Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Прогноз качества пород-коллекторов подсолевых отложений Юго-Востока Прикаспийской впадины

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

Автореферат диссертации по теме "Прогноз качества пород-коллекторов подсолевых отложений Юго-Востока Прикаспийской впадины"

РГб ид

'3' л м

- /

МИНИСТЕРСТВО ТОПЛИВА И ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И РАЗРАБОТКИ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ

На правах рукописи

ИСЕЛИДЗЕ Отар Викторович

УДК 552.578.2.061.4(574.1)

ПРОГНОЗ КАЧЕСТВА ПОРОД-КОЛЛЕКТОРОВ ПОДСОЛЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ЮГО-ВОСТОКА ПРИКАСПИЙСКОЙ ВПАДИНЫ

Специальность 04.00. 17 - Геология, поиски и разведка

нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Институте геологии и разработки горючих ископаемых.

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических

наук Пецюха Ю.А.

- кандидат геолого-минералогических наук Фомин A.A.

Официальные оппоненты - доктор геолого-минералогических

наук, профессор Прошляков Б. К.

- доктор геолого-минералогических наук Петров А. И.

Ведущая организация - производственное объединение

*Прикаспийбурнефгь" (г. Волгоград)

Защита состоится * £5

— //АЗА'Я 1993 г. в /О часов на заседании специализированного совета Д 002.80.01 при Институте геологии и разработки горючих ископаемых по адресу: 117312, Москва, ул. Ферсмана, 50.

С диссертацией можно! ознакомиться в библиотеке ИГиРГИ. Автореферат разослан ¿1/ ' _ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета В.ф. Мазанов

JSBN 5-85781-116-3

(G) Иселидзе О.В., 1993

Институт геологии и ра" работки горючих ископаемых, 1993

ОБЩАЯ ХАРЖГЕШЛИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы-. Нефть и газ занимает ведущее место в экономике многих стран мира; Поиски новых скоплений ТВ является в настоящее время важнейшей задачей. Решение ее возможно лишь путем комплексных геологических, геофизических и геохимических исследований'. Поиски, разведка и разработка глубокозалегащих кестороа-дений нефти и газа обуславливают необходимость изучения дэформаци-онно-црочностных, филътрационно-емкостных, акустических и других свойств горных пород в тещодинамичесхих условиях, характерных как для глубин залегания, так и прэвышавдих их.

Конкретные задачи исследования горных пород щп высоких термодинамических параметрах разнообразны. Для обоснования вкбора езп -равлений и объектов геолого-развэдочных работ в нефтегазоносшх районах ваша оценка изменений емкоотныхп фддьтрбцвошшх свойств пород-коллекторов и изолирующей способности пород-повднзгк дрн различных напрязенных состояниях и температурах1. Качество пород-вод -лекторов и покрыиек возуокно оцепить по компяэаоу фазнчесхпх характеристик: иамененш) электрического сопротивления, скоростей уцругпх волн, упругости пород продуктивного пласта, развзтшэ в них необра -тпмых деформаций, фильтрационным свойствам пород на разных глубинах и их изменению в процессе разработки. Экспериментальные данные об изменении деформационных и прочностных свойств, скорости упругих волн и др.- ванны тайге для правильной интерпрнтацип результатов геофизических исследований, а особенности изменения прочностных характеристик с глубиной необходимо учитывать при проектировании ре-кимов глубокого и сверхглубокого бурения. Указанным перечнем вопросов обуславливается актуальность теш диссертационной работы'.

Цэльи работы явилась прогнозная оценка качества пород-кодлек-

торов подсолевых отложений Иго-Востока Прикаспийской впадины на основе экспериментального исследования деформацнонно-црочностных, фильтрационно-ешсостных, акустических и других физических характеристик терригенных и карбонатных пород различных минералого-петрографических типов цри термодинамических параметрах, соответствующим большим глубинам.- Главная цель настоящего исследования заключалась в выявлении зависимости фильтрационно-емкостных и изолирующих свойств пород-коллекторов залекой нефти и газа от характера деформаций при объемных напряженных состояниях и температурах, характерных для различных геолого-тектонических условий.

Основные задачи исследований;

- изучение деформационных, прочностных, акустических свойств различных минералого-петрографических типов пород в условиях равномерного и неравномерного объемного сжатия;

- исследование влияния аномально высоких поровых давлений на удругие, деформационные, акустические и другие физические свойства осадочных пород цри различных объемных нацряженных состояниях;

- изучение механизма деформации, петроструктурных изменений в осадочных породах при испытании их в условиях неравномерного объемного сжатия;

- разработка комплексной методики прогноза качества пород -коллекторов различных литологических типов, учитывающей деформационно-прочностные и петрофизические свойства-.

Научная новизна работы. В результате выполненных работ по теме диссертации были получены новые данные о деформационном поведении терригенных и карбонатных пород в широком диапазоне термодинамических условий в зависимости от их минералого-петрографических особенностей, позволяющие судить об емкостных, фильтрационных, акустических и других свойствах пород на глубине залегания до 7 км.

