Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка методики изучения эффузивных коллекторов Западной Сибири по данным ГИС

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Разработка методики изучения эффузивных коллекторов Западной Сибири по данным ГИС"

На правах рукописи

Хаматдинова Эльвира Рафисовна

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИЗУЧЕНИЯ ЭФФУЗИВНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ ПО ДАННЫМ ГИС

Специальность 25.00.10 -«Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

0046Щ817.,,

Тверь, 2010

004602817

Работа выполнена в ООО «Нефтегазгеофизика»

Научный руководитель:

академик РАЕН, доктор физико-математических наук, профессор Кожевников Дмитрий Александрович

Официальные оппоненты:

академик РАЕН, доктор технических наук, профессор Неретин Владислав Дмитриевич;

кандидат технических наук Рудаковская Светлана Юрьевна

Ведущая организация:

трест «Сургутнефтегеофизика».

Защита состоится 28 мая 2010 г. в 14.00 в аудитории 1-300 на заседании диссертационного совета Д 800.017.01 при Международном университете природы, общества и человека «Дубна» по адресу: 141980, Московская область, г. Дубна, ул. Университетская, д. 19, факс (49621) 2-27-89; e-mail kamanina@uni-dubna.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ МО Международного университета природы, общества и человека «Дубна».

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять Учёному секретарю диссертационного совета по указанному адресу.

Автореферат разослан ¿3 апреля 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

И.З. Каманина

Актуальность работы

Вулканогенные отложения Западной Сибири представлены мощной толщей эффузивных пород кислого, среднего и основного состава. По данным исследований керна преобладают кислые эффузивы, представленные переслаиванием трахитовых, дацитовых, риолитовых, риодацитовых лав, туфов, лавобрекчий, кластолав, перлита, пемзы, кластита.

Коллекторы нефти и газа в этих породах относят к сложнопостроенным или нетрадиционным. Трудности, возникающие при интерпретации данных ГИС, связаны с отсутствием методик выделения продуктивных коллекторов и количественной оценки их фильтрационно-ёмкостных свойств. Традиционные методики литологического расчленения разреза и количественной интерпретации данных ГИС неприменимы.

Коллекторы в эффузивных породах кислого состава относятся к относительно новому типу малоизученных коллекторов, которые, в отличие от коллекторов осадочных пород, характеризуются широким спектром литотипов. Минеральный состав этих пород в значительной мере изменён процессами выветривания и гидротермально-метосамотических преобразований, что обусловило сложность строения ёмкостного пространства, состоящего из пор, трещин, каверн в различных сочетаниях. Из всего многообразия эффузивных пород коллекторскими свойствами обладают литотипы, в которых прошли процессы вторичных преобразований.

Очевидна актуальность разработки методики изучения коллекторов в эффузивных породах методами ГИС, позволяющей выполнять литологическое расчленение эффузивного разреза, выделять коллекторы, оценивать их фильтрационно-ёмкостные свойства, а также тип их емкостного пространства. Такая методика обеспечит более точный прогноз продуктивности и обоснованный выбор первоочередных объектов разработки месторождений углеводородного сырья.

Цель работы Разработка методики оценки фильтрационно-ёмкостных свойств коллекторов в эффузивных породах, выделения литотипов, разделения коллекторов по структуре ёмкостного пространства по данным ГИС с учётом лабораторных анализов керна.

Основные задачи исследований

1. Систематизация и обобщение петрографических, минералогических и петрофизических данных, характеризующих разнообразие состава, строения и физических свойств эффузивных пород Западной Сибири.

2. Систематизация лабораторных исследований керна для установления диапазонов изменений физических свойств эффузивных пород.

3. Выявление решающих правил и диагностических критериев для разделения эффузивных пород на литотипы с учётом их минерального состава по данным анализов керна и ГИС.

, . ) 3

\ 'д

4. Выявление основных петрофизических зависимостей, формализация выделения коллекторов, типов пористости и количественного определения ФЕС.

5. Выделение проницаемых коллекторов и оценка нижних граничных значений пористости.

Способы и методы решения задач

1. Обработка и анализ петрофизических данных.

2. Статистическая обработка данных типа «керн-ГИС» и «ГИС-ГИС».

3. Многомерные сопоставления данных плотностного, нейтронного и акустического методов для определения литологии и пористости.

4. Математическое моделирование методом Монте-Карло.

Защищаемое научное положение

Методика изучения коллекторов в эффузивных породах методами ГИС должна обеспечивать литологическое расчленение эффузивного разреза, выделять коллекторы, оценивать их фильтрационно-ёмкостные свойства, а также тип их ёмкостного пространства. Такая методика обеспечит более точный прогноз продуктивности и обоснованный выбор первоочередных объектов разработки месторождений углеводородного сырья Защищаемые научные результаты

1. Петрофизические зависимости «керн-ГИС» и методические способы и приёмы определения фильтрационно-ёмкостных свойств коллекторов различных литотипов эффузивных пород.

2. Обоснование возможностей комплекса ГИС, пределов изменений и граничных значений измеряемых геофизических параметров для разделения эффузивных пород на литотипы.

3. Способы определения структуры ёмкостного пространства и оценки граничных значений общей пористости для различных типов коллекторов эффузивных пород.

Научная новизна

1. Впервые получены петрофизические зависимости для определения общей пористости по данным нейтронного, плотностного и акустического методов (по данным продольных и поперечных волн) в кислых эффузивных породах, показаны ограничения и погрешности определения Кп ■

2. В результате обобщения и анализа данных ГИС и керна впервые определены интервалы значений общей пористости, характерные для кислых эффузивных пород с определённой структурой ёмкостного пространства.

3. На основе большого количества скважинных и керновых данных (2600 образцов) впервые получены пределы изменений и средние значения геофизических параметров для различных литотипов эффузивных пород.

4. Определён нижний предел Кп для проницаемых зон коллекторов. Показана перспективность использования волн Стоунли для выделения проницаемых зон коллекторов.

5. Разработана методика интерпретации данных ГИС по выделению литотипов пород и определению ФЕС в кислых эффузивных породах.

Практическая ценность

1. Исследованы количественно и оценены возможности методов нейтронного, плотностного и акустического каротажа, разработана методика для определения литотипов пород и фильтрационно-ёмкостных свойств коллекторов в эффузивных породах.

2. Установлены петрофизические зависимости для определения пористости и определено нижнее граничное значение пористости для проницаемых зон коллекторов в кислых эффузивных породах и критерии выбора объектов к испытанию и освоению.

3. Создана методика интерпретации данных ГИС для определения ФЕС в эффузивных породах Западной Сибири.

Реализация результатов работы на производстве

На основе проведённых исследований создана методика изучения эффузивных коллекторов методами ГИС.

В рамках хоздоговорных работ подготовлены и переданы в производство ОАО «Сургутнефтегаз» и ОАО «Лукойл» методические указания по проведению ГИС и комплексной интерпретации в сложнопостроенных эффузивных коллекторах.

По результатам исследований оценена эффективность комплекса ГИС для решения задач по оценке ФЕС коллекторов в эффузивных породах, выделения литотипов, разделения коллекторов по структуре ёмкостного пространства, данный комплекс рекомендован геофизическим предприятиям ОАО «Сургутнефтегеофизика» и ООО «Геофизсервис».

Апробация работы

Результаты работы докладывались на Тюменской геолого-геофизической научно-практической конференции «Тюмень-2008»; на 2-й международной геолого-геофизической конференции «Тюмень -2009».

Публикации По теме диссертации опубликованы 4 статьи в издании перечня ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Объём работы 95 страниц текста, рисунков 25, таблиц 8, блок-схема 1. Список литературы содержит 53 наименования. Диссертация выполнена на производстве в ООО «Нефтегазгеофизика».

Автор глубоко признателен научному руководителю доктору физико-математических наук Д.А. Кожевникову, главному геологу ОАО «Сургутнефтегеофизика» Н.К. Глебочевой, доктору технических наук В.Ф. Козяру. Большое влияние на направление и уровень исследований оказали: главный геолог ОАО «Сургутнефтегаз» Н.Я. Медведев, генеральный директор ООО «Нефтегазгеофизика» Р.Т. Хаматдинов, C.B. Мрозовская. Особую благодарность приношу научному консультанту зам. генерального директора ООО «Нефтегазгеофизика» по геологии В.М. Теленкову.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследований, способы и методы решения задач, показаны научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведён обзор проблемы изученности эффузивных пород методами ГИС. Образование эффузивных пород - результат излияния на земную поверхность магмы и вулканических выбросов обломочного материала и пепла. Из излившейся магмы образуются лавовые породы, из обломочного материала - пирокластические породы, из пепла - туфы разного состава. По содержанию БЮ2 лавы делятся на кислые, средние и основные. Это деление распространяется и на образованные этими лавами породы. После извержения проходят процессы остывания, растрескивания, поверхностного выветривания, гидротермально-метасоматических преобразований. Выветривание сопровождается растворением минералов, гидролизом, гидратацией, гидротермально-метасоматическими

преобразованиями. При этом выщелачиваются первичные минералы и образуются вторичные, меняются как минеральный состав, так и структура ёмкостного пространства. В изначально непроницаемых эффузивных породах в результате указанных выше вторичных процессов создаются условия для формирования фильтрационно-ёмкостных свойств. Первично непроницаемые породы становятся проницаемыми.

