектирования эффективной разработки месторождений нефти и газа» (Томск, 2007г.), на семинарах кафедры геофизических методов исследования земной коры геологического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.

Публикации

Основные положения диссертации и результаты исследований по различным направлениям работы изложены в 11 публикациях, из них 3 - в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа общим объемом 120 страниц состоит из введения, пяти глав и заключения, иллюстрирована 64 рисунками. Список использованных литературных источников составляет 103 наименования, в том числе 19 на иностранных языках.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Ботвиновская, Ольга Александровна

Выводы

В данной главе приведены некоторые результаты уточнения фильтрационно-емкостных свойств, выполненные на основе проведения литогенетической типизации нижнепалеозойских отложений месторождений вала Гамбурцева, а также некоторых других месторождений Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции.

Приведенные примеры позволяют говорить о достоверности результатов применения разработанной методики литогенетической типизации и существовании возможности ее использования с целью уточнения ФЕС пород, а иногда и в качестве единственного способа определения проницаемости карбонатных пород. о о

Заключение

В диссертации представлена разработка и апробация методики оценки фильтрационных свойств нижнепалеозойских карбонатных пород на основе их литогенетической типизации по данным расширенного комплекса геолого-геофизических исследований на примере месторождений вала Гамбурцева, а также некоторых других месторождений Тимано-Печорской НГП.

В результате проведенных исследований получены следующие основные выводы:

1. Показано, что различия проницаемостей разных литогенетических типов пород, выделенных в нижнепалеозойских отложениях месторождений вала Гамбурцева, при одних и тех же значениях коэффициента пористости могут достигать более двух порядков, кроме того, выявлено существование собственных корреляционных зависимостей Knp=f(Kn) для каждого литогенетического типа. Это говорит о необходимости учета генетической принадлежности пород при интерпретации материалов ГИС, что повышает достоверность геолого-гидродинамической модели месторождения.

2. В качестве основного метода для проведения литогенетической типизации разреза в расширенном комплексе ГИС предложено использование пластового электрического микросканера. Детальное сопоставление результатов послойного литогенетического описания керна и фотографий керна различных типов пород с динамическим и статическим имиджами FMI позволило выделить признаки, отвечающие различным типам пород.

3. Показана эффективность применения пластового электрического микросканера для анализа фильтрационной неоднородности месторождений вала Гамбурцева, связанной с тектоническими особенностями региона. Предложено использовать наблюдения электрическим сканером для мониторинга рисков роста обводненности трещиноватых коллекторов и планирования оптимальной системы разработки месторождения.

4. Показано, что для определения литогенетических типов пород в скважинах, где имеется только стандартный комплекс ГИС, можно использовать математические методы классификации данных. Выделение литогенетических типов пород по данным ГИС реализовано с помощью регрессионных моделей, построенных и протестированных на эталонных скважинах с керновым материалом и на скважинах с типизацией, проведенной по данным FMI.

5. В результате применения различных методов математической классификации установлено, что по данным стандартного комплекса ГИС породы нижней литорали и мелкой сублиторали плохо разделимы, поэтому для классификации они объединены.

Точность классификации, которую дает построенная регрессионная модель, достигает 80%.

6. Сформулирована общая схема оценки фильтрационных свойств, включающая методику литогенетической типизации пород по данным расширенного комплекса ГИС. Апробация предлагаемой методики на нижнепалеозойских отложениях месторождений Тимано-Печорской провинции показала ее эффективность как для восстановления условий формирования отложений с построением цикло-фациальных моделей, так и для оценки проницаемости с высокой степенью достоверности, что особенно актуально для сложнопостроенных карбонатных коллекторов изучаемого разреза.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Ботвиновская, Ольга Александровна, Москва

1. Абдрахманова Л.Г. «Применение высокотехнологичных методов каротажа Шлюмберже на Приобском месторождении Западной Сибири». Международная Научно-практическая конференция Интенсификация добычи нефти. Томск, 2004.

2. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Исследование зависимостей: Справ, изд. М.: Финансы и статистика, 1985. -487 с.

3. Александров Б.Л. Изучениекарбонатных коллекторов геофизическими методами. М., Недра, 1979.

4. Ампилов Ю.П., Артс Р. Применение анализа сейсмических параметров для характеристики природных резервуаров углеводородов. Мурманск, Изд-во «Север», 2000.-140 с.

5. Ахметов В.Н. Фильтрационная модель порово-трещинно-кавернозного коллектора как функция структурно-генетического типа пород. Георесурсы. №1. М., 2008.

6. Ахметов В.Н., Асклу А., Дияшев Р.Н., Хусаинов В.М. Идентификация фильтрационных свойств неоднородных коллекторов по результатам геофизических исследований скважин. Каротажник., №11. Тверь, 2004. стр. 121-133.

7. Багринцева К.И. Условия формирования и свойства карбонатных коллекторов нефти и газа. М.,РГГУ, 1999.

8. Багринцева К.И., Белозерова Г.Е., Вендельштейн Б.Ю., Шершуков И.В. Исследование и оценка карбонатных коллекторов сложного строения. ЦП КТТО. М., 1985.

9. Байков В.А., Борисов Г.А., Верхотурова О.М., Надеждин О.В. Современные методы анализа геофизических исследований скважин. Вестник Роснефти. №1. М., 2007. Стр. 27-31.

10. Ботвиновская О. А. Многоскважинная обработка данных ГИС на примере карбонатных коллекторов Тимано-Печорской НГП. Тезисы I Всероссийской научно-практической конференции «ГеоПерспектива-2007». М., 2007. Стр. 14-15.

11. Ботвиновская О. А. Оценка проницаемости карбонатных пород на основе расширенного комплекса ГИС и данных керна на примере месторождений вала Гамбурцева. Тезисы III Всероссийской научно-практической конференции «ГеоПерспектива-2009». М., 2009. Стр. 36.

12. Ботвиновская О.А. Способ определения коэффициента нефтенасыщенности карбонатных коллекторов месторождений вала Гамбурцева. Тезисы XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов-2008". М., 2008.

13. Ботвиновская О.А., Ганичев Д.И., Меркушкина Ю.В., Никулин Б.А. Методика определения проницаемости карбонатных пород с учетом их фациальной неоднородности. Нефтяное хозяйство, №11. М., 2008. Стр.10-13.

14. Булгаков С.В. Петрофизическое обеспечение интерпретации ГИС в сложнопостроенных коллекторах на примере силурийских отложений Тимано-Печорской провинции. Автореферат на соискание степени к. г.-м. наук. Ухта, 1997.

15. Вахромеев Г.С., Ерофеев Л.Я., Канайкин B.C., Номокопова Г.Г. Петрофизика: учебник для вузов. Томск, Изд-во Том. Уни-та, 1997. 462с.

16. Ганичев Д.И., Томилина О.А., Хамитов И.Г., Савичев К.С. Эффективность применения пластового электрического микросканера на Хасырейском месторождении. Нефтяное хозяйство, №3. М., 2006. Стр.90-92.

17. Голф-Рахт Т.Д. Основы нефте-промысловой геологии и разработки трещиноватых коллекторов. М., Недра, 1986. 608 с.

18. Губерман Ш.А. Решение геологических задач с помощью программ распознавания. Автореферат на соискание ученой степени д-ра техн. наук. М., 1967. 24с.

19. Губерман Ш.А., Овчинникова М.И. Некоторые возможности использования статистических характеристик геологических разрезов. Изв. АН СССР. Сер. Геофиз. 1964. №7. С. 87-94.

20. Дедеев В. А. Тектоническая карта Печорской плиты / В. А. Дедеев, В. В. Юдин, В. И. Богацкий В. И. и др.. Сыктывкар, Коми НЦ УрО РАН, 1985.