Разработан комплексный методический подход по црогнозированию качества пород-коллекторов на основании результатов исследования а деформационно-црочностных и ддогих физических свойств.

Получены ноше данные о влиянии АВПД на деформационные, филь-грационно-емкостные и другие характеристики терригенных и карбонат-шх пород?

Оцределены поправочные коэффициенты в величины пористости, 1роницаемости и прочности под влиянием эффективного напряжения и температуры с учетом коэффициента аномальности пластовых давлений;

Все экспериментальные исследования проводились на уникальной 1естандартной аппаратуре и по методикам, разработанным с участием штора в секторе экспериментальной геомеханики ИГиЕГИ.

Практическая значимость работы заключается в получении новых жспершентальных данных, которые позволяют кошчественно и качест-5енно оценить емкостные, фильтрационные и акустические характерис-:ики терригенных и карбонатных пород подсолевого комплекса Юго-Вос-•ока Прикаспийской впадины в пластовых условиях1. Установленные ветчины предельных эффективных напряжений (пределы у другой устойчи-юоти пород) могут быть использованы при определении величины макси-[альных депрессий при разработке залегей УВ."1 Определены коэффнциен-■ы сжимаемости, пористости, проницаамости и акустических свойств в ■ермодинамических условиях залегания пород к данным, полученным в лмосферных условиях, которые необходимо учитывать при подсчете гео-:огических запасов нефти и газа и при интерпретации данных ГИС, а акже при разработке режимов бурения при проводке глубоких и сверх-лубоких скважин;

Апробация работы.

Полученные результаты по деформационно-прочностным, фильтраци-нно-емкостным и другим физическим свойствам пород были использованы

щи составлении проектов разведки, подсчете запасов и цроектов разработки Тенгизского и рада других месторождений Юго-Востока Прикаспийской впадины.

Основные материалы по диссертации были доложены автором на УШ Всесоюзной совещании по физическим свойствам горных пород цри высоких термодинамических параметрах в г. Уфе в 1990 году и в ряде научных отчетов сектора ИГиГОГ. •

. Реализация работы*. Основные результаты исследований, приведенные в диссертации, были включены8хоздоговорные работы "Гицровосток-нефть", а также отдельными главами в отчеты ИГиЕГО за 1989 и 1991 га Сактяческий материал-; В основу 'диссертационной работы положены результаты выполненного автором экспериментального изучения более 350 образцов терригенных и карбонатных пород из разрезов скважин месторождений Тенгиз, Королевское, Маткен, Юбилейное, Жанажол, Кен-кияк и других Юго-Востока Прикаспийской впадины цри высоких давлениях и температурах в условиях равномерного и неравномерного объемного сжатия. Проведен анализ и обобщение результатов испытаний с учетом минералого-петротрафического исследования пород, оцределены параметры и способность пород к деформационному разуплотнению-. Образцы до и после деформации изучались в шлифах с привлечением данных рентгеновской дифрактометрии, растровой электронной микроскопии и обсчитаны на электронно-вычислительном устройстве "Квантвдент-720' Последние выполнены в лаборатории физических методов исследования коллекторов и покрышек ИГиРПГ.

Публикации'; Основные положения настоящей работы освещены в 5 печатных работах.

Объем работы; Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов общим объемом машинописных странщг.' В ней содержится рисунков и таблиц. Список литературы включает наи

менований.

Настоящая работа подводит итоги исследований, проведенных автором в секторе экспериментальной геомеханики ИГиРЕИ с 1988 года.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность исследований деформационно-прочностных, фильтрационно-емкостных, акустических свойств горных пород в различных объемных напряженных состояниях для прогноза качества коллекторов на больших глубинах.

В первой главе дается геологическая характеристика юго-восточной части Прикаспийской впадины. В процессе работы осуществлен анализ и обобщение большого фактического материала объединений "Эмба-нефть", "Косчагылнефть", "Прикаспийбурнефть", "Нижневолжскнефть", ПГО "Гурьевнефтегазгеология". Были также тщательно изучены и ис -пользованы литературные и фондовые источники ВолгоградНШМнефть, КазЖГШ, ВНИГШ, ГАНГ им. И.М.Губкина, ВНИИгеофизика, ИГиЕШ.

При подготовке диссертационной работы автор пользовался работали, консультациями и ценными советами А.А.Аксенова, В.П.Аврова, К;П.Анисимова, Э.А.Бакирова, Л.С.Багова, С.С.Едренгаша, М.С.Зонн, И.М.Михайлова, О.С.Обрядчикова, Н.Е.Постникова, Б.К.Прошлякова, Ю.А.Пецюхи, В.А.Сидорова, В.Я.Туранова, В.А.Чашахчева, В.Н.Шардако-ва, Л.С.Шаркова, А.А.Фомина, А.М.Акромхадкаева, М.К.Калинко, Н.В.Не-волина, Н.Я.Кунина, В.Л.Соколова, Ю.А.Волояа, А.Е.Щлезингера, В.П. Шебаддина, З.Е.Булекбаева, Ю.М.Гридасова, И'.Б,Дальяна, ТЛ.Волковой, З.В.Голубевой, Р.А.Твердовой и др."