К настоящему времени изучение эффузивных коллекторов, по данным ГИС, находится на начальном этапе, основным методом выделения и литологического расчленения эффузивных пород остаются лабораторные исследования образцов керна. Месторождения магматических пород находятся в Латинской Америке, Ливии, Египте, Вьетнаме, Канаде, Азербайджане, Грузии, Казахстане, Восточной и Западной Сибири, Калининградском районе. Среди эффузивных пород, как наиболее перспективные, принимаются во внимание туфы и туфогенные породы, из которых на месторождениях России, Азербайджана и Грузии получены промышленные притоки нефти и газа.

Исследования методами разведочной геофизики (сейсморазведка, гравиметрия и магнитометрия) позволяют установить наличие в разрезе изверженных пород и при благоприятных условиях выделить кислые и основные без разделения их на эффузивные и интрузивные. Детальное выделение литотипов возможно только при сплошном отборе керна, что связано с большими технологическими затратами.

Исследования, проводившиеся в разное время различными комплексами ГИС, не систематизировались для решения задач литологического расчленения эффузивных разрезов и определения ФЕС эффузивных пород. На практике в большинстве случаев проводилась обработка результатов измерений отдельных методов по критериям, применяемым при исследовании осадочных пород.

Решению отдельных задач, возникающих при изучении коллекторов в вулканогенных породах, посвящены работы С.М. Аксельрода, B.C. Афанасьева, А.Ф. Боярчук, JI.A. Буряковского, Б.Ю. Вендельштейна, М.Э. Гринберга, A.B. Дахнова, В.М. Добрынина, И.С. Джафарова, А.Н. Заварицкого, С.С. Итенберга, О.В. Крылова, K.M. Керимова, К.А. Касумова, C.B. Клубова, Ю.М. Кондрушкина, В.А. Костерина, Д.А. Кожевникова, В.Г. Мамяшева, Г.Г. Палатника, В.В. Поспелова, P.P. Рахманова, Т.В. Соколовой, Н.В. Царева, М.Д. Шварцмана, Г.Я. Шилова, Г.А. Шнурмана и др. В работах этих учёных показана эффективность отдельных методов ГИС для выявления потенциальных коллекторов, однако в большинстве случаев отсутствует комплексный подход к определению ФЕС и выделению литотипов эффузивных пород.

В триасовых отложениях Западной Сибири эффузивные отложения представлены основными и кислыми породами, в меньшей степени средними. Породы представлены базальтами, амфиболитами, лавобрекчиями и туфами основного и кислого состава и включают в себя комплекс лавовых пород, кластолав, лавобрекчий. Притоки нефти из эффузивных коллекторов получены более чем на 60 месторождениях. Наиболее крупное -Рогожниковское и менее крупные по запасам - месторождения Шаимской зоны.

В данной работе исследовались эффузивные породы Рогожниковского месторождения. Отложения Рогожниковского месторождения наполняют громадную котловину, образованную пересечением нескольких грабенов. Заполнение котловины происходило в процессе многочисленных повторных извержений. По сейсмическим данным отбиваются кровли наиболее мощных извержений, являющихся границами стратиграфических горизонтов от раннего до позднего триаса. К кровельной части очередных извержений приурочены основные коллекторы нефти, к ним относятся лавовые породы кислого и среднего состава, а также пирокластические породы.

Во второй главе рассмотрены возможности плотностного, нейтронного, акустического методов по выделению литотипов в эффузивном разрезе, а также разработанные автором качественные и количественные критерии для решения данной задачи. Разделение пород на литотипы, по данным комплекса методов ГИС, позволяет выделить наиболее перспективные для освоения и разработки интервалы. Решение поставленной задачи производится с помощью комплексирования лабораторных керновых данных и методов ГИС.

В отличие от осадочных, кислые эффузивные породы, обладающие коллекторскими свойствами, имеют близкий минералогический состав и различаются в большинстве случаев по структурным признакам. Однако разнообразие структурного строения в кислых эффузивных породах обеспечивает их различие по физическим свойствам, и решение

поставленной задачи возможно комплексом, состоящим из акустического, нейтронного, плотностного методов.

По результатам исследования шлифов можно сделать вывод о том, что в лавах присутствуют ёмкости разгазирования (первичные) и ёмкости перлитизации и выщелачивания (вторичные). Перлитизация ведет к образованию трещин, а процессы выщелачивания носят гидротермальный характер и ведут к образованию каверн. Таким образом, в лавах ёмкостное пространство представлено трещинами либо трещинами и кавернами. Наряду с этим в эффузивных породах отмечается наличие закрытых пор и залеченных вторичными минералами трещин. В туфовых разностях емкостное пространство формируется за счёт неплотной упаковки частиц и их спекания, присутствуют поры. Вторичные процессы в этих петротипах протекают более интенсивно, чем в других. В шлифах наблюдаются поры разной формы, наблюдаются следы выщелачивания, за счёт чего поры становятся фильтрующими, образуются каверны. Вулканогенно-обломочная часть лавового потока (в основании и на поверхности) может иметь более разнообразное ёмкостное пространство за счёт собственной пористости обломков, их сочетания между собой и с заполнителем.

В итоге, для решения задачи литологического расчленения эффузивного разреза и изучения влияния минерального состава и структуры ёмкостного пространства на показания геофизических методов в диссертации был разработан комплексный подход, который заключается в использовании различных приёмов обобщения результатов ГИС, данных анализа керна, а также математическое моделирование показаний приборов нейтрон-нейтронного каротажа методом Монте-Карло.

В диссертации приведены результаты работы по обобщению исследований 2600 образцов керна эффузивных пород триасового возраста и ГИС по 26 скважинам. Исследуемая толща пород составляла от 100 до 600 м. Рассматривались геофизические параметры - водородосодержание по ГИС, объёмная и минералогическая плотности (полученные по керну), скорости продольных и поперечных волн по ГИС.

Кислые эффузивные породы близки по минеральному составу, однако различны по структуре ёмкостного пространства. Относительно выдержанный минеральный состав кислых эффузивных пород определяет стабильность их минералогической плотности. Для всех разновидностей пород среднее значение минералогической плотности составляет 2,64 г/см3 (см. рис. 1).

При относительном постоянстве минерального состава кислых эффузивов наблюдаются изменения по значениям объёмной плотности в пределах 2,2-2,64 г/см3, в зависимости от степени вторичных преобразований различных литотипов пород. Частично диапазоны изменения объёмной плотности разных пород перекрываются. Это может быть связано со сложным строением данных пород, структурой ёмкостного пространства и

переслаиванием пород (что подтверждается описанием керна). Основные породы относятся к более плотным с минералогической плотностью 2,76 г/см3, значения объёмной плотности изменяются в пределах 2,65-2,85 г/см3 и в данной работе как потенциальные коллекторы не рассматриваются.

Рис.1. Статистические Ц0<

распределения минералогической \

(<УМ) и объёмной (<Уоб) |о1

плотностей, полученных по керну, для различных литотипов эффузивных пород со.

Поскольку водородосодержание на образцах керна не измерялось, для изучения слагающих разрез пород методом ННК (компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа) было проведено математическое моделирование показаний нейтронного каротажа методом Монте-Карло. За базовые показания приняты показания в пластах чистого известняка, насыщенного пресной водой. В результате было выяснено, что меньше всего (от известняка не более ± (1-2)% абсолютных единиц водородосодержания) на показания прибора ННК влияют кислые эффузивные породы (перлит, риолит, трахит, гранит); для средних (андезит, трахит) не более ± (3-4)%; для базальта не

более ±(10-11)%. Это происходит по причине отличия их минерального состава и, следовательно, отличия химического состава этих пород. Проведён статистический анализ и построены распределения значений водородосодержания по литотипам кислых пород. Для этого сопоставлялись совместно результаты обработки геофизических данных и исследования керна (полевые и лабораторные). Породы были условно разделены на пять типов (рис. 2).

Рис.2. Статистические распределения СО по ГИС для различных литотипов кислых эффузивных пород. 1 - неизменённые эффузивные лавовые породы; 2 - эффузивные лавовые породы с трещин-но-каверновой пористостью; 3 - пирокластические породы (лавобрекчии, туфоконгло-мераты); 4 - туфы; 5 - кластит

Отмечается закономерное смещение значений водородосодержания в сторону увеличения от неизмененных к пирокластическим породам, в зависимости от типа и структуры ёмкостного пространства. С большей степенью вероятности возможно выделение неизмененных пород, не имеющих коллекторов. Можно сказать, что увеличение водородосодержания - качественный признак разделения пород по литотипам и коллекторским свойствам.

