Все о нефти | Методика прогнозирования трещиноватости коллекторов

Методика прогнозирования трещиноватости коллекторов при выборе зон эксплуатационного бурения с учетом фактора неотектонических движений

Автор проектной работы:
Хайрутдинова Виктория Расиховна
Ведущий специалист отдела геологического сопровождения бурения скважин ОАО «Удмуртнефть»

Введение

Тектонические движения земной коры, контролирующие развитие деформационных и миграционных процессов, играют важную роль в формировании (переформировании) залежей нефти и газа. Неотектонические движения земной коры оказали влияние на развитие этих процессов на последнем этапе геологической истории. От неотектонической активности зависит интенсивность и кинематика трещиноватости пород, в частности, степень открытости трещин и их интенсивность.

В настоящее время не представляется возможным дать точную характеристику физико-механических условий на каждой заданной глубине, поскольку обстановка в земной коре определяется многими переменными факторами, включая и динамические силы тектонического сжатия. С увеличением глубины залегания в земной коре возрастают всесторонние давления и температура, увеличивается минерализация пластовых вод. С увеличением всестороннего давления возрастает прочность всех пород и повышается их пластичность. В глубинных условиях вокруг пород нет пустотного пространства, поэтому за пределами прочности не происходит разрушения пород. Высокое всестороннее давление задерживает возникновение трещин, способствует непрерывному залечиванию возникающей трещиноватости, и деформация принимает форму пластического трения. Это состояние нарушается под влиянием динамических сил, образующих резкие перепады давления, которые приводят к образованию зон разломов. В условия высокого всестороннего сжатия в земной коре на больших глубинах напряжение локализуется в одном разрыве. Ослабление нагрузки в верхних зонах земной коры и по соседству с разломами приводит к открытию трещин и повышению проницаемости пород.

В условиях всестороннего сжатия на больших глубинах земной коры, где главное значение имеют вертикальные силы, обусловленные давлением толщи пород, преобладают вертикальные и круто наклоненные разрывы. На малых глубинах, где значение веса пород уменьшается и ведущее влияние приобретает боковое давление за счет динамических сил, большое значение получают горизонтальные и полого-наклоненные трещины. В соответствии с распределением напряжений и связанных с ними направлений главной трещиноватости в земной коре на больших глубинах будет преобладать вертикальная миграция флюидов, а в верхней части разреза - горизонтальная.

В данной работе при помощи комплексирования данных представлена методика подбора зон с повышенной трещиноватостью, определение вероятных коридоров развития трещиноватости, что необходимо для планирования эксплуатационного бурения.

В качестве объекта исследования было выбрано Карсовайское месторождение. Выбор обоснован тем, что из всех месторождений разрабатываемых ОАО «Удмуртнефть» это месторождение характеризуется наиболее яркой взаимосвязью тектонических корней и структуры осадочного чехла, ввиду того, что по фундаменту оно находится в зоне свода, характеризуется относительно уменьшенной толщиной осадочного чехла и не осложнено рифогенными постройками.

Определение трещины

Для начала определимся, что же такое трещина.

Трещина представляет собой поверхность, по которой произошло нарушение сплошности или потеря сцепления материала в результате разрывного нарушения. Чем считать трещину - разломом, нарушением, плоскостью сочленения или просто трещиной - это зависит от масштаба исследования.

В развитии трещиноватости пластов горных пород исключительно важную роль играет геологическая обстановка и литолого-петрографические особенности. По генезису выделяются следующие виды трещин:

Тектонические трещины
Деформация пород при образовании складок и разрывных нарушений.
Трещины погружения
Глубокая эрозия перекрывающих пород, вызывающая разные напряжения по ослабленным плоскостям.
Трещины усыхания
Сокращение объема породы в результате потери влаги (содержащейся в глинистых сланцах или глинистых песчаниках).
Термические трещины
Сокращение объема породы в результате изменения температуры в поверхностных (изверженных) породах.

В данной работе будут рассмотрены в основном тектонические трещины и трещины погружения.