Всем перечисленным товарищам автор выражает самую искреннюю и глубокую благодарность.

Прикаспийская впадина является одной из крупнейших депрессий мира и охватывает площадь более 500 тыс.кв.км. Она входит в состав

Русской докембрийской платформы, с востока, юго-востока и юга ограничена герцинвдами. Астраханско-Актюбинская система поднятий делит всю впадину на Центральный Прикаспийский и Юго-Восточный бассейны'.

Осадочный чехол впадины подразделяется кунгурской соленосной формацией на два мегакомплекса: надсолевой, сложенный преимущественно терригенными отложениями верхней перми, мезозоя и кайнозоя и подсолевой палеозойский и верхнепротерозойский, в котором наряду с терригенными образованиями развиты мощные карбонатные толщи.

Изученную часть осадочного чехла верхнего палеозоя составляю породы верхнего девона, карбона и нижней перми.

Поскольку подробное изучение литолого-стратиграфической ха -рактеристики не входит в число основных задач.исследований, в данной главе дается краткое описание характерных особенностей строения основных подсслевых отложений юго-восточной части Прикас пийской впадины.'

В настоящее время нефтепроявления и промышленные притоки в пределах исследованной территории установлены в отложениях от ар-тинского яруса нижней перми до верхнего девона включительно. Выделено четыре самостоятельных регионально-нефтегазоносных комплек са пород:

- терригенно-карбонатный среднедевонский;

- карбонатный верхнедевонско-нижнекаменноугольный;

- преимущественно карбонатный никне-среднекаменноугольный;

- преимущественно терригенный нижнепермский.

имеющиеся геолого-геофизические материалы с учетом особенное тей нефтегазоносности отдельных структурных элементов Прикаспий -ской впадины позволяют выделить в ее пределах следующие основные зоны нефтегазонакопления: Кенкиякско-Жанажольскую, Каратон-Тенгш

скую, Астраханскую, Карачаганакско-Кобладинскую и др;.

Указанные зоны нефтегазонанопления цриурочены к вдупным тбк-тоно-седиментационным и седиментационным формам. Кагдая из них характеризуется наличием в разрезе несколькими нефтегазоносными комплексами, связанными в основном, с карбонатными отложениями девона-карбона и нижней пермвг.

В настоящее время в карбонатном комплексе палеозоя Прикаспийской впадины открыто 20 месторождений нефти и газа, в том числе, крупнейшие Астраханское, Карачаганакское, Тенгизское, Жанажольское, Королевское и др. Своеобразие, превде всего, наиболее крупных из них состоит в том, что они приурочены к обширным карбонатным массивам ркфогенного генезиса и отличаются высоким этанол продуктивной части (до 1500 м)-.

В главе II описаны аппаратура и методы экспериментальных исследований физических и механических свойств различных пород в условиях различных объемно-напряженных состояний и температур; Важность этой задачи связана с тем, что на больших глубинах емкостные возможности первичного порового пространства исчерпываются, а вторичная пустотность, образованию которой.главным образом, способствует развитие микротрещинноватости, возрастает.

Для наиболее полного изучения сжимаемости объемных упругих деформаций горных пород и их проницаемости была выбрана схема равномерного всестороннего сжатия с паровым тензором напряжений. Эта схема используется для изучения изменения пористости (Кд) и прони-

дусмотрено внутрипоровое давление,-

Величвна эффективного давления на глубине Н вычисляется по формуле:

коллекторов нефти и газа, в связи с чем в ней пре-

где № - средний объемный вес горных пород, равный 2,3*2,5 г/см Х$с - средний объемный вес, насыщаицей породу жидкости, при приближенных расчетах.

Для изучения деформации пород за пределом текучести и проч -ностных свойств пород выбрана схема неравномерного всестороннего сжатия, характеризующаяся девиатором напряжений тензора. Физические и механические свойства горных пород цри всех видах объемных напряженных состояний зависят от деформационного поведения пород. Исходя из этого, основное внимание уделено измерениям объемных деформаций пород.

Для изучения механических и коллекторских свойств в условиях равномерного и неравномерного объемного сжатия (для глубин 15-20 км) использовалась установка УШК, разработанная в ИГиЕШ (Павлова, 1975 г., Фомин, 1983 г.). Автор участвовал в модернизации установки и регистрирующей аппаратуры. Это позволило дополнительно изучать электросопротивление и скорости продольных волн. При проведении испытаний и обработке их результатов были использованы многие положения методики изучения физических свойств пород, разработанных в лаборатории высоких давлений при кафедре промысловой геофизики в Институте им. Губкина, в Институте физики земли АН СССР, во ВНИИГеофи-зике (Добрынин В.М., Морозович Я.Б., Петров Л.А., Волорович М.П., Авчан Г.М., Баюк Е.И. и др.).

При проведении испытаний по 1-ой схеме в течение опыта измерялись изменения длин и диаметра образца и ¿У . По измеренным величинам я л е/ производился расчет значений главных отно-

сительных деформаций.