Акустические свойства эффузивных пород на керне не измерялись. Для исследования возможностей акустического каротажа проведена статистическая обработка полученных данных в интервалах отбора керна для различных литотипов эффузивных пород по 13 разведочным скважинам. Построены статистические кривые распределения значений интервального времени для продольных и поперечных волн для основных условно выделенных литотипов кислых пород (рис. 3).

В целом представленный характер распределения значений интервальных времён продольных и поперечных волн имеет определённую закономерность в зависимости от литотипов пород. Уверенно выделяются неизменённые эффузивные лавовые породы и пирокластические породы (туфы, туфоконгломераты, лавобрекчии), менее уверенно выделяются трещинно-каверновые породы.

Из результатов вышеприведённого анализа следует, что каждый рассмотренный геофизический параметр (плотность, водородосодержание, скорость продольной и поперечной волн) обладает определённой разрешающей способностью.

Рис.3. Статистические распределения:

&)Ыр\ б)А*,;

— - неизменённые эффузивные лавовые породы;

-— - эффузивные лавовые породы с трещинной пористостью; аз

— - эффузивные лавовые породы с ^ трещинно-каверновой пористостью; |"

— - туфы;

— - пирокластические породы (лавобрекчии, туфоконгломераты)

Наряду с этим каждый отдельно рассмотренный геофизический параметр имеет существенные ограничения, что не позволяет решить задачу литологического расчленения разреза, используя только один метод. Наблюдаются значительные перекрытия значений по литотипам, однозначно выделяются только плотные неизменённые эффузивные лавовые породы и породы основного состава (базальты). Для снижения указанных ограничений выполнено комплексное сопоставление геофизических параметров.

Прежде всего были проведены сопоставления значений объёмной плотности, водородосодержания и скорости продольных волн, полученных по данным ГИС (рис. 4). Комплексное изучение подобных связей в различных сочетаниях позволяет выделить основные литотипы эффузивных пород, слагающие разрез. При сопоставлении параметров (<7 г/см3, СО %) однозначно выделяются неизменённые эффузивы, базальты, трещинно-каверновые эффузивы и кластиты. Неоднозначно разделяются туфы и пирокластические породы. При сопоставлении параметров (&р мкс/м и

<7 г/см3) туфы и пирокластические породы выделяются однозначно, недостаточно однозначно выделяются трещинно-каверновые эффузивы. Достаточно высокая эффективность выделения литотипов достигается для однородных пород, в случае переходных разностей эффективность выделения литотипов значительно снижается.

Рис.4. Сопоставления

геофизических параметров с определениями литотипов по ! керну

□ - неизменённые эффузивные лавовые породы;

| - эффузивные лавовые породы с трещинно-каверновой

пористостью;

□ - туфы;

□ - базальт;

Ц - пирокластические породы (лавобрекчии, туфоконгломераты);

□ - кластит

Для более точного разделения пород на литотипы необходимы количественные критерии. Для этого проведён статистический анализ геофизических параметров, измеряемых методами ГИС (табл. 1).

Полученные количественные критерии опробованы при интерпретации результатов ГИС по скважинам с отбором керна и результатами выделения

приточных интервалов. По большинству скважин получены удовлетворительные результаты: выделенные по ГИС литотипы совпадают с данными кернового анализа. По данным промысловых геофизических исследований в выделенных, в качестве перспективных, коллекторах получены стабильные притоки нефти и воды.

Табл. 1. Средние и граничные значения геофизических параметров для различных литотипов эффузивных пород__

Литотипы пород Количество исследованных скважин Количество определений Средние значения геофизических параметров Пределы изменения параметров

К- мкс/м (Ур, м/с) СО, % а, г/см3 мкс/м (V* м/с) а>,% СТ , г/см3

Неизменённые эффузивные лавовые породы 10 5725 210 (4762) 12 2.5 190-215 (46515263) 8-15 >2.5

Эффузивные лавовые породы с трещинно-каверновой пористостью 10 4570 235 (4255) 18 2.4 220-270 (37034546) 12-27 2.252.45

Пирокластичес- кие породы (лавобрекчии, туфоконгломе-раты) 8 1445 280 (3571) >27 2.27 >270 (>3704) >27 <2.25

Туфы 6 863 258 (3876) 25 2.4 240-280 (35714167 20-26 2.282.5

Кластиты 2 228 250 (4000) 24 2.62 230-260 (38464348) 20-26 2.5-2.7

Базальты 9 117 190 (5263) 14 2.8 170-210 (47625882) 12-18 2.7-2.9

В третьей главе изложены результаты проведённых автором исследований по изучению структуры ёмкостного пространства эффузивных коллекторов. Исследование структуры ёмкостного пространства, проведённое в шлифах по 12 разведочным скважинам, выявило при помощи имидж-анализа первичные и вторичные ёмкости.

Строением ёмкостного пространства обусловлены ФЕС и потенциальная продуктивность коллекторов. Многообразие эффузивных пород и изменение их в процессе метасоматических преобразований приводят к многообразию форм ёмкостного пространства в зависимости от литотипов и расположения в разрезе по вертикали и латерали. Строение ёмкостного пространства сложное, в нём присутствуют поры, каверны, трещины в различных сочетаниях.

Для определения пределов изменения коэффициента общей пористости различных литотипов эффузивных пород проведена статистическая обработка полученных значений Кп по 12 разведочным скважинам с отбором керна и последующим контролем за испытаниями гидродинамическими и геофизическими методами.

По частоте появления выделяются три области потенциальных коллекторов (рис. 5). Первый включает породы с преобладающими значениями пористости 6-12.3%, второй 12.3-24%, и третий - более 24%. Максимальное количество коллекторов имеют пористость 12.3-24% и минимальное более 24%.

Рис.5. Распределение

значений общей пористости К п, рассчитанной по данным ГИС, для всех коллекторов и отдельно для коллекторов с наличием притока флюида

Условно первый класс коллекторов можно отнести преимущественно к трещинным, второй - к трещинно-каверновым, третий - к трещинно-каверново-гранулярным, однако во всех типах коллекторов, по керновым данным отмечается система разнонаправленных трещин, в разной степени осложнённых кавернами метасоматического происхождения.

Для определения типов ёмкостного пространства необходимы количественные и качественные критерии, для этого проведён анализ комплекса ГИС. За основу были взяты методы нейтронного, плотностного и акустического каротажа и проведены двухмерные сопоставления водородосодержания, объёмной плотности, скоростей продольных и поперечных волн (СТ г/см3, СО %, и Д^ мкс/м) с одновременным выделением литотипов.

Рис. 6. Сопоставление геофизических параметров Д/^ и , (О и <7 для

литотипов пород, обладающих характерными типами ёмкостного пространства

• - эффузивные лавовые породы с трещинно-каверновой пористостью;

0 - туфы (пористость каверново-гранулярная);

• - неизменённые эффузивные лавовые породы;

• - пирокластические породы (пористость трещинно-каверново-гранулярная)

Типы пористости пород:

1 - плотная;

II - трещинная;

III - трещинно-каверновая;

IV - трещинно-каверново-

гранулярная.

'»вЧ'С'Л'*'" V.* "

!56 .к

17»

Р.2 .'¿¿Ж 9в»*ч* ■ * •

^ 1 п 13: Ш 20 5 26 5 1\г К» ОТЭ.У.

300 380 460 540 63)

Д^.яжсй*

6)

Линейно связаны все параметры, кроме интервального времени продольной волны (Ы ) и интервального времени поперечной волны (Ats) (рис. 6).

Линейность указанных зависимостей связана с физическими свойствами плотности и водородосодержания, которые отражают объёмные свойства пород. Акустические методы дополнительно отражают структуру ёмкостного пространства горных пород.

При сопоставлении и Ats (отдельно для лавовых и пирокластических

пород), по данным акустического каротажа, выделяются четыре области (рис. 66) со значениями общей пористости 1—6%;6—13%; 13-23% и более 23%, что практически полностью совпадает со статистическим распределением Кп (рис. 5).

Следует отметить, что подобные работы по решению задач определения типа структуры ёмкостного пространства сложных коллекторов методом акустического каротажа (применительно к карбонатным коллекторам) рассматривались разными авторами. В частности в работах Л.Г. Гильберштейна, И.И. Гуревича и Б.Н. Иванкина приводятся результаты моделирования. В работах Б.Н. Иванкина, Е.В. Каруса, О.Л. Кузнецова, А.Ю. Юматова, И.П. Дзебаня показаны возможности акустического метода

для коллекторов с вторичной пористостью со сложным трещинно-каверново-гранулярным типом коллектора в карбонатных отложениях.