Методы прогноза трещиноватости

Существуют различные методы прогнозирования трещиноватости. Применение того или иного метода обусловлено геологическими условиями, задачами и набором исходных данных. Основными методами являются:

непрерывное моделирование сети трещин
прогноз интенсивности трещиноватости (применяется на поисково-оценочной, разведочной стадиях, и при ограниченном наборе данных)
дискретное моделирование
распределение трещин как объектов, т.е. прогноз свойств трещин, таких как направленность, протяженность, раскрытость, угол наклона (применяется на более поздних стадиях, при лучшей изученности)

Предлагаемая методика прогнозирования близка к первому методу, ввиду ограниченного количества исходных данных. Заключается методика в комплексировании имеющихся данных, а именно:

Карты строения кристаллического фундамента по данным грави-магниторазведки, которые отражают сложившуюся к настоящему времени структуру фундамента, его разломно-блоковое строение;
Карта строение осадочного чехла по данным грави-магниторазведки;
Карты фундамента, составленные по результатам 3D сейсморазведки, с выявленными тектоническими нарушениями, карты по основным сейсмостратиграфическим маркирующим границам;
Схема речной сети (современное строение рельефа) территории Карсовайского месторождения (анализ взаимосвязи современного рисунка гидросети с ослабленными трещиноватыми зонами в осадочном чехле и фундаменте);
Структурная карта продуктивного пласта В-2 верейского горизонта;
Описание керна эксплуатационных и разведочных скважин, пробуренных на рассматриваемой территории;
Анализ данных ГИС и испытаний скважин (в открытом и обсаженном стволе);
Результаты дешифрирования космических снимков (не анализировались ввиду недостаточности материала);
Исследования интенсивности и амплитуд современного рельефа, изучение изменения абсолютных отметок дневной поверхности во времени (топографо-геодезическая съемка). Методом проекции современного рельефа на тот или иной глубинный раздел можно выявить унаследованность структурных элементов и выявить неотектоническую деформацию. Не анализировались ввиду отсутствия данных.

Прогноз трещиноватости. Первый этап

Имеющиеся данные с карт грави-магниторазведки, сейсморазведки были спроецированы на карту продуктивного пласта В-2 верейского горизонта Карсовайского месторождения.

В результате выявлена картина разломно-блокового строения (рисунок 1). Выделена диагональная (северо-восточная, северо-западная) система разломов. Также надо отметить, что на карте осадочного чехла отражаются региональные разломы, которые проявились в фундаменте.


Рис.1 Схема дислокаций, спроецированных на структурную карту пласта В-2	Рис.2 Структурная карта фаменского яруса с визейским русловым врезом	Рис.3 Схема дислокаций и ранневизейского вреза спроецированных на структурную карту пласта В-2
Условные обозначения:
- по сейсморазведке 3D: линии тектонических нарушений (амплитудные и малоамплитудные)
- по грави-магниторазведке: региональные линии тектонических нарушений
- по грави-магниторазведке: межблоковые линии тектонических нарушений
- по сейсморазведке: граница интенсивной эрозии поверхности карбонатов (ранневизейский врез)

Прогноз трещиноватости. Второй этап

Структурную карту фаменского яруса по 3D сейсморазведке и карту гидросети также проецируем на карту пласта В-2 (рисунки 2, 3, 4, 5).

Таким образом, сможем проследить возможную взаимосвязь речных долин со структурно-тектоническими элементами земной коры и дизъюнктивными дислокациями, так как элементы гидросети, овражно-балочной сети закладываются преимущественно в ослабленных зонах осадочного чехла.


Рисунки 4, 5. Схема дислокаций и ранневизейского вреза спроецированных на современную схему речной сети.

Анализируя полученную карту сопоставлений гидросети и дизъюнктивных дислокаций можно сделать выводы, что речная сеть фактически повторяет направление спроецированных на дневную поверхность ослабленных зон фундамента, с некоторыми флуктуациями на меандрирование. Наблюдается характерный для дислоцированных зон рисунок гидросети – реки впадают друг в друга фактически под прямым углом. Причём наблюдается явление унаследованных тектонических движений по тем или иным разломам на протяжении всей истории геологического развития территории – ранневизейский русловой врез также повторяет направление дизъюнктивных дислокаций. А на карте речной сети видно, что река заложилась практически в той же зоне.

Так же можно привести ряд фактов подтверждения новейшей активизации тектонических движений, их постоянном характере. Например, пластовая температура скважин 381 и 1437, которые по полученной схеме располагаются в зоне разлома, превышает среднюю пластовую температуру, что говорит о возможной вертикальной миграции флюидов более горячих, чем матрица горных пород.

Анализ керна. Третий этап

На фотографиях керна, отобранного из скважин Карсовайского месторождения, наглядно видна трещиноватость пород.


Керн 1. Контакт доломита коричневого и доломита буровато-коричневого, с трещиной, выполненной кристаллическим кальцитом.	Керн 2. Раковинно-известняковый песчаник коричневый с прослоем серовато-коричневого раковинно-известнякового песчаника.	Керн 3. Доломит светло-серый, трещиноватый, с черными линзочками мельниковита.	Керн 4. Карбонатная порода с линзовидно-волнистой слоистостью.

Проанализировав этот и другой керновый материал, полученный из скважин Карсовайского месторождения, получаем фактическое подтверждение трещиноватости пород.