ау

Устанавливается зависимость изменений объема породы ъч-^Г от величины эффективного напряжения ( бэу> ). Объемная сжимаемость пород ( Р ) определяется: / ДРИ Р , ¿ = соп$1

1 сжимаемость норового пространства ( ), =*4" ' () зри рп = сопб^ , Ь ( где V и ¿V ; илУл -

соответственно исходный объем породы и его изменение, исходный эбъем порового пространства и его изменение';

По результатам измерений объемных деформаций определяются вменения коэффициента пористости (Кд) под действием бэр и уста- ; 1авливаются зависимости коэффициента цроницаемости Кцр от »

Испытания по схеме П позволяют изучать деформации образца пород под действием напряжения сдвига, представляемого в виде интен-5ивности напряжений :

Р

* ' Где

Р - избыточная продольная нагрузка, Р - площадь сечения образца.

При проведении испытаний по этой методике изучаются деформа-цш за пределом текучести пород, а также их влияние на коэффици-1нт пористости и проницаемости.

В опытах определяются: -

61 = ¿¿-{-(¡он-РИ ; = н-рЛ , ГДв

- величина начального равномерного всестороннего сжатия, а 1акже вычисляется изменение объема пород .

Обработка результатов исследований, проведенных на установке ИМК, позволяет получить графические зависимости между деформация-и и интенсивностью напряжений для различных значений начального сестороннего сжатия.

При анализе диаграмм устанавливаются характерные точки пере-ода от упругой деформации к остаточной, от остаточной к разруше-ию, определяются пределы прочности и текучести (йс ; )

и деформации, объема ¿V . исследуются зависимости ¿V = и ¿V .

В главе II также рассматриваются деформационные и прочностные свойства горных пород в условиях равномерного всестороннего сжатия. Терригенные породы отбирались из скважин с площадей Арансай, Кен-кияк, из песчано-глинистых отложений нижнепермского возраста; в скважинах Ушмала,Маткен карбонатно-глинисто-кремнистые породы пермского и каменноугольного возраста, а также с пл. Юбилейная - песча-но-алевролитовые разности из пермских отложений.

Пористость (Кд) образцов испытанных пород варьирует от 1,4 до

О

22,3, а плотность (У ) от 2,09 до 2,65 г/см . Статистическая обработка величин плотности и пористости показала их тесную связь с коэффициентом корреляции 1/ =0,98, выраженную уравнением регрес -сии:

/ = 2,69 - 0,028Кл

Для практических целей важно определение сжимаемости и проницаемости терригенных пород в зависимости от пористости, которая для большого количества образцов измеряется при атмосферном давлении. С этой целью были установлены корреляционные связи между сжимаемостью к пористостью, а также между проницаемостью и порис -тостыо для испытанных терригенных пород (табл. I).

Наибольший коэффициент корреляции получен при 20 МПа; с увеличением давления теснота связи ухудшается, вероятно, потому, что пористость участвует в фильтрации до тефор, пока поры соединены между собой с помощью микротрещин. С повышением давления микротре-цины смыкаются и поры изолируются друг от друга.

Установлена зависимость коэффициентов проницаемости Кд^, по — ристости Кп и сжимаемости ]1 от эффективного напряжения ;

Таблица I

Уравнение регрессии У и кпр

для терригенннх пород

б'цр | Площади Арансай, Кенкияк, ! ! Ушмала, Маткен ! Скв. I Юбилейная

МПа | Уравнение ¡Коэффи - ! ! циент ! Уравнение | Коэффициент

{ регрессии ¡корреля- ! | ЦИИ | регрессии | корреляции

I ! 2 ! 3 ! 4 ! 5

0,1 } = 0,012КП + 0,116

0,1 Вщр-в

О.ОвКд + 1,48 _ 0,093КП + 0,8

20 Кцр =е-----п

0,082К_ + 0,4

40 К,

пр

-е

0,90 / = 0,007КП + 0,106 0,70 К^е0'™* +°'29

0,76 К^0'08^ +0'03 0,62 К^^п +0'63

0,77 0,51

0,63

0,61

зависимость продольной £> , радиальной £ и объемной ¿V деформации от эффективного напряжения .

Среди испытанию: образцов терригенннх отложений наилучшими яоллекторекиш свойствами отличаются мелкозернистые песчаники (Аран-зай, Кенкияк) с начальной пористостью 10-15 % и проницаемостью [40-770-Ю-3 мкм^, которые имеют высокие значения пористости и про-шцаености, соответствующей глубине залегания, а также карбонатно-глинисто-кремнистые порода (Ушмала) с Кд = 12-22 %; Кцр = 180+350-■10 мкм2.

Высокопористые (Кд = 12-16 %) песчано-алевролитовые породы пл. Юбилейная) отличаются, наоборот, низкой проницаемостью, умень-:аиц8йся на глубине залегания(0,03-1,5'Ю-3 что объясняется

аличием глинистого цемента сложного состава.