С учётом проведённого анализа на данном этапе условно можно выделить четыре типа коллекторов с различной структурой пустотного пространства.

I - плотные породы, неколлекторы;

II - преимущественно трещинные коллекторы;

III - трещинно-гранулярные коллекторы;

IV - трещинно-каверново-гранулярные коллекторы.

Полученные результаты показывают принципиальную возможность акустических методов ГИС при определении структуры ёмкостного пространства. На данном этапе работы созданы предпосылки и получены первые результаты для исследования возможностей методов ГИС при разделении коллекторов по структуре ёмкостного пространства.

Четвертая глава посвящена изучению ФЕС эффузивных пород, содержит разработанное автором петрофизическое обеспечение, состоящее из зависимостей "керн-ГИС" для определения пористости по данным АК, ННК, ГГКП, способ определения Кп путём решения системы петрофизических уравнений-моделей, анализ возможностей электрических методов при оценке ФЕС коллекторов, а также критерии для определения проницаемых зон коллекторов на основе анализа данных керна и волн Стоунли.

Для построения этих зависимостей использованы результаты лабораторных исследований (всего 2600 образцов) и данные ГИС по 12 поисково-разведочным скважинам. Все скважины пробурены с максимальным отбором керна, исследованы полным комплексом ГИС, испытаны, проконтролированы средствами промысловой геофизики. В разрезе скважин выделено 140 относительно однородных пластов общей толщиной 360 м. Для каждого пласта количество исследованных образцов составило не менее одного на 0,5 м разреза.

Для нахождения петрофизических зависимостей на основе скважинных измерений и лабораторных измерений пористости, керновых образцов эффузивные породы кислого состава были условно разделены на две группы. В первую группу вошли дацитовые, трахириодацитовые, трахидацитовые и другие лавы, вторую группу составили вулканогенно-обломочные (или пирокластические) породы - туфы, туффиты, туфоконгломераты, туфобрекчии и др. К данным породам относится большинство пластов, обладающих широким диапазоном коллекторских свойств.

Определение объёмной плотности эффузивных пород проводилось по результатам измерений двухзондовой аппаратурой типа СГП. Для анализа использовались интервалы исследований с диаметром ствола скважины, близким к номинальному. Для кислых эффузивных пород различного минералогического состава и структуры ёмкостного пространства получена

линейная зависимость между общей пористостью и объёмной плотностью (рис. 7).

Несмотря на разброс показаний, она достаточно устойчива. Разброс точек относительно полученной линии регрессии остаётся значительным. Основные причины разброса полученных значений следующие:

• Принятое значение минералогической плотности равно 2,64 г/см3. Однако отмечаются вариации минералогической плотности для породообразующих и вторичных минералов в диапазоне от 2,35 до 2,76 г/см3;

• Гидротермально-метасоматические процессы (например, хлоритизация), характерные для кислых эффузивных пород, имеют своим следствием существенное снижение плотности и увеличение пористости пород с образованием вторичных минералов.

Рис.7. Сопоставление пористости 30 Кп, измеренной на образцах ^

керна, и плотности О" по ГИС

— - уравнение регрессии 26

а = -0.0125 -Кп + 2.57 |

" 5 С

коэффициент корреляции - 0.82, о 2.4 Кп = -80 а + 205 .6 .

— - уравнение теоретической 2.2 зависимости

= 'кп +<тЛ1~кп), «

ам =2.64 г/см3, <уф1 =1.014 г/см3.

□ - эффузивные лавовые породы ■ - пирокластические породы

Учитывая, что полученная зависимость между общей пористостью и объёмной плотностью линейна (выполняется точная петрофизическая модель), данные плотностного каротажа даже в случае отсутствия других методов ГИС позволяют вычислять общую пористость с погрешностью ±3-4% абс.

Зависимости между водородосодержанием, полученным по данным нейтрон-нейтронного каротажа, и пористостью, определённой по керну, приведены на рис. 8. Определение водородосодержания проводилось по результатам измерений компенсированного нейтронного каротажа с необходимым метрологическим обеспечением для аппаратуры типа СРК-76. Точность измерения для детальных исследований ±1.5% абс.ед. Наблюдается значительный разброс точек относительно линии регрессии во всем диапазоне коэффициентов пористости.

Рис.8.

Кг

Сопоставление

пористости , определённой по керну, и

водородосодержания СО по ГИС. — - уравнение регрессии о) = 1.2 • К п + 3 ; коэффициент • корреляции - 0.6

Кп = 0.83 •со-2.5; а - эффузивные лавовые породы ■ - пирокластические породы

подобного

10 и 20 К„ (по керну). %

25

Основные причины положения следующие:

• В рассмотренной выборке образцов керна представлены породы, в частности туфы, с различным содержанием породообразующих минералов и неравномерным водородосодержанием.

• В процессе кристаллизации и в результате последующих гидротермально-метасоматических преобразований кислых эффузивов образуются в различных объёмах и сочетаниях минералы с высоким водородосодержанием. К ним относятся, в первую очередь, гидрослюды, хлориты и акцессорные минералы.

С учётом значительного влияния процессов преобразования эффузивных пород и появления вторичных глинистых минералов использование водородосодержания для оценки пористости и выделения коллекторов возможно с погрешностью в пределах ±6% абс. Водородосодержание рекомендуется использовать как качественный параметр.

Впервые были получены петрофизические зависимости для эффузивных отложений по данным акустического каротажа, включая как данные о скоростях продольных, так и поперечных волн (рис. 9).

Рис.9. Сопоставление пористости Кп , измеренной на образцах керна, и 2» интервального времени А/ ^

продольной волны по ГИС

— - уравнение полученнои| зависимости: 2М А/ = 0.031 • К2П + 3.809 ■ Кп +172.34 3

р 1! II 2„

— - зависимость Раймера-Ханта-Гарднера;

□ - эффузивные лавовые породы; ■ - пирокластические породы

■ • 15 2«

Кп (по керну), ?-•

Полученная для А(р корреляционная зависимость описывается параболическим трендом, близка к уравнению Раймера-Ханта-Гарднера в области низких значений пористости (Кп <13%):

и отличается от него в сторону больших значений на 2% при Кп >13%.

Для поперечных волн зависимость также имеет параболический вид (рис. 10).

Разброс точек в основном соответствует области допустимых

погрешностей определения Кп по данным АК. Имеющийся разброс точек

связан со сложной структурой ёмкостного пространства, что явилось следствием выщелачивания в результате гидротермальных преобразований.

Определение коэффициентов пористости, по данным акустического каротажа, возможно с использованием зависимости, полученной для продольных волн. Абсолютная погрешность определения Кп составляет ±3%. Зависимость, полученная дая поперечных волн, требует дальнейшего изучения. На данном этапе она может быть использована для качественного выделения коллекторов с наличием трещинной составляющей пористости.

Рис.10. Сопоставление пористости Кп , измеренной на образцах керна, и интервального времени Д/5 |

поперечной волны по ГИС ^

— - уравнение полученной зависимости:

61, = 0.1729- К2П + 5.172 ■ Кп + 281.52 а - эффузивные лавовые породы; ■ - пирокластические породы

ю и го

Кп (пи перну), %

На разброс значений для всех рассмотренных геофизических параметров влияет также неполный учёт неоднородностей пород по вертикали за счёт большей детальности методов ГИС относительно данных керновых исследований.

Сложная структура ёмкостного пространства и многообразие минералогического состава эффузивных пород существенно снижают возможности электрических методов при оценке ФЕС коллекторов.

По данным лабораторных исследований керна определены значения структурного коэффициента в уравнении Арчи для диапазонов изменения общей пористости (рис. 5) - 0-12.3; 12.3-24.0 и более 24%. Они изменяются от 2.19 до 2.34. Измеряемые значения сопротивления в различных литотипах меняются в широких пределах, от 3 Ом.м до 1000 Ом.м. В интервалах проницаемых коллекторов значения сопротивления изменяются от 3 до 100 Ом.м со значительным перекрытием в нефтенасыщенных и водонасыщенных пластах. На данном этапе работа по определению количественных критериев для оценки нефтенасыщенности находится в начальной стадии.

Поскольку определение коэффициента пористости по отдельным методам ГИС связано со значительными погрешностями, целесообразно определять Кп по комплексу ГИС. Определение общей пористости Кп эффузивных пород производилось путём решения системы петрофизических уравнений-моделей, связывающих измеренные значения геофизических параметров с объёмными содержаниями минеральных компонент пород с учетом влияния структуры ёмкостного пространства на показания методов ГИС - АК, ННК, ГГКП. Для этого использовались теоретические зависимости, рассчитанные с учетом минерального состава по данным рентгено-структурного анализа керна и петрофизических характеристик для всех трёх методов пористости. Объёмное содержание компонент и общая пористость получаются в результате решения системы линейных уравнений:

п /

/ 1

Где (О ,(Т - измеренные значения водородосодержания, интервального времени, объёмной плотности, У1 - объёмная доля литологического

компонента в объёме породы, п - количество компонентов, 0} , Щ, Д/ -

значения плотности, водородосодержания, интервального времени продольной волны для вышеуказанных пород, рассчитанных с учётом физических свойств минеральных компонент.