Что в результате?

По полученной схеме разломно-блокового строения выделены девять крупных структурных зон (Рисунок 6). Каждый сектор испытывал разнонаправленные и разноамплитудные векторы движений в процессе, и после отложения осадков и в постседиментационное время. Во время седиментогенеза движения отдельных блоков определяют литолого-фациальную обстановку, следовательно, определяют наличие (отсутствие) потенциальных пластов-коллекторов и их ФЕС.

При постседиментационных процессах эпейрогенические движения могут привести к образованию упруго-пластичных деформаций горных пород, а также привести к потере их сплошности с образованием в приразломных зонах густой сети трещин. Всё это может привести к активизации формирования залежи, разрушению уже образовавшихся залежей, а также к созданию единого гидродинамического резервуара со сверхпроницаемостью по трещинным зонам.

Из связи между трещинами и разломами, можно сделать следующие выводы:

трещины, связанные с разломами, обязаны своим появлением специфике общей картины напряжений;
ориентацию трещин (по падению и простиранию) можно предсказать, если известно направление разлома и, наоборот, по ориентации обнаруженных трещин можно определить положение разлома;
густоту трещин нельзя оценить по данным о разломе.

Распределение трещиноватости не является хаотичным и определяется результатом сложных взаимодействий геологических факторов. Известно, что влияние структуры, литологии, толщины, пористости, разломов и других геологических факторов обуславливает пространственное распределение и интенсивность трещиноватости.

В результате комплексирования данных выделены вероятные коридоры повышенной трещиноватости, связанные с дизъюнктивными нарушениями (Рисунок 7).


Рис.6 Схема разломно-блокового строения с выделенными структурными зонами	Рис.7 Структурная карта пласта В-2 с вероятными коридорами развития трещиноватости

Определение вероятных коридоров развития трещиноватости, семейств трещин необходимо для планирования эксплуатационного бурения. В условиях, когда залежи нефти осложнены газовыми шапками при наличии повышенной трещиноватости возможно сообщение всех коллекторов в общую гидродинамическую систему. В этом случае необходим индивидуальный дизайн ОПЗ при освоении скважин.

В зонах с ухудшенными ФЕС повышенная трещиноватость обеспечивает трещинную ёмкость коллектора и сверхпроницаемость, и при заложении скважин в данной зоне возможно получение более высоких дебитов. Поэтому необходим более детальный анализ для выявления семейств трещин и определения их преимущественного простирания.

Практическое применение полученных результатов

Все скважины, пробуренные на Карсовайском месторождении, были разделены на те, которые находятся в зоне возможного разуплотнения и вне этих зон.

Проанализировав работу скважин, можно сделать следующие выводы:

количество скважин, работающих с дебитом в диапазоне 15-30 т/сут в зонах вероятного разуплотнения на 35% больше, чем вне этих зон (Диаграмма 1);
количество скважин, работающих с дебитом до 15 т/сут в зонах возможного разуплотнения на 28% меньше (Диаграмма 2).


Диаграмма 1. Дебиты нефти по скважинам, пробуренным в зоне возможного разуплотнения	Диаграмма 2. Дебиты нефти по скважинам, пробуренным вне зон возможного разуплотнения

Таким образом, в зонах вероятного разуплотнения, гораздо больше скважин, работающих с высоким дебитом. Следовательно, лучше закладывать скважины в эти зоны для более эффективного бурения.

На основе проведенного анализа работы скважин видно, что средний дебит скважин, пробуренных в зонах возможного разуплотнения (Qн.ср.= 17,8 т/сут) больше на 7 т/сут среднего дебита скважин, расположенных вне этих зон (Qн.ср.= 10,7 т/сут).

В результате применения представленной методики было предложено скорректировать программу эксплуатационного бурения. В первую очередь предлагается пробурить скважины, находящиеся в зонах возможного разуплотнения. В эти зоны попадают 44 проектные скважины. Дополнительная добыча нефти по ним составит 112 тыс.т/год, чистый дисконтированный доход 576 млн. рублей.

Так же было предложено сдвинуть проектное положение забоев скважин ближе к зонам возможного разуплотнения, там, где это возможно. Дополнительная добыча нефти составит 137 тыс.т/год, чистый дисконтированный доход 707 млн. рублей.

Заключение

Таким образом, предложенная методика комплексирования данных позволила получить следующие результаты:

Составлена схема разломно-блокового строения;
Выявлена связь дизъюнктивных нарушений с современной речной сетью;
Выделены «коридоры» возможно повышенной трещиноватости;
Выделенные зоны повышенной трещиноватости позволяют увеличить эффективность бурения скважин.