Для проведения исследований в условиях равномерного всестороннего сжатия образов карбонатных пород отбирались из ряда скважин Тенгизского месторождения, а также месторождения Еанажол. Образцы пород из скв. 6,7,8,11,34,44, расположенных в сводовой части Тенгизского поднятия, представлены в основном органогенно-обломочными известняками, детритовыми, водорослевыми, сгустковыыи с большим ко личеством микротредин из отложений башкирского, серпуховского и ви зейского ярусов. Порода, отобранные в скв. 16,40,43 (Тенгиз) на крыльях поднятия имеет разнородный состав. Наряду с органогенно- ^ обломочными известняками встречаются микро-тонкозернистые известняки с органогенным детритом, часто доломитазированные, а также карбонатно-креынистые и глинисто-карбонатно-кремнистые породы, доломиты, известковистне и глинистые.

На месторождении Жанажол отобранные образцы приурочены к первой и второй карбонатным толщам. Породы представлены органогенно-обломочными известняками, полидетритовыми, фораминиферово-комкова-тыми, сгустковыми разностями с тонко-мелкозернистым кальцитовым це ментом, низкопористыми микрозернистыми известняками с органогенный детритом.

Карбонатные породы подразделены на три типа по величине коэффициента открытой пористости: I тип - КДС 3 %; П тип - 3 % Кд 7 %, Ш тип - > 7 %. Взаимосвязь между плотностью и коэффициентом пористости для всех испытанных карбонатных пород выражаются уравнением регрессии:

/ = 2,7 - 0,029 Кп г = 0,98

Анализ экспериментальных дянтат показывает, что относительно высокие значения сжимаемости и газопроницаемости пород характерны для Ш типа, а наименьшие - для I типа (табл. 2).

Таблица 2

Уравнение регрессии ^ = АКд + В и К^ = е^п + * дая карбонатных пород при разных блр

^ $ Тенгиз (снв. 6,7,11,34,44)

Ша ! Уравнение регрессии { .г

Жанаяол, Тенгиз и другие

Уравнение регрессии(

0,1 КпР = е °'15Кп + 1,22 0,68 *ПР- е0,13Кп + 0,74 0,56

0,1 ? = 0,0171^ + 0,176 0,82 / = 0,015КП + 0,12 0,93

20 Кпр = е°'18Кп + 0,37 0,72 Кпр = 30.12КД + 0,3 0,58

40 Кпр = е0,19Кп + 0,1 0,71 кпр = е0,12Кп + 0,28 0,55

Полученные экспериментальные данные были использованы для установления взаимосвязи между сжимаемостью, коэффициентом проницаемости и коэффициентом пористости, скорости продольных волн от эффективного напряжения образцов карбонатных пород.

В отличие от терригенных, для карбонатных пород получены низкие коэффициенты корреляции. Это объясняется их повышенной микро -трещиноватостью, которая существенно влияет на фильтрацию и почти не изменяет коэффициент пористости.

Наилучшая корреляция отмечается при 20 Ша.

Карбонатные отложения Тенгизского месторождения отличаются высокими коллекторскими свойствами на своде поднятия и более низкими на его крыльях.

Низкие фильтрационно-емкостные характеристики имеют перекристаллизованные органогенно-обломочные известняки второй карбонат -

ной толщи (Жанажол).

Установленные корреляционные связи между сжимаемостью и коэффициентом пористости, между коэффициентами проницаемости и пористости для терригенных пород могут быть использованы для прогнозирования коллекторених свойств до глубины 7-8 км.

В главе Ш рассматриваются деформационные и прочностные свойства в условиях неравномерного объемно-напряженного состояния для терригенных и карбонатных пород.

Результаты испытаний терригенных пород показали, что под воздействием неравномерного объемного сжатия в условиях высокого давления в одном случае в породах наблюдалось увеличение объема ) в области пластической деформации, свидетельствующее о разуплотнении их структуры, в другом - не наблюдалось. Указанная особенность деформации песчано-алевролитовых пород связана с различным механизмом их остаточной деформации и зависит от состава и структуры иссле^ дуемых образцов пород.

При значениях эффективного напряжения ( ¿у? ), типичных для глубин до 5-7 км, в механизме остаточной деформации песчано-алеври-товых пород происходит образование микротрещин в зернах, межзерновое скольжение, сопровождающиеся разрывом связей между зернами и внутри зерен в процессе деформации. Эти процессы могут вызвать рост объема пустотного пространства пород. Микротрещины разрыва обычно ориентированы в направлении 30-45° к направлению избыточного продольного напряжения. Причем они концентрируются в зоне сдвига. С этим связаны относительно небольше величины деформаций - до 8 % даже при критических значениях эффективного напряжения.

Необходимо подчеркнуть, что величины разуплотнений, получен -ные в результате эксперимента, не могут характеризовать величины

вторичной пустотности песчано-алевритовых коллекторов порово-тре-щинного типа в условиях их естественного залегания, поскольку в природных условиях на формирование пустотного пространства большое влияние оказывают физико-химические процессы (растворение, выщелачивание и др.). В данном случае выявленная деформационная трещино-ватость применительно к природным процессам, способствует усилению фильтрации минерализованных пластовых жидкостей, под воздействием которых формируется вторичное пустотное пространство.