Корректное решение системы уравнений достигается при включении в неё любых компонентов при условии, что их количество не превышает число уравнений. В общем случае предлагается упрощённая модель эффузивных отложений, которая описывается двумя палеточными зависимостями:! -зависимость для неизменённых эффузивных пород; 2 - зависимость для изменённых эффузивных пород. Данные зависимости носят условный характер и отражают скорее минеральный состав рассматриваемых отложений. Основные породообразующие минералы приведены в таблице 2. Таким образом, неизменённым породам будут соответствовать породы, в минеральном составе которых преобладают кварц и полевой шпат; изменённым породам будут соответствовать породы, в которых прошли гидротермальные преобразования, в результате чего в минеральном составе будут присутствовать глинистые минералы - гидрослюда и хлорит. Данные ГИС, полученные по большинству скважин, хорошо описываются такой моделью, что обеспечивает устойчивое определение пористости. Однако объёмные содержания компонент модели нельзя отнести к литологии, так как они отражают минеральный состав отложений и степень преобразованности эффузивных пород. Поэтому литологическое расчленение разрезов скважин проводилось по данным, приведённым в таблице 1.

а = сггГ1+ст2-Г2 + <тж-Кп а = щ - V, + а>2 ■У2 + 6)Ж ■ Кп Д^Д^-К.+Д/^+Д 1Ж-КП 1 = У,Щ +КП

где Кп - значения общей пористости, , У2, - соответственно объёмы

вышеуказанных пород, ^(¡,2) > 2) > 2) ~ значения плотности,

водородосодержания, интервального времени продольной волны для вышеуказанных пород, рассчитанных с учётом физических свойств минеральных компонент. Для рассматриваемых эффузивных пород рекомендуемые значения по основным породообразующим минералам приведены в таблице 2.

Табл. 2. Значения геофизических параметров для породообразующих минералов кислых эффузивных пород.___

Кварц Ыа-полевой шпат К-полевой шпат Хлорит Гидрослюда

& , г/см3 2,65 2,6 2,57 2,72 2,9

0 _ 0 35,2 13,1

______ Мр ,мкс/м 170 160,76 196,85 210 240

Основы предлагаемого способа определения коэффициента общей пористости впервые изложены в справочнике по интерпретации каротажных данных фирмы Шлюмберже за 1968 г. Решение системы уравнений произведено программным комплексом разработанным

специалистами ООО "Нефтегазгеофизика". Поле корреляции полученной таким образом пористости с пористостью по керну приведено на рис. 11. Зависимость линейна во всех диапазонах пористости, разброс точек незначителен, коэффициент корреляции 0,85, абсолютная ошибка определения коэффициента пористости ±2.5%. Полученные значения практически во всех интервалах отбора керна совпадают. Отличие имеет место на переходных границах и в случае максимально преобразованных пород. 30.

Рис.11. Сопоставление общей м-пористости Кп по ГИС и керну о ^ — - Кп (по керну)=/Ся (пор ГИС), о"

коэффициент корреляции - 0.8; ^ а - эффузивные лавовые породы; ■ - пирокластические породы 5.

При исследовании о-р-,-,-,-,-.-

. , 0 5 10 15 20 25 30

проницаемости эффузивных кп(покрну),';

пород использована

общепринятая методика поиска корреляционной связи между значениями проницаемости и общей пористости, определёнными по керну. Петрофизические связи между К п и Кпр с высокими коэффициентами корреляции обычны для гранулярных терригенных коллекторов. В случае смешанного типа коллектора, содержащего, помимо пор, каверны и трещины, устойчивые связи, как правило, не наблюдаются из-за неучёта трещинной составляющей.

Эффузивные коллекторы обладают сложной структурой ёмкостного пространства, где крупные поры и каверны могут соединяться достаточно узкими каналами, в том числе капиллярами.

По сопоставлению коэффициента пористости с коэффициентом проницаемости удалось оценить только нижнюю границу пористости для проницаемых коллекторов, которая близка к 6%. Это связано с большим разбросом значений, при котором невозможно было получить устойчивую корреляционную зависимость.

Дополнительные возможности для выделения проницаемых интервалов предоставляет использование поверхностной волны Стоунли. Волна Стоунли распространяется одновременно в жидкости и твёрдом теле, занимая в

каждой из сред области, примерно равные половине длины волны. Так как в небольших по протяжённости интервалах характеристики скважинной жидкости постоянные, то параметры волны определяют свойства твёрдой среды, в первую очередь её проницаемость. Проведено сопоставление значений интервальных времён волны Стоунли и значений проницаемости, измеренных на образцах керна. Для устранения систематических погрешностей измерения в качестве параметра волны Стоунли выбран

разностный параметр &5Т - Atsт изм-ш5Т ФОН, где ш кг_тм' измеренное значение волны Стоунли; Ф0Н - фоновое значение волны

Стоунли, взятое в интервале залегания плотных пород. Устойчивую зависимость получить не удалось.

Но нижнее граничное значение разностного параметра для

коллекторов определить можно, учитывая дополнительные данные о притоках (рис. 12). Оно равно 10мкс/м.

Рис.12. Статистические о,з

распределения разностного

параметра ^¿т в |0,2

эффузивных коллекторах ив,« приточных интервалах. 1 - | о 1 интервалы притока; 2 - 8 коллекторы в эффузивных $ породах

В целом, используя полученные результаты по нижнему граничному значению пористости для проницаемых коллекторов и нижнему граничному значению разностного параметра по волне Стоунли, можно выделять проницаемые интервалы в градациях коллектор-неколлектор на качественном уровне.

В пятой главе изложены результаты практической апробации методики интерпретации данных ГИС в эффузивном разрезе. Целью данной работы было создание методики для решения следующих задач:

• разделение эффузивных пород по литотипам;

• выделение интервалов залегания пород, перспективных на наличие коллекторов;

• определение ФЕС коллекторов (общую пористость и проницаемость);

• определение структуры ёмкостного пространства.

Обработка и интерпретация в предлагаемой методике производится поэтапно (см. блок-схему, стр. 24). Обработка включает в себя оценку

качества полученных данных, вычисления геофизических параметров по методам (АК, ННК, ГГКП), определение ФЕС, сравнение и уточнение получаемых данных с данными ГТИ, ПГИ, керновыми данными, построение сводных планшетов с данными ГИС и результатами интерпретации. По данной методике было обработано 26 скважин.

Коллекюры трепшда-

ХШКфЖЖЫС

'44 пород*

Трсщинно-кавернпви-грамуляриые

ТрешШШО-каверНовые 13

Рис. 13. Результаты обработки ГИС по выделению литотипов пород и ФЕС (скважина Рогожниковская XX).

Условные обозначения: Ц - плотные неизмененные эффузивные лавовые породы; □ - эффузивные лавовые породы с трещинно-каверновой пористостью; □ - туфы; П - интервалы коллекторов; характер притока:И - нефть, П - вода; <— - интервал перфорации

В качестве примеров комплексной интерпретации приведены результаты по одной из скважин Рогожниковского месторождения (рис. 13). Результаты интерпретации сопоставлены с керновыми данными и данными геофизического контроля за освоением скважин. По данным ГИС выделены плотные неизменённые эффузивные лавовые породы, эффузивные лавовые породы с трещинно-каверновой пористостью и туфы (колонка 3). По сравнению с керновыми данными (колонка 2, 6) существенных отличий не отмечается. Породы, обладающие коллекторскими свойствами, выделены в интервале 2526-2605 м и 2648-2700 м. В данных интервалах определённые значения общей пористости совпадают с керновыми данными в пределах достигнутой точности, имеющиеся отдельные отклонения связаны с большей детальностью определения по ГИС и наличием неучтённых керном неоднородностей пород. Граничное значение пористости, равное 6% для

БЛОК-СХЕМА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ КОМПЛЕКСА ГИС

Первичная обработка скважинных данных

Ввод данных: цифровые данные ГИС, условия измерений, конструкция скважины, тип минерализации бурового раствора, метрологические данные

Первичная обработка данных, устранение сбоев, увязка по глубине, оценка качества записи

Расчет геофизических параметров <7,С0,Мр,М5,Мзт

Расчёт палеток Построение кросс-плотов АК, ННК, ГГКП Дополнительная оценка качества

Обработка и интерпретация

Литологическое расчленение эффузивного разреза по граничным значениям (табл. 1)

Определение структуры ёмкостного пространства по данным АК.