21. Добрынин В.М. Изучение пористости сложных карбонатных коллекторов. Геология нефти и газа. №5. М., 1991. С. 30-34.

22. Добрынин В.М., Венделынтейн Б.Ю., Резванов Р.А., Африкян А.Н. Геофизические исследования скважин. М., изд. «Нефть и газ», 2004г.

23. Ефимов А.Е., Савичев К.С., Меркушкина Ю.В., Ботвиновская О.А. Особенности геологического моделирования карбонатных отложений на примере Хасырейского месторождения. Научно-технический вестник ОАО «НК «Роснефть», №3. М., 2007. Стр.6-12.

24. Жемчугова В.А. Карбонатные комплексы палеозоя Печорского нефтегазоносного бассейна (строение, условие формирования, прогноз природных резервуаров). Диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук. Сыктывкар, 1999.

25. Жемчугова В.А. Природные резервуары в карбонатных формациях Печерского нефтегазоносного бассейна. М., Издательство МГГУ, 2002. 243 с.

26. Жемчугова В.А., Мельников С.В., Данилов В.Н. Нижний палеозой Печорского нефтегазоносного бассейна (строение, условия образования, нефтегазоносность). М., Издательство Академии горных наук, 2001. 110с.

27. Заляев Н.З. Комплексная интерпретация геофизических параметров функциональными преобразованиями с помощью ЭВМ. Минск, БелНИГРИ, 1981. 149 с.

28. Золоева Г.М., Фарманова Н.Ф. Применение акустического метода для изучения карбонатных пород. Обзорная информация. Серия «Нефтегазовая геология и геофизика». М., ВНИИОЭНГ, 1981. 60 с.

29. Золоева Г.М., Фарманова Н.В., Царева Н.В., Куликов Б.Н., Силина JI.B. Изучение карбонатных коллекторов методами промысловой геофизики. М., Недра, 1977.

30. Изотова Т.С. Седиментологический каротажный анализ — основа прогнозирования геологических разрезов // Доклады АН УССР, 1986.—№ 10.

31. Ильин В.Д., Фортунатова Н.К. Методы прогнозирования и поисков нефтегазоносных рифовых комплексов. М. Недра, 1988. 201с.

32. Итенберг С.С., Шнурман Г.А., Интерпретация результатов каротажа сложных коллекторов. М., Недра, 1984

33. Косентино JI. Системные подходы к изучению пластов. Москва-Ижевск, Институт компьютерных исследований, 2007. 374с.

34. Котова В.З., Moop Н.А., Ширяева А.С., Шакирова Г.В., Хальзов А.А. Повышение достоверности оценки проницаемости терригенных коллекторов с помощью выделения фаций. Нефтяное хозяйство. №1. М., 2009. С. 20-23.

35. Латышева М.Г. Практическое руководство по интерпретации диаграмм геофизических методов исследования скважин. М., Недра, 1981. 180 с.

36. Литолого-петрофизические исследования керна с обоснованием параметров для подсчета запасов по месторождениям вала Гамбурцева. М., ИГиРГИ, 2003.

37. Малышев Н. А. Тектоника, эволюция и нефтегазоносность осадочных бассейнов европейского севера России / Н. А. Малышев. Екатеринбург, 2002.

38. Мангазеев В.П., Белозеров В.В., Кошовкин И.Н., Рязанов А.В. Методика отображения в цифровой геологической модели литолого-фациальных особенностей терригенного коллектора. Нефтяной хозяйство, №5. М., 2006. С. 66-70.

39. Муромцев B.C. Электрометрическая геология песчаных тел литологических ловушек нефти и газа. М. Недра, 1984.

40. Никитин А.А. Теоретические основы обработки геофизической информации. М., Недра, 1986.

41. Отчет по подсчету запасов нефти и растворенного газа Хасырейского, Черпаюского и Нядейюского месторождений вала Гамбурцева. «РН-УфаНИПИнефть». Уфа, 2007.49