Результаты исследований терригенных пород, типичных для глубин из залегания, показали большую изменчивость в коллекторских свойствах. Наибольшая способность к деформационному разуплотнению, значительно улучшающая фильтрационно-емкостные свойства, установлена для песчаников карбонатно-глинистых (до 10,5 %) и алевролитов карбонатно-глинистых (до 6 %) (Арансай). Аналогичные породы (Кен-кияк, Еанажол, Ушмала и Маткен) имеют низкие способности к деформационному разуплотнению, не превышающие 4 % при пределе прочности пород. Значительное ухудшение коллекторских свойств наблюдалось у терригенных пород (Юбилейная), у которых в условиях неравномерного объемного сжатия наблюдалось уплотнение от 2 до 17 %.

Терригенные породы с высокими значениями пористости и низкими прочностными свойствами отличались большей способностью к деформационному разуплотнению.

Влияние разуплотнения на коэффициент пористости, полученный при неравномерном объемном сжатии терригенных пород, в большинстве злучаев не компенсируются снижением пористости под действием эффективных напряжений, в результате чего значения пористости у преобладающего количества образцов больше или равны пористости, измерен -зой в атмосферных условиях. Эти данные объясняют механизм формиро-

вания вторичной пустотности в породах при неравномерном объемно-напряженном состоянии. Такие условия наиболее характерны для тектонически активных участков земной коры.

Экспериментальные исследования процесса деформации карбонатных пород при неравномерном трехосном сжатии проводились в термодинамических условиях, характерных для глубин от 3400-5000 м. Все испытанные порода проходили стадии упругой и остаточной деформации перед разрушением.

Полученные экспериментальные результаты позволяют цредроло -жить, что на глубине 4-5 км в органогенных известняках, с содержанием глинистого материала не более 2-5 %, при незначительной неравномерности напряженного состояния могут возникнуть разуплотненные зоны с улучшенными фильтрационно-емкостными свойствами, вслед-ствии проявления дополнительной микротревдноватости.

Неравномерное объемно-напряженное состояние, характерное для многих участков земной коры и призабойной зоны скважин, оказывает большое влияние на проницаемость карбонатных пород. В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что наи -большее значение К^ наблюдалось при деформации биоморфных, био -морфно-детритовых и органогенно-обломочных известняков. Однородные микрозернистые известняки отличаются меньшими изменениями Кщ, с ростом эффективного напряжения. При этом влияние осевых напряжений, достаточных для развития остаточных деформаций, выражается в том, что проницаемость увеличивается от 70 до 150 %.

Сравнение деформационно-прочностных свойств пород отдельных структурно-генетических типов указывает на развитие в них деформационных процессов и, как следствие, разуплотнение структуры пород. Особенно эти процессы характерны для более неоднородных по составу

и строению органогенных известняков, по сравнению с хемогенными известняками и доломитами. У однотипных по составу пород отмечена тенденция к снижению прочностных показателей с ростом пористости и увеличением содержания органики и глинистого вещества. При этом у известняков рост прочности наблюдается в случае увеличения содержания доломита и кремнистого материала.

Прочностные характеристики карбонатных пород зависят от величины эффективных напряжений, состава и структурно-текстурных особенностей. Так, прочность органогенных известняков ниже, чему хемогенных пород, а способность первых к деформационному разуп -лотнению значительно выше вторых.

Неоднородные по составу и строению органогенные известняки отличаются большим развитием в них деформационного процесса, в том числе и разуплотнением (до 20 %). 7 однородных разностей рост прочности наблюдается в случае увеличения содержания доломита, уменьшения пористости и уменьшения содержания нерастворимого ос -татка (глинистости).

Наибольшая способность к разуплотнению установлена для карбонатных пород I и П типа, отобранных из сводовой части месторождения Тенгиз ( ¿V = 4-20 %), тогда как у всех остальных испытанных образцов с площадей Жанажол, Ушмала, Маткен и крыльевых отложений Генгиза Сч не превысила 3 %.

Разуплотнение оказывает большое влияние на объем пустотного пространства карбонатных пород. При эффективных напряжениях, типичных для глубин 4-6 кы, пористость известняков, деформированных в условиях неравномерного объемного сжатия, может значительно увеличиваться за счет развития в них мищютрещиноватости. Проявление этого процесса, по всей вероятности, объясняет преимущественное

развитие трещинных коллекторов в разностях карбонатных пород, залегающих на этих глубинах.

В главе 1У рассматриваются особенности коллекторов в условиях проявления АТЩ для терригенных и карбонатных пород Юго-Восточного Прикаспия. Исследования терригенных пород позволили установить, что при равных эффективных напряжениях увеличение поровых давлений до уровня аномальных вызывает существенное изменение деформационных характеристик.

К числу причин, вызывающих повышение деформационной способности пород при высоких поровых давлениях, презде всего следует отнести влияние роста сжимаемости минеральных зерен скелета и глинистого цемента.

Как показывают эксперименты, в случае высоких поровых давлений, равных испытываемым породами в реальных условиях, необратимые деформации наступают при значениях > всего на 3-7,5 МПа,

превышающих напряжения на глубине залегания ¿эти

Однако при величинах Рп, равных гидростатическим, предел упругой устойчивости часто не достигается и при значительно более высоких значениях .