Определение Кп по системе линейных уравнений

Выделение проницаемых интервалов. Выделение потенциальных коллекторов

Уточнение полученных данных с привлечением ГТИ, керна, испытателя пластов на трубах

Построение сводного планшета и представление результатов интерпретации в табличной форме

проницаемых интервалов, отмечено вертикальной линией. Выделенные таким образом проницаемые интервалы совпадают с результатами геофизического контроля за освоением скважины. В колонке 4 выделены интервалы, в которых отмечаются притоки нефти и воды. По структуре ёмкостного пространства коллекторы разделены на трещинно-каверновые и трещинно-каверново-гранулярные (колонка 13). В целом приведённые примеры показывают возможность проведения интерпретации по разработанным и изложенным в диссертации критериям, а также позволяют выбирать объект и интервал освоения.

В заключении сформулированы результаты выполненных исследований по теме диссертации:

1. Эффузивные породы кислого, среднего и основного состава характеризуются многообразием литотипов. Комплекс нейтронного, плотностного и акустического методов обеспечивает литологическое расчленение эффузивного разреза, что позволяет выделять наиболее перспективные для освоения и разработки интервалы.

2. Коллекторскими свойствами преимущественно обладают эффузивы кислого состава со сложной структурой ёмкостного пространства, что существенно отражается на измеряемых физических параметрах.

3. Минимальная погрешность определения Кп (±2,5%) достигается при комплексной интерпретации методов плотностного, нейтронного, акустического каротажа.

4. Кислые эффузивные породы можно разделить по типам ёмкостного пространства в четырёх градациях общей пористости. Для каждой градации характерен преобладающий тип коллектора. Типы пористости: I - плотные

породы (Ки :1-6%); И - трещинная (Кп : 6-12%); III - трещинно-каверновая (Кп: 12-24%); IV - трещинно-каверново-гранулярная (Кп> 24%).

5. Практическое применение методики показало, что литотипы и ФЕС кислых эффузивных пород определяются достаточно надёжно, что подтверждается керновыми данными. Определение проницаемых зон подтверждается результатами испытаний.

Список опубликованных работ:

1. Глебочева Н.К., Теленков В.М., Хаматдинова Э.Р. Структуры ёмкостного пространства эффузивных коллекторов по данным ГИС и керна // НТВ «Каротажник». Тверь. Изд. АИС. - 2008. - Вып. 6 (183). С. 3-10

2. Горохова Э.Р. Особенности применения комплекса методов (АК, ННКт, ГГКп) - определения литологии и пористости кислых изверженных пород// НТВ «Каротажник». Тверь. Изд. АИС - 2006. - Вып. 9, - С. 95-110.

3. Хаматдинова Э.Р. «Емкостно-фильтрационные свойства эффузивных коллекторов Западной Сибири». // НТВ «Каротажник». Тверь. Изд. АИС. 2008. Вып. 12 (177). - С. 19-35.

4. Хаматдинова Э.Р. «Цитологическое расчленение эффузивных коллекторов по данным ГИС». // НТВ «Каротажник». Тверь. Изд. АИС. 2008. Вып. 10(175). С. 66-80.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Хаматдинова, Эльвира Рафисовна

Введение.

1. Обзор проблемы изученности эффузивных пород методами ГИС.

2. Цитологическое расчленение эффузивного разреза.

2.1. Цитологическая характеристика типичных эффузивных разрезов, относящихся к отложениям триаса Западной Сибири.

2.2.Минералогический состав эффузивных пород.

2.3.Цитологическая диагностика коллекторов в эффузивных породах по петрофизическим данным и данным ГИС.

2.4.Качественные и количественные критерии разделения эффузивных пород на литотипы.

3. Изучение структуры ёмкостного пространства коллекторов в эффузивных породах методами ГИС.

3.1.Формирование структуры ёмкостного пространства коллекторов в кислых эффузивных породах.

3.2.Исследование структуры ёмкостного пространства коллекторов в кислых эффузивных породах.

4. Фильтрационно-ёмкостные свойства эффузивных пород.

4.1.Определение фильтрационно-ёмкостных свойств эффузивных пород методами ГИС.

4.1.1.Петрофизическая зависимость между объёмной плотностью пород по данным ГИС и общей пористостью, определённой по керну.

4.1.2.3ависимость между водородосодержанием, полученным по данным нейтрон-нейтронного каротажа и общей пористостью пород, определённой по керну.

4.1.3 .Зависимость между интервальными временами продольной и поперечной волн и общей пористостью пород, определённой по керну.

4.1.4.Исследование зависимости параметра пористости от Кп и параметра насыщенности от К.

4.1.5. Исследование связи пористости с кажущимся сопротивлением Рк

4.1.6.Комплексирование методов ГИС для определения коэффициента общей пористости эффузивных пород.

4.1.7.Определение проницаемости эффузивных пород.

5. Результаты практической апробации методики интерпретации данных ГИС в эффузивном разрезе.

5.1. Основы методики интерпретации.

5.2.Примеры комплексной интерпретации по предлагаемой методике.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка методики изучения эффузивных коллекторов Западной Сибири по данным ГИС"

Нефтегазоносность пород фундамента, современные данные об условиях формирования залежей углеводородов в земной коре, огромная площадь и мощность кристаллического фундамента позволяют предполагать, что запасы углеводородов (УВ) в фундаменте будут превышать запасы осадочного чехла.

Сегодня уже известны и частично эксплуатируются месторождения УВ на всех континентах, кроме Антарктиды (хотя и здесь были обнаружены признаки нефти)".[47]

В мировой практике известны месторождения нефти и газа в эффузивных и интрузивных породах. Наиболее известны месторождения - Ла-Пас (Венесуэла), Мара (Венесуэла), Белый Тигр (Вьетнам), Дракон (Вьетнам), Кыулонг (Вьетнам), Пис-Ривер (Канада), Ауджила Нафура (Ливия), Оймаша (Казахстан) и другие[47]. Также известны месторождения Восточной и Западной Сибири, Азербайджана, Грузии, Калининградского района. "Высокая пластовая энергия залежей и значительные дебиты скважин (до 1500-2000 т/сут) обеспечивают высокоэффективную эксплуатацию залежей нефти длительное время без затрат на поддержание пластового давления"[48]. К настоящему времени, в основном, эксплуатируются месторождения, приуроченные к интрузивным породам гранитного состава. К эффузивным породам относится незначительное количество месторождений в различных регионах мира. Например, к туфогенным породам приурочено месторождение Ниноцминда (Грузия), к эффузивно-пирокластовым относятся площади Мурадханлы, Зардоб, Джафарлы (Азербайджан) [2].

К настоящему времени основные месторождения Западной Сибири в терригенных отложениях мелового и юрского возраста находятся на конечной стадии эксплуатации. Проведение поисково-разведочных работ на эффузивные породы фундамента триасово-пермского возраста, показали наличие потенциальных месторождений нефти и газа в данных отложениях. Поскольку освоение новых районов требует больших материальных затрат на развитие инфраструктуры и на техническое оснащение нефтегазодобывающих предприятий, экономически более целесообразно проводить поисково-разведочные работы с дальнейшей разработкой новых залежей. Открытие крупных месторождений нефти, приуроченных к эффузивным породам, диктуют необходимость их комплексного изучения.

Актуальность работы.

Вулканогенные отложения Западной Сибири представлены мощной толщей эффузивных пород кислого, среднего и основного состава. По данным исследований керна преобладают кислые эффузивы, представленные переслаиванием трахитовых, дацитовых, риолитовых, риодацитовых лав, туфов, лавобрекчий, кластолав, перлита, пемзы, кластита.

Коллекторы нефти и газа в этих породах относят к сложнопостроенным или нетрадиционным. Трудности, возникающие при интерпретации данных геофизических исследований скважин (ГИС), связаны с отсутствием методик выделения продуктивных коллекторов и количественной оценки их фильтрационно-ёмкостных свойств (ФЕС). Традиционные методики литологического расчленения разреза и количественной интерпретации данных ГИС неприменимы.

Коллекторы в эффузивных породах кислого состава относятся к относительно новому типу малоизученных коллекторов, которые, в отличие от коллекторов осадочных пород, характеризуются широким спектром литотипов. Минеральный состав этих пород в значительной мере изменен процессами выветривания и гидротермально-метосамотических преобразований, что обусловило сложность строения ёмкостного пространства, состоящего из пор, трещин, каверн в различных сочетаниях. Из всего многообразия эффузивных пород коллекторскими свойствами обладают литотипы, в которых прошли процессы вторичных преобразований.

Очевидна актуальность разработки методики изучения коллекторов в эффузивных породах методами ГИС, позволяющей выполнять литологическое расчленение эффузивного разреза, выделять коллекторы, оценивать их ФЕС, а также тип их ёмкостного пространства. Такая методика обеспечит более точный прогноз продуктивности и обоснованный выбор первоочередных объектов разработки месторождений углеводородного сырья. Цель работы.

Разработка методики оценки ФЕС коллекторов в эффузивных породах, выделения литотипов, разделения коллекторов по структуре ёмкостного пространства по данным ГИС с учетом лабораторных анализов керна. Основные задачи исследований.

1. Систематизация и обобщение петрографических, минералогических и петрофизических данных, характеризующих разнообразие состава, строения и физических свойств эффузивных пород Западной Сибири.

2. Систематизация лабораторных исследований керна для установления диапазонов изменений физических свойств эффузивных пород.

3. Выявление решающих правил и диагностических критериев для разделения эффузивных пород на литотипы с учетом их минерального состава по данным анализов керна и ГИС.

4. Выявление основных петрофизических зависимостей, формализация выделения коллекторов, типов пористости и количественного определения ФЕС.

5. Выделение проницаемых коллекторов и оценка нижних граничных значений пористости.

Способы и методы решения задач.

1. Обработка и анализ петрофизических данных.

2. Статистическая обработка данных типа «керн-ГИС» и «ГИС-ГИС».

3. Многомерные сопоставления данных плотностного, нейтронного и акустического методов (ГГКП, ННК, АК) для определения литологии и пористости.

4. Математическое моделирование методом Монте-Карло.

Защищаемое научное положение.

Методика изучения коллекторов в эффузивных породах методами ГИС должна обеспечивать литологическое расчленение эффузивного разреза, выделять коллекторы, оценивать их ФЕС, а также тип их ёмкостного пространства. Такая методика обеспечит более точный прогноз продуктивности и обоснованный выбор первоочередных объектов разработки месторождений углеводородного сырья.

Защищаемые научные результаты.

1. Петрофизические зависимости «керн-ГИС» и методические способы и приемы определения ФЕС коллекторов различных литотипов эффузивных пород.

2. Обоснование возможностей комплекса ГИС, пределов изменений и граничных значений измеряемых геофизических параметров для разделения эффузивных пород на литотипы.

3. Способы определения структуры ёмкостного пространства и оценки граничных значений общей пористости (Кп) для различных типов коллекторов эффузивных пород.

Научная новизна.

1. Впервые получены петрофизические зависимости для определения Кп по данным нейтронного, плотностного и акустического методов (по данным продольных и поперечных волн) в кислых эффузивных породах, показаны ограничения и погрешности определения Кп .

2. В результате обобщения и анализа данных ГИС и керна впервые определены интервалы значений Кп, характерные для кислых эффузивных пород с определённой структурой ёмкостного пространства.

3. На основе большого количества скважинных и керновых данных (2600 образцов), впервые получены пределы изменений и средние значения геофизических параметров для различных литотипов эффузивных пород.

4. Определён нижний предел Кп для проницаемых зон коллекторов. Показана перспективность использования волн Стоунли для выделения проницаемых зон коллекторов.

5. Разработана методика интерпретации данных ГИС по выделению литотипов пород и определению ФЕС в кислых эффузивных породах.

Практическая ценность.

1. Исследованы количественно и оценены возможности методов нейтронного, плотностного и акустического каротажа, разработана методика для определения литотипов пород и ФЕС коллекторов в эффузивных породах.

2. Установлены петрофизические зависимости для определения пористости и определено нижнее граничное значение пористости для проницаемых зон коллекторов в кислых эффузивных породах и критерии выбора объектов к испытанию и освоению.

3. Создана методика интерпретации данных ГИС для определения ФЕС в эффузивных породах Западной Сибири.

4. В рамках хоздоговорных работ подготовлены и переданы в производство ОАО «Сургутнефтегаз» и ОАО «Лукойл» методические указания по проведению ГИС и комплексной интерпретации в сложнопостроенных эффузивных коллекторах. По результатам исследований оценена эффективность комплекса ГИС для решения задач по оценке ФЕС коллекторов в эффузивных породах, выделения литотипов, разделения коллекторов по структуре ёмкостного пространства, данный комплекс рекомендован геофизическим предприятиям ОАО «Сургутнефтегеофизика» и ООО «Геофизсервис».

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на Тюменской геолого-геофизической научно-практической конференции, Тюмень-2008; на 2-ой международной геолого-геофизической конференции, Тюмень -2009.

Диссертационная работа докладывалась на заседании технического совета 000«Нефтегазгеофизика»(31 марта 2010г.) на заседании кафедры Общей и прикладной геофизики при Международном университете природы, общества и человека «Дубна»(9 апреля 2010г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 статьи в издании перечня ВАК.

Личный вклад автора.

Автор лично провела обзор проблемы изученности эффузивных пород методами ГИС, разработала качественные и количественные критерии для решения задачи литологического расчленения эффузивного разреза по данным АК, ННК, ГТКП; провела исследования по изучению структуры емкостного пространства эффузивных коллекторов; разработала петрофизическое обеспечение («керн-ГИС») для определения пористости по данным АК, ННК, ПГКП, способ определения Ки путем решения системы петрофизических уравнений-моделей; проанализировала возможности электрических методов при оценке ФЕС коллекторов; вывела критерии для определения проницаемых зон коллекторов на основе анализа данных керна и волн Стоунли; провела практическую апробацию методики интерпретации на данных ГИС по 26 скважинам Рогожниковского месторождения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, пяти глав и Заключения. Объем работы 95 страниц текста, рисунков 25, таблиц 8, блок-схема 1. Список литературы содержит 53 наименования. Диссертация выполнена на производстве в ООО «Нефтегазгеофизика».

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Хаматдинова, Эльвира Рафисовна

Заключение

На основании результатов исследований по теме диссертационной работы сформулированы следующие основные выводы:

1. Слагающие разрез эффузивные породы кислого, среднего и основного состава различаются многообразием литотипов пород.

Комплекс ГИС, состоящий из нейтронного, плотностного и акустического каротажа позволяет решить задачу литологического расчленения эффузивного разреза.

По комплексу методов АК, ГГКП, ННК определены средние значения и пределы изменения геофизических параметров для различных литотипов эффузивных пород, что позволяет выполнять литологическое расчленение эффузивного разреза. Вероятность выделения эффузивных лавовых пород с трещинно-каверновой пористостью, туфов и пирокластических пород (лавобрекчий, туфоконгломератов) составляет примерно 80% и близка к 100% для неизмененных эффузивных лавовых пород, базальтов и кластитов.

Литологическое расчленение позволяет выделять наиболее перспективные для освоения и разработки интервалы разреза, обладающие коллекторскими свойствами, и также позволяет на этапах поиска и разведки определять перспективные на приток флюидов объекты.

2. Выделены литотипы эффузивных пород, обладающие коллекторскими свойствами.

Преимущественно коллекторскими свойствами обладают эффузивные породы кислого состава, эти породы характеризуются сложной структурой ёмкостного пространства, что существенно отражается на геофизических параметрах (<т, со, ). В кислых лавовых породах присутствуют коллекторы с трещинной и трещинно-каверновой пористостью. Туфовые породы имеют каверново-гранулярную пористость с незначительным наличием трещин. В пирокластических породах (лавобрекчиях, туфоконгломератах) сочетаются три типа пористости - гранулярная, каверновая и трещинная.

4. Установлены петрофизические зависимости («керн-ГИС») для определения коэффициента общей пористости по методам - АК, ГТКП, ННК. Предложен способ определения коэффициента общей пористости путем решения системы петрофизических уравнений-моделей, связывающих измеренные значения геофизических параметров с объёмными содержаниями минеральных компонент пород с учетом влияния структуры ёмкостного пространства на показания методов ГИС - АК, ННК, ГГКП. Показаны ограничения и погрешности определения Кп . Минимальная погрешность определения Кп (равная ±2,5%) достигается при решении системы петрофизических уравнений-моделей.

Данные плотностного каротажа позволяют вычислять общую пористость с погрешностью ±3-4% абс., использование водородосодержания для оценки пористости возможно с погрешностью в пределах ±6% абс. Определение коэффициента пористости по данным акустического каротажа возможно с использованием зависимости, полученной для продольных волн. Абсолютная погрешность определения Кп составляет ±3%.

5. Установлены нижние пределы общей пористости для проницаемых пород-коллекторов. Для трещинных коллекторов - 6%, для трещинно-каверновых коллекторов - 12.3%, для трещинно-каверново-гранулярных коллекторов 24%. Кислые эффузивные породы можно разделить по типам ёмкостного пространства в четырёх градациях общей пористости. Для каждой градации характерен преобладающий тип коллектора. Типы пористости: I — плотные породы (АГя:1-6%); II - трещинная( Кп: 6-12.3%); III -трещинно-каверновая( Кп : 12.3-24%); IV - трещинно-каверново-гранулярная( Кп >24%).

6. Выделение проницаемых зон достигается совместным использованием данных по волне Стоунли и нижнего предела Кп для проницаемых коллекторов, определённого путем сопоставления результатов измерения общей пористости и проницаемости на керне.