Результаты испытаний терригенных пород подсолевого комплекса Юго-Восточной части Прикаспийской впадины показали, что при равных эффективных напряжениях увеличение поровых давлений до уровня аномальных вызывает существенное изменение деформационных характеристик (рост сжимаемости пород и пор и соответствующее снижение коэффициентов пористости в среднем 1-6 % по сравнению с уменьшением пористости при нормальном гидростатическом давлении). При равных эффективных напряжениях и разных поровых давлениях у пород, испытанных при высоких поровых давлениях, сопротивление разрушению всегда

меньше, а интенсивность деформированности выше. Для выявления влияния АВПД на коллекторские свойства карбонатных пород были исследованы плотные, нетрещиноватые разности карбонатных подсолевых отложений (Тенгиз, Жанажол).

В результате проведенных опытов устанавливались относительные продольная ( £, ) и радиальные ( <£г=£з ) деформации, изменение объема порода ( ¿х ), коэффициент сжимаемости породы ( ? ) и порового пространства ( ).

Установлено, что при равномерном всестороннем сжатии возникают незначительные радиальные и продольные деформации, достигающие 0,16-0,25 % и 0,2-0,3 %, которые приводят к уменьшению объема образца на 0,56-0,77 % при нормальном гидростатическом давлении и на 0,73-0,87 при высоком поровом давлении. В связи с этим, коэффициент общей пористости уменьшается до 1-5 %.

При неравномерном объемном сжатии, подобном тектоническому, происходит прирост пустотного пространства пород до 15-20 %. Разуплотнение пород связано о возникновением деформационных микротрещин и макротрещин (по границам зерен).

Установлено, что для испытанных пород характерны высокие величины деформаций и относительно низкие прочностные показатели. С ростом поровых давлений при равных эффективных напряжениях при I* = сом1, увеличивается интенсивность деформирования и уменьшается сопротивление разрушению.

В целом же, эти данные свидетельствуют о существенном нарушении структуры пород при АЕПД.

В условиях равномерного всестороннего сжатия при увеличении поровых давлений возрастают коэффициенты сжимаемости пород и снижается пористость.

В условиях неравномерного объемного напряженного состояния при АБПД отмечаются уменьшение прочностных показателей, рост деформаций и увеличение интенсивности деформирования, что приводит к увеличению емкостных и фильтрационных показателей пород.

Как региональные, так и локальные тектонические напряжения могут оказать значительное влияние на изменения физико-механических и коллекторских свойств пород.

В главе У рассматривается влияние уплотнения и разуплотнения на акустические свойства горных пород.. Знание абсолютных значений скоростей упругих волн, изменения акустических свойств в условиях напряжении, характерных для конкретных глубин залегания, необходимо для интерпретации акустического каротажа, построения сейсмограмм оценки коллекторских свойств горных пород, выявления зон разрушения или уплотнения и для оценки перспектив нефтегазоносности на различных глубинах.

По характеру изменения объемной деформации и скорости упругих волн выделяются три стадии деформационного процесса.

Между величиной объемной деформации и акустическими характеристиками установлена качественная связь, которая резко выражена при уплотнении, в меньшей степени проявляется на второй и хорошо на третьей стадии деформирования. Тектонические напряжения, существующие в земной коре, должны приводить к развитию деформаций и изменений арготических свойств в зонах уплотнения и разуплотнения.

На первой стадии уплотнение и разуплотнение объясняются упругим деформированием, на второй стадии - преобладанием трещин отрыва, а на третьей - развитием сдвиговых трещин и формированием магистральных разрывов, что способствует улучшению коллекторских свойств горных пород.

Определены стадии развития процессов уплотнения и разуплотнения и изменения скоростей продольных волн. Так, неравномерное напряженное состояние в области упругих деформаций приводит к увеличению скорости продольных волн в направлении, параллельном глав -ной оси напряжения для карбонатных пород на 1-5 %, для терригенных - 3-9 % и к снижению на 1-5 % или незначительному возрастанию на 1-2 % в перпендикулярном направлении.

Как показали опыты с карбонатными и терригенными породами, вследствие изменения скорости продольных волн по двум направлениям при изменении величины главной оси напряжения изменяется и коэффициент анизотропии скорости продольных волн (А)

где Вп - скорость продольных волн в направлении, параллельном осевому напряжению.

¡/I - скорость в перпендикулярном направлении.

В условиях сложного напряженного состояния (аналога тектонического напряжения сжатия) с возрастанием главного напряжения возрастает анизотропия скорости продольных волн для всех испытанных горных пород.

В результате деформирования при высоких давлениях в карбонатных и терригенных породах при достиаении предела прочности анизотропия скорости возрастает в среднем на 15-35 %, которая после релаксации напряжения сохраняется на более низком уровне, но всегда значительно выше, чем у недеформированных образцов.

Повышенная анизотропия при увеличении абсолютных значений скоростей продольных волн свидетельствует о процессах уплотнения и о неравномерном напряженном состоянии горных пород.

Анизотропен скорости продольных волн при пониженных значениях скорости продольных волн в условиях земной коры свидетельствует о наличии зон разуплотнения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании экспериментального изучения деформационных, прочностных, акустических свойств терригенных и карбонатных отложений Юго-Восточной части Прикаспийской впадины в условиях равномерного и неравномерного объемно-напряженного состояния можно сделать следующие выводы.

1. Усовершенствована комплексная методика изучения деформационно-прочностных и фильтрационно-емкостных свойств терригенных и карбонатных пород при- различных напряженных состояниях.

2. Установленные корреляционные связи между сжимаемостью и коэффициентом пористости, между коэффициентом проницаемости.и пористости дня терригенных и карбонатных пород могут быть использованы для прогнозирования кодлекторских свойств до глубин 7-8 км.

3. Влияние разуплотнения на коэффициент пористости, получен -ный при неравномерном объемном сжатии терригенных пород, в большинстве случаев не компенсируется снижением пористости под действием эффективных напряжений, в результате чего значения пористости у преобладающего количества испытанных образцов больше или равны пористости, измеренной в атмосферных условиях. Этот экспериментально установленный факт объясняет механизм формирования вторичной пустот-ностя в породах при неравномерном объемно-напряженном состоянии. Такие условия наиболее характерны для тектонически активных участков земной коры.

4. Разуплотнение оказывает большое влияние на объем пустотного пространства карбонатных пород-. При эффективных напряжениях, типичных для глубин 4-6 км, пористость известняков, деформированных в условиях неравномерного объемного сжатия, может значительно увеличиваться за счет развития в них микротрещиноватости. Проявление этого процесса объясняет преимущественное развитие трещинных коллекторов в разностях карбонатных пород, залегающих на этих глубинах;

5. Неоднородные по составу и строению органогенные известняки отличаются большим развитием в них деформационного процесса,

в том числе и разуплотнением (до 20 %). 7 однородных разностей рост прочности наблюдается в случае увеличения содержания доломита, уменьшения пористости и уменьшения содержания нерастворимого остатка (глинистости)*.

6. При увеличении порового давления в породах отмечаются уменьшение прочностных показателей, рост деформаций и увеличение интенсивности деформирования, что может, привести к увеличению фильтрационно-емкостных показателей на глубинах залегания.

7. В условиях сложного напряженного состояния (аналога тектонического напряжения сжатия) с возрастанием главного напряжения возрастает анизотропия скорости продольных волн для всех испытанных горных пород.

Анизотропия скорости цродольных веян цри пониженных значениях скорости продольных волн в условиях земной коры должна учитываться как прогнозтический признак благоприятных условий для обнаружения зон разуплотнения на больших глубинах-.

8; Составлена схема строения подсолевых отложений Востока и Вго-Востока Прикаспийской впадают.

9. Составлена схема прогноза дефсцмацисвного состояния под-солевых отложений Прикаспийской впадины.

10. Определены возможности црименения результатов экспериментального исследования физических свойств пород цри равнсыерных и неравномерных объемных надряжениях для прогнозной оценки коллек-торских свойств на глубинах залегания и значительно цревышапцие их.

В работе защищаются следующие положения.

1. Зависимость фильтрационно-емкостных и изолирующих свойств горных пород от объемно-вацряженных состояний и температур на глубине их залегания применительно к конкретным условиям изученных нефтегазоносных районов.

2. Улучшение коллекторских свойств терригенных в, особенно, карбонатных пород на больших глубинах, обусловленно йх разуплотнением под влиянием тектонических дефохыаций и постседимента-п^онннх процессов*.

3. Анизотропия скоростей продольных волн горных пород как показатель объемно-нацряженного состояния осадочного разреза.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Г* С.С.ЕДренкин, В.А.Туранов, О.В.Йселидзе. Генетические особенности Тенгизского месторовдения. Научно-технический информационный сборник £ 12, Йосква, ЕНШОЭНГ, 1989 р., с. 5-9^

2. А.А.Фомин, ЬГ.С.Зонн, О.В'.'Иселидзе. Влияние тектонических деформаций на коллекторские свойства пород иго-востока Прикаспийской впадины. Тезисы докладов УШ Всесоюзного совещания по физическим свойствам горных пород цри высоких давлениях и температурах:, г; Уфа, 1990 г., с. 56-57.

3. 0.С.Обрядчиков, С'.С.Едренкин, О.В.Иселидзе. Новые данные о строении и нефтегазоносности подсолевых отложений Каратон-Тенгизской зоны. Нефтегазовая геология и геофизика № 7, ЕНШЮЭНГ, г. Москва, 1990 г., с. 4-8.

4. С.С.Цдренкин, В.А.Туранов, О.В.Иселвдзе. Сопоставление типовых разрезов подсолевых отложений юго-востока Прикаспийской синеклизы. Институт нефти и газа им. Губкина, г. Москва, 1991 г., с. 29-31.

5. С.С.БЙрейкин, О.С.Обрядчиков, О.В.Иселидзе. Закономер -ности пространственного размещения типов коллекторов и толщин в серпуховском ярусе и окском надгоризонте Тенгизского месторождения. Нефтегазовая геология и геофизика № I, ВНИИОЭНГ, г. Москва, 1991 г., с. 5-10.

ИГиРГИ. Тир. 100. Заказ 18.