7. Результаты практической апробации методики показали, что литотипы кислых и основных пород определяются точно, что подтверждается керновыми данными. Кп, проницаемость (на качественном уровне) и типы пористости определены с достаточной точностью, что подтверждено керном.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Хаматдинова, Эльвира Рафисовна, Тверь

1. Авербух Б.М., Шилов Г.Я., Надиров P.C. Методика поисков залежей углеводородов в погребенных карах выветривания вулканогенных пород // Геология нефти и газа. 1994. - № 7

2. Белоусова О.Н., Михина В.В. Общий курс петрографии. М.: Недра. -1972. С. 344.

3. Бетехтин А.Г. Курс минералогии // Гос. изд. геол. литер. М.: 1951 542с.

4. Гильберштейн П. Г., Гуревич И. И. Скорости упругих волн в дырчатых материалах для сейсмического моделирования // Изв. ВУЗов. Сер. «Геол. и разведка». 1962. - №5. - С. 23-32 или С. 116-1317. «Горная энциклопедия». М.: «Сов. энциклопедия». Т. 1-5. 1984-91

5. Глебочева Н.К., Теленков В.М., Хаматдинова Э.Р. Структуры ёмкостного пространства эффузивных коллекторов по данным ГИС и керна // НТВ «Каротажник». Тверь. Изд. АИС. 2008. - Вып.6 (183). С.3-10

6. Горохова Э.Р. Особенности применения комплекса методов (АК, ННКт, ГГКп) определения литологии и пористости кислых изверженных пород// НТВ «Каротажник». Тверь. Изд. АИС.- 2006. - Вып. 9, - С. -.

7. Дзебань И. П. Акустический метод выделения коллекторов с вторичной пористостью. М.: Недра. (ВНИИЯГГ). 1981. - 160 с.11. «Геологический словарь». М.: «Недра». Т.1-2. 1973

8. Дир У.А., Хауи P.A., Дж. Зусман, Породообразующие минералы // Изд. «Мир». М.: 1965. 408с.

9. Дмитриевский А.Н., Киреев Ф.А., Бочко P.A., Федорова Т.А. Влияние гидротермальной деятельности на формирование коллекторов нефти и газа в породах фундамента// Серия геологическая. М.: 1992 г. - Вып. 5.

10. Заварицкий А.Н. Изверженные горные породы // М.: Изд. Академии наук СССР.- М.: Издательство АН СССР, 1956.- 479 с.

11. Ивакин Б. Н. Методы управления плотностью и упругостью среды при двухмерном моделировании сейсмических волн // Изв. АН СССР. Сер. Геофиз.-№8,- 1960

12. Иванкин Б.Н., Карус Е.В., Кузнецов O.JI. Акустический метод исследования скважин//М.: Недра-1978.-c.320.

13. Измерения параметров упругих волн зондами с монопольными и дипольными преобразователями (результаты промышленных испытаний) / В.Ф. Козяр и др.//НТВ. «Каротажник». Тверь. Изд. АИС.- 1998. Вып. 42, С. 14-30.

14. Казанский Ю.П., Мозгунова Е.В., Москвин В.И., Солотчина Э.П. Состав и строение триасовых вулканогенных отложений сверхглубокой скважины ТГС-6 (Уренгойский район, Западная Сибирь) // Геология и геофизика. Новосибирск. - 1995, Т. 36, № 6, - С. 157-164.

15. Карлович И.А. «Геология». М.: Трикста. 2005. - с. 704

16. Клещев К.А., Шеин B.C. Перспективы нефтегазоносно сти фундамента Западной Сибири. Москва: ВНИГНИ, 2004.

17. Кокшаров В.З. Волна Лэмба и ее связь с проницаемостью // Исследования по многоволновому акустическому каротажу й сейсмомоделированию. Новосибирск. Изд. ИГиГ СО АН СССР. - 1990. - С. 3-12

18. Кондрушкин Ю.М., Буряковский Л.А., Крутых Л.Г. Коллекторские свойства эффузивных пород месторождения Мурадханлы // Геология нефти и газа. М.: Недра, 1987. - № 7, - С.35-39,

19. Костерина В.А. Кожевников Д.А. Применение гамма-спектрометрии для изучения вулканогенно-осадочных пород // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. М.: ВНИИОЭНГ, 2004. -Вып. 3. - С. 59-60.

20. Кожевников Д.А., Лазуткина Н.Е., Соколова Т.Ф. Выделение и оценка сложных коллекторов // Complex Reservoirs Studies and Еуа1иайоп(опубликовано на английском языке), Russian Log Interpretation Workshop at 36th SPWLA Annual Symposium 26 June 1995, Paris

21. Крутин B.H., Марков М.Г. Волновой акустический каротаж и проницаемость. Теоретические результаты // Доклад на Международной конференции и выставке по геофизическим исследованиям скважин, Москва, РГУ НГ им. И.М.Губкина, 8-11 сентября 1998 г.

22. Крутин В.Н., Марков М.Г., Юматов А.Ю. Скорость и затухание волн Лэмба-Стоунли в скважине, окруженной насыщенной пористой средой // Изв. АН СССР. Сер. «Физика Земли». М.: Наука. 1987. - № 9. - С. 33-38.

23. Мальцева Е. С. «Исследование распространения и генезиса эффузивно-обломочных породы Западной Сибири», Доклад на VI Региональной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных "Новые технологии нефтегазовому региону"

24. Опыт применения широкополосного акустического каротажа с цифровой регистрацией на месторождениях Западной Сибири / Ю.А. Курьянов, Ю.В. Терехин, А.Н. Завьялец и др.// Тюмень: изд. Запсибнефтегеофизика. — 1987.-57с.

25. Отчет ООО «Нефтегазгеофизика» для ОАО «Сургутнефтегаз» «Совершенствование методики количественной интерпретации данных ГИС триасовых отложений Рогожниковского месторождения», Тверь-Сургут, 2008.

26. Отчеты «Результаты изучения керна по скважинам 735,751,752 Рогожниковской площади Рогожниковского лицензионного участка». Тюмень, Отчеты «СургутНИПИнефть» Тюменское отделение, 2004, 2005г.

27. Петтиджон Ф.Дж. Осадочные породы: Пер. с англ. М., Недра, 1981.751.-Пер. изд.: США. - 1975.

28. Поспелов В.В. Кристаллический фундамент: геолого-геофизические методы изучения коллекторского потенциала и нефтегазоносности Москва -Ижевск: Институт компьютерных исследований; НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». - 2005. - С. 260.

29. Фролова Т.И. Вулканизм и его роль в эволюции нашей планеты. МГУ им. М.В. Ломоносова, Соросовский образовательный журнал. № 2, - 1996.

30. Хаматдинова Э.Р. « Ёмкостно-фильтрационные свойства эффузивных коллекторов Западной Сибири». // НТВ «Каротажник». Тверь. Изд. АИС.2008.Вып. 12 (177). С. 19-35.

31. Хаматдинова Э.Р. «Цитологическое расчленение эффузивных коллекторов по данным ГИС». // НТВ «Каротажник». Тверь. Изд. АИС.2008.Вып. 10 (175). С.66-80.

32. Шилов Г.Я., Джафаров И.С. Генетические модели осадочных и вулканогенных пород и технология их фациальной интерпретации по геолого-геофизическим данным Москва: Информационный центр ВНИИгеосистем, 2001.-С. 394.

33. Шустер В.Л. Проблемы нефтегазоносное™ кристаллических пород фундамента. М., 2003. - 48 е., ил. // Геология, методы поисков, разведки и оценки месторождений топливно-энергетического сырья. Обзор / ООО «Геоинформцентр».

34. Шустер В.Л., Такаев Ю.Г. Мировой опыт изучения нефтегазоносности кристаллического фундамента. М., 1997. с. - 71. // Разведочная геофизика. Обзор / ЗАО «Геоинформмарк».

35. Юматов А. Ю. Распространение упругих и продольных волн в пористых горных породах с трещинами и кавернами. Диссерт. на соиск. уч. ст. канд. техн. н., М.: ВНИИЯГГ, 198. - 131 с.

36. Яцканич Е.А. Литологические особенности раннемезозойских (триасовых) вулканитов сургутского свода, их нефтегазонасыщенность // Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук. Тюмень. 2004- 26с.

37. Mackenzie J. The elastic constants of solid containing spherical holes. Proc. Phys. Soc., 1950, sec. B, v. 63, p. 2-11

38. Sato J. Velocity of elastic waves propagated in media with smoll holes. Bull. Tokyo Univ. Earthquake Res. Inst, v. 30, №3, 1952

39. Wyllie M.R.J., Gardner G.H., Gregory B.R. Elastic wave velocities in heterogeneous and porous media // J. Geophys. Res., v. 21, № 1, 1956, p. 